樊继东
四川中电福溪电力开发有限公司 四川宜宾 644000
摘要：火焰锅炉是近些年逐渐引入我国并用于燃 用低挥发分煤种的炉型，其燃烧方式不同于四角切圆锅炉．W火焰锅炉的煤粉燃烧器布置在前后拱上，垂直向下喷射，一方面延长了燃烧时间，另一方面利用高温烟气的回流来促进煤粉着火，从而提高燃烧的稳定性和煤粉燃尽率．但同时存在燃烧偏斜、飞灰含碳量高、炉膛结渣严重和污染物排放量高等问题。基于此，本文主要对600MW机组W火焰锅炉“偏烧”问题进行分析探讨。
关键词：600MW机组；W火焰锅炉；“偏烧”问题
1、 锅炉概况
笔者针对某电厂W火焰锅炉改造后所采用的缝隙式燃烧器进行燃烧优化调整，以期解决该锅炉高负荷下存在的下炉膛偏烧严重、炉膛侧墙结渣严重、排烟温度过高和飞灰含碳量高等问题．该电厂2号锅炉(型号为DG1932.7/25.4-Ⅱ8)为一次中间再热、超临界压力变压运行、带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉，采用单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、Ⅱ型露天布置．锅炉燃用四川当地无烟煤，采用W火焰燃烧方式，在前后拱上共布置有24组煤粉燃烧器，采用6台双进双出磨煤机直吹式制粉系统，每台磨煤机带4只双旋风煤粉燃烧器，共24个旋风分离器．每个旋风分离器对应一组煤粉燃烧器，分离得到的浓相煤粉和淡相乏气分别被注入炉膛．
煤粉燃烧器的喷口布置如图1所示，其系统布置如图2所示．浓相煤粉气流、内二次风、淡相煤粉气流及外二次风平行布置在炉拱上，由于各股气流速度不同，低速气流在高速气流带动下向下流动，即浓相煤粉气流和淡相煤粉气流在二次风带动下向下流动，在向下流动的同时，二次风不断混入煤粉气流，形成边燃烧边补充氧气的分级燃烧方式．
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图1 煤粉燃烧器的喷口布置 图2系统布置
每组煤粉燃烧器由4个浓相喷口、4个淡相喷口、6个内二次风喷口、2个油二次风喷13、2个边界风喷口和6个外二次风喷口组成．浓相喷口、内二次风喷口、淡相喷口和外二次风喷口在炉拱方向紧邻布置，夹在每2个浓相喷口之间的2个油二次风喷口，一个用来布置油枪，另一个用来布置煤火检．锅炉燃用较为典型的无烟煤．
2、运行中存在的问题及分析
2.1运行中存在的问题
在2号锅炉进行前期改造后，基本解决了火焰下冲严重、冲刷冷灰斗的问题，但高负荷下该锅炉仍然存在如下问题：(1)锅炉燃烧经济性较差，飞灰含碳量达到11％以上时锅炉效率只有88％左右，与设计值相差4％；(2)屏式过热器超温严重，据统计燃烧调整前，第23屏一处测点平均每小时超温高达13次，一级减温水量维持在60 t／h左右；(3)侧墙严重结渣，经常堵塞观火孔，渣样质地坚硬，不易清除，前后墙出现偏烧现象．
2.2原因分析
通过前期的观察及摸底试验，经分析认为出现上述问题有2个原因：(1)浓相煤粉浓度控制不合理，导致煤粉过早着火产生强烈的热膨胀，从而降低一次风和二次风的刚度，三次风补氧作用削弱，热负荷相对集中，局部缺氧严重，形成局部还原性气氛，携带焦炭粒的高温烟气扫边造成前后墙出现偏烧和结渣现象；(2)配风方式不合理导致下炉膛利用率低，煤粉有效燃烧时间较短．采用缝隙式燃烧器的W火焰锅炉同样具有炉膛较宽但高度较低的特点．下炉膛空间较大，可为煤粉提供更多的燃烧空间，降低容积热负荷，但是下炉膛的受热面相对较少．如果配风方式控制不当很容易使火焰中心升高，火焰行程缩短，甚至出现短路，导致下炉膛利用率不足，可燃物后燃现象严重．
3、燃烧调整试验
根据本机组存在的问题以及前期的摸底试验，从改变锅炉炉膛出口氧体积分数、二次风与三次风配比、乏气缩孔开度、内外二次风开度和三次风角度等方面进行优化调整．主要工况参数及调整效果见表1．
表1工况参数及调整效果
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3.1二次风、三次风开度的调整
