【導(dǎo)讀】燃燒器性能設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到電廠運行的安全性和經(jīng)濟性。劣質(zhì)煙煤、煙煤到低揮發(fā)份的貧煤和極低揮發(fā)份的無煙煤都有使用。類似煤種鍋爐的運行情況，從而對燃用煤種的特性有一個比較全面的認識。其可燃質(zhì)中主要化學(xué)元素為碳、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2等。在，含量在煤種所占比例約為50～90％。最久，含碳量可達90％以上；而褐煤的埋藏年代最短，含碳量為50～70％。通常，含碳量愈多，發(fā)熱量愈高。氫的發(fā)熱量最高，每千克氫完全燃燒?？梢苑懦?20370KJ的熱量，約為碳發(fā)熱量的倍。煤在儲存時易于風化，含氫量將逐漸減少。程中，氮的一部分會與氧化合生成NOx，排入大氣后會造成環(huán)境污染。不僅如此，SO3還會使露點大大升高，同時SO2和SO3能溶解于水。器產(chǎn)生高溫腐蝕。上就會堆積冷卻成渣塊，稱為結(jié)渣。溫升高，爐溫升高又使結(jié)渣更為嚴重。FT－ST＜100℃，稱為短渣；FT－ST≥100℃，稱為長。用下標“ar”表示。它是將除去水份外的

　　

【正文】 溫約為 130℃；對于煙煤，一般 采用乏氣送粉，一次風溫一般為 60～ 100℃；對于劣質(zhì)煙煤，一次風溫一般為 100～ 160℃ ，采用熱風送粉時可高達 200℃，對于 Vdaf大于 35％的煙煤，一般不采用熱風送粉，一定要用時，一次風溫最好不要超過160℃。 四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設(shè)計方法 18 燃燒器二次風參數(shù)的選取 ? 二次風率的選取 煤粉制備計算后 ，一次風率和三次風率就已確定，而爐膛漏風率一般 按≤ 5％選取，二次風率也隨之確定了。二次風率一般為 50～ 86％（配風率總和為 100％，未計入爐膛漏風率，爐膛漏風率一般≤ 5%） ，具體與煤種及制粉系統(tǒng)有關(guān)。 ? 二次風速的選取 二次風 速的大小主要 與煤種和爐膛大小有關(guān)，我國有關(guān)資料及規(guī)范推薦值一般為 40～ 56m/s。 ALSTOM－ CE公司推薦的二次風速可按圖 和圖 選取。 ? 二次風溫的選取 二次風溫的選取基本與表 3中熱風溫度的選取相同，對小容量鍋爐二次風溫比熱風溫度低 10℃，對大容量鍋爐二次風溫比熱風溫度低 5℃。 燃燒器三次風參數(shù)的選取 ? 三次風率的確定 并非所有的燃燒器設(shè)計參數(shù)中都有三次風，僅采用鋼球磨熱風送粉系統(tǒng)才有三次風。三次風率是煤粉制備計算時計算得出，主要與煤種、乏氣溫度、再循環(huán)率等有關(guān)，一般為 16～ 26％。 ? 三次風速的選擇 三次風 速的大小也主要與煤種和爐膛大小有關(guān)，爐膛越大，風速相對越高；對低揮發(fā)越高，風速相對越高；三次風速一般為 40～ 60m/s，對小爐膛、低Vdaf 煤種偏下限，大爐膛、高 Vdaf 煤種偏上限。 ? 三次風溫的選擇 三次風溫與鋼球磨熱風送粉系統(tǒng)中乏氣溫度相關(guān)，一般對小容量鍋爐三次風溫比乏氣溫度低 10℃，對大容量鍋爐三次風溫比乏氣溫度低 5℃。 燃燒器各噴口面積的計算 一次風噴口、三次風噴口及非直吹式制粉系統(tǒng)的二次風噴口面積的計算很簡單，可直接由 BMCR 工況下各風次風量和風速計算得出，注意二次風噴口面積還應(yīng)包括周界風、側(cè)邊 風，對大風箱結(jié)構(gòu)的燃燒器還包括間隙風。這里需要指出的是，計算直吹式制粉系統(tǒng)的二次風噴口時，應(yīng)考慮停運一次風噴口的上下二次風噴口僅按通過 10％的冷卻二次風進行計算，即正常運行時，停運的一次風噴口上下的二次風噴口風門僅開 10％的風量冷卻噴口。 高海拔對燃燒器設(shè)計的影響 由于高海拔地區(qū)爐膛氣壓降低，煤粉在爐內(nèi)的停留時間減少，影響燃燼，設(shè)計時可參考已有電廠的運行經(jīng)驗：在海拔 500～ 800m 時，煤粉在爐內(nèi)所減少的停留時間對燃燒的影響輕微，特別是對于一般煙煤可不增加爐膛燃燼區(qū)的容積，而采取其它一些強化燃燼的措施。