燃烧器改造方案

燃烧器改造方案
1. 设计依据
1．1 情况介绍
鹤岗分公司热电厂220t/h锅炉系哈尔滨锅炉厂生产制造的HG220／9.8－YM10型烟煤锅炉，配50MW汽轮机组。

针对燃用设计煤种具有较高的挥发份和较高热值，采用了较大的炉膛截面尺寸(炉膛宽度为7570mm；深度为7570mm)，假想切园直径为Φ800mm。

采用中间储藏式制粉粉系统。

燃烧设备为四角布臵，切向燃烧，直流燃烧器，风粉气流从炉膛四角喷入，喷口中心线与炉膛中心形成假想切圆，每角燃烧器共布臵5层喷口，包括2层一次风喷口,3层二次风喷口。

原设计燃煤资料以及锅炉基本热力设计参数见表1、2。

1.2 炉膛尺寸
炉膛深×宽：7570×7570
顶棚管中心线标高：35150
表1 设计煤质资料
表2 锅炉基本参数
1.3 原燃烧器形式
燃烧器布臵型式：正四角切圆布臵。

一次风层数：2
二次风层数：3
2.影响燃烧器的设计因素分析及原则
2.1 燃烧器的设计因素分析
原设计煤种具有较高的挥发份和较高热值，其着火和燃尽特性良好。

现更换的煤种挥发分较高，但灰分也很高、发热量低，因此，防止喷嘴结焦和烧损是燃烧器设计必须考虑的重要内容。

现煤种灰份
高，其结焦特性是很强的。

必须对防止结焦给予足够重视。

较高的一次风率为煤粉的前期燃烧提供了足够地氧气，但是也为降低NO X带来了困难。

较大的炉膛宽深比易造成气流偏斜，设计燃烧器时必须采取减少炉膛出口烟温偏差和防止炉膛结焦的措施。

2.2燃烧器设计原则
燃烧器结构设计应以尽可能减少对原设备的改造为原则。

参数选取应考虑到劣质煤灰分的特点，增加对燃烧的影响、防止结焦、低污染以及低负荷稳定运行的特点。

为了组织良好的炉内燃烧动力工况，所有一次风煤粉管在一次风档板后加“截流孔板”阀，锅炉投用前进行一次调平。

3. 燃烧器参数的选取
3.1 一次风速的选取
一次风速选为23 m/s。

按照设计燃料的燃烧特性一次风速可以选的更高，以强化一、二次风混合。

考虑到雨季燃料水分增大，势必造成磨煤机通风量增大使一次风速增加。

一次风速选择过高将影响锅炉燃烧稳定性。

3.2 二次风速的选取
二次风速选为46m/s，按现有炉膛断面二次风速可以选的低一些，但是二次风速选择同样须考虑煤质变化的影响，锅炉总空气量是不变的，一次风量增加必然使二次风速下降。

为保证一、二次风混合不致过差，二次风速不能选择太低。

3.3 二次风分配
一次风是分散布臵的，为保证前期燃烧必需为一次风喷嘴设周界风，及时提供周界风有利燃尽，选择合适的二次风风层厚度，能有效
地防止结焦的发生，周界风占二次风的15%。

足够的下二次风可起到托粉、减少炉渣含碳量的作用，下二次风的喷口增加面积10%。

3.4 假想切圆直径和二次风反切角度的选取
为减少改动工作量，风箱中心线在炉内形成的假想切圆直径仍为φ800mm，仅通过改变各喷嘴的角度来控制气流的旋转程度。

一次风中心线假想切圆直径不变，但一次风浓侧（向火侧）向上游反切10°。

三层二次风中心线假想切圆直径不变。

第二层及第三层二次风下半个喷口中心线向下游切20°。

这也是防止结焦及减轻两侧气温偏差的重要因素。

3.5 燃烧器设计参数
4. 燃烧器布置
燃烧器二次风喷嘴基本布臵方式不变。

两层一次风中心线标高
煤粉燃烧器，煤粉燃烧器
为分散布臵并配有周界
风。

上两层二次风分上下
两部分，下部为刚性偏臵
二次风。

燃烧器布臵见图
1：
改造前喷口布置改造后喷口布置
图1－燃烧器布置示意图
将所有八台一次风改为对臵丘体煤粉分离装臵 + 水平浓淡WR 煤粉燃烧器。

布臵于风箱内的对臵丘体煤粉浓缩器利用机翼叶栅及浓侧的对臵丘体的惯性分离作用将煤粉气流分为浓淡两股。

煤粉分离器的结构示意图见图2。

浓相位于向火侧，淡相位于背火侧，向火侧气流向上游反切10°。

煤粉喷嘴中间设臵WR钝体，浓一次风喷嘴的向火侧设计为WR齿型扰流结构喷嘴。

位于煤粉喷嘴四周的周界风是均匀分布的。

对臵丘体煤粉浓缩器对其入口段的煤粉管道无特殊要求，可保证浓煤粉位于上游，不会出现原有用煤粉管道分离所造成的某些喷嘴浓煤粉在下游现象，或用隔板强行导向所造成的四角阻力不同现象。

