狭缝式燃烧器结构特点

狭缝式燃烧器结构特点、运行历史与现状

出现过的问题点检二组主讲武晓宾锅炉

#06

狭缝式燃烧器结构特点、运行历史与现状

出现过的问题狭缝式燃烧器结运行历史与现状

为适应锅炉燃烧方式、火电机组调峰、锅炉低负荷稳燃、无烟煤、贫煤稳定着火燃烧的需要，近年各国发展了一些针对无烟煤、贫煤、低负荷稳燃的几种新型直流煤粉燃烧器，主要是为提高低挥发分煤的着火稳定性和在低负荷运行时着火、燃烧的稳定性而设计的。其中包刮狭缝直流煤粉燃烧器，应用在w形火焰燃烧煤粉炉上。W形火焰煤粉炉为FW（福斯特。惠勒）公司首创，脱胎于早期的U形布置锅炉。

该狭缝直流煤粉燃烧器已应用在英国三井巴布科克有限公司制作的亚临界压力2027t/hW火焰燃煤锅炉上。近几年，在我国新投产的火电机组中，缝隙式燃烧器“W”火焰炉其数量急剧增加。本公司的煤种属于低挥发份、中-中高发热量、低水分、中高硫含量、可磨性中等的无烟煤，难着火、难燃尽，结渣倾向中偏重。要获得低挥发份煤良好的燃烧效果，用煤粉高细度确保碳粒点燃。用较长的炉内停留时间和足够高的炉膛温度达使碳粒燃烬。形成良好的稳定火焰，保证煤粉在炉内有足够停留时间。机组还应具备一定的调峰能力。以上两点都要求选取适宜的燃烧器和燃烧方式，采用狭缝式燃烧器。直流狭缝式燃烧器是将旋风分离式燃烧器和直流狭缝式燃烧器结合起来，既用旋风子来浓缩煤粉，又用直流狭缝式燃烧器将煤粉流喷入炉膛。直流狭缝式燃烧器布置在锅炉下炉膛的前、后拱上。每个拱布置六组直流狭缝式煤粉燃烧器，每组煤粉燃烧器包括2只主燃烧器和2只通风燃烧器，它将最少量的一次风空气与高浓度的煤粉一起送入炉膛，且速度较低；在下部炉膛喷嘴出口处燃烧着火炬的辐射传热以及炉墙、炉顶拱的辐射传热下，煤粉能迅速升温，达到燃煤的着火温度而迅速着火和燃烧。狭缝式直流燃烧器结构特点狭缝式燃烧器的煤粉喷嘴是一种浓淡分离的高浓度煤粉燃烧器。燃烧器由一组狭缝矩形的喷口构成，煤粉和空气分别由不同喷口射入炉内。根据射流介质的不同，可分为一次风口、二次风口、乏气口和三次风口（三次风仅热风送粉系统有）。这种新型燃烧器稳定燃烧的机理大致分为三类：一是煤粉浓淡分离，浓相首先着火然后点燃稀相气流；二是在燃烧器出口的某一位置，形成局部区域的“三高”。即高的氧量、高的温度、高的煤粉浓度，三是直流射流引射形成回流区提升燃烧器出口温度。W形火焰燃烧锅炉是近年来国内为适应无烟煤的燃烧而引进的一种炉型。这种锅炉的燃烧器均为垂直燃烧和煤粉浓缩型燃烧器。燃烧器的工作与w形火焰燃烧锅炉的炉膛结构关系密切，燃烧设备主要由旋风式煤粉燃烧器、油枪、风箱及二次风挡板等组成。进入各煤粉燃烧器的一次风，受旋风分离的作用，被分成浓相得主射流和稀相得乏气射流两部分，分别从不同喷口向下射入炉膛。主射流煤粉浓度大，流速适中，最有利于燃烧着火和稳燃；而乏气部分在主火嘴和燃烧区上升气流之间的高温区穿过，送入炉膛后可迅速燃尽。在乏气管道上装有乏气挡板，用以调节乏气量的大小，在调节过程中同时也调节了主射流的风量、风速和煤粉浓度。直流旋风分离狭缝式浓淡燃烧器示意图煤粉空气混合物经过分配器后分成两路，各进入一个旋风分离器，经离心分离，大约有50%的空气从煤粉气流中分离出来，其中只含有少量煤粉，通过旋风分离器上部的抽气管送至通风燃烧器（乏气燃烧器），进入炉膛；大部分煤粉和剩余的一次风空气流从旋风分离器下部流出，然后垂直向下流向直流缝隙式燃烧器（主燃烧器）的喷嘴，一次风速度可降低到10m/s左右。这样，含有少量一次风的高浓度煤粉以较低的速度引到一次风喷嘴（位于两个互相平行的高速二次风喷嘴之间），垂直向下喷射，同时两个高速的二次风也垂直喷射，对一次风进行引射，保证一次风具有良好的穿透深度。在炉拱上前后墙上布置有二次风，叫做拱下二次风。拱下二次风是在煤粉着火以后，沿火焰行程分成3级逐渐送入并参与燃烧的。3级风量的分配均可进行调整。每炉有风箱分别布置在前后墙拱部，各风道进口有相应的挡板（A、B、C、D、E、F）控制进入炉膛的风量。拱上部的各股二次风风量由挡板A、B、C控制，这部分约占二次风总量的30%左右。拱F二次风风量由挡板D、E、F控制，D、E、F挡板分别用来控制拱下垂直墙上的上、中、下三股二次风。这部分约占二次风总量的70%。以上诸风门中，C挡板和F挡板为电动调节，其余为手动调节。所有的手动执行挡板都是预先调整设定的，运行中不再进行调整。但当燃料和燃烧工况发生较大变化时，需要重新调整设定。在冷灰斗和侧墙底部开有一些小的“屏幕”式边界风口，“屏幕”式边界风的风量由G挡板控制。一次风口与上二次风（A、B、C)喷口间隔布置，一次风气流呈扁平形，用以增加着火周界。下二次风（D、E、F、G）喷口则布置在下部炉膛前、后炉壁的底部，每边布置四个下二次风喷口，喷口截面较大。。下二次风仅用来为与冷灰斗斜管接触的边缘火焰提供足够的空气，以使其继续燃烧，也实现分级燃烧，抑制了NOX生成，并且避免了燃烧器主气流冲刷冷灰斗形成结渣，为形成炉内良好的空气动力场创造了有利条件。燃烧器各股出口气流的动量与介质流量和流速的乘积成比例。动量越大，穿透能力越大，相邻燃烧器互为着火热源、强化后期扰动，由于是燃烧无烟煤，所以一次风风速的影响要比一般的煤粉炉更大。当一次风速偏高时，不仅会影响着火，而且会影响到炉膛氧量和过热气温。射流的着火过程发生于一次风的外界边缘，然后由外向内迅速扩散。煤粉气流达到着火温度所需吸收的热量，70%以上来自卷吸高温烟气的对流换热，其余是炉内介质的辐射热。因此气流卷吸周围介质的能力对着火过程有极大的影响。因此喷口高宽比较大的燃烧器，其着火条件较好但容易发生气流偏斜。分级配风直流煤粉燃烧器，待一次风煤粉气流着火后，再根据燃烧需要分级分批补充二次风的配风方式称分级配风，即将一次风喷口全部或部分集中布置，以提高着火区温度，而二次风喷口分层布置，且一、二次风喷口保持较大的距离，以便推迟一、二次风的混合，这种配风方式的着火热小、着火条件好，适用于难着火、难燃烧的煤种。燃烧器顶部的喷口一般是三次风喷口。故分级配风直流燃烧器适用于燃烧无烟煤、贫煤和劣质烟煤。直流狭缝式燃烧器的W形火焰

