王永剛，趙小兵，張小剛

（酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān)，735100）

引言

某電廠2×350 MW 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、前后墻對(duì)沖燃燒的Π型鍋爐。

鍋爐制粉系統(tǒng)采用ZGM95G-II 型中速輥式磨煤機(jī)。每臺(tái)爐配5 臺(tái)中速磨，燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，4 運(yùn)1 備；燃用校核煤種時(shí)，5 臺(tái)運(yùn)行。煤粉細(xì)度為R90≤15%，均勻性指數(shù)n=1.0。其所配的煤粉分離器為靜態(tài)擋板式分離器，燃燒設(shè)備為旋流煤粉燃燒器，分前墻3 層后墻2 層布置，每層4 只旋流煤粉燃燒器，每臺(tái)磨煤機(jī)為同層的4只煤粉燃燒器提供風(fēng)粉混合物；在前、后墻旋流煤粉燃燒器的上方各布置了2層燃盡風(fēng)，每層4只燃盡風(fēng)噴口，在前、后墻各布置了2只側(cè)燃盡風(fēng)噴口；每層風(fēng)室入口處設(shè)置二次風(fēng)門(mén)擋板用以調(diào)節(jié)風(fēng)室的進(jìn)風(fēng)量。

燃燒器配風(fēng)分為一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)，分別通過(guò)一次風(fēng)管，燃燒器內(nèi)同心的內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)環(huán)形通道在燃燒的不同階段分別送入爐膛,其中內(nèi)二次風(fēng)為軸向固定角度旋流、外二次風(fēng)為切向可變角度旋流。

1 旋流煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)原理

燃燒器將燃燒用空氣分為四部分：從內(nèi)到外依 次為中心風(fēng)、一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)。

圖1 旋流煤粉燃燒器

1.1 一次風(fēng)

一次風(fēng)粉混合物進(jìn)入燃燒器的一次風(fēng)入口管，然后經(jīng)過(guò)布置在一次風(fēng)管中的煤粉濃縮器，濃縮器使煤粉氣流產(chǎn)生徑向分離，形成外濃內(nèi)淡的煤粉氣流，濃煤粉氣流從外側(cè)經(jīng)穩(wěn)焰齒環(huán)進(jìn)入環(huán)形回流區(qū)燃燒；淡煤粉氣流從從中心區(qū)域噴入爐內(nèi)燃燒[1]。

1.2 內(nèi)二次風(fēng)

內(nèi)二次風(fēng)為旋流，內(nèi)二次風(fēng)通道內(nèi)布置有固定葉片傾角為45°的軸向旋流器，內(nèi)二次風(fēng)門(mén)手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置可使風(fēng)門(mén)擋板在0～90°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，內(nèi)二次風(fēng)的作用是通過(guò)旋轉(zhuǎn)氣流形成回流區(qū)迅速點(diǎn)燃煤粉，并在煤粉著火后混入提供氧氣進(jìn)一步強(qiáng)化燃燒[2]。

1.3 外二次風(fēng)

外二次風(fēng)為旋流，外二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度范圍是0°～75°，旋流角度改變的同時(shí)風(fēng)量也在變化，外二次風(fēng)量占燃燒器區(qū)域風(fēng)量60%以上，是調(diào)節(jié)單個(gè)燃燒器風(fēng)量，沿爐寬氧量分布的主要手段。進(jìn)入每個(gè)燃燒器的外二次風(fēng)量可通過(guò)燃燒器上切向布置的葉輪式擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度，即可調(diào)節(jié)外二次風(fēng)量和外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度，改變鍋爐燃燒工況[2]。

1.4 中心風(fēng)

中心風(fēng)通過(guò)燃燒器最中心送入爐膛，風(fēng)量只占總風(fēng)量的1%左右，主要作用是燃油時(shí)補(bǔ)風(fēng)與冷卻中心風(fēng)管，通過(guò)手動(dòng)擋板調(diào)整風(fēng)量，可以改變火焰回流區(qū)域的位置，控制著火點(diǎn)。

