旋流燃烧器增强燃烧稳定性实例分析

温文光， 李前宇， 郭 强， 朱小东

旋流燃烧器增强燃烧稳定性实例分析

温文光1，3， 李前宇2， 郭 强3， 朱小东4

（1.内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 013700；2.北京能源集团有限责任公司，北京 100000；3.北京源深节能技术有限责任公司，北京 100000；4.华电电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010010）

针对某锅炉燃烧不稳定引起的磨煤机跳闸事件，分析了磨煤机启动时参数、燃用煤质变化，研究了旋流燃烧器组织燃烧能力，并找到了锅炉燃烧不稳定的主要原因，通过采取调整措施从根本上解决了锅炉燃烧不稳定的问题，对具有类似燃烧、制粉系统的机组具有一定的借鉴作用。

锅炉； 磨煤机； 燃烧器； 跳闸

0 引言

我国电站锅炉煤种多变，实际燃用煤种常常偏离设计煤种，为适应我国电站锅炉煤种多变这一状况，对燃烧器的要求也越来越高，不仅有较广的燃料适应性，既能烧质量较好的烟煤，也能烧质量较差的煤，如劣质烟煤和低挥发份煤（贫煤，甚至无烟煤）。而且还能满足低负荷时燃烧的稳定性。相比直流燃烧器，旋流燃烧器依靠高温回流区作为稳定的热源，能提高火焰稳定性，并可单独进行燃烧，对煤种的适应性较好。目前，旋流燃烧器在我国电站锅炉应用领域占有一定比例。但是，双调风旋流燃烧器使用效果不太理想，其主要原因是燃烧器出口空气动力场比较复杂不易调整，同时随着电厂要求不断提高，兼顾安全经济与环保的新型旋流燃烧器不断投运，掌握燃烧器的燃烧特性也越来越困难。因此，给运行中燃烧调整带来一定的困难。

1 设备系统基本情况

某新建电厂2×350MW超临界燃煤供热机组，锅炉燃烧系统采用前后墙对冲燃烧方式，燃烧器为HALF-PAX型低NOx双调风旋流燃烧器，由HALF-PAX燃烧器、OFA喷口、乏气管道、环形大风箱、OFA风箱、高能点火装置、少油点火系统设备、炉前燃油系统、火焰检测器等组成。磨煤机采用MPS200HP-II中速磨煤机，每台炉配6台中速磨煤机，均采用中速磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，设计一次风率为37%-42%。锅炉设计煤种为锡林郭勒盟神华胜利煤田的褐煤（混煤）和校核煤种为本地煤，锅炉燃用设计煤种时煤粉细度R90=35%。

从风箱来的二次风分两股分别进入到内层和外层调风器，内层二次风产生的旋转气流可卷吸高温烟气引燃煤粉，外层二次风用来补充煤粉进一步燃烧所需的空气，使之完全燃烧。内、外层二次风的旋转方向是一致的，旋流强度可以通过调整轴向叶片的设置角度而改变。燃烧器调风器入口设有二次风滑动调风盘，控制滑动调风盘的位置（即开度）可以控制进入单个燃烧器的二次风量。内二次风由调风器内套筒和煤粉管道构成的内二次风通道进入燃烧器。在通道入口端设有小调风盘，改变小调风盘的位置（即开度）可以调节进入内二次风通道的风量，从而改变单个燃烧器内、外二次风的风量比。

2 燃烧不稳定现象

由于燃料供应方面的原因，锅炉由全部燃用褐煤改为褐煤掺烧烟煤的燃煤方式。磨煤机掺烧烟煤后运行方式为最底层燃烧器对应的11、14磨煤机全部磨制烟煤，低负荷期间保持2台烟煤、1台褐煤三台磨煤机运行。在14磨煤机检修期间，低负荷工况磨煤机没有隔层运行的方式下，多次发生11磨煤机跳闸事件，且为启动后瞬时跳闸，首出原因均为火检保护动作，热工人员排查火检检测系统正常，排除设备测量方面导致的磨煤基跳闸的可能性[1]。