1、直流狭缝式燃烧器的原理：煤粉空气混合物经过分配器后分成两路，各进入一个旋风分离器，经离心分离，大约有50%的空气从煤粉气流中分离出来，其中只含有少量煤粉，通过旋风分离器上部的抽气管送至通风燃烧器（乏气燃烧器），进入炉膛；大部分煤粉和剩余的一次风空气流从旋风分离器下部流出，然后垂直向下流向直流缝隙式燃烧器（主燃烧器）的喷嘴，一次风速度可降低到10m/s左右。这样，含有少量一次风的高浓度煤粉以较低的速度引到一次风喷嘴（位于两个互相平行的高速二次风喷嘴之间），垂直向下喷射，同时两个高速的二次风也垂直喷射，对一次风进行引射，保证一次风具有良好的穿透深度。2、W形火焰燃烧方式：W形火焰炉膛是由下部的拱式着火炉膛和上部的辐射炉膛组成。下部着火炉膛的深度比上部辐射炉膛大约80%～120%，前后突出的炉顶构成炉顶拱，煤粉喷嘴及二次风喷嘴装在炉顶拱上，并向下喷射。当煤粉气流向下流动扩展时，在炉膛下部与下二次风相遇后，180°转弯向上流动，形成W形火焰。燃烧生成的烟气进入辐射炉膛。W形火焰燃烧方式的炉内过程分为三个阶段：第一阶段为起始阶段，燃料在低扰动状态下着火和初燃，空气以低速，少量引入，以免影响着火：第二阶段为燃烧阶段，燃料和二次风、下二次风强烈混合，急剧燃烧；第三阶段为辐射传热阶段，燃烧生成物进入上部炉膛，除继续以低扰动状态使燃烧趋于完全外，对受热面进行辐射换热。W火焰稳定燃烧补充措施

