某600MW前后墙对冲旋流燃煤锅炉D磨扰动分析及解决措施

张涛

（四川广安发电有限责任公司，四川 广安 638017）

前后墙对冲燃烧系统布置型式,由于具有单个燃烧器相对独立的燃烧流场，燃烧器相互干扰小的特点，越来越多的应用到锅炉燃烧系统中。同时具有强化炉内热烟气的扰动与掺混,提高气流在整个炉膛中的充满度,炉膛热负荷及炉膛出口烟气温度左右偏差小的特点。但是前后墙对冲燃烧布置对单个燃烧器的燃烧流场要求较高，单支燃烧器的燃烧恶化或各燃烧器的热流量不均匀，将造成炉内热负荷的不均，同时影响相邻燃烧器的着火情况。本文针对某电厂600MW机组锅炉的D磨投运对相邻层燃烧器的燃烧影响及造成炉膛负压、汽包水位波动问题进行分析，并提出解决措施进行技术改造。

1 锅炉及燃烧器概况

1.1 锅炉概况

某公司三期2×600MW机组＃62锅炉于2007年6月建成并投产，其中锅炉采用东方锅炉（集团）股份有限公司设计、生产的DG2028/17.45-Π5型亚临界参数自然循环锅炉。锅炉采用亚临界参数、自然循环、前后墙对冲旋流燃烧方式、一次中间抽汽再热、单个炉膛、平衡通风、固态湿排渣、尾部前后双烟道、全钢构架的∏型汽包炉，再热汽温调节采用烟气挡板，空气预热器置于锅炉主体内。

1.2 燃烧器概况

燃烧系统采用东方锅炉厂自行研发设计的前后墙对冲燃烧方式、外浓内淡式低氮旋流煤粉燃烧器（OPCC），总共30只旋流煤粉燃烧器分3层布置在前后墙上的6只大风箱上，配以6台ZGM113G型中速磨煤机，每台磨煤机为同一层大风箱的5只煤粉燃烧器供应风粉混合物，见下图1。在BMCR工况下燃用设计煤种时，其中1台磨煤机备用；为降低NOx生成量，在主燃烧器上方的前后2只燃尽风风箱上布置了一层共10支燃尽风调风器；所有的风箱入口处都设置有风门挡板，用来调节每层风箱的总进风量，所有的风门挡板均由一支气动执行器进行调节；每个燃烧器均配有一个点火枪及其高能点火器。A、D层燃烧器为小油枪燃烧器。

前墙后墙E5 E4 E3 E2 E1 F5 F4 F3 F2 F1 D5 D4 D3 D2 D1 B5 B4 B3 B2 B1 C5 C4 C3 C2 C1 A5 A4 A3 A2 A1左侧墙右侧墙右侧墙左侧墙

图1 燃烧器与磨煤机的连接关系图

煤粉燃烧器各层高度间距为4.4m，各燃烧器宽度间距为3.68m，最外侧燃烧器中心线到两侧墙水冷壁中心线的距离为2.99m，燃烧器上部布置有燃尽风（SOFA）风口，10支燃尽风手动调风器分别布置在锅炉的前后墙上。燃尽风距最上层的主燃烧器中心线距离为4米。

制粉系统为中速磨正压直吹式系统。

磨煤机型号ZGM113G型中速磨煤机，共6台。燃用设计煤种时，其中1台备用。

煤粉细度：设计煤种及校核煤种均为R90=16%，见表1。

表1 燃煤特性参数

2 存在的问题

自2007投产以来，存在D磨投运时，对相邻层（C、E）燃烧器的火检造成很大的影响，同时炉膛负压和汽包水位波动大。炉内燃烧恶化，减温水量增加。

3 问题分析

（1）一次风浓淡分离效果差。

D磨对应的燃烧器为微油点火燃烧器，缺少煤粉的浓淡分离装置，点火初期靠的是较低的一次风风速和微油枪的阻燃来维持燃烧的稳定性。正常投运后，一次风风速偏高，缺少浓淡分离，燃烧器的着火稳定性变差。同时由于D层处在中间层，D层的燃烧恶化会对相邻层的燃烧器燃烧工况造成影响。燃烧器结构见图2。

