超临界锅炉煤粉燃烧技术分析

超临界锅炉煤粉燃烧技术分析

为实现高效、低nox排放、低负荷、低油稳定燃烧、确保冷壁安全运行，减少热量偏见，采用新的高速和超级别锅炉，实现低粘度燃烧。国产化超临界和超超临界机组采用与B&W、三井、日立、三菱、阿尔斯通等公司合作为主的超临界技术,新型的煤粉燃烧技术展现出为实现同一目标而实施的不同技术构思。1tm燃烧系统的组成及原理B&W公司最新开发的DRB4ZTM旋流式煤粉燃烧器如图1所示。用于北京巴威公司供货的600MW超临界锅炉。燃烧器由入口一次风管道接口处的陶瓷内衬的弯头、锥形的扩散器、用以优化煤粉气流流场的导向器、用以调节过渡区气流的可调节的滑动挡板、内外二次风的调节叶片、带线性执行机构的风量调节盘、燃烧器风量指示器、配高能点火器的油枪、火焰探测装置用套管、观察孔等组成。DRB4ZTM燃烧器的主要特点是在双调风旋流式燃烧器的基础上,供风进一步多级化,尤其是在一次风外围设置了过渡性供风,其核心技术是在火焰内实现脱氮。即燃烧器供风分为四个区域:第一个区域是一次风的空气和煤粉的混合物;第二个区域为环绕在一次风外围的过渡区;第三和第四区域分别为内外二次风。燃料的初始燃烧阶段发生在煤粉浓度比较高的喷嘴附近。处于过渡区域的空气推迟内二次风与着火后的煤粉气流的混合,并增强了煤粉气流卷吸火焰核心区高温烟气的作用,同时在火焰外围富氧区形成的NOx被还原成氮气。内外二次风按一定的比例通过调风器进入燃烧器。这股空气可提供煤粉充分燃烧所需的氧气,并且在锅炉炉墙附近保持氧化性的氛围。在锅炉前后墙的最上层燃烧器之上布置燃烬风(OFA)系统,如图2所示。它的作用是实现火焰在炉膛内进一步脱氮和为煤粉的充分燃烬补充充足的氧量。采用滑动套筒用来控制每个OFA喷口的空气流量。进入每个OFA喷口的空气分为中心风和外部风。中心风具有一定的穿透力,可以使空气和炉膛深处的火焰混合;外部风具有一定的旋流强度,可以促进可燃物和空气的充分混合。每只OFA喷口的各股风量可以被调节和控制。手动的可调风盘用以调节中心风的空气流量;手动的可调节叶片用以调节外围风的旋流强度;进入OFA喷口的二次风量由风箱入口的挡板来控制。2调风器+旋转nr燃烧煤粉的原理东方锅炉公司与巴布科克日立公司合作制造的600MW超临界锅炉和1000MW超超临界锅炉采用日立技术的NR燃烧器。NR燃烧器由环形稳焰器、煤粉浓缩器、外周空气导管、调风器等组成。NR燃烧器供风也分为3个区域,煤粉由一次风送入,助燃风由内二次风和外二次风(或称三次风)供给,如图3所示。环形稳焰器为陶瓷制的齿形环状,稳焰环的内侧形成一次空气旋流,促进卷吸高温烟气使煤粉颗粒迅速着火。煤粉气流通过煤粉浓缩器时,获得周向运动的速度分量,大部分煤粉靠近环形稳焰器周围,从而提高了稳焰环附近的煤粉浓度,增强了稳燃能力,适应于低负荷稳定燃烧。外周空气导管用于控制最外周的三次风的混合,加强火焰内脱氮效果。调风器由旋流叶片组成,二次风通过旋流叶片促进火焰外周三次风和内部高温还原火焰间的混合,以提高燃烧效率。NR燃烧器能快速点燃煤粉,维持高浓度煤粉火焰,急速降低火焰中的氧气浓度。使烟气中产生的一部分NO,在高温缺氧火焰中被CH等碳氢化合物分解,并最终还原成N2,从而减少NOx的产生。