3 运行参数分析

（1）事故时11磨煤机启动前后运行参数变化，见表1。11磨煤机启动初期风煤比约为6:1，煤粉浓度偏低，不利于煤粉的着火[2]。另外，投用最下层燃烧器时，因燃烧器喷口周围热量限制，且燃烧器二次风挡板没有随煤量增加而缓慢开大，燃烧器出口卷吸的高温烟气量可能不足以引燃周围燃料，使燃烧器出口煤粉着火稳定性下降。

表1 11磨煤机启动前后运行参数变化

（2）改烧低水分的烟煤后，由于干燥剂量减少，一次风率应降低，但一次风率受到煤粉管道设计风速限制未能大幅降低，同时燃烧烟煤较褐煤难碾磨等原因导致燃烧器喷口煤粉细度变大，推迟了煤粉着火。

（3）当天的烟煤煤质与褐煤煤质对比情况见表2。该烟煤挥发分与褐煤相近，灰分明显偏大，高灰分导致了煤中的碳含量被灰分严重包围，阻碍碳的燃烧速率，减慢火焰的传播速度，使得烟煤煤粉的着火温度提高，着火点推迟，燃烧初期着火稳定性下降。

表2 烟煤与褐煤煤质分析对比

4 燃烧器冷态空气动力场试验研究情况

为了进一步研究该燃烧器组织燃烧能力，采用热线风速仪测速结合飘带示踪方法[3]。对该燃烧器进行了冷态空气动力场试验。

试验1：在中心调风盘开度90mm、一次风风速16.7m/s、二次风速18.5m/s、内二次风叶片开度40°时，改变燃烧器外二次风旋流叶片开度，测量燃烧器出口飘带各位置风速，绘制燃烧器出口回流区如图1所示。

由图1可知，燃烧器出口回流区随着外二次风旋流叶片开度减小而变小，叶片开度在60-80°时回流区较弱并靠近喷口，叶片开度在40-60°时回流区变大，叶片开度40°时回流区最大。目前该锅炉燃烧器外二次风叶片开度为60°，回流区较小，导致二次风卷吸高温烟气的动量不足，使得燃烧滞后且不充分，尤其从褐煤改烧烟煤后不利于煤粉及时着火。

图1 不同外二次风旋流叶片开度下燃烧器出口气流回流区示意图

试验2：在总二次风开度50%、二次风箱与炉膛差压0.5kPa、内二次风叶片开度40°、外二次风叶片开度60°时，改变中心调风盘不同开度，测量燃烧器喷口截面内外二次风代表点位置风速，如图2所示。

图2为燃烧器中心调风盘指示开度从25mm逐渐至全开150mm位置时，内外二次风实测平均风速变化趋势图。从试验数据可知，中心调风盘全行程调节对外二次风风速影响不大、风速变化小于1m/s；内二次风风速随着中心调风盘开度增加而升高、线性变化规律较明显。但内外二次风风速偏差较大，内二次风量明显不足。为了进一步确认内二次风与外二次风之间的偏差，实测同层其余燃烧器内外二次风速，结果如图3所示。试验中随着总二次风量的增加实测燃烧器最大内二次风风速仍不足10m/s，远不能达到设计值要求，进一步计算外二次风与内二次风风量比例约为4:1。内二次风量严重不足及内外二次风比例不匹配导致燃烧器旋流强度弱，卷吸的烟气回流量过小，影响了燃烧器出口高温烟气与煤粉气流的充分混合，造成燃烧不稳定。

5 提高燃烧稳定性的措施

图2 中心调风盘各开度下二次风风速趋势图

图3 同层燃烧器内外二次风风速对比

（1）依据上述冷态空气动力场试验得出燃烧器内二次风量不足的结论，将燃烧器中心调风盘开度逐渐打至全开位，同时提高风箱与炉膛二次风差压，增加内二次风量，增大燃烧器出口回流区，增强燃烧器的卷吸能力，提高燃烧稳定性[4]。

