水平浓淡燃烧器在火力发电厂的应用
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Appl ica tion of Hor izon ta l D en s if ica tion Burner in Therma l Power P lan t
CAO J ian2b ing
(H uang sh i P ow er Genera tion C o. L td of H ubei P rov ince, H uang sh i H ubei 435002, C h ina)
值降低, 对应煤粉浓度向高浓度方向移动, 其贫限发 生在较高煤粉浓度下。 虽然随着煤质和煤粉平均粒
径的不同, 火焰传播速度峰值发生在不同煤粉浓度
·14·
下, 但其对应的空气量系数一般小于 1, 说明最大的 火焰传播速度通常发生在煤粉气流偏离化学当量比 的煤粉高浓度区域。
(5) 煤粉浓度对火焰温度的影响 在 1 MW 热态实验台上, 就一次风煤粉气流中 煤粉浓度沿水平方向浓淡分离后的水平浓缩煤粉燃 烧器进行了燃烧试验研究, 当浓侧煤粉浓度与淡侧 煤粉浓度之比 R e 处于 2∶1～ 5∶1 之间, 煤粉气流 着火点位置的火焰温度明显提高, 火焰行程上各对 应测点温度均有所提高。 因此, 燃烧器在向火侧喷入煤粉浓度较高的浓 煤粉气流, 可以降低煤粉气流的着火热, 减小着火时 间, 降低着火温度, 提高火焰传播速度, 提高火焰温 度, 保证煤粉及时着火, 提高火焰的稳定性。 水平浓淡燃烧器就是利用一次风风粉管弯头对 一次风风粉的自然分离, 在一次风管内形成浓淡两 相风粉混合物, 进行分级着火燃烧机制。首先将少量 的一次风煤粉通过燃烧器前的弯头的自然分离, 根 据离心作用 (煤粉较空气质量大) 多数煤粉集中在弯 头的背部管段, 经过导向形成浓淡两相; 浓相由于煤 粉浓度有所提高, 所需的着火热就小。燃烧时就首先 着火, 同时在浓侧布置水平钝体, 形成卷吸, 使着火 进一步加强; 就如同存在一个预置火焰, 随后将淡侧 引燃, 从而提高了单个燃烧器的稳燃能力。同时在各 个一次风管内加入导流装置, 使浓侧处于燃烧器的 向火侧, 淡侧处于燃烧器的背火侧。这样既可以保证 向火侧的稳定燃烧, 同时由于背火侧的煤粉浓度低, 对水冷壁取到有效的保护作用, 可以防止水冷壁的 高温腐蚀、结焦和冲刷。
黄石发电股份有限公司 209 号炉系东方锅炉厂 生产的 D G2670 13. 728 超高压、中间再热、单汽包 自然循环固态排渣煤粉炉, 锅炉采用 Π型布置, 制粉 系统为中间储仓式, 配置 4 台 D TM 320 5802 型钢 球磨煤机, 热风送粉, 采用四角切圆直流燃烧器 (切 圆 直径为 <736) , 四层燃烧, 设计燃用河南密县贫 煤。自 1993 年建炉以来, 该炉由于设计原因, 最低稳 燃负荷仅为 160 MW , 完全不适应当前电力系统深 度调峰需要。
围内, 着火的距离相应缩短。
(3) 煤粉浓度对着火温度的影响 在绝热工况及一定的空气温度和粉煤细度条件
下, 可推导出煤粉空气混合物的着火温度与煤粉初
始浓度之间的理论关系:
( ΗB - Η0B ) Ρ = Σk [ Σk + e (1 eb) ]
(2)
ΗB = [ 1 + 2Η0B Ρ - (124Η0B × 4Η20B Ρ) 1 2 ] 2 (1
2、3 层燃烧器喷口布置了水平钝体喷口, 由于 回流区直接面向烟气, 较快地补充高温烟气, 提高回 流区的温度, 利于低负荷稳燃。同时保证了喷口射流 扩张不至于直接冲刷水冷壁管, 减少燃烧器区水冷 壁管的结焦和高温腐蚀机会。 2. 2 防止结焦、高温腐蚀和燃烧器烧损的特点
(1) 淡侧煤粉随着射流进入背火侧, 由于该煤 粉流煤粉浓度低, 着火推迟, 有效地防止了浓煤粉对 水冷壁的冲刷和高温腐蚀。
着火热是将煤粉气流加热到着火温度所需的热
量, 它用于加热煤粉颗粒和空气至着火温度并使煤
