电站锅炉旋流燃烧器燃烧效率控制仿真

王君庆

摘要：一直以来，燃烧器都是我国电厂燃烧系统当中非常重要的一个部位，可以说其技术水平直接决定一个锅炉的整体效率。现在我国对燃烧器研发有着很高的重视程度，而直流燃烧器和旋流燃烧器应用了两种完全不同的技术体系，所以这样看来，二者对于锅炉的发展来说都非常重要。本文结合旋流燃烧器的发展情况总结了一些燃烧效率控制仿真的分析，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

关键词：旋流燃烧器；燃烧效率；非线性；多模型

现在随着我国社会经济发展水平的提高，我国对于能源的需求越来越大，但是目前来看，聚变能和太阳能等一系列新能源的技术仍然无法迅速成熟，在这种背景下，石油天然气仍然是我们生存和发展过程中应用量最大的能源，我国消费的煤炭总量在全世界占比非常高，并且在未来一段时间内，煤炭仍然是我国消耗的主要能源。燃烧器对于电厂锅炉运行的安全性以及经济效益的发展祈祷的作用非常关键，直流燃烧器的着火效果较好，然会降低火焰的充满度，而旋流燃烧器可以经由旋流来调节强度，增加煤粉气流和火焰充满度，近年来的应用越来越广泛。

一、旋流燃烧器的特点以及发展

我国煤炭消耗主要产生于电力行业，发电用煤在我国社会煤炭总使用量当中占比达到2/3，并且随着社会的发展、用电总量的提高，发电用煤的总量还在继续增加，在这种情况下，如果能在电力行业实現对能源的节约，无疑对于全社会的节能减排来说都是非常有利的。在我国火力发电厂当中，粉炉的应用非常广泛，同时也有着规模不断增大的趋势。燃烧器这个部件越来越重要，其主要作用是直接将空气输送到炉膛当中，并且进行混合燃烧，如果能够让煤粉着火稳定，并且避免结焦，现在我国环境保护压力非常大，可以说污染物控制能力也已经成为燃烧器性能的关键指标。

旋流燃烧器采用墙式布置，自从上个世纪八十年代开始，在锅炉技术上我国便已经开始积极从国外引进，可以说到现在为止，直流燃烧器都在我国电场锅炉当中占据着绝对的数量优势，旋流燃烧器占比仅为20%，在未来，大机组已经成为了一个发展趋势，所以旋流燃烧器有待于进一步推广。

旋流燃烧器的喷口一般为圆形，在旋流发生装置的影响下，煤粉和气流发生旋转，在进入炉膛之后就可以生成旋转射流，旋转射流在压力作用之下就可以形成高温烟气回流，这可以轻易地进行煤粉点火。但是每个旋流器都可以形成高温回流区域，所以这些火焰都具有一定的独立性，旋流燃烧器具有较大的扩展叫，所以也有较大的回流区域，在早期可以实现强烈混合，但是旋流强度不断提高，也可以让旋转射流迅速衰减，所以火焰的形成较。

蜗壳旋流燃烧器有两种形式，分别为单蜗壳类型和双蜗壳类型，单蜗壳旋流器的特点是并非在蜗壳形成旋流，而是经过直射来形成旋流，而双蜗壳燃烧器具有相当大的风阻，这就导致了扩流锥经常损坏的弊病。

可动叶轮旋流燃烧器一般采用直流或弱旋流，二次风可以直接产生推动力，来推动叶轮旋流器的旋转，这种旋流器的运行效果较好，现在在我国也已经得到了逐步的推广。

二、关于旋流燃烧器的燃烧效率控制系统

本次针对某锅炉厂自行设计开发的外浓内淡型低N0，旋流煤粉燃烧器（DBCOPcc）进行分析，布置为对冲燃烧方式。另外，煤粉燃烧器上方布置了燃尽风和侧燃尽风可进一步降低N0。排放量。36只采用前后墙对冲燃烧方式布置的旋流燃烧器分为3层布置在锅炉的前后墙上，每层等间隔分布有6只旋流煤粉燃烧器。同时，前后墙的旋流燃烧器上方各布置1层燃尽风，其中每层2只侧燃尽风喷口，6只燃尽风喷口。该燃烧器的燃烧用空气被分为一次风、内/外二次风和中心风四个部分。内二次风风道内布置安装有轴向旋流器（轴向叶片角度为60。），外二次风风道内布置安装有切向旋流器（切向叶片角度为45°）。