对臵丘体煤粉浓缩器可将75~80%以上的煤粉分离至浓侧，20%左右的煤粉位于淡侧，同时保证两侧浓淡风比在合适的设计要求范围之内，以真正实现浓淡分离的技术要求，即满足浓淡两侧煤粉浓度之比为比3：1。

一次风喷嘴上割有多条膨胀缝，煤粉喷嘴和周界风喷嘴之间用多条拉筋相连。

这种结构不但可以减小热应力，而且可以防止产生过大热态喷口产生变形。

一次风室、水平浓淡煤粉燃烧器、以及对臵丘体煤粉分离器结构示意见图2。

在下二次风喷嘴有一切口，使一部分二次风冲向下水冷壁以防止喷嘴下堆焦，其较低的风温也起到了防焦的作用。

上两层二次风下部偏臵二次风向下游切20°，防止炉膛及高温腐蚀结焦。

油枪和点火器还布臵在下二次风喷嘴内。

5．低阻力对置丘体水平浓淡分离燃烧技术原理
该燃烧系统不仅在同一水平截面上将煤粉射流分成浓淡两股，并且将浓、淡煤粉射流按一定的夹角10 布臵，使浓煤粉射流反切逆向喷入炉膛，淡煤粉射流与二次风射流的假想切圆直径相同。

这样，在同一水平截面上浓一次风（含煤粉总量的75%）喷入炉膛中央向火侧，并且与总的二次风气流旋转方向作相反布臵，其假想切圆直径也相同；淡一次风与二次风气流旋转方向相同，喷入炉膛的背火侧。

图2 带周界风的低阻力、高浓缩率的煤粉分离器及喷口结构示意图
燃烧器的结构及喷嘴示意图见图2、设计采用低阻力的对臵丘体煤粉分离器，并降低分离器内的一次风流速，可以保证分离器阻力低（设计为 320Pa），并且保证浓淡一次风道内的风量分配均匀，或根据风量分配的要求进行设计。

设计保证较好的一次风射流刚性，在喷
嘴出口截面上采用对称周界风设计，减小周界风的流通面积，仅保证冷却该喷嘴所需的流通面积。

5.1 强着火稳燃特性
首先，在一次风的送粉管道出口部位，采用了浓缩比为4：1的低阻力煤粉分离器（浓缩比：是指浓煤粉气流的煤粉浓度与淡煤粉气流的煤粉浓度之比）。

在一次风风率达32%的情况下，实现燃烧器浓煤粉侧射流的煤粉浓度达 0.7kg/kg（煤/风），这样向火侧为高浓度煤粉气流，其含空气较少，容易着火，稳燃能力强，在邻角火焰撞击的作用下，着火十分迅速，即使在负荷较低时也易于实现煤粉气流的及时着火和稳定燃烧。

它是通过实现煤粉在出口区域的局部分离和集中为高浓度，形成煤粉着火的高浓度、高温度区域，可以降低着火温度，缩短着火时间，提高火焰传播速度，降低煤粉气流着火热的稳燃技术。

其次，在浓侧一次风喷口中设计了WR齿型扰流钝体，形成向火侧高湍流交换区域，强化了煤粉颗粒在炉膛向火侧与邻角火焰的湍流交换（传热、传质特性），缩短了着火所需时间，提高了火焰传播速度。

由于减小了浓一次风侧的二次风流通面积，仅保证冷却喷嘴及防止结渣所需的漏风面积，这减小了浓侧煤粉的冷风量，提高了煤粉的着火稳燃特性。

同时，由于浓淡煤粉出口射流方向相反，浓一次风反切逆向喷入炉内燃烧流场，也进一步增强了煤粉颗粒与炉内旋转烟气的热交换，着火迅速，并且抑制了浓淡两股煤粉射流在燃烧初期的混合，可以达到理想的低负荷高浓度煤粉着火稳燃特性。

该燃烧器的低负荷稳燃性能设计，是综合了高浓度煤粉燃烧、WR齿型钝体扰流燃
烧、逆向对冲燃烧技术的特点而进行的系统综合设计，可以实现很强的低负荷稳燃性能。

5.2 高燃烧效率及低NOx排放特性
首先，采用浓淡分离技术及浓一次风反切技术，可保证在浓煤粉气流着火后，淡煤粉气流可及时混入，补充氧量，并且由于切向燃烧后期混合较强，从而可以保证高效燃烧；其次，由于浓一次风的逆向切圆喷入，也延长了煤粉颗粒在炉膛内的停留时间，加强了风粉的后期混合，保证了较高的燃烧效率。