图2 原D层微油燃烧器结构示意图

（2）二次风扩展角大。

原设计内二次风、外二次风（三次风）采用相同的45°大扩展角设计，出口位置基本相同，这造成燃烧器的内、外二次风不分，无法实现内二次风可以在煤粉着火后的燃烧初期及时参与燃烧而强化燃烧器着火能力的要求；更由于内外二次风射流形成的“开式流场”组织，外二次风无法在煤粉燃烧的中后期可以及时参与燃烧，导致煤粉燃尽性能变差，煤粉燃尽时间变长。当D层的一次风速偏大时，导致D层的煤粉偏粗，煤粉着火延迟，燃烧变差。同时造成前墙的热烟气偏向后墙，火焰中心靠后。造成前墙的C、E层的着火变差，靠近后墙的屏过超温。

（3）D磨一次风量偏大、煤粉细度偏高。

说明实际运行时D磨的风煤比较大，一般在2.5以上，煤粉细度R90＞25%，同时5根粉管的煤粉细度偏差也较大。热态调试时，降低D磨的一次风风速，燃烧器的着火、相邻层的火检及炉膛负压和汽包水位都有好转。

4 改造措施

（1）制粉系统改造：将静态分离器改造为动态分离器，对喷嘴环、磨辊进行检修，保证各粉管的带粉量均匀性、煤粉细度、制粉出力满足设计要求。

（2）一次风调平：在热态实际运行时进行调平，防止各粉管一次风风速偏差较大，造成的燃烧推迟、燃烧不稳。

（3）对制粉系统进出口风量、温度、压力等热工测点进行校准，保证运行数据的准确性，防止误导运行的操作。

（4）对原燃烧器进行改造，提高燃烧器本身的着火稳定性。

将原燃烧器的一次风喷口进行整体更换，采用“城垛型”一次风煤粉稳燃喷口（如图3），强化一次风煤粉气流与内二次风气流的强烈掺混，保证煤粉气流的强着火、稳定燃烧性能，强化初期着火。

采用稳燃环及压风板技术，实现内二次风在煤粉着火后的燃烧初期及时参与燃烧，强化煤粉的稳燃能力和初期燃烧强度。

图3 “城垛”型稳燃煤粉喷嘴

将原主燃烧器的内二次风喷嘴其外侧扩展角由45°更改为35°，其内侧为城垛型稳燃喷嘴，同时将原60°的旋转角度改为10°～15°的弱旋转角度，降低内二次风的旋转动量，减少内二次风的分离外扩的动量，如图4。

图4 新型燃烧器结构示意图

燃烧器外侧部分为旋流外二次风喷嘴，其扩口角度由45°更改为35°，风量及旋流强度可调整，确保形成较好的高温烟气卷吸回流区，保证在煤粉燃烧的后期外二次风能进入燃烧中心，提高煤粉气流燃烧后期的燃烧，在燃烧后期与一次风中的待燃煤粉良好混合，确保煤粉颗粒的燃尽，达到稳燃及强化燃烧效果。

通过对新型燃烧器的数值模拟，新型燃烧器实现了半开式“中心回流、外浓内淡”的“风包粉”流场。同时保证了内二次风燃烧初期参与燃烧，提高燃烧稳定性及调节火焰距离的目的。数值模拟如图5～7。

5 改造效果

通过一系列的技术改造后，目前该锅炉的燃烧稳定性得了明显的提高，D磨可以自有启停，对相邻燃烧器没有任何影响。同时炉膛负压、汽包水位在D磨启动时非常平稳。同时磨机不同组合均可运行，彻底解决了D磨对燃烧的扰动问题。

图5 新型燃烧器数值模拟—速度分布云图

图6 新型燃烧器数值模拟—压力分布云图

图7 新型燃烧器数值模拟—速度矢量图

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