東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司 徐啟明

我國自20世紀(jì)80年代后期引進(jìn)“W”火焰鍋爐用于燃用低揮發(fā)份煤以來，“W”火焰鍋爐已成為我國專用于燃用低揮發(fā)份煤的鍋爐[1]。由于低揮發(fā)份煤具有較難燃盡的特性，即使“W”火焰鍋爐燃燒區(qū)域敷設(shè)了大量的衛(wèi)燃帶來提高爐內(nèi)溫度，鍋爐灰渣可燃物依然偏高[2]，因此“W”火焰鍋爐一直存在鍋爐燃燒效率不高的問題。本文對某超臨界“W”火焰鍋爐進(jìn)行了試驗研究，總結(jié)出一套針對超臨界“W”火焰鍋爐的優(yōu)化試驗方法，對同類型鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行具有較高的參考價值。

1 設(shè)備概況

鍋爐為超臨界參數(shù)、“W”型火焰燃燒、垂直管圈水冷壁、變壓直流鍋爐、單爐膛Π型鍋爐，采用專門用于燃燒低揮發(fā)份煤的雙旋風(fēng)煤粉燃燒器、一次再熱、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐共配有六臺雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)帶4只煤粉燃燒器，24只煤粉燃燒器順列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前、后墻水冷壁上部還布置有26個燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器，燃燒區(qū)域劃分為燃燒器區(qū)域和燃盡風(fēng)區(qū)域兩部分。鍋爐的燃燒設(shè)備主要由煤粉燃燒器、燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器、風(fēng)箱、油點(diǎn)火器、火檢及風(fēng)門擋板等組成。

煤粉燃燒器由煤粉進(jìn)口管、柵格式煤粉均分器、雙旋風(fēng)筒殼體、煤粉噴口、乏氣管、乏氣擋板和消旋桿等組成。二次風(fēng)箱分為上部風(fēng)箱和下部風(fēng)箱，上部風(fēng)箱負(fù)責(zé)拱上供風(fēng)，下部風(fēng)箱負(fù)責(zé)拱下供風(fēng)。二次風(fēng)分成A、B、C、D、F五股風(fēng)送入爐膛。

2 燃燒優(yōu)化試驗

燃燒優(yōu)化試驗的目的是在保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行并達(dá)到額定參數(shù)的基礎(chǔ)上，同時具有較高的鍋爐效率。在燃燒穩(wěn)定的情況下，通過變動影響鍋爐燃燒的不同因素，研究如省煤器出口過量空氣系數(shù)、燃燒器乏氣風(fēng)開度，以及A、B、F層風(fēng)開度，燃盡風(fēng)風(fēng)量配比等不同因素對鍋爐燃燒效率的影響。

變省煤器出口過量空氣系數(shù)：試驗將省煤器出口過量空氣系數(shù)從1.28逐漸降到1.16。從圖1可知，隨著過量空氣系數(shù)從1.28降低到1.16，鍋爐熱效率隨著過量空氣系數(shù)的降低而逐漸上升，在過量空氣系數(shù)達(dá)到1.23（氧量在3.93%）時鍋爐熱效率達(dá)到了較高值，此時再降低過量空氣系數(shù)鍋爐熱效率提升空間有限、甚至有所降低。而鍋爐未燃碳熱損失隨著過量空氣系數(shù)的降低逐步降低，說明在過大的過量空氣系數(shù)情況下爐內(nèi)燃燒溫度有所降低，并不利于爐內(nèi)煤粉的燃盡。

圖1 過量空氣系數(shù)與鍋爐效率的關(guān)系

變?nèi)急M風(fēng)量試驗：鍋爐在燃燒器上方設(shè)置了一層燃盡風(fēng)，用來實現(xiàn)爐膛高度方向分級燃燒的目的。通過調(diào)節(jié)燃盡風(fēng)箱入口的風(fēng)門擋板，達(dá)到調(diào)節(jié)燃盡風(fēng)區(qū)域和燃燒器區(qū)域的風(fēng)量配比目的。試驗將燃盡風(fēng)箱開度從100%逐步關(guān)至10%，從圖2可知，隨著燃盡風(fēng)箱擋板開度關(guān)小鍋爐熱效率有所升高，鍋爐未燃碳熱損失總體呈下降趨勢，這是因為燃盡風(fēng)關(guān)小后，更多的風(fēng)從燃燒器區(qū)域送入，燃燒器區(qū)域供風(fēng)有所增加，火焰下沖距離變長，煤粉的停留時間變長[3]。

圖2 燃盡風(fēng)量與鍋爐效率的關(guān)系

變乏氣風(fēng)量試驗：鍋爐使用的是雙旋風(fēng)煤粉燃燒器，采用旋風(fēng)筒進(jìn)行煤粉濃縮，風(fēng)粉混合物在旋風(fēng)筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下大部分煤粉被分離到筒壁附近，旋風(fēng)筒中心部位的一次風(fēng)含粉量極少，該部分一次風(fēng)被稱作“乏氣”，由乏氣管引出從乏氣噴頭送入爐膛，試驗將乏氣擋板開度從20%逐漸開至100%。試驗結(jié)果表明，當(dāng)乏氣風(fēng)開大后火焰下沖的動量減小，煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時間縮短，鍋爐未燃碳熱損失有所增加，鍋爐熱效率也呈現(xiàn)下降的趨勢。