（2）依据上述冷态空气动力场试验得出燃烧器回流区较小的结论，将燃烧器外二次风旋流叶片开度由60°调至50°，增加了二次风气流旋流强度，增加回流量，使回流区变大。同时也适当提高内二次风进风量，改变了内外二次风量比例，增强燃烧器卷吸能力[5]。

（3）调整11磨煤机静态分离器开度，测量烟煤煤粉细度，煤粉细度R90由35%调整到28%，扩大其燃烧表面积。

6 燃烧调整效果分析

各项调整工作完成后，再次启动11磨煤机，其启动前后运行参数见表3。

（1）本次启动11磨煤机时适当降低了一次风量，并提高启动初期煤量，启动初期风煤比约为4:1，煤粉浓度相比11磨煤机跳闸工况时大幅提高，监视画面显示该燃烧器火检模拟量充满度较好且稳定。

表3 11磨煤机启动前后运行参数变化

（2）启动11磨煤机后，将燃烧器二次风挡板随煤量增加缓慢开大，以期增强对周围热烟气的卷吸，提供充足着火热，监视画面显示该燃烧器火检模拟量充满度依然很好且稳定，说明燃烧器出口煤粉着火稳定，验证了采取调整燃烧器中心调风盘、外二次风旋流叶片开度等措施来增强燃烧器卷吸能力、提高燃烧稳定性的正确性。

（3）经过各种运行工况的试运，11磨煤机运行稳定，未出现火检摆动或丧失的情况，火检稳定，燃烧器已能够适应烟煤煤质，燃烧稳定性增强，达到了预期目的，后续对其余燃烧烟煤的磨煤机及燃烧器进行了同样的调整优化工作。

7 结语

旋流燃烧器具有的独立组织燃烧能力、煤种适应性广泛等特性是建立在燃烧系统灵活调整的基础上的。当锅炉设计煤种变化后，应以冷态空气动力场试验为基础对旋流燃烧器内外二次风叶片角度、中心调风盘开度等进行适当调整，以增强锅炉燃烧稳定性。

[1]肖永健，温秀峰.1号机组磨煤机频繁跳闸的原因分析及对策[J].内蒙古电力技术，2004.22（5）:113-114.

[2]贾剑，金安.中速磨煤机风煤比优化[J].华北电力技术，2003.（10）:8-9.

[3]李前宇，时道斌，等.八角双切圆燃烧系统冷态空气动力场试验研究[J].电站系统工程，2009.25（6）：14-16.

[4]车娟，旋流燃烧器内二次风叶片旋转角度对流场影响的数值模拟[J].应用能源技术，2014.196（4）:23-25.

[5]孙云.300MW燃煤锅炉优化燃烧调整试验研究[J].电站系统工程，2012.28（3）:38-40.

Enhanced Combustion Stability of Swirling Burner Case Study

WEN Wen-guang1，3， LI Qian-yu2， GUO Qiang3， ZHU Xiao-dong4
（1.Innermogolia Daihai Power Co，Ltd，Innermogolia，Wulanchabu 013700，China；2.Power Beijing Co,Ltd，Beijing 100000，China；3.Beijing Yuanshen Energy Saving Technology Co，Ltd，Beijing 100000，China；4.Huadian Electric Power Research Institute，Hohhot 010010，China）

For the Mill tripped because of instability of a Boiler's combustion，This paper analyzed the parameter of the coal mill at start-up time,and the changein theactualproductionofcoal quality,studyed the organization of burning ability of swirling burner,and found the maincausesofinstability of Boiler's combustion.We have solvedthe problemat their source about instability of the Boiler's combustion by taking measures，which has a certain reference value for similar users of the combustion system andthe coal pulverizing system.

boiler； coal mill； burner； trip

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.008

TK229

B

2095-3429（2017）04-0036-04

温文光（1980-），男，内蒙古人，本科，学士，工程师，主要从事锅炉运行管理工作。

2017-06-05

修回日期：2017-07-03