粉中的水份蒸发和过热。着火热Q zh 可由下式得出:
Q zh = (V C a + C f) (T i - T o ) + M t [ 2510 + Cw (T i -
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100) ] 100 + qp
(1)
式中 V —— 单位重量煤粉燃料相对的一次风量;
在 2、3、4 层一次风管临近一次风喷口的弯头前 后加入导流装置, 利用弯头的离心力进行浓淡分离,
湖 北 电 力 V o l. 27 N o. 1 Feb. 2003
第 2020 73卷 年第 2 1月 期
关系为 ΗB = R T B E 。影响煤粉颗粒着火的主要因素 有煤种的活化能、煤粉浓度、颗粒粒径、一次风温等。
由方程 (3) 可求得煤粉气流不同初始浓度下对应的 着火温度 (见表 1)。将煤粉气流的初始浓度提高时, 着火温度将降低。不同煤种, 其降低的幅度不同。无 烟煤由于其反应活化能高, 着火温度高, 随煤粉浓度 的提高, 其着火温度的降低幅度较烟煤大。
[Abstract ] T he ho rizon ta l D en sifica t ion bu rner w a s app lied in N o. 209 bo iler (200MW genera to rs) of H uang sh i Pow er Genera t ion Co. L td. Increa sing the concen t ra t ion of coa l pow der and decrea sing the k ind ling tem p era tu re can stab ilize com bu st ion stab ilized w ithou t o il a t 100MW ou tp u t. W ith the in t ro2 duct ion of the seconda ry a ir a t h igh load, the p rim a ry a ir concen t ra t ion w a s decrea sed and ba lanced ef2 fect ively, the com bu st ion w a s w eakened, the dam age of bu rner th roa t, the cok ing and h igh tem p era2 tu re co rro sion of bo iler w a ll w ere p reven ted. [Key words ] ho rizon ta l den sifica t ion; coa l pow der concen t ra t ion; stab le com bu st ion
因此在 2001 年大修当中该炉采用了水平浓淡 燃烧器技术对燃烧器进行改造, 强化了低负荷的稳 定燃烧, 同时防止了高负荷运行时喷口烧损、炉膛结 焦、高温腐蚀等问题。
1 水平浓淡燃烧器的基本原理
1. 1 稳燃的理论基础 (1) 煤粉浓淡对着火的影响
[ 收稿日期 ] 2002207217 [ 作者简介 ] 曹建兵 (19712) , 男, 湖北省黄梅人, 湖北黄石 发电股份有限公司工程师。
C a、C f 和 Cw —— 一次风中空气、煤粉和水蒸 汽的比热;
T i; T o —— 煤粉空气混合的着火温度和初始
温度;
M t —— 煤中全水份;
qp —— 分解热、煤粉干燥热及水蒸汽过热热
量之和。
煤粉浓度 Co 表示为每千克一次风内含煤粉量, 即Co = 1 V 。在式 (1) 中, 如果不考虑煤粉浓度的变 化对着火温度 T i 的影响, 则第二大项为不变量, 着 火热 Q zh 只随单位重量煤粉燃料相对的一次风量 V 变化。当煤粉浓度 Co 增加, V 减少, 单位重量的煤粉 燃料达到着火温度的着火热减少, 也就是说提高煤 粉气流的浓度将使着火热减少。