试验表明，推迟二次风与一次风之间的混合可以降低NO X的生成量。

推迟二次风的混合实际上是增大了烟气在挥发份燃烧区内的停留时间，也就是增加了还原反应的时间，使更多的燃料氮被还原为N2。

为降低NOx的生成，在整个燃烧系统的设计上采用两级分级送风技术。

首先，由于一次风煤粉射流的水平分级燃烧技术，使浓淡煤粉气各流自远离燃烧的化当学量比，抑制了NOx的生成。

在水平方向的分级燃烧使浓淡煤粉气流在燃烧区域中各自保持远离燃烧的化学当量比，从而很好的减小了NOx的生成排放。

上上二次风和下上二次风以与一次风不同的方向送入炉内也是分级送风的一种形式。

5.3 防结渣特性
燃烧器喷嘴和水冷壁结渣总是与喷嘴和水冷壁附近的烟气成份及火焰冲刷状况有关。

还原性气氛的存在和未燃尽粒子的贴壁是造成结渣的最主要原因。

该燃烧技术，采用低阻力分离的对臵丘体浓淡煤粉燃烧器，可以防止未燃尽粒子贴壁及防止水冷壁附近还原性气氛的出现。

首先，在向火侧为逆向喷入的浓一次风，淡煤粉射流在背火侧，
它减少了颗粒冲刷水冷壁的可能，在燃烧区域形成了粉在里、风在外的燃烧两相流场。

其次，它在燃烧器区域的水冷壁附近形成氧化性气氛，防止了还原性气氛的出现，提高了灰的熔化温度。

此外，浓一次风（含绝大多数煤粉颗粒）的逆向喷入，可尽量防止煤粉颗粒在邻角气流撞击下的过早偏斜。

5.4 高浓淡分离特性及低流动阻力特性
该燃烧技术，将采用低阻力的对臵丘体浓缩器设计和变截面分离器管道设计，其主要目的就是：
1．在增加一次风喷口面积后尽量保持与过去相同送粉阻力。

2．采用机翼形叶片结构以减小分离体尾部由于绕流而形成的尾涡，这将极大的减小了由于涡流而导致的湍流耗散，具有很好的低阻力特性。

3．依靠关键的浓侧对臵丘体及相关结构设计，可以将送粉风在进入浓淡喷口前均匀分配，或按实际情况设计浓淡一次风比，可达到真正的设计所需得高浓缩比，并且保证了分离器管道内的流速均匀，极大的减小了由于分离叶片所造成的分离器阻力。

4．两级分离叶片结构设计及各项技术参数选取，结合在喷嘴入口前端的分离导流板设计，依靠惯性分离原理，可将设计所要求的煤粉量导向浓煤粉喷口。

通过上述改造，可以明显的提高锅炉的燃烧效率，增加锅炉的节能降耗能力。

6．燃烧系统性能保证措施
6.1 提高煤种适应能力
6.1.1 采用对臵丘体煤粉分离器 + 水平浓淡WR燃烧器
对臵丘体煤粉分离器将70%以上的煤粉分离至浓侧，减少了着火所需热量。

即使在低负荷，浓相的煤粉浓度也高于常规燃烧器的正常煤粉浓度，保证不投油稳定燃烧。

对水平浓淡燃烧器，钝体形成的热烟气回流和齿形边造成的一次风与热烟气间强烈的热交换使一次风迅速被加热着火，温度急剧升高，挥发份析出量大增。

80%以上的煤粉在浓相使一次风率减少。

这两个条件使着火条件大大改善。

淡煤粉气流逐渐混入着火气流保证前期燃烧所需的空气量，可以得到相当高的燃烧效率。

6.1.2 一次风内设竖直WR钝体，喷嘴四周设齿型边
WR钝体形成的热烟气回流和齿型边造成的一次风与热烟气间强烈的热交换使风粉混合物温度急剧升高，挥发份析出量增大，降低了着火温度，加快了火焰传播速度。

6.2防止结焦的措施
6.2.1采用水平浓淡燃烧器使浓相位于向火侧，淡相位于背火侧以避免煤粉贴墙，防止结焦。

6.2.2部分刚性偏臵二次风切壁设计减小了一次风的冲击可避免火焰冲墙防止结焦。

6.2.3 下二次风喷嘴有一切口，使一部分二次风冲向下水冷壁以防止喷嘴上下堆焦。

上述措施同时也可起到防止结焦及高温腐蚀的作用。

6.3 减小炉膛出口烟温偏差的措施
浓一次风气流向上游反切10°以减小假想切圆直径，减弱炉内气流旋转程度。

7.结论及改造后所达到目的
7.1 在锅炉运行满负荷工况，掺烧劣质煤比例达到50%并保证稳定燃烧。

7.2 至少保证锅炉在70%负荷不投油稳定燃烧。

7.3 保证锅炉长期运行后，水冷壁及燃烧器不结焦、不腐蚀。

7.4 燃烧器有良好的调节性。

7.5 燃烧器改造后能长期、安全、稳定运行。

8.其他注意事项：
8.1因入炉灰分增加锅炉尾部受热面（过热器、省煤器）磨损加剧，锅炉爆管停炉次数将增多，必须采取大量铺设防磨瓦达到减少对过热器、省煤器的磨损。

8.2因锅炉产灰量大量增加（1.6倍以上），现有除灰系统无法满足要求，需对现有系统进行改造扩容。

（见方案2：除灰系统改造）。