2 “火焰內(nèi)NOX還原”的控制原理

NOX的生成機(jī)理有三種，分別是熱力型、快速型和燃料型，其中熱力型和快速型NOX是由空氣中N2生成，燃料型NOX由煤中N 生成。煤粉爐大部分NOX是燃料型NOX，因此燃燒控制主要是降低燃料型NOX的排放值[3]。

通過(guò)50000 多小時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，分級(jí)燃燒采用大比例的燃盡風(fēng)作為降NOX的主要手段，造成主燃區(qū)有不同程度的缺氧氛圍，水冷壁發(fā)生大面積高溫腐蝕現(xiàn)象。降低燃盡風(fēng)使用比例，采用“火焰內(nèi)NOX還原”控制，在不降低火焰溫度的同時(shí)，使得NOX的排放急劇減少，提高旋流燃燒器低NOX控制水平，是減緩鍋爐高溫腐蝕的有效手段。

“火焰內(nèi)NOX還原”原理為旋流燃燒器單噴口分級(jí)燃燒，通過(guò)徑向濃淡、分級(jí)燃燒降的方式，控制不同階段的燃燒低燃料型NOX，使燃燒器區(qū)域NOX迅速分解，從而降低燃料型NOX。

2.1 一次風(fēng)煤粉細(xì)度及均勻性對(duì)NOX影響

理論上，煤粉細(xì)度越細(xì)、NOX越高，其原因?yàn)槊悍墼郊?xì)，被加熱越快，燃燒加快導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度峰值和溫度水平提高，熱力型NOX增加。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，配備靜態(tài)擋板式分離器的中速磨煤機(jī)，在磨煤機(jī)折向擋板開(kāi)度為45°左右時(shí)，磨制哈氏可磨系數(shù)為46 的廣匯煤，其煤粉細(xì)度R90在35%左右，正常運(yùn)行過(guò)程中容易在一次風(fēng)管內(nèi)不同形式的煤粉沉積，進(jìn)一步造成一次風(fēng)管風(fēng)速偏差，各粉管煤粉細(xì)度、濃度偏差大，同層各燃燒器熱功率失衡，鍋爐局部熱負(fù)荷高，引起鍋爐結(jié)渣、水冷壁傳熱惡化、爐膛出口煙溫偏差大、鍋爐兩側(cè)NOX不平衡等系列問(wèn)題。將磨煤機(jī)折向擋板開(kāi)度為15°左右時(shí)，其煤粉細(xì)度R90≤20%，各粉管熱態(tài)風(fēng)速偏差±5%，同工況下NOX降低50 mg/m3，調(diào)整入口NOX不變，可增大燃燒區(qū)域風(fēng)量約90 t/h，可有效降低飛灰可燃物。

2.2 鍋爐二次風(fēng)箱壓力對(duì)旋流燃燒器“火焰內(nèi)NOX還原”影響

燃燒設(shè)備各層風(fēng)箱入口均設(shè)有風(fēng)門(mén)擋板，每個(gè)風(fēng)箱的風(fēng)門(mén)擋板均可通過(guò)各自的執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。風(fēng)室擋板的作用是分配燃燒器各層風(fēng)箱之間的風(fēng)量

燃燒區(qū)域二次風(fēng)箱壓力是確保低燃盡風(fēng)率的基本條件，保證鍋爐各負(fù)荷段燃燒器二次風(fēng)箱壓力，才能確保旋流燃燒器主燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)應(yīng)各層風(fēng)箱二次風(fēng)擋板根據(jù)鍋爐負(fù)荷設(shè)定函數(shù)，并設(shè)置最低開(kāi)度，防止壓力測(cè)點(diǎn)異常導(dǎo)致?lián)醢尻P(guān)閉。

燃盡風(fēng)層風(fēng)門(mén)擋板的開(kāi)度，對(duì)燃燒器二次風(fēng)箱的風(fēng)壓影響非常明顯，而一定的風(fēng)箱風(fēng)壓是保證燃燒器高效、可靠、好可調(diào)性的條件之一。對(duì)應(yīng)燃盡風(fēng)層開(kāi)度建議在保證NOX排放的情況下取偏小的開(kāi)度。

