電站鍋爐旋流燃燒器燃燒效率控制仿真

王君慶

摘要：一直以來，燃燒器都是我國電廠燃燒系統當中非常重要的一個部位，可以說其技術水平直接決定一個鍋爐的整體效率。現在我國對燃燒器研發有著很高的重視程度，而直流燃燒器和旋流燃燒器應用了兩種完全不同的技術體系，所以這樣看來，二者對于鍋爐的發展來說都非常重要。本文結合旋流燃燒器的發展情況總結了一些燃燒效率控制仿真的分析，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

關鍵詞：旋流燃燒器；燃燒效率；非線性；多模型

現在隨著我國社會經濟發展水平的提高，我國對于能源的需求越來越大，但是目前來看，聚變能和太陽能等一系列新能源的技術仍然無法迅速成熟，在這種背景下，石油天然氣仍然是我們生存和發展過程中應用量最大的能源，我國消費的煤炭總量在全世界占比非常高，并且在未來一段時間內，煤炭仍然是我國消耗的主要能源。燃燒器對于電廠鍋爐運行的安全性以及經濟效益的發展祈禱的作用非常關鍵，直流燃燒器的著火效果較好，然會降低火焰的充滿度，而旋流燃燒器可以經由旋流來調節強度，增加煤粉氣流和火焰充滿度，近年來的應用越來越廣泛。

一、旋流燃燒器的特點以及發展

我國煤炭消耗主要產生于電力行業，發電用煤在我國社會煤炭總使用量當中占比達到2/3，并且隨著社會的發展、用電總量的提高，發電用煤的總量還在繼續增加，在這種情況下，如果能在電力行業實現對能源的節約，無疑對于全社會的節能減排來說都是非常有利的。在我國火力發電廠當中，粉爐的應用非常廣泛，同時也有著規模不斷增大的趨勢。燃燒器這個部件越來越重要，其主要作用是直接將空氣輸送到爐膛當中，并且進行混合燃燒，如果能夠讓煤粉著火穩定，并且避免結焦，現在我國環境保護壓力非常大，可以說污染物控制能力也已經成為燃燒器性能的關鍵指標。

旋流燃燒器采用墻式布置，自從上個世紀八十年代開始，在鍋爐技術上我國便已經開始積極從國外引進，可以說到現在為止，直流燃燒器都在我國電場鍋爐當中占據著絕對的數量優勢，旋流燃燒器占比僅為20%，在未來，大機組已經成為了一個發展趨勢，所以旋流燃燒器有待于進一步推廣。

旋流燃燒器的噴口一般為圓形，在旋流發生裝置的影響下，煤粉和氣流發生旋轉，在進入爐膛之后就可以生成旋轉射流，旋轉射流在壓力作用之下就可以形成高溫煙氣回流，這可以輕易地進行煤粉點火。但是每個旋流器都可以形成高溫回流區域，所以這些火焰都具有一定的獨立性，旋流燃燒器具有較大的擴展叫，所以也有較大的回流區域，在早期可以實現強烈混合，但是旋流強度不斷提高，也可以讓旋轉射流迅速衰減，所以火焰的形成較。

蝸殼旋流燃燒器有兩種形式，分別為單蝸殼類型和雙蝸殼類型，單蝸殼旋流器的特點是并非在蝸殼形成旋流，而是經過直射來形成旋流，而雙蝸殼燃燒器具有相當大的風阻，這就導致了擴流錐經常損壞的弊病。

可動葉輪旋流燃燒器一般采用直流或弱旋流，二次風可以直接產生推動力，來推動葉輪旋流器的旋轉，這種旋流器的運行效果較好，現在在我國也已經得到了逐步的推廣。

二、關于旋流燃燒器的燃燒效率控制系統

本次針對某鍋爐廠自行設計開發的外濃內淡型低N0，旋流煤粉燃燒器（DBCOPcc）進行分析，布置為對沖燃燒方式。另外，煤粉燃燒器上方布置了燃盡風和側燃盡風可進一步降低N0。排放量。36只采用前后墻對沖燃燒方式布置的旋流燃燒器分為3層布置在鍋爐的前后墻上，每層等間隔分布有6只旋流煤粉燃燒器。同時，前后墻的旋流燃燒器上方各布置1層燃盡風，其中每層2只側燃盡風噴口，6只燃盡風噴口。該燃燒器的燃燒用空氣被分為一次風、內/外二次風和中心風四個部分。內二次風風道內布置安裝有軸向旋流器（軸向葉片角度為60。），外二次風風道內布置安裝有切向旋流器（切向葉片角度為45°）。