至 于燃用低 Vdaf 煤種及低灰熔融溫度的煤種，除采取強化燃燼及防結(jié)渣措施外，必要時可少許增加爐膛燃燼區(qū)容積，以彌補壓力降低所減少的停留時間。 高海拔地區(qū)燃燒器出口截面的流動狀況因空氣密度變小也發(fā)生了變化，設(shè)計時應(yīng)維持質(zhì)量流量相等，即ρ dFdWd=ρ BFBWB 式中： ρ d —— 高原地區(qū) 地面空氣密度 ,kg/m3 Fd —— 高原地區(qū)燃燒器噴口截面積， m2 Wd —— 高原地區(qū)燃燒器出口風速， m/s ρ B—— 平原地區(qū)地面空氣密度 ,kg/m3 四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設(shè)計方法 19 FB —— 平原地區(qū)燃燒器噴口截面積， m2 WB —— 平原地區(qū)燃燒器出口風速， m/s 當高原地區(qū)的煤粉質(zhì)量 m、氣體溫度 T 與平原地區(qū)相同時，氣體密度與大氣壓力呈正比例變化，則上式可改寫如下： PdFdWd=PBFBWB 式中： Pd—— 高原地區(qū)的大氣壓力， KPa PB—— 平原地區(qū)的大氣壓力， KPa 高原地區(qū)燃燒器出口風速一般不宜做較大變化，當取用與平原地區(qū)相同的風速時，則高原地區(qū)燃燒器出口的截面積應(yīng)隨壓力成反比增加，如下式 Fd＝ FBxdBPP 如果較大改動燃燒器出口截面有困難，則可根據(jù)煤種揮發(fā)份高低，在不影響爐內(nèi)動力場的條件下，適當提高一、二次風速（一般提高 ～ 倍，揮發(fā)份低取偏下限，揮發(fā)份高取偏上限 ） 。風速確定后再按質(zhì)量流量相等式，重新計算高原地區(qū)的燃燒器噴口面積。 五、 針對 鍋爐運行 幾個常見問題 采取的措施 防止爐膛發(fā)生結(jié)渣和高溫腐蝕的措施 ? 燃燒器布置采用大切角、小切園， 正方形或 近似正方形爐膛，改善爐內(nèi)空氣動力場，可防止或減輕 爐膛 結(jié) 渣 。 ? 設(shè)計選取較低的斷面熱負荷，即較大的爐膛斷面。 ? 采用較高的燃燒器高度， 必要時將燃燒器分成上下兩組 ，降低燃燒器區(qū)域壁面熱負荷。 ? 采用水平濃淡燃燒器，并在一次風噴 口設(shè)有周界風 ，并采用內(nèi)縮式噴口 ，背火側(cè)的 周界 風是向火側(cè)的近兩倍，增加一次風的剛性，爐內(nèi)燃燒區(qū)域形成“風包粉”， 防止 煤粉氣流貼壁。同時 也可 在水冷壁區(qū)域形成氧化性氣氛， 使 水冷壁附近氧量＞ 2%， CO含量＜ %，可有效防止高溫腐蝕。 燃用低揮發(fā)份煤種 時 保證鍋爐低負荷穩(wěn)燃的措施 ? 一次風采用濃淡分離技術(shù)，濃煤粉在向火側(cè)，可保證煤粉的著火與穩(wěn)燃。 ? 一次風噴口出口處，濃淡煤粉氣流之間，設(shè)有“Ｖ”型鈍體，使?jié)獾瓋晒蓺饬饔?5176。 的夾角，在噴口處 形成 高溫煙氣回流先點燃濃煤粉，然后淡煤粉依次著火擾動，有利于穩(wěn)燃、燃燼。 四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設(shè)計方法 20 ? 可采 用 帶外翻邊的一次風噴口，同時在噴口中部設(shè)置水平穩(wěn)燃齒。 ? 燃燒器最下兩層 一次風 噴口采 取 相對較小的間距布置 或集中布置 ，有利于火焰的相互支持。 ? 低負荷時 可 減少或全關(guān)一次風噴口的周界風， 適當 提高煤粉細度 ， 也利于低負荷穩(wěn)燃 。 控制爐膛出口煙溫偏差 的措施 ? 切園燃燒的基本原理是氣流相互作用，形成爐內(nèi)“大火球”，充分混合從而達到穩(wěn)燃、燃燼的目的。由于爐膛燃燒器區(qū)域是強烈燃燒區(qū)，大量的煤、氣混合燃燒在此區(qū)域進行，因而不宜過多削弱旋轉(zhuǎn)，更不能擾亂它的旋向以免降低燃燒效率。為了減少爐膛出口煙溫偏差，在保證強化著火、穩(wěn)燃的基礎(chǔ)上，適當降低氣流的旋轉(zhuǎn)強度，將假想切 圓 的燃燒角176。