·13·
湖 北 电 力 第 27 卷第 2003 年 2
1月期
V o l. 27 N o. 1 Feb. 2003
(2) 煤粉浓度对着火时间的影响 对于一个特定的炉膛而言, 改变煤粉浓度前后, 除辐射传热量有一定变化外, 对流传热量基本没有
变化。因此可以近似的认为煤粉浓度提高以后, 所吸 收的热量没有发生变化, 而此时煤粉气流的着火热 量减少了, 这部分热量将使煤粉气流在相同的时间 内被加热到更高的温度, 也就是说煤粉浓度提高以 后, 气流的加热条件强化了, 加热速率也提高了, 因 而达到着火温度所需要的时间缩短了, 在一定的范
流贴壁和刷墙。根据炉内空气动力场测量情况看, 锅 炉在冷态条件下可以形成四角切圆燃烧所需要的空 气动力工况。 图 2 为一、二、三次风全投时炉内空气 动力场示意图。
图 1 燃烧器布置示意图
浓煤粉浓度的一次风聚集在弯头背部, 淡煤粉浓度 的一次风则在弯头内侧, 通过一次风管内的导流板 将浓侧煤粉有效的组织到炉内燃烧切圆的向火侧、 将淡侧煤粉有效的组织到炉内燃烧切圆的背火侧。 由于向火的煤粉浓度高, 所需要的着火热就小, 浓侧 煤粉先行着火, 进一步引燃淡侧煤粉, 从而保证了煤 粉在低负荷情况下的稳定燃烧。
表 1 不同煤质条件下煤粉浓度与着火温度的计算数据
煤种
无烟煤
烟煤
煤粉初始浓度 (kg·kg21) 0. 51 5 10 0. 43 3 5
着火温度 ℃
1 200 800 730 540 370 325
(4) 煤粉浓度对火焰传播速度的影响 根据研究, 煤粉火焰在煤粉浓度过贫或过富情
况下均不能传播, 对于某一种煤种在一定燃烧工况 下具有一定的火焰传播界限, 并且在某一浓度下火 焰传播速度出现一极大值。煤粉颗粒粒径越小, 火焰 传播速度峰值越高, 对应的煤粉浓度向贫限方向移 动。挥发份低、灰份高的劣质煤最大火焰传播速度数
湖 北 电 力 V o l. 27 N o. 1 Feb. 2003
第 2020 73卷 年第 2 1月 期
水平浓淡燃烧器在火力发电厂的应用
曹建兵
(湖北省黄石发电股份有限公司, 湖北 黄石 435002) [ 摘 要 ] 黄石发电股份有限公司 209 号炉 (200 MW 机组) 采用了水平浓淡燃烧器, 用来提高浓 相煤粉浓度, 降低着火热, 从而在 100 MW 负荷下能不投油进行稳定燃烧; 在高负荷下通过二次风的引 入, 有效的降低和均衡了一次风浓度, 弱化了燃烧, 防止了燃烧器喷口烧损、水冷壁的结焦和高温腐蚀等 现象的发生。 [ 关键词 ] 水平浓淡; 煤粉浓度; 燃烧稳定 [ 中图分类号 ] T K223. 23 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100623986 (2003) 0120013203
2 水平浓淡燃烧器设计特点
本次改造是在不改变原有燃烧器出力 (即保证 喷口有效面积不变) 和燃烧器区的水冷壁管的前提 下进行的。 将炉外的一次风管上安装了浓淡分离装 置和浓淡稀释装置, 在炉内将部分喷口改为钝体燃 烧器 (图 1)。具体布置为: 炉外 2、3、4 层一次风管上 安装了浓淡分离装置和浓淡稀释装置, 炉内 2、3 层 一次风喷口安装了水平钝体喷口。 同时为提高燃烧 器的使用寿命, 采用了 ZG3C r27N i14M n3N re 耐热 钢; 保证了低负荷稳燃和高负荷下燃烧器不被烧损, 其具体措施见燃烧器的布置特点。 2. 1 增强低负荷稳燃能力的特点
+ 1 Ρ)
(3)
其中 Ρ 为煤粉空气混合物的无因次折算发热
量, 与煤粉浓度 Co、燃料低位发热量 q、煤的活化能 E 和定压比热 Cp 有关。Ρ = R qCo E cp , R 为通用气体 常数, Σk 为煤的动力常数与空气的扩散交换系数 ak 的比值。Η0B、ΗB 为导致煤粉颗粒表面着火的无因次 环境温度和煤粉颗粒临界着火温度, 与绝对温度的