該旋流煤粉燃燒器的主要特點是其二次風分為內二次風和外二次風兩部分，其有三個同心環狀噴口，中心為一次風噴口，外邊是內外兩層的雙調風器噴口。同時，在一次風噴口附近還有一股用以抑制揮發分析出和著火階段N0。生成的冷空氣或煙氣。為保證煤粉的充分燃燒，燃燒器周圍布置有二級燃燒空氣噴口以維持過量空氣系數在1.2左右。該燃燒器入口的一次剛煤粉混合物為不旋轉的直流射流，經燃燒器在出口處一、二次風混合形成富燃料著火燃燒區。由于此時外二次風旋流強度較低，故使燃燒過程后推并降低了火焰的溫度。實踐證明，應用該燃燒器既能有旋流煤粉燃燒器結構效抑制熱力型N0，的生成，又能限制燃料性NO。的生成。如文獻[2]所描述，旋流燃燒器的燃燒效率受各操作量、干擾量和燃燒器輸出等變量作用影響，這些變量共同組成其燃燒效率控制系統。

從本文所研究660Mw電廠鍋爐實際運行角度，燃燒器燃燒效率控制過程中最關心的被控變量是其出口溫度（T/℃）及混強度（Ⅳ%），與之相對應的控制量分別是給煤量和二次風量。運行顯示，以上變量之間存在著典型的非線性關系，這給旋流燃燒器的燃燒效率控制帶來極大困擾，因此本研究運用基于熵的模糊多模型方法來對影響旋流燃燒器燃燒效率控制的變量進行辨識來探討這一問題。

三、仿真研究

本研究利用某電廠660Mw鍋爐旋流燃燒器運行數據，考慮系統輸入輸出的辨識結果。研究過程中對2016年6月間正常運行燃燒層數據進行采樣，采樣數據以5min為采樣時間間隔采樣800組運行過程數據，并將數據分為辨識數據（400組）和檢驗數據（400組）兩組。由仿真結果可知，在算法運行的初始階段雖然辨識輸出有一定誤差，但從整體上看所應用算法得到的辨識輸出能夠很好地反映電站鍋爐旋流燃燒器的實際輸出。誤差曲線表明，辨識結果在算法的運行過程中不斷遞歸修正并且有效提高了精度。

四、結語

由于使用習慣的問題，現階段我國仍然主要引用直流燃燒器，并且基本可以自給自足，但是旋流燃燒器雖然我國已經有了一些自主研制的產品，但目前仍然以引進為主。在電力行業未來的發展中，機組容量會越來越大，但是直流燃燒器的燃燒方式會導致出口煙的溫度過高，旋流燃燒器的優勢明顯，在歐美國家絕大多數的鍋爐都有所應用，其各方面的特質也完全符合大型化發展的必然需要。本文結合旋流燃燒器的特點總結了一些控制效率仿真的問題想，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

參考文獻：

[1]趙小鵬，楊國田，劉禾，等. 電站鍋爐旋流燃燒器燃燒效率控制仿真[J]. 計算機仿真，2017，34（4）：147-151.

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[3]許昌，呂劍虹，曾慶廣，等. 800MW鍋爐旋流燃燒器空氣動力場試驗與數值仿真研究[J]. 中國電機工程學報，2004，24（8）：201-204.

[4]周萬青，宋宇，劉廣強. 發電功率450MW電站鍋爐用新型旋流燃燒器的數值模擬[J]. 余熱鍋爐，2015（2）：8-13.