锅炉燃烧系统及设备概述

锅炉燃烧系统及设备概述

煤粉锅炉的燃烧设备由燃烧室(炉膛)和燃烧器两部分组成。煤粉炉的燃烧器包括作为主燃烧器的煤粉燃烧器、辅助燃烧的油燃烧器及点火装置或等离子点火燃烧器。煤粉主燃烧器主要有直流燃烧器和旋流燃烧器两种。

一. 炉膛

炉膛是燃料燃烧的场所，又是热交换的部件。因此炉膛在保证燃料完全燃烧的同时，应合理布置受热面以满足锅炉容量的要求，保证炉膛出口烟气温度不超过允许值，使其后的对流受热面不结渣和不超过安全工作所允许的温度。

理论上，炉膛的结构应满足下列要求：

1)具有良好的空气动力场。

2)具有合理的热负荷。

本工程600MW超临界本生直流锅炉炉膛尺寸大小，是依据所其燃用煤质的着火特性、结渣特性、燃尽特性、粘污特性等种种特性，以及要满足所规定的燃烧效率和控制NOX产生量，选定与燃烧器、容量、配置和其它各项相一致的各种部份尺寸。炉膛的几何尺寸以及其计算数据(包括炉膛容积热负荷，炉膛断面热负荷，燃烧器区域热负荷等)以及炉膛布置将根据上述煤和灰的特性进行设计和选取的，当在所有工况下燃用特定的设计和校核煤种的时候，炉膛的设计和燃烧器的布置能确保水冷壁管屏的任何一部分，过热器和再热器不会被火焰冲刷，燃烧器之间也不相互影响。

炉膛的设计能保证燃烧完全，并且在炉膛内不发生不可控制的结渣。当锅炉的出力为B¬-MCR的时候，炉膛出口的平均烟气温度将大大低于灰的初始变形温度。沿炉膛宽度方向的对称点上，炉膛出口烟气温度的偏差不大于50°C。

另一方面在设计负荷改变时热容量改变剧烈的超临界变压锅炉的时候，要能够适应负荷的高速变化、启动和停止等要求，以达到合理地确定炉膛尺寸、提高效率。

本工程的炉膛主要几何尺寸和热力指标如下表：

二. 燃烧器

燃烧器是锅炉的主要燃烧设备，其作用是布置燃料和空气的充分混合、及时着火和稳定燃烧。燃烧器的型式很多，按出口气流的流动性可以分为直流燃烧器和旋流燃烧器。直流燃烧器的出口射流是不旋转的直流射流和直流射流组，直流燃烧器一般都布置成四角切圆燃烧方式；旋流燃烧器的出口射流是一边旋转，一边向前作螺旋运动，旋流燃烧器均布置成墙式对冲燃烧方式。

第二节燃烧系统的设计及布置

一. 燃烧系统设计指导思想

由于本工程设计煤种和校核煤种不易结渣，着火稳定性、燃尽特性较好。因而本工程煤粉燃烧器的设计指导思想：主要考虑煤粉的着火稳定、燃尽性、负荷调节能力、炉内结渣和水冷壁高温腐蚀、低NOX排放、较低负荷不投油稳燃等方面，同时还充分重视飞灰对尾部对流受热面的磨损问题。

图1为本工程燃烧系统设计的指导思想简图。

降低N O x 和未燃尽碳的措施

N O x

N O x 、未燃尽碳量

N

主要目的

停留时间

未燃尽碳

效果 图1燃烧系统的设计指导思想简图

针对降低N O x 的效果

针对降低未燃尽碳的效果

U

二. 燃烧系统的布置

本工程燃烧系统采用前后墙对冲燃烧，燃烧器采用新型的HT－NR3低NOx燃烧器。燃烧系统共布置有12只燃尽风喷口，24只HT-NR燃烧器喷口，共36个喷口。燃烧器分3层，每层共4只，前后墙各布置12只HT-NR燃烧器；在前后墙距最上层燃烧器喷口一定距离处布置有一层燃尽风喷口，每层6只，前后墙各布置6只。