保证适当的二次风风量不仅可以将煤粉携带至炉膛下部，充分利用下炉膛的空间进行燃烧反应，而且可以补充煤粉着火后前期燃烧的大部分氧量．另外，适量的三次风的注入可以托住下冲火焰，使其向上折返，防止冲刷冷灰斗，并提供煤粉后期燃烧的氧量．如果三次风风量过大，二次风风量就会相对减小，从而减弱火焰的下冲能力，使火焰中心上移，燃烧后期所需要的氧量不能及时供给．
对沿炉膛侧墙壁面4层不同高度上的观火孔进行观察，发现最下层三次风喷口附近的火焰充满度较差，颜色暗红，观火孔附近无结渣现象，上面3层观火孔附近结渣严重且渣样质地坚硬，不易清除．利用烟气分析仪对各层观火孔附近氧体积分数进行测量，发现上面3层水冷壁附近的氧体积分数显示为0，属于还原性气氛，最下层靠近三次风处的氧体积分数大于0．这表明火焰中心靠近下炉膛上部，火焰下冲较差，三次风补氧困难，二次风氧量又不足以满足煤粉剧烈燃烧所需要的氧量，不完全燃烧的焦炭粒在高于灰熔点的烟气温度下冲刷水冷壁面形成了结焦．为此，根据以上燃烧情况，将前后墙二次风开度由原来的70％增大至85％，将三次风开度由55％减小至40％．经过观察，下炉膛上部两侧侧墙仍有结渣大的现象．为此，将靠近侧墙的煤粉燃烧器二次风开度增大至90％，从而保证侧墙区域氧量充分，以维持氧化性气氛，使侧墙结渣程度得以缓解．经调整后如表2所示，燃烧趋于稳定，飞灰含碳量从11．20％降到9．86％，侧墙虽仍有结渣，但渣量大大减少，且渣样松软，容易清除．
3.2氧体积分数的调整
经过二次风、三次风开度的调整，燃烧状况得到明显改善，但飞灰含碳量仍然高达9．86％．对省煤器出口氧体积分数进行标定，发现氧体积分数只有2％左右，明显偏低．为此，在燃烧相对稳定的前提下，逐渐增加二次风风量，使炉膛出口氧体积分数达到3％～3．5％．由工况3可知，飞灰含碳量下降至6．93％，燃烧经济性显著提升．
3.3乏气缩孔开度的调整
进入煤粉燃烧器的一次风粉均通过旋风分离器进行风粉分离，分离出来的浓相煤粉气流通过浓相喷口射入炉膛，淡相煤粉气流(即乏气)通过淡相喷口射入炉膛．乏气管道上有可调节缩孔，乏气缩孔可调节浓相、淡相煤粉气流的风量，改变煤粉气流的浓度及出口速度，调节煤粉气流着火距离，合理组织燃烧．开大缩孔可以提高浓相煤粉浓度．
原工况下乏气缩孔开度为80％，现将前后墙所有乏气缩孔逐步关小到30％．调整后锅炉的飞灰含碳量和排烟温度随着乏气缩孔关小，飞灰含碳量和排烟温度逐渐降低．通过上面几层观火孔观察发现侧墙结渣改善效果明显，且下炉膛火焰充满度好，燃烧稳定．这是由于煤粉浓度对着火有很大的影响，高的煤粉浓度不仅使单位体积内燃烧释放的热强度增大，而且单位体积内辐射粒子数量也增加，导致煤粉气流黑度增大，从而迅速吸收炉膛辐射热量，使着火提前．此外，煤粉浓度高必然会使逸出的挥发分增加，这也促进了可燃物的着火．但对于w火焰锅炉，如果煤粉浓度过高，着火提前，局部热负荷增大，气体迅速热膨胀，下冲刚度随之削弱，此时煤粉气流还没有得到有效扩散及与二次风充分混合，大炉膛空间不能得到充分利用，燃烧需要的氧量不能及时供给，在这种情况下燃烧速率可以说是扩散控制的．高温下焦炭粒随着气流的扰动接触炉膛壁面形成了结渣．当乏气缩孔开度关小后，相当于减少了乏气量，降低了浓相煤粉浓度，提高了浓相一次风粉动量，增加了着火热，延迟了着火点，使火焰中心下移，从而可以充分利用炉膛空间，分散炉膛热负荷，有助于后期可燃物与二次风混合，提高燃尽率。
4、结语
通过对二次风与三次风开度、炉膛出口氧体积分数、乏气缩孔开度以及外二次风开度进行优化调整，改善了前后墙偏烧程度，降低了火焰中心和容积热负荷，提高了炉膛火焰充满度，使侧墙结渣得到有效缓解．炉内没有出现大渣堆积现象和掉大渣现象．为了进一步改善结渣问题，在后续工作中可以对煤粉细度进行优化，使煤粉细度与锅炉燃烧实现有效的匹配
参考文献：
[1]乐长义，周新雅．600 MW火电机组运行技术丛书(锅炉分册)[M]．中国电力出版社，2001．
[2]朱全利．锅炉设备及系统[M]．中国电力出版社，2006．