無煙煤著火強化燃燒器改造

摘要：國陽第三熱電廠燃燒無煙煤時存在排煙溫度高、結渣嚴重、飛灰含碳偏高、低負荷穩燃性能差等問題。本文仔細分析原因后，對燃燒器進行了合理的改造，并取得了良好的效果。本文對燃用無煙煤鍋爐解決類似問題具有借鑒意義。

關鍵詞：燃燒器 改造 水平濃淡燃燒技術

近年來隨著國民經濟的發展，電力行業也迅猛發展，發電耗煤占到煤炭總產量的50%以上?；茉吹木o缺和環境的日益惡化對發電技術提出更高要求，要求電站能夠高效、節能、環保、可靠地運行。對于在運行電廠，隨著運行時間的增加，燃燒器會出現一些問題，這既增加能耗又影響鍋爐安全穩定運行；同時鍋爐運行環境的變化也要求對燃燒器的設計做出調整。合理改造燃燒器對節能降耗、保證鍋爐安全穩定運行都有重要意義。

1 改造背景

國陽第三熱電廠鍋爐由東方鍋爐廠制造，型號為DG150/9.8-1，四角切圓煤粉燃燒，是固體排渣汽包鍋爐。該鍋爐投產以后一直存在排煙溫度高、低負荷穩燃性能差的問題。而且隨著煤質的變化，鍋爐燃燒器區域結焦越來越嚴重，經常出現掉大焦現象，嚴重時大焦塊突然掉下，堵住排渣口，甚至導致鍋爐突然滅火。從節能降耗角度出發，也希望通過改造燃燒器，應用最新燃燒技術，取得良好的經濟效益。為此，電廠與西安交通大學合作，對燃燒器進行了改造，并取得了很好的效果。

國陽第三熱電廠1＃、2#、3#爐燃燒器鍋爐工作參數和鍋爐外形尺寸見表1和表2，燃燒用煤煤質數據見表3。

燃燒器布置在爐膛四角切圓處，氣流在爐內中心形成Φ408mm的假想切圓。四只燃燒器分布在四個切角上，每只有兩層一次風噴口、四層二次風噴口和一層三次風噴口，由上至下順序布置上二次風、三次風、上中二次風、下中二次風、上一次風、下一次風、下二次風，點火油槍布置在下二次風噴口。一、二、三次風參數見表4。

2 問題分析

隨著煤質的變化，國陽第三熱電廠鍋爐爐壁出現嚴重的結焦問題，最嚴重時大焦塊掉下來導致鍋爐突然滅火；同時由于燃燒不穩定，煤粉顆粒不能完全燃燒，導致飛灰含碳量偏高。這些都不利于鍋爐的穩定運行和能源的高效利用，需要通過改造燃燒器來解決此類問題。

2.1 嚴重結焦問題分析 國陽第三熱電廠鍋爐爐壁結焦問題主要有以下幾個原因：①水冷壁周圍形成還原性氣氛（相對缺氧）；②刷墻的火焰中存在大量未燃盡煤粉；③爐膛溫度大于灰熔點溫度。

水平濃淡燃燒技術可以充分將濃側煤粉導向向火側，防止未燃盡煤粉刷墻，有利于減少結焦，所以可將燃燒器改為新型水平濃淡燃燒器。

通過煤粉濃縮器將高煤粉濃度氣流引至一次風出口的向火側，淡煤粉濃度氣流引至一次風噴口的背火側，達到向火側高煤粉濃度、高溫、低氧、高湍動度，背火側低煤粉濃度、低溫、高氧。增加周界風，盡量避免煤粉刷墻；加大送風量，提高煤粉燃盡率；增強一、二次風剛性，避免爐內假想切圓實際直徑過大，爐內火焰刷墻。爐內衛燃帶的設計也直接關系到結焦的形成和發展，需要改造衛燃帶來減輕結焦。

2.2 飛灰含碳偏高問題分析 影響飛灰含碳量的原因主要有煤粉著火和燃盡特性，煤粉細度，燃燒器結構特性，熱風溫度，爐內空氣動力場分布情況。

因此要解決飛灰含碳量偏高，也需要將燃燒器改造為新型水平濃淡燃燒器，強化空氣與煤粉的良好攪動和混合，將濃側煤粉導向向火側，提高煤粉燃盡率。并且要有在線的風粉數據，從而能及時調整一、二次風速及煤粉濃度，使得一、二次風配合良好，爐內具有良好的空氣動力場。