燃烧设备系统为前后墙布置，采用对冲燃烧、旋流式燃烧器系统，风、粉气流从投运的煤粉燃烧器、燃尽风喷进炉膛后，各只燃烧器在炉膛内形成一个独立的火焰。

前、后墙各布置3层HT－NR3燃烧器，每层4只；同时在前、后墙各布置一层燃尽风喷口，其中每层2只侧燃尽风（SAP）喷口，4只燃尽风（AAP）喷口。每只煤粉燃烧器布置有一只250kg/h的小油枪（机械雾化），用于启动油枪和煤粉燃烧器的点火及维持煤粉燃烧器的稳燃；前墙中排和后墙中排每只燃烧器中心布置有启动油枪（蒸汽雾化），单只出力4700kg/h，共8只。。

燃烧器层间距为4.9571m，燃烧器列间距为3.6576m，上层燃烧器中心线距屏底距离约为28.5m，下层燃烧器中心线距冷灰斗拐点距离为2.3977m。最外侧燃烧器中心线与侧墙距离为4.2232m，燃尽风距最上层燃烧器中心线距离为7.0046m。

燃烧器配风分为一次风、内二次风和外二次风，分别通过一次风管，燃烧器内同心的内二次风、外二次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛。其中内二次风为直流，外二次风为旋流。

其示意图见图2。

图2 燃烧器布置简图

1.煤粉燃烧器的配风

在巴布科克-日立公司HT-NR3燃烧器中，燃烧的空气被分为三股，它们是：直流一次风、直流二次风和旋流三次风。如图3所示。

图3 HT-NR3的配风示意图

【一次风】一次风由一次风机提供。它首先进入磨煤机干燥原煤并携带磨制合格的煤粉通过燃烧器的一次风入口弯头组件进入HT-NR燃烧器，再流经燃烧器的一次风管，最后进入炉膛。一次风管内靠近炉膛端部布置有一个锥形煤粉浓缩器，用于在煤粉气流进入炉膛以前对其进行浓缩。经浓缩作用后的一次风和二次风、三次风调节协同配合，以达到低负荷稳燃和在燃烧的早期减少NOx的目的。

【二次风、三次风】燃烧器风箱为每个HT-NR3燃烧器提供二次风和三次风。风箱采用大风箱结构，同时每层又用隔板分隔。在每层燃烧器入口处设有风门执行器，以根据需要调整各层空气的风量。风门执行器可程控操作。

二次风和三次风通过燃烧器内同心的二次风、三次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛。燃烧器内设有挡板用来调节二次风和三次风之间的分配比例。二次风调节结构采用手动形式，三次风采用执行器进行程控调节。

三次风通道内布置有独立的旋流装置以使三次风发生需要的旋转。三次风旋流装置设计成可调节的型式，并设有执行器，可实现程控调节。调整旋流装置的调节导轴即可调节三次风的旋流强度。在锅炉运行中，可根据燃烧情况调整三次风的旋流强度，达到最佳的燃烧效果。

2.燃尽风(OFA)

燃尽风采用优化的双气流结构和布置形式。燃尽风风口包含两股独立的气流：中央部位的气流是非旋转的气流，它直接穿透进入炉膛中心；外圈气流是旋转气流，用于和靠近炉膛水冷壁的上升烟气进行混合。外圈气流的旋流强度和两股气流之间的分离程度由一个简单的调节杆来控制。调节杆的最佳位置在锅炉试运行期间燃烧调整时设定。这样，可通过燃烧调整，使燃尽风沿膛宽度和深度同烟气充分混合，既可保证水冷壁区域呈氧化性特性，防止结渣；同时可保证炉膛中心不缺氧，达到高燃烧效率。

同时，燃尽风口的布置采用巴布科克-日立公司最优化的布置形式。前后墙的燃尽风口均布置6个，使燃尽风沿炉宽方向燃尽风覆盖了整个一次风。这种布置可有效的防止出现煤粉颗粒逃逸现象，有利于降低飞灰可燃物，同时又可防止燃烧器区域靠近两侧墙处结焦。

3.燃烧器配风控制：

燃烧器每层风室的入口处均设有风门挡板，所有风门挡板均配有执行器，可程控调节。全炉共配有16个风门用执行器，（参见图4）执行器上配有位置反馈装置，执行器具有故障自锁保位功能。