某600MW前后墻對沖旋流燃煤鍋爐D磨擾動分析及解決措施

張濤

（四川廣安發電有限責任公司，四川 廣安 638017）

前后墻對沖燃燒系統布置型式,由于具有單個燃燒器相對獨立的燃燒流場，燃燒器相互干擾小的特點，越來越多的應用到鍋爐燃燒系統中。同時具有強化爐內熱煙氣的擾動與摻混,提高氣流在整個爐膛中的充滿度,爐膛熱負荷及爐膛出口煙氣溫度左右偏差小的特點。但是前后墻對沖燃燒布置對單個燃燒器的燃燒流場要求較高，單支燃燒器的燃燒惡化或各燃燒器的熱流量不均勻，將造成爐內熱負荷的不均，同時影響相鄰燃燒器的著火情況。本文針對某電廠600MW機組鍋爐的D磨投運對相鄰層燃燒器的燃燒影響及造成爐膛負壓、汽包水位波動問題進行分析，并提出解決措施進行技術改造。

1 鍋爐及燃燒器概況

1.1 鍋爐概況

某公司三期2×600MW機組＃62鍋爐于2007年6月建成并投產，其中鍋爐采用東方鍋爐（集團）股份有限公司設計、生產的DG2028/17.45-Π5型亞臨界參數自然循環鍋爐。鍋爐采用亞臨界參數、自然循環、前后墻對沖旋流燃燒方式、一次中間抽汽再熱、單個爐膛、平衡通風、固態濕排渣、尾部前后雙煙道、全鋼構架的∏型汽包爐，再熱汽溫調節采用煙氣擋板，空氣預熱器置于鍋爐主體內。

1.2 燃燒器概況

燃燒系統采用東方鍋爐廠自行研發設計的前后墻對沖燃燒方式、外濃內淡式低氮旋流煤粉燃燒器（OPCC），總共30只旋流煤粉燃燒器分3層布置在前后墻上的6只大風箱上，配以6臺ZGM113G型中速磨煤機，每臺磨煤機為同一層大風箱的5只煤粉燃燒器供應風粉混合物，見下圖1。在BMCR工況下燃用設計煤種時，其中1臺磨煤機備用；為降低NOx生成量，在主燃燒器上方的前后2只燃盡風風箱上布置了一層共10支燃盡風調風器；所有的風箱入口處都設置有風門擋板，用來調節每層風箱的總進風量，所有的風門擋板均由一支氣動執行器進行調節；每個燃燒器均配有一個點火槍及其高能點火器。A、D層燃燒器為小油槍燃燒器。

前墻后墻E5 E4 E3 E2 E1 F5 F4 F3 F2 F1 D5 D4 D3 D2 D1 B5 B4 B3 B2 B1 C5 C4 C3 C2 C1 A5 A4 A3 A2 A1左側墻右側墻右側墻左側墻

圖1 燃燒器與磨煤機的連接關系圖

煤粉燃燒器各層高度間距為4.4m，各燃燒器寬度間距為3.68m，最外側燃燒器中心線到兩側墻水冷壁中心線的距離為2.99m，燃燒器上部布置有燃盡風（SOFA）風口，10支燃盡風手動調風器分別布置在鍋爐的前后墻上。燃盡風距最上層的主燃燒器中心線距離為4米。

制粉系統為中速磨正壓直吹式系統。

磨煤機型號ZGM113G型中速磨煤機，共6臺。燃用設計煤種時，其中1臺備用。

煤粉細度：設計煤種及校核煤種均為R90=16%，見表1。

表1 燃煤特性參數

2 存在的問題

自2007投產以來，存在D磨投運時，對相鄰層（C、E）燃燒器的火檢造成很大的影響，同時爐膛負壓和汽包水位波動大。爐內燃燒惡化，減溫水量增加。

3 問題分析

（1）一次風濃淡分離效果差。

D磨對應的燃燒器為微油點火燃燒器，缺少煤粉的濃淡分離裝置，點火初期靠的是較低的一次風風速和微油槍的阻燃來維持燃燒的穩定性。正常投運后，一次風風速偏高，缺少濃淡分離，燃燒器的著火穩定性變差。同時由于D層處在中間層，D層的燃燒惡化會對相鄰層的燃燒器燃燒工況造成影響。燃燒器結構見圖2。