在煤粉燃烧器的上部布置了一层燃烬风喷口(AAP),其作用是补充燃料后期燃烧所需的空气,同时实现分级燃烧,抑制NOx的生成,其实质仍然是实现在炉膛内脱氮,其原理与图2所示的基本相同。3转射流,三次风国内Q电厂600MW超临界锅炉采用轴向叶轮式多级配风旋流式燃烧器。燃烧器供风分为4级,一次风为煤粉空气的混合物,二次风通过轴向可动叶轮式旋流器产生旋转射流,三次风(即外二次风)沿火焰外围通过调节叶片形成弱旋转气流,既防止火焰贴壁,又满足火焰后期的可燃物与空气混合。其主要特点是在轴向可动叶轮式双调风燃烧器的基础上,在内二次风和三次风之间增设另一股直流四次风。这股四次风的主要作用是在高温火焰外围形成空气屏蔽,以推迟三次风与火焰的混合,有利于还原火焰中的NOx。同时,在燃烧器上方的炉膛四壁还设置高速OFA燃烬风,使高温火焰与高速OFA风均匀混合,促进燃料燃烬。高速OFA风与常规配风的比较示于图5。4直接式煤粉炉4.1燃烧喷嘴结构上海锅炉公司引进阿尔斯通技术制造的600～1000MW超临界锅炉采用强化着火(EI)的煤粉喷嘴,在煤粉喷嘴四周布置有燃料风(周界风),在每相邻两层煤粉喷嘴之间布置有一层辅助风喷嘴,包括上下2只偏置的CFS喷嘴,在主风箱上部设有2层紧凑燃烬风(CCOFA)喷嘴,在主风箱下部设有一层火下风(UFA)喷嘴,主燃烧器与炉膛出口之间布置有类似于OFA风(SOFA风箱)。燃烧器喷嘴结构如图6所示。燃烧器一次风管内装有煤粉浓缩器,如图7所示。4.2次燃烧及燃烧非碳化合物nox燃烧由哈尔滨锅炉厂为玉环电厂提供的1000MW超超临界锅炉采用三菱PM型燃烧器+最大可控制技术(MACT)配风技术。PM型燃烧器如图8所示。MACT的核心技术是控制主燃烧区的燃料与空气比为0.8～0.9,在主燃烧器上方设置OFA供风,使主燃烧区产生的碳氢化合物被活化,并在OFA的上部留有足够的空间,使主燃烧区生成的NOx到达OFA区时因缺氧而被还原成N2。在主燃烧器的上二次风OFA喷口上部再设置一层附加空气AA,还原区的未燃烬物进入燃烬区后与AA供风混合,且被充分燃烧。炉内脱氮原理如图9所示。据资料介绍,经过进一步改进的MACT燃烧技术可将NOx控制在60×10-6～150×10-6内。特别值得注意的是在大型超临界锅炉上,直流式燃烧器的布置采用了2个相对独立的反向切圆燃烧方式,将对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差相互抵消,使热偏差大大降低,成为Π型布置的超大容量切圆燃烧锅炉解决烟温偏差的最佳途径,如图10所示。采用这种燃烧方式可使炉膛四周水冷壁出口工质温度的偏差值控制在40℃以下,图11给出了玉环电厂1000MW超超临界锅炉炉膛四周水冷壁出口工质温度偏差。5亚临界机组锅炉燃料燃烧技术方面取得了明显的改进本文综合分析了以国内新一代超临界锅炉为主的煤粉燃烧技术的特点,如燃烧器配风多级化;设置火焰内还原脱氮措施;采用煤粉浓缩技术和增强着火区的热烟气回流稳定燃烧;改进燃烬风的配置,提高炉内脱氮效果和提高燃烧效率;采用旋流式燃烧器对冲燃烧或直流式燃烧器反向双切圆辐射对流互