3 解決方案

基于上面對問題的分析，為減輕結焦，減少飛灰含碳量，保證鍋爐安全穩定運行，我們采取了下面的做法來改造燃燒器。

3.1改造一次風 保持現有的上二次風、三次風、上中二次風、下中二次風、下二次風噴口不變，對上一次風、下一次風噴口進行改造并且一次風改為反切布置。西安交通大學已經有在燃燒無煙煤的鍋爐上成功應用一次風反切技術的經驗，具體的改造方法為：①盡量使改動量不要過大，一次風管彎頭、二次風箱等爐外設備均保持不動，只對燃燒器噴口進行改造，同時增加周界風。②一次風噴口的改造是這次改造的重點，改造時需要保證一次風的流通面積不變。改造后燃燒器如圖2和圖3所示，中間的波形穩燃體提高回流卷吸高溫煙氣能力；一次風噴口通過前面撞塊形成水平方向濃淡燃燒；周界風保護煤粉不貼墻，改變水冷壁區域的還原性氣氛，增加局部含氧量。將一次風調整為反切，延長其與正切的二次風混合的時間，使得煤粉燃燒更充分，有效地降低飛灰含碳量。

3.2改造衛燃帶 衛燃帶作用是防止燃燒區域水冷壁吸熱，保證該區域有較高的截面熱負荷和容積熱負荷，煤粉噴入后能及時著火。如圖4所示，將現有的衛燃帶整體改為方塊條形衛燃帶，通過計算可知，各方條間隔為兩米。這樣改造不僅能適當降低燃燒器區域容積熱負荷，有效減輕結焦現象，而且能徹底消除大塊焦的形成，防止大塊焦突然落下造成除渣口堵塞和爐膛溫度波動過大導致滅火事故。

3.3 增加風粉在線系統

如果各個燃燒器中的風速和煤粉粉量相差太大，燃燒就不能很好地組織，會出現火焰偏斜、結焦、燃燒不穩等問題，這時需要安裝風粉在線系統來保證四個角一次風速、風粉濃度一致，使得火球中心處于爐膛中心，火焰不發生偏斜。在線監測系統為鍋爐運行人員監測每個燃燒器的風粉情況和及時調整燃燒提供可靠的手段，司爐工人以往只能根據經驗來調整風門檔板和給粉機轉數的操作方式?，F在通過分析風粉在線系統顯示器的畫面，司爐工人可調整一次風煤比例使鍋爐在最佳工況下運行。

3.4 改造引風機葉輪 提高引風機出力，使爐膛氧量有足夠保證，以有利于變煤種、變工況下的燃燒調整。

3.5改造粗粉分離器 改造粗粉分離器同樣可以節約制粉電耗，在不增加制粉電耗條件下降低煤粉細度，改善燃燒，降低飛灰含碳量。

4 改造后效果

現場實測數據表明，改造效果明顯。高負荷工況下爐內結焦情況大大變好，低負荷工況燃燒穩定，由于試驗150t/h時嚴重缺氧，飛灰和大渣含碳量也沒有升高，排煙溫度降低約20℃，單套制粉系統運行時，排煙溫度為139.81℃，雙套制粉系統運行時在161.39℃。每排煙溫度降低約20℃，鍋爐效率約提高1%，供電煤耗約降低5g/kW·h，每年供熱折算發電量大約為238×106kW·h，可節約標煤1190噸，每噸標煤約398.45元，共節約474512.00元；另外，試驗數據表明鍋爐運行的可靠性也提高了。

當鍋爐帶150t/h滿負荷時，實測排煙氧量為4.8%，由此推算爐膛出口排煙氧量可能只有1~2%，處于嚴重缺氧狀態，此工況下飛灰含碳量為6.5%和7.3%，并沒有比改前升高，這主要是送風氧量偏低造成。若能實現爐膛出口排煙氧量達到4%，飛灰含碳量將會下降到6%以下。

最低穩燃試驗結果表明，鍋爐在80t/h流量時，負壓穩定，運行正常，鍋爐可在此主汽流量下穩定運行，并且汽溫和汽壓可達到設計值。低負荷下助燃油量將會大幅度降低，鍋爐運行安全性和變負荷調節能力也會明顯提高，這是燃燒器改造后取得的重要成果。

5 結論

通過使用濃淡燃燒和一次風反切技術，加裝風粉在線系統，改造衛燃帶等措施改進后，新型燃燒器的一次風管阻力變小，周界風保證煤粉不刷墻，噴口的波形穩燃體強化著火，方塊條形衛燃帶能大幅度提高運行安全性，使得國陽第三熱電廠鍋爐多方面性能均有提高：在高負荷下水冷壁的結焦狀態大大改善，低負荷下燃燒穩定，運行正常；鍋爐對煤種的適應性增加，在很寬的范圍內均能穩定燃燒，充分燃盡；通過輔機改進，進一步提高風機裕量，適當增加爐膛出口氧量，在爐膛出口排煙氧量達到4%后，飛灰含碳可以降到6%；排煙溫度降低約20℃，鍋爐效率約提高1%，供電煤耗約降低5g/kW·h。

可見，這次對燃燒器的改造，既保證了鍋爐的安全穩定運行，又提高了能源的利用率，取得了很好的經濟效果。

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