CAO J ian2b ing
(H uang sh i P ow er Genera tion C o. L td of H ubei P rov ince, H uang sh i H ubei 435002, C h ina)
值降低, 对应煤粉浓度向高浓度方向移动, 其贫限发 生在较高煤粉浓度下。 虽然随着煤质和煤粉平均粒
径的不同, 火焰传播速度峰值发生在不同煤粉浓度
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下, 但其对应的空气量系数一般小于 1, 说明最大的 火焰传播速度通常发生在煤粉气流偏离化学当量比 的煤粉高浓度区域。
(5) 煤粉浓度对火焰温度的影响 在 1 MW 热态实验台上, 就一次风煤粉气流中 煤粉浓度沿水平方向浓淡分离后的水平浓缩煤粉燃 烧器进行了燃烧试验研究, 当浓侧煤粉浓度与淡侧 煤粉浓度之比 R e 处于 2∶1～ 5∶1 之间, 煤粉气流 着火点位置的火焰温度明显提高, 火焰行程上各对 应测点温度均有所提高。 因此, 燃烧器在向火侧喷入煤粉浓度较高的浓 煤粉气流, 可以降低煤粉气流的着火热, 减小着火时 间, 降低着火温度, 提高火焰传播速度, 提高火焰温 度, 保证煤粉及时着火, 提高火焰的稳定性。 水平浓淡燃烧器就是利用一次风风粉管弯头对 一次风风粉的自然分离, 在一次风管内形成浓淡两 相风粉混合物, 进行分级着火燃烧机制。首先将少量 的一次风煤粉通过燃烧器前的弯头的自然分离, 根 据离心作用 (煤粉较空气质量大) 多数煤粉集中在弯 头的背部管段, 经过导向形成浓淡两相; 浓相由于煤 粉浓度有所提高, 所需的着火热就小。燃烧时就首先 着火, 同时在浓侧布置水平钝体, 形成卷吸, 使着火 进一步加强; 就如同存在一个预置火焰, 随后将淡侧 引燃, 从而提高了单个燃烧器的稳燃能力。同时在各 个一次风管内加入导流装置, 使浓侧处于燃烧器的 向火侧, 淡侧处于燃烧器的背火侧。这样既可以保证 向火侧的稳定燃烧, 同时由于背火侧的煤粉浓度低, 对水冷壁取到有效的保护作用, 可以防止水冷壁的 高温腐蚀、结焦和冲刷。
黄石发电股份有限公司 209 号炉系东方锅炉厂 生产的 D G2670 13. 728 超高压、中间再热、单汽包 自然循环固态排渣煤粉炉, 锅炉采用 Π型布置, 制粉 系统为中间储仓式, 配置 4 台 D TM 320 5802 型钢 球磨煤机, 热风送粉, 采用四角切圆直流燃烧器 (切 圆 直径为 <736) , 四层燃烧, 设计燃用河南密县贫 煤。自 1993 年建炉以来, 该炉由于设计原因, 最低稳 燃负荷仅为 160 MW , 完全不适应当前电力系统深 度调峰需要。
围内, 着火的距离相应缩短。
(3) 煤粉浓度对着火温度的影响 在绝热工况及一定的空气温度和粉煤细度条件
下, 可推导出煤粉空气混合物的着火温度与煤粉初
始浓度之间的理论关系:
( ΗB - Η0B ) Ρ = Σk [ Σk + e (1 eb) ]
(2)
ΗB = [ 1 + 2Η0B Ρ - (124Η0B × 4Η20B Ρ) 1 2 ] 2 (1
2、3 层燃烧器喷口布置了水平钝体喷口, 由于 回流区直接面向烟气, 较快地补充高温烟气, 提高回 流区的温度, 利于低负荷稳燃。同时保证了喷口射流 扩张不至于直接冲刷水冷壁管, 减少燃烧器区水冷 壁管的结焦和高温腐蚀机会。 2. 2 防止结焦、高温腐蚀和燃烧器烧损的特点
(1) 淡侧煤粉随着射流进入背火侧, 由于该煤 粉流煤粉浓度低, 着火推迟, 有效地防止了浓煤粉对 水冷壁的冲刷和高温腐蚀。
着火热是将煤粉气流加热到着火温度所需的热
量, 它用于加热煤粉颗粒和空气至着火温度并使煤
粉中的水份蒸发和过热。着火热Q zh 可由下式得出:
Q zh = (V C a + C f) (T i - T o ) + M t [ 2510 + Cw (T i -