为了使煤粉稳定着火和燃烧，除采用“W”形火焰燃烧方式和带旋风子的直流缝隙式燃烧器外，在燃烧设备的设计上还采取了以下措施：（1）采用较高的一次风温。较高的风温，可以显著降低着火热。而且燃煤的挥发份低，也允许较高的一次风温度。（2）采用了较低的一次风量和一次风速。为保证低挥发份煤的及时着火，本炉在直流缝隙式燃烧器前加装了旋风子，使一次风中的煤粉浓度提高。采用了较低的一次风量和一次风速，以降低着火热，同时避免了气流的过大扰动。（3）着火区域敷设了卫燃带，在下部炉膛靠近炉拱下侧直到冷灰斗斜面顶部的垂直炉墙水冷壁上均敷设了卫燃带，以提高着火及燃烧区域温度，可以加速燃料的着火和燃烧。（4）煤粉细度较高，较细的煤粉颗粒有利于燃料的燃烬。出现过的问题

我国已投产的“w”火焰锅炉最低不投油稳燃负荷是其额定负荷的50％，以燃用难燃煤种的切圆燃烧方式锅炉相比，部分“w”火焰锅炉并末表现其强稳燃能力，特别是采用直流缝隙式燃烧器的“w”火焰锅炉(以下简称缝隙式燃烧器“W”火焰炉)。1、某电厂’该类型“w”火焰炉的煤粉气流着火距离明显偏远，助燃油耗量明显偏大(超过了切圆燃烧方式锅炉)，由此可见.该“W”火焰炉的稳燃能力并不比切圆燃烧锅炉强。缝隙式燃烧器因其自身各种因素导致煤粉气流在加热过程中的吸热量减少，着火推迟，这是该类燃烧器稳燃能力差的实质所在，此弊端抵消了“w”火焰锅炉的强稳燃能力.是导致该类“w”火焰锅炉稳燃能力差的主要原因。

“w”火焰炉下炉膛敷设了大面积的卫燃带，有的甚致全部敷设卫燃带，使下炉膛的燃烧强度大大提高，甚至可近似地认为其接近绝热室。这种炉膛燃烧强度对煤粉气流的加热过程非常有利，本不应该出现燃烧稳定性差的问题，但事实却并非如此。因此，有必要深入研究该类“W”火焰炉稳燃能力差的原因，这对其技术的进一步发展非常重要。2、缝隙式燃烧器稳燃能力在煤种一定的条件下，锅炉稳燃能力主要取决于炉膛的稳燃能力及燃烧器的稳燃能力，对“w”火焰炉而言，锅炉稳燃能力主要取决于其下炉膛燃烧区域的热强度。与切圆燃烧锅炉相比。“w”火焰炉下炉膛具有很高的容积热负荷和燃烧强度(该特点正是“w”火焰炉自身稳燃能力高的实质所在)。其潜力几乎已被挖掘到了极限。可见，“w”火焰炉稳燃能力差绝非锅炉自身的问题，“w”火焰炉的燃烧器主要分二大类：一类为旋流燃烧器，一类为直流缝隙式燃烧器(以下简称为缝隙式燃烧器)。从运行实绩看。在“w”火焰炉中。缝隙式燃烧器“w”火焰炉的稳然能力最差。由此不难推断，缝隙式燃烧器稳燃能力差很有可能是造成锅炉稳燃能力差的重要原因。3、缝隙式燃烧器稳燃能力差的实质：“w”火焰炉中煤粉气流加热过程的热量来源与其他燃烧方式一样，煤粉气流在喷入炉内后，其加热阶段吸收的热量主要来源于对流吸热以及火焰