圖2 原D層微油燃燒器結構示意圖

（2）二次風擴展角大。

原設計內二次風、外二次風（三次風）采用相同的45°大擴展角設計，出口位置基本相同，這造成燃燒器的內、外二次風不分，無法實現內二次風可以在煤粉著火后的燃燒初期及時參與燃燒而強化燃燒器著火能力的要求；更由于內外二次風射流形成的“開式流場”組織，外二次風無法在煤粉燃燒的中后期可以及時參與燃燒，導致煤粉燃盡性能變差，煤粉燃盡時間變長。當D層的一次風速偏大時，導致D層的煤粉偏粗，煤粉著火延遲，燃燒變差。同時造成前墻的熱煙氣偏向后墻，火焰中心靠后。造成前墻的C、E層的著火變差，靠近后墻的屏過超溫。

（3）D磨一次風量偏大、煤粉細度偏高。

說明實際運行時D磨的風煤比較大，一般在2.5以上，煤粉細度R90＞25%，同時5根粉管的煤粉細度偏差也較大。熱態調試時，降低D磨的一次風風速，燃燒器的著火、相鄰層的火檢及爐膛負壓和汽包水位都有好轉。

4 改造措施

（1）制粉系統改造：將靜態分離器改造為動態分離器，對噴嘴環、磨輥進行檢修，保證各粉管的帶粉量均勻性、煤粉細度、制粉出力滿足設計要求。

（2）一次風調平：在熱態實際運行時進行調平，防止各粉管一次風風速偏差較大，造成的燃燒推遲、燃燒不穩。

（3）對制粉系統進出口風量、溫度、壓力等熱工測點進行校準，保證運行數據的準確性，防止誤導運行的操作。

（4）對原燃燒器進行改造，提高燃燒器本身的著火穩定性。

將原燃燒器的一次風噴口進行整體更換，采用“城垛型”一次風煤粉穩燃噴口（如圖3），強化一次風煤粉氣流與內二次風氣流的強烈摻混，保證煤粉氣流的強著火、穩定燃燒性能，強化初期著火。

采用穩燃環及壓風板技術，實現內二次風在煤粉著火后的燃燒初期及時參與燃燒，強化煤粉的穩燃能力和初期燃燒強度。

圖3 “城垛”型穩燃煤粉噴嘴

將原主燃燒器的內二次風噴嘴其外側擴展角由45°更改為35°，其內側為城垛型穩燃噴嘴，同時將原60°的旋轉角度改為10°～15°的弱旋轉角度，降低內二次風的旋轉動量，減少內二次風的分離外擴的動量，如圖4。

圖4 新型燃燒器結構示意圖

燃燒器外側部分為旋流外二次風噴嘴，其擴口角度由45°更改為35°，風量及旋流強度可調整，確保形成較好的高溫煙氣卷吸回流區，保證在煤粉燃燒的后期外二次風能進入燃燒中心，提高煤粉氣流燃燒后期的燃燒，在燃燒后期與一次風中的待燃煤粉良好混合，確保煤粉顆粒的燃盡，達到穩燃及強化燃燒效果。

通過對新型燃燒器的數值模擬，新型燃燒器實現了半開式“中心回流、外濃內淡”的“風包粉”流場。同時保證了內二次風燃燒初期參與燃燒，提高燃燒穩定性及調節火焰距離的目的。數值模擬如圖5～7。

5 改造效果

通過一系列的技術改造后，目前該鍋爐的燃燒穩定性得了明顯的提高，D磨可以自有啟停，對相鄰燃燒器沒有任何影響。同時爐膛負壓、汽包水位在D磨啟動時非常平穩。同時磨機不同組合均可運行，徹底解決了D磨對燃燒的擾動問題。

圖5 新型燃燒器數值模擬—速度分布云圖

圖6 新型燃燒器數值模擬—壓力分布云圖

圖7 新型燃燒器數值模擬—速度矢量圖

[1]周平,張廣才,徐勇,等.改進型HT NR3旋流燃燒器在超(超)臨界機組鍋爐上的應用[J].熱力發電,2015,(05):91-97.

[2]趙伶玲，周強泰.旋流燃燒器的穩燃及其結構優化分析[J].動力工程，2006，26(1):74-80.

[3]王毅,范典,張紅等.燃煤鍋爐結渣特性的數值模擬研究[J].熱力發電,2012,(06):11.

[4] 李文軍,黃偉,熊蔚立,等.600 MW超臨界對沖燃煤鍋爐燃燒特性研究[J].湖南電力,2009(2):18-22.

[5]張玉斌,李明,都淑麗,等.空氣動力特性對旋流燃燒器性能影響的研究[J].發電設備,2012(3):6-9.

[6]王振明,周典望,許衛軍.東方660 MW超超臨界鍋爐結焦防治[J].廣西電業,2010(8):91-95.

[7]岑可法,周昊,池作和.大型電站鍋爐安全及優化運行技術[M].北京:中國電力出版社,2003.