淺析LNCFS型鍋爐燃燒系統的灰渣含碳量控制

摘要LNCFS同軸燃燒器系統增加了鍋爐灰渣含碳量的運行控制難度，導致爐內煤粉燃燒不完全，灰渣含碳量增大，本文主要闡述在設備運行健康狀況不可控的情況下，通過運行調整能較好地降低鍋爐灰渣含碳量，并減小灰渣量以減輕撈渣機的工作負擔。

關鍵詞燃燒器 灰渣 含碳量 控制

中圖分類號:TM6文獻標識碼:A

0 引言

大唐淮南洛河電廠三期采用兩臺SG-1918/25.4-M968型超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐。鍋爐采用單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、П型露天布置，配備了6臺ZGM113N型中速磨煤機，采用冷一次風機正壓直吹式制粉系統。鍋爐燃燒系統采用從阿爾斯通能源公司引進的擺動式四角切圓燃燒技術――LNCFS-Ⅲ(低NOx同軸燃燒系統)型燃燒設備。

1 LNCFS系統對灰渣含碳量的影響

LNCFS-Ⅲ型燃燒設備有兩個相對獨立的風箱:主風箱和SOFA(可水平擺動的分離燃燼風)風箱。主風箱設有6層強化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風噴嘴，其中包括上下2只預置水平偏角的輔助風噴嘴(CFS)，1只直吹風噴嘴。在主風箱上部布置有SOFA風箱，包括5層可水平擺動的分離燃盡風(SOFA)噴嘴。SOFA風箱距離主風箱上層二次風口(CCOFA)中心線為7.88米，距離上排一次風為9.17米。主風箱和SOFA風箱二次風反向旋轉，使得SOFA風箱提供的二次風既是燃燼風又是消旋風。

LNCFS-Ⅲ燃燒器布置對降低NOx排放、低負荷穩燃等等方面都具有一定的優勢，但卻給灰渣含碳量的運行控制增加了難度，分析如下:

1.1 固體顆粒的爐內運動

煤粉進入爐膛之后，會隨著爐內強烈的旋轉氣流向上運動，并在運動過程中燃燒直至燃燼，生成大量煙氣，因此爐膛內越往上，氣體的總量越大，流速越快，固體顆粒獲得的運動動能越大。但是在底部燃燒器處，由于氣體的量相對較小，攜帶煤粉或灰顆粒的能力較差，因而煤粉在自重的作用下易脫離風粉混合物的主流而落入冷灰斗。

1.2 爐膛內固體大顆粒的形成

雖然配套鍋爐的爐膛尺寸較大，并采用一系列措施降低爐膛內的尖峰溫度，但無法使燃燒區域的溫度低于灰的熔點溫度，因而該區域不斷生成的熔融狀態的灰顆粒，會隨著強烈的氣體旋轉擾動而不斷地與其它灰粒或煤粉顆粒碰撞粘結，形成更大的顆粒。這些顆粒在到達爐膛出口之前因溫度下降而凝固，較小的顆粒隨煙氣進入煙道成為飛灰，較大的顆粒落入冷灰斗成為灰渣。煤粉在爐膛內的時間只有短短的數秒鐘，而且爐膛內越是往上，氧含量就越小，如果在這短短的數秒時間內煤粉沒能與氧氣充分混合就會熄滅。LNCFS-Ⅲ采用二段燃燒，主燃燒器送入需要空氣量的90%～95%使其不完全燃燒，再將不足的空氣量從燃燒器上方(主要是SOFA)送進爐膛，延長煤粉完全燃燒的時間，這就使得沒有完全燃燒的煤粉顆粒被熔融狀態的灰顆粒碰撞粘結成大顆粒的幾率大大增加，必然會導致灰渣含碳量一定程度上的增加。

1.3 缺氧燃燒

LNCFS-Ⅲ燃燒器布置方式還有另外一個易造成灰渣含碳量高的原因:二次風總層數太多，導致風箱與爐膛壓差遠遠低于設計值。

主風箱與SOFA風箱具有相同的風壓，而爐膛內由于引風機的抽吸作用，使得隨煙氣流動方向上壓力越來越低，因此在二次風擋板開度相同的情況下，上層二次風量必然大于下層二次風量，致使主燃燒區域的空氣量遠遠達不到90%～95%，燃燒缺氧加劇。再加上二次風總層數太多(6層周界風;每兩層燃料之間的輔助風有3層風口;主燃燒器最底部2層風口、最上部3層風口;SOFA共5層風口)，使風箱與爐膛壓差低(滿負荷時，不足0.5kPa)，較低的壓差會使相同擋板開度下的二次風量及風速都大為降低，此時即使底層二次風擋板全開，其二次風占有的比例及二次風剛度也達不到要求，所以底層煤粉脫離氣流進入冷灰斗的幾率大大增加。