该旋流煤粉燃烧器的主要特点是其二次风分为内二次风和外二次风两部分，其有三个同心环状喷口，中心为一次风喷口，外边是内外两层的双调风器喷口。同时，在一次风喷口附近还有一股用以抑制挥发分析出和着火阶段N0。生成的冷空气或烟气。为保证煤粉的充分燃烧，燃烧器周围布置有二级燃烧空气喷口以维持过量空气系数在1.2左右。该燃烧器入口的一次刚煤粉混合物为不旋转的直流射流，经燃烧器在出口处一、二次风混合形成富燃料着火燃烧区。由于此时外二次风旋流强度较低，故使燃烧过程后推并降低了火焰的温度。实践证明，应用该燃烧器既能有旋流煤粉燃烧器结构效抑制热力型N0，的生成，又能限制燃料性NO。的生成。如文献[2]所描述，旋流燃烧器的燃烧效率受各操作量、干扰量和燃烧器输出等变量作用影响，这些变量共同组成其燃烧效率控制系统。

从本文所研究660Mw电厂锅炉实际运行角度，燃烧器燃烧效率控制过程中最关心的被控变量是其出口温度（T/℃）及混强度（Ⅳ%），与之相对应的控制量分别是给煤量和二次风量。运行显示，以上变量之间存在着典型的非线性关系，这给旋流燃烧器的燃烧效率控制带来极大困扰，因此本研究运用基于熵的模糊多模型方法来对影响旋流燃烧器燃烧效率控制的变量进行辨识来探讨这一问题。

三、仿真研究

本研究利用某电厂660Mw锅炉旋流燃烧器运行数据，考虑系统输入输出的辨识结果。研究过程中对2016年6月间正常运行燃烧层数据进行采样，采样数据以5min为采样时间间隔采样800组运行过程数据，并将数据分为辨识数据（400组）和检验数据（400组）两组。由仿真结果可知，在算法运行的初始阶段虽然辨识输出有一定误差，但从整体上看所应用算法得到的辨识输出能够很好地反映电站锅炉旋流燃烧器的实际输出。误差曲线表明，辨识结果在算法的运行过程中不断递归修正并且有效提高了精度。

四、结语

由于使用习惯的问题，现阶段我国仍然主要引用直流燃烧器，并且基本可以自给自足，但是旋流燃烧器虽然我国已经有了一些自主研制的产品，但目前仍然以引进为主。在电力行业未来的发展中，机组容量会越来越大，但是直流燃烧器的燃烧方式会导致出口烟的温度过高，旋流燃烧器的优势明显，在欧美国家绝大多数的锅炉都有所应用，其各方面的特质也完全符合大型化发展的必然需要。本文结合旋流燃烧器的特点总结了一些控制效率仿真的问题想，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

参考文献：

[1]赵小鹏，杨国田，刘禾，等. 电站锅炉旋流燃烧器燃烧效率控制仿真[J]. 计算机仿真，2017，34（4）：147-151.

[2]许昌，吕剑虹，曾庆广. 绥中电厂800MW锅炉旋流燃烧器燃烧稳定性的实验与数值仿真研究[J]. 锅炉技术，2004，35（5）：45-49.

[3]许昌，吕剑虹，曾庆广，等. 800MW锅炉旋流燃烧器空气动力场试验与数值仿真研究[J]. 中国电机工程学报，2004，24（8）：201-204.

[4]周万青，宋宇，刘广强. 发电功率450MW电站锅炉用新型旋流燃烧器的数值模拟[J]. 余热锅炉，2015（2）：8-13.