變A擋板試驗：為保證乏氣風(fēng)噴口的冷卻并防止噴口結(jié)焦，鍋爐在拱上二次風(fēng)設(shè)置了一層A風(fēng)用于乏氣風(fēng)噴口的冷卻。試驗測試了A擋板開度設(shè)置在45°和90°兩個開度下的鍋爐效率情況。結(jié)果表明，隨著A擋板的開大鍋爐干煙氣熱損失和未燃碳熱損失均有不同程度的增大、鍋爐效率則有小幅的降幅，因此在日常運(yùn)行中A擋板開度不宜過大。

變B擋板試驗：鍋爐在拱上布置了一層拱上二次風(fēng)作為控制燃燒器煤粉主噴口的周界風(fēng)，起到調(diào)節(jié)煤粉氣流著火點(diǎn)及冷卻噴口的作用，該股風(fēng)風(fēng)量由B擋板調(diào)節(jié)。試驗將B擋板開度從20°逐漸開至90°。結(jié)果表明，隨著B擋板開度開大未燃碳熱損失先降低然后再上升，鍋爐熱效率則先升高后降低。隨著B擋板的開大，在煤粉燃燒初期有更多的氧氣供煤粉燃燒、利于煤粉的燃盡，同時煤粉氣流的穿透能力有所增強(qiáng)，增加了煤粉在爐內(nèi)的停留時間，但當(dāng)B擋板開的太大后會使煤粉下沖動量過大，造成火焰沖刷冷灰斗，使鍋爐灰渣含碳量上升，進(jìn)而影響鍋爐效率。

變F擋板試驗：“W”火焰鍋爐的F風(fēng)是燃燒區(qū)域所占風(fēng)量比例最高的一股風(fēng)，約占總二次風(fēng)量的40%左右，是調(diào)節(jié)沿爐膛寬度方向風(fēng)量分布均勻性、控制風(fēng)箱風(fēng)壓的主要手段[4]。F擋板開度試驗完成了38%、43%、55%三個開度的試驗。從圖3可知，隨著F擋板開大未燃碳熱損失降低明顯，同時鍋爐熱效率有所上升，升幅非常明顯。F風(fēng)在燃燒器二次風(fēng)中所占比重最大，其開度開大后能顯著增加拱下送風(fēng)量，有利于煤粉的燃盡。

圖3 F擋板與鍋爐效率的關(guān)系

變消旋桿開度試驗：燃燒器噴口內(nèi)設(shè)置有消旋桿用于控制主煤粉氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)主火焰擴(kuò)散角和著火點(diǎn)。當(dāng)消旋桿下放時煤粉氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度減弱、氣流剛性增強(qiáng)，當(dāng)消旋桿提起時煤粉氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度提高、氣流剛性減弱。消旋桿上有多個孔，試驗結(jié)果表明，隨著消旋桿的下放煤粉氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度減弱、剛性加強(qiáng)、火焰行程變長，未燃碳熱損失和干煙氣熱損失均有所減小，鍋爐熱效率有所提高。

3 結(jié)語

在某超臨界“W”火焰鍋爐上研究了如省煤器出口過量空氣系數(shù)、燃盡風(fēng)量、燃燒器F風(fēng)擋板等對鍋爐熱效率的影響，通過試驗得出如下結(jié)論：

為保證較高的燃燒效率，省煤器出口過量空氣系數(shù)不宜過大，過大的過量空氣系數(shù)會造成鍋爐干煙氣熱損失和未燃碳熱損失增大。也不宜過小，過小則無法保證煤粉的燃盡，因此在鍋爐額定負(fù)荷時，可將省煤器出口過量空氣系數(shù)控制在1.2～1.23；燃盡風(fēng)量對鍋爐熱效率影響較大，在保證NOx排放的前提下，應(yīng)將燃盡風(fēng)門開度適當(dāng)關(guān)小以保證燃燒區(qū)域燃燒所需要的風(fēng)量，保證低揮發(fā)份煤的燃盡。

超臨界“W”火焰鍋爐的拱上風(fēng)諸如乏氣風(fēng)、A風(fēng)、B風(fēng)均不應(yīng)開度過大，對于A風(fēng)和B風(fēng)可將開度控制在40～60°，乏氣風(fēng)則依據(jù)實際入爐煤的揮發(fā)分進(jìn)行調(diào)整，若入爐煤的揮發(fā)分較低，乏氣風(fēng)可適當(dāng)關(guān)小以保證煤粉的燃盡；F風(fēng)作為主燃燒區(qū)域占比最大的風(fēng)，其開度大小對鍋爐效率影響最大，在實際運(yùn)行中可將其開度控制在45～65%。