2 降低灰渣含碳量的辦法

運行調整并不能改變設備自身的特性，但卻能一定程度上扭轉局面。

2.1 提高風箱壓力

這種做法有兩個好處:(1)提高了風箱與爐膛壓差，使二次風速及二次風氣流的剛度增加，提高了空氣氣流托浮及攜帶固體顆粒的能力;(2)降低主燃燒區域的缺氧程度，縮短了煤粉顆粒的燃燼時間，也就縮小了未燃燼煤粉顆粒與熔融狀態的灰渣粘結成大顆粒進入冷灰斗的幾率。

要提高風箱壓力，在鍋爐通風量一定的情況下，就需要減小二次風擋板的總開度。周界風和輔助風擋板的開度選擇，要考慮到煤質、爐內燃燒穩定性、鍋爐漏風等等情況，這里不做分析，但最主要的是要根據相應煤層燃料量的大小來決定。對于因風箱壓力低達不到設計值而無法投二次風擋板自動調節的鍋爐，運行人員的及時調整很重要，尤其是機組降負荷，鍋爐通風量下降，風箱壓力會進一步下降。另外，停運燃燒器層后，應及時檢查關閉相應的二次風擋板。

2.2 調整二次風配比

主燃燒器區域的各層二次風量，主要根據對應煤層燃燒器煤粉量的大小來進行配比，原則上采用從下往上漸小的分配方式。對于四角切圓燃燒的鍋爐，這種配風方式能一定程度上減小主燃燒器上部氣流的旋轉強度，給消旋減輕負擔，而且相對于上部燃燒區域，下部燃燒區域較大的二次風可一定程度上減小燃燒區域局部缺氧，下部多余的空氣量在上部可以繼續利用，提高了爐內底火的穩定性。尤其是最底部A層二次風擋板開度，一般均保持90%以上的開度，以保證底層二次風的風速和風量，形成富氧環境。若再能提高風箱壓力，則底層二次風托浮煤粉的能力將顯著提高，大大減小灰渣含碳量。

2.3 優化燃料分配

底層燃料量適可，根據機組當時的負荷量，一般A層燃料量維持在45~50t/h，一方面是維持底層煤粉燃燒的富氧環境，使底層煤粉燃燒充分，提高爐內燃燒的穩定性，另一方面是減輕底層二次風托浮煤粉的負擔，使底層煤粉脫離氣流進入冷灰斗的幾率降低。

2.4 保證合格的煤粉細度

煤粉較粗，無疑是造成灰渣含碳量上升的一個原因，因此要保證煤粉細度合格。尤其是A層煤粉，要保持較細的煤粉細度，這樣既有利于鍋爐啟動及低負荷時爐內燃燒的穩定性，又進一步減小了煤粉脫離氣流進入冷灰斗使灰渣含碳量上升的可能性。

2.5 采用合適的過量空氣系數

由于煤質的不可控性，降低機械損失就必須降低飛灰可燃物，這就要求煤粉在爐內需充分燃燒，一方面要保證煤粉細度在合格范圍內，避免煤粉細度過大而導致的燃燒不完全，另一方面要保證合適的過量空氣系數，使燃料有足夠的氧氣進行燃燒，使之燃盡，盡可能降低飛灰及灰渣可燃物的含量。

為了能使運行人員根據爐膛出口氧量值大小來正確調節入爐風量，則必須要保證氧量表準確。所以要定期對爐膛出口氧量表進行校對。另外入爐總風量的大小還要根據鍋爐不同的負荷、入爐煤質的變化及時予以調整。鍋爐高負荷時可取較小氧量，低負荷時可取較大氧量。鍋爐入爐煤為發熱量高的優質煙煤時可取較小氧量，入爐煤為發熱量低的劣質煙煤時可取較大氧量，以確保鍋爐燃燒的安全性和經濟性。運行中還要及時關閉爐膛、煙道處的各種孔、門，以減小漏風，增強鍋爐燃燒。

3 結束語

通過上述燃燒調整，洛河電廠#5爐灰渣含碳量由20%降至5%，#6爐降至6%以下，并仍在進一步的嘗試之中。

參考文獻

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