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100) ] 100 + qp
(1)
式中 V —— 单位重量煤粉燃料相对的一次风量;
在 2、3、4 层一次风管临近一次风喷口的弯头前 后加入导流装置, 利用弯头的离心力进行浓淡分离,
湖 北 电 力 V o l. 27 N o. 1 Feb. 2003
第 2020 73卷 年第 2 1月 期
关系为 ΗB = R T B E 。影响煤粉颗粒着火的主要因素 有煤种的活化能、煤粉浓度、颗粒粒径、一次风温等。
由方程 (3) 可求得煤粉气流不同初始浓度下对应的 着火温度 (见表 1)。将煤粉气流的初始浓度提高时, 着火温度将降低。不同煤种, 其降低的幅度不同。无 烟煤由于其反应活化能高, 着火温度高, 随煤粉浓度 的提高, 其着火温度的降低幅度较烟煤大。
[Abstract ] T he ho rizon ta l D en sifica t ion bu rner w a s app lied in N o. 209 bo iler (200MW genera to rs) of H uang sh i Pow er Genera t ion Co. L td. Increa sing the concen t ra t ion of coa l pow der and decrea sing the k ind ling tem p era tu re can stab ilize com bu st ion stab ilized w ithou t o il a t 100MW ou tp u t. W ith the in t ro2 duct ion of the seconda ry a ir a t h igh load, the p rim a ry a ir concen t ra t ion w a s decrea sed and ba lanced ef2 fect ively, the com bu st ion w a s w eakened, the dam age of bu rner th roa t, the cok ing and h igh tem p era2 tu re co rro sion of bo iler w a ll w ere p reven ted. [Key words ] ho rizon ta l den sifica t ion; coa l pow der concen t ra t ion; stab le com bu st ion
因此在 2001 年大修当中该炉采用了水平浓淡 燃烧器技术对燃烧器进行改造, 强化了低负荷的稳 定燃烧, 同时防止了高负荷运行时喷口烧损、炉膛结 焦、高温腐蚀等问题。
1 水平浓淡燃烧器的基本原理
1. 1 稳燃的理论基础 (1) 煤粉浓淡对着火的影响
[ 收稿日期 ] 2002207217 [ 作者简介 ] 曹建兵 (19712) , 男, 湖北省黄梅人, 湖北黄石 发电股份有限公司工程师。
C a、C f 和 Cw —— 一次风中空气、煤粉和水蒸 汽的比热;
T i; T o —— 煤粉空气混合的着火温度和初始
温度;
M t —— 煤中全水份;
qp —— 分解热、煤粉干燥热及水蒸汽过热热
量之和。
煤粉浓度 Co 表示为每千克一次风内含煤粉量, 即Co = 1 V 。在式 (1) 中, 如果不考虑煤粉浓度的变 化对着火温度 T i 的影响, 则第二大项为不变量, 着 火热 Q zh 只随单位重量煤粉燃料相对的一次风量 V 变化。当煤粉浓度 Co 增加, V 减少, 单位重量的煤粉 燃料达到着火温度的着火热减少, 也就是说提高煤 粉气流的浓度将使着火热减少。
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湖 北 电 力 第 27 卷第 2003 年 2
