低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)在燃煤鍋爐中的應(yīng)用

段志強(qiáng)

摘 要：為了解決風(fēng)電及太陽能發(fā)電的消納問題，燃煤機(jī)組靈活性改造勢在必行。本文對燃煤鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)的原理及應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。通過應(yīng)用低負(fù)荷燃燒技術(shù)，可以進(jìn)一步提高低負(fù)荷工況下鍋爐運(yùn)行的安全性。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐;低負(fù)荷;穩(wěn)燃

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.173

0 引言

隨著中國電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整，風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)展迅速，到2017年底，我國風(fēng)電和太陽能發(fā)電的裝機(jī)容量將分別達(dá)到1.6億千瓦、1.3億千瓦。可再生能源發(fā)展的同時，也存在著一些問題，由于風(fēng)電和太陽能發(fā)電的間歇性、隨機(jī)性較強(qiáng)，其很難消納，在某些地區(qū)存在著棄風(fēng)和棄光的現(xiàn)象。為了解決可再生能源消納的問題，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出，要全面推動煤電機(jī)組靈活性改造，提升機(jī)組調(diào)峰能力，“十三五”期間將改造2.2億千瓦[1]。在調(diào)峰過程中，機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，會出現(xiàn)諸多問題，其中最主要的就是鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃的問題。

1 低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)原理

鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，送入爐膛的煤粉量減少，一次風(fēng)量也隨之減少，風(fēng)溫也會下降，爐膛溫度降低，煤粉氣流著火所需的熱量大幅升高。解決低負(fù)荷狀態(tài)下，鍋爐燃燒不穩(wěn)定的問題可以從以下幾方面考慮：

（1）提高一次風(fēng)氣流煤粉濃度。提高煤粉氣流中煤粉的濃度，可使煤粉氣流中揮發(fā)分的濃度提高，較快火焰?zhèn)鞑ニ俣龋淮物L(fēng)量的減少也會降低著火熱，使著火穩(wěn)定性提高。

（2）提高煤粉氣流初溫。提高一次風(fēng)溫度，可以使煤粉氣流所需著火熱降低，使煤粉更容易著火。

（3）提高煤粉顆粒細(xì)度。煤粉顆粒越細(xì)，單位質(zhì)量的煤粉與周圍空氣的接觸面積就越大，并且從煤粉向周圍釋放的熱量就會增大，煤粉的穩(wěn)燃性能就更好[2]。

2 低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用

鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃一直是我國燃燒領(lǐng)域的一個重點(diǎn)，下面就對幾種穩(wěn)燃技術(shù)進(jìn)行介紹。

2.1 鈍體燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)

鈍體燃燒器由華中科技大學(xué)開發(fā)研制。燃燒器通過在一次風(fēng)出風(fēng)口處安裝一個小的楔形鈍體，當(dāng)煤粉氣流從一次風(fēng)出口進(jìn)入爐膛時，由于鈍體的阻礙，會在鈍體后形成一個低速區(qū)域，由于鈍體后部一次風(fēng)存在一定的速度差，就會在鈍體后部形成一個回流區(qū)域，在這個區(qū)域里，高溫?zé)煔獗徊粩嗟木砦M(jìn)來，起到加熱煤粉氣流的作用，有利于穩(wěn)定燃燒。

通過不斷的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新形式的鈍體燃燒器，即開縫鈍體燃燒器，其原理類似于鈍體燃燒器，在鈍體后部形成兩個回流區(qū)，卷吸高溫?zé)煔猓纬煞€(wěn)定著火[3]。首陽山電廠，通過改造開縫鈍體燃燒器后，鍋爐運(yùn)行最低負(fù)荷可達(dá)45%。

2.2 船型燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)

船型燃燒器由清華大學(xué)開發(fā)研制。燃燒器是在一次風(fēng)出口處設(shè)置船型鈍體，一次風(fēng)在流過船型鈍體后，會在船型鈍體后部兩側(cè)形成回流區(qū)。由于回流區(qū)的存在，高溫?zé)煔鈺粩啾贿M(jìn)來，形成一個高溫區(qū)域。煤粉氣流通過船型鈍體后，于煤粉顆粒的的慣性作用，還會形成一個高煤粉濃度區(qū)域。此外，在鈍體后部還是一個高氧氣濃度區(qū)域。顯然，上述三個條件都有利于穩(wěn)定燃燒，這就是所說的“三高穩(wěn)燃區(qū)”[4]。淮南化工總廠熱電廠，通過改造船型燃燒器后，鍋爐可在60%的低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒。

2.3 大差速燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)

大差速燃燒器同樣是由清華大學(xué)研制的。燃燒器通過高速的射流，形成一個回流區(qū)域，在該區(qū)域中高溫?zé)煔獗痪砦M(jìn)來，減少了著火熱，使煤粉氣流可以穩(wěn)定燃燒，其工作原理類似于鈍體燃燒器。某容量670t/h，燃用貧煤的鍋爐，在采用大差速燃燒器后，負(fù)荷降至45%，鍋爐依然能穩(wěn)定燃燒。

2.4 濃淡分離燃燒技術(shù)

濃淡分離燃燒技術(shù)是在一次風(fēng)出口處安裝濃淡分離器，使一次風(fēng)形成濃煤粉和淡煤粉兩股氣流，濃煤粉氣流靠近火焰，有利于著火，形成穩(wěn)定的著火源，淡煤粉氣流遠(yuǎn)離火焰，起到保護(hù)爐膛的作用。濃淡分離技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，國內(nèi)外有水平濃淡分離燃燒器、旋風(fēng)濃淡分離燃燒器、高調(diào)節(jié)比煤粉燃燒器等多種分離方式。遼源發(fā)電廠7號爐，通過改造水平濃淡分離燃燒器后，鍋爐負(fù)荷下降到53%，依然可以穩(wěn)定燃燒。

2.5 各種低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)對比

上述幾種低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)分別通過形成高溫回流區(qū)和煤粉濃淡分離來達(dá)到穩(wěn)定燃燒器的目的，下面就這幾種技術(shù)調(diào)峰能力進(jìn)行對比。

3 結(jié)論

鍋爐作為電廠的三大主機(jī)之一，在低負(fù)荷工況下的穩(wěn)定燃燒對于電廠的安全運(yùn)行是十分重要的。鈍體燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)和船型燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)都是通過鈍體的阻礙作用，形成一個回流區(qū)域，提高區(qū)域溫度，達(dá)到穩(wěn)定燃燒的目的。大差速燃燒器是通過高速射流形成高溫回流區(qū)，使煤粉穩(wěn)定燃燒。濃淡分離燃燒器是通過對濃淡煤粉的分離，形成穩(wěn)定的著火。目前，燃煤機(jī)組靈活性改造正在全面推進(jìn)中，低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)將會有更大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張廣才，周科，魯芬等.燃煤機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)探討[J].熱力發(fā)電，2017，46（09）：17-23.

[2]樊泉桂.鍋爐原理[M].中國電力出版社，2008.

[3]郭銳.開縫鈍體燃燒器的穩(wěn)燃性能數(shù)值模擬研究[D].華中科技大學(xué)，2011.

[4]段輝建.巴·威1025t/h鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)（河北），2008.