2.3 中心風(fēng)對(duì)NOX影響

中心風(fēng)主要作用是燃油時(shí)補(bǔ)風(fēng)與冷卻中心風(fēng)管。正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)鍋爐采用中速輥式磨煤機(jī)，一次風(fēng)率＞20%的中速磨煤機(jī)時(shí)，中心風(fēng)可關(guān)小至30%～50%，中心風(fēng)管溫度＜800 ℃，可保證燃燒器安全運(yùn)行并降低一次風(fēng)率，提高二次風(fēng)箱壓力，控制NOX生成。

2.4 內(nèi)二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度對(duì)NOX影響。

通過(guò)內(nèi)二次風(fēng)擋板調(diào)節(jié)內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)量來(lái)調(diào)整旋流強(qiáng)度，根據(jù)不同煤種控制回流區(qū)位置，推薦調(diào)整范圍為30°～65°。燃用高揮發(fā)分煤種時(shí)應(yīng)開(kāi)大內(nèi)二次風(fēng)擋板，燃用低揮發(fā)發(fā)煤種時(shí)應(yīng)關(guān)小內(nèi)二次風(fēng)擋板。內(nèi)二次風(fēng)量較大時(shí)，和一次風(fēng)混合早，關(guān)小內(nèi)二次風(fēng)擋板，可降低NOX成量，可以延遲燃燒的過(guò)程，降低火焰溫度。內(nèi)二次風(fēng)擋板開(kāi)度小于20°會(huì)導(dǎo)致噴燃器口掛焦加劇，影響火檢信號(hào)。

2.5 外二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度對(duì)NOX影響。

外二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板旋流角度在23°～45°，對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)擋板調(diào)整范圍為30%～60%時(shí)，鍋爐氮氧化物較低。每層大風(fēng)箱從左右側(cè)進(jìn)風(fēng)匯集，故中間風(fēng)壓高于兩邊，為防止燃煤未燃盡火焰刷墻，調(diào)整內(nèi)外二次風(fēng)兩側(cè)火嘴的擋板大于中間火嘴的擋板，控制外二次風(fēng)兩側(cè)擋板50%～60%，中間擋板調(diào)整范圍為35%～45%。

圖2 外二次風(fēng)與煤量對(duì)應(yīng)曲線

3 結(jié)語(yǔ)

(1)在磨制哈氏可磨系數(shù)（HGI）為46，可磨系數(shù)1.09 的難磨煤種時(shí)，其分離器折向擋板采用推薦值時(shí)，煤粉細(xì)度超標(biāo)，需將折向擋板開(kāi)度降至20°，可滿足煤粉細(xì)度設(shè)計(jì)要求，可降低鍋爐NOX約50 mg/m3。

(2)二次風(fēng)箱壓力滿足鍋爐設(shè)計(jì)條件是旋流燃燒器正常低NOX燃燒的基本條件，鍋爐運(yùn)行過(guò)程中層風(fēng)箱二次風(fēng)擋板應(yīng)根據(jù)鍋爐負(fù)荷設(shè)定函數(shù)，保證鍋爐不同負(fù)荷二次風(fēng)箱壓力，降低燃盡風(fēng)率，可控制鍋爐NOX在低限運(yùn)行。

(3)鍋爐設(shè)計(jì)一次風(fēng)率＞20%時(shí)，二次風(fēng)箱壓力低于設(shè)計(jì)值，過(guò)大的燃盡風(fēng)率影響旋流燃燒器“火焰內(nèi)NOX還原”理論。可在中心風(fēng)管溫度＜800 ℃前提下，將中心風(fēng)關(guān)小，可降低一次風(fēng)率，提高二次風(fēng)箱壓力，控制NOX生成。

(4)鍋爐內(nèi)二次風(fēng)擋板根據(jù)煤種進(jìn)行調(diào)整，外二次風(fēng)擋板根據(jù)磨煤機(jī)煤量進(jìn)行調(diào)整，可以有效降低鍋爐變煤種、變負(fù)荷導(dǎo)致鍋爐NOX生成量大幅度波動(dòng)幅度，提高旋流燃燒器“火焰內(nèi)NOX還原”的控制水平，實(shí)現(xiàn)分級(jí)供風(fēng)、低氮燃燒的效果。