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(2) 煤粉浓度对着火时间的影响 对于一个特定的炉膛而言, 改变煤粉浓度前后, 除辐射传热量有一定变化外, 对流传热量基本没有
变化。因此可以近似的认为煤粉浓度提高以后, 所吸 收的热量没有发生变化, 而此时煤粉气流的着火热 量减少了, 这部分热量将使煤粉气流在相同的时间 内被加热到更高的温度, 也就是说煤粉浓度提高以 后, 气流的加热条件强化了, 加热速率也提高了, 因 而达到着火温度所需要的时间缩短了, 在一定的范
流贴壁和刷墙。根据炉内空气动力场测量情况看, 锅 炉在冷态条件下可以形成四角切圆燃烧所需要的空 气动力工况。 图 2 为一、二、三次风全投时炉内空气 动力场示意图。
图 1 燃烧器布置示意图
浓煤粉浓度的一次风聚集在弯头背部, 淡煤粉浓度 的一次风则在弯头内侧, 通过一次风管内的导流板 将浓侧煤粉有效的组织到炉内燃烧切圆的向火侧、 将淡侧煤粉有效的组织到炉内燃烧切圆的背火侧。 由于向火的煤粉浓度高, 所需要的着火热就小, 浓侧 煤粉先行着火, 进一步引燃淡侧煤粉, 从而保证了煤 粉在低负荷情况下的稳定燃烧。
表 1 不同煤质条件下煤粉浓度与着火温度的计算数据
煤种
无烟煤
烟煤
煤粉初始浓度 (kg·kg21) 0. 51 5 10 0. 43 3 5
着火温度 ℃
1 200 800 730 540 370 325
(4) 煤粉浓度对火焰传播速度的影响 根据研究, 煤粉火焰在煤粉浓度过贫或过富情
况下均不能传播, 对于某一种煤种在一定燃烧工况 下具有一定的火焰传播界限, 并且在某一浓度下火 焰传播速度出现一极大值。煤粉颗粒粒径越小, 火焰 传播速度峰值越高, 对应的煤粉浓度向贫限方向移 动。挥发份低、灰份高的劣质煤最大火焰传播速度数
湖 北 电 力 V o l. 27 N o. 1 Feb. 2003
第 2020 73卷 年第 2 1月 期
水平浓淡燃烧器在火力发电厂的应用
曹建兵
(湖北省黄石发电股份有限公司, 湖北 黄石 435002) [ 摘 要 ] 黄石发电股份有限公司 209 号炉 (200 MW 机组) 采用了水平浓淡燃烧器, 用来提高浓 相煤粉浓度, 降低着火热, 从而在 100 MW 负荷下能不投油进行稳定燃烧; 在高负荷下通过二次风的引 入, 有效的降低和均衡了一次风浓度, 弱化了燃烧, 防止了燃烧器喷口烧损、水冷壁的结焦和高温腐蚀等 现象的发生。 [ 关键词 ] 水平浓淡; 煤粉浓度; 燃烧稳定 [ 中图分类号 ] T K223. 23 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100623986 (2003) 0120013203
2 水平浓淡燃烧器设计特点
本次改造是在不改变原有燃烧器出力 (即保证 喷口有效面积不变) 和燃烧器区的水冷壁管的前提 下进行的。 将炉外的一次风管上安装了浓淡分离装 置和浓淡稀释装置, 在炉内将部分喷口改为钝体燃 烧器 (图 1)。具体布置为: 炉外 2、3、4 层一次风管上 安装了浓淡分离装置和浓淡稀释装置, 炉内 2、3 层 一次风喷口安装了水平钝体喷口。 同时为提高燃烧 器的使用寿命, 采用了 ZG3C r27N i14M n3N re 耐热 钢; 保证了低负荷稳燃和高负荷下燃烧器不被烧损, 其具体措施见燃烧器的布置特点。 2. 1 增强低负荷稳燃能力的特点
+ 1 Ρ)
(3)
其中 Ρ 为煤粉空气混合物的无因次折算发热
量, 与煤粉浓度 Co、燃料低位发热量 q、煤的活化能 E 和定压比热 Cp 有关。Ρ = R qCo E cp , R 为通用气体 常数, Σk 为煤的动力常数与空气的扩散交换系数 ak 的比值。Η0B、ΗB 为导致煤粉颗粒表面着火的无因次 环境温度和煤粉颗粒临界着火温度, 与绝对温度的