減少，從而相應(yīng)減少了爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)水平。 ? 燃燒器頂部二層 OFA 采取與主氣流反向切圓，即與主氣流方向偏轉(zhuǎn)一定角度（一般 12176。左右）。如果燃燒器上部布置了 SOFA， SOFA 噴口也可以左右擺動，最大可與主氣流方向偏轉(zhuǎn) 15176。反切氣流與主體正旋氣流之間進行著劇烈的動量、質(zhì)量交換，從而導(dǎo)致氣流中存在強烈的湍流耗散，從而消除殘余旋轉(zhuǎn)。 ? 增加燃燒器上排一次風噴口到爐膛出口煙窗距離，延長了氣流的衰減和均勻化時間，從而改善爐膛出口煙溫偏差。 降低 燃燒產(chǎn)物中 NOx的措施 ? NOx 包括 NO、 NO N2O、 N2O N2O5。研究表明，煤粉燃燒過程中所生成的 NOx 主要為 NO、 NO2。由于生成機理不同， NOx分為燃料型、熱力型、快速型。燃料型 NOx約占 NOx生成總量的 80%左右，熱力型 NOx 約占 15%左右，快速型 NOX只有在富燃料的烴類火焰中才發(fā)生，在煤粉爐中，其生成量很小，一般＜ 5%。 ? 燃料型 NOx的生成率主要與與燃燒器區(qū)域和爐膛平均氧濃度關(guān)系很大，當過四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設(shè)計方法 21 量空氣系數(shù)α＝ 時，其生成率接近于零。本燃燒器設(shè)有 OFA 和 SOFA，采用分級送風，使主燃燒器區(qū)域α＝ 左右，可很大程 度上降低燃料型 NOx的生成。 ? 采用水平濃淡燃燒技術(shù)將煤粉分成了濃淡兩股煤粉氣流，形成了偏離化學(xué)當量燃燒，也有利于降低燃料型 NOx的生成。 ? 采用較高的 燃燒器高度，較大的爐膛斷面，降低了燃燒器區(qū)域溫度水平， 可減少熱力型 NOx的生成。 [參考文獻 ] [1] 徐通模、金定安、溫龍 《鍋爐燃燒設(shè)備》 西安交通大學(xué)出版社 [2] 陳立勛、曹子棟 《鍋爐本體布置及計算》 西安交通大學(xué)出版社 [3] 哈爾濱普華煤燃燒技術(shù)開發(fā)中心 《大型煤粉鍋爐燃燒設(shè)備性能設(shè)計方法》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 [4] 中華人民共和國電力行業(yè)標準 DL/T51452020 《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》 [5] 趙仲虎、張安國、王文元、梁輝《火力發(fā)電廠煤粉制備系統(tǒng)設(shè)計和計算方法》 中國電力出版社 [6] 中華人民共和國電力行業(yè)標準 DL/T8312020 《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛輪廓選型導(dǎo)則》 [7] 中華人民共和國機械行業(yè)標準 JB/T10440－ 2020 《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計規(guī)范》 [8] ALSTOM— CE 公司有關(guān)標準和設(shè)計規(guī)范 四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設(shè)計方法 22 一次風速(m/s) 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ALSTOM 推薦的一次風速與干燥基揮發(fā)份之間的 關(guān)系 圖 圖 干燥基揮發(fā)份 ％ 四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設(shè)計方法 23 圖 四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設(shè)計方法 24 推薦的二次風速 * 42 46 50 54 58 62 爐膛斷面 m2 設(shè)計速度 m/s m/s 煤種 1,2,3,4 煤種 5,6 *注 :上述速度適用于有二次風門擋板的機組 ,無二次風門擋板的機組風速增加 10％。 圖