典型旋流式燃烧器及应用

引言 燃煤发电机组在我国发电设备中占有很大的比例， 开展大机组调峰 技术的试验研究， 解决电网调峰能力不足的问题， 同时彻底解决机组频 繁启停及低负荷下的稳燃问题， 是当前最重要的技术课题。 １ 旋流式燃烧器的特点与类型 煤粉稳定燃烧技术， 国内国外都在开发研究， 出现了多种煤粉燃烧 器及其稳燃技术研究成果。就其机理而言， 煤粉燃烧器可分为旋流式燃 烧器， 直流式燃烧器两大类。 旋流式燃烧器的特点是： ａ．旋转射流不但有轴向速度、径向速度、而 且还有切向速度， 产生了回流区。在回流区中， 轴向速度是反向的， 旋转 强度越大， 回流区也随之增大； ｂ．切向速度衰减很快， 轴向速度衰减较慢， 但比直流射流衰减快得多， 因此， 在同样的初始动量下， 旋转射流射程 短； ｃ．旋转射流的扩展角比直流射流大， 旋转强度越大， 扩展角也越大； ｄ． 旋转射流中的一二次风混合很强烈， 但难以控制。 ２ 介绍几种典型的旋流燃烧器 ２．１ 径向浓淡旋流燃烧器技术 该项技术是由哈尔滨工业大学秦裕琨教授在风包粉煤粉燃烧原理 的基础上提出， 系在燃烧器一次风通道中加入百叶窗式煤粉浓缩器， 一次 风粉混合物分为浓淡两股， 浓煤粉气流靠近中心经浓一次风通道喷入炉 膛； 淡煤粉二次风也分成两部分， 一部分经过旋流二次风通道以旋流的形 式进入炉膛， 另一部分经过直流二次风通道以直流的形式进入炉膛， 形成 了由高温回流区向水冷壁依次布置浓、煤粉气流、旋风、直流二次风的风 包粉形式。从而， 在中心回流区边缘附近（ 高温区域） 形成了较高的煤粉浓 度区域， 保证燃烧区域水冷壁附近形成相对较强的氧化性气氛。 ２．２ 轴向叶片式旋流燃烧技术 采用轴向叶片使二次风旋转， 一次风可不旋转， 有的在出口处装有 扩锥； 有些改进型设计还具有燃烧劣质煤和低负荷稳燃的能力。这种新 型燃烧器的结构特点是： 在一次风通道外壁内侧设置了复线型凸条， 可 起到弥散煤粉的作用； 将二次风的旋流蜗壳改成大风箱结构， 从而改善 二次风分配和使阻力不过大。工业试验及应用表明， 这种燃烧器解决了 低负荷或煤质较差工况下燃烧不稳的问题， 使锅炉具备了在 ５０％ＥＣＲ 下断油调峰的能力。 ２．３ ＨＧ－ ＳＴＷ－ Ⅰ型双通道外混式旋流稳燃器 哈尔滨锅炉厂设计生产的这种燃烧器， 中心风供燃油或燃煤需要的 风量， 同时具有冷却喷口的作用。一次风为直流。二次风分两股， 内二次 风利用轴向固定叶片使气流旋转， 同时带动一次风旋转； 外二次风为直 流， 以较高速度喷入炉膛， 其速度通过改变风道入口挡板开度的大小来 控制。长山、新华电厂（ ４１０ｔ／ｈ 锅炉应用了该型燃烧器， 燃烧稳定， 最低不 投油负荷为 ４０％， 具有比过去的单（ 双） 蜗壳式燃烧器性能好、燃烧较高 等特点。哈锅厂在此基础上又设计出 ＨＧ－ ＳＴＷ－ Ⅱ型燃烧器， 其性能可满 足 ６００ＭＷ 机组锅炉运行要求。 ２．４ 低 ＮＯＸ 切向双调风旋流燃烧器 美国 Ｆｏｓｔｅｒ－ Ｗｈｅｅｌｅｒ 公司生产的该型燃烧器已在许多的国家应用， 西班牙 １／３ 燃煤炉即采用了这种技术。其优点是燃烧稳定， 燃烧效率高， ＮＯＸ 产生量低； 缺点是调节机构较复杂， 有时调节不灵， 造成燃烧器内 积粉和烧喷口现象。我国邹县、沙角电厂应用了该型燃烧器。邹县电厂 ２Ｘ６００ＭＷ 机组锅炉燃烧器为前后墙对冲、３ 层 ４ 列布置， 共 ２４ 只燃烧 器， 层距 ３３５５ｍｍ， 列间间隔 ３９０５ｍｍ。改造后炉内燃烧良好， 燃烧器区均 有少量结焦， ＮＯＸ 最大排放量 ７３７ｍｇ／ｍ３（设计为 ６１４ｍｇ／ｍ３）， 最低不投油
稳燃负荷为 ４０％ＥＣＲ。 ２．５ 低 ＮＯＸ 双调风旋流燃烧器 该型燃烧器系加拿大 Ｂａｂｃｏｃｋ＆Ｗｉｌｃｏｘ 公司应用 Ｂａｂｃｏｃｋ 旋流燃烧
器技术设计、生产。德国 Ｂａｂｃｏｃｋ 公司具有 １２５ａ 的电站锅炉设计、制造、 安装经验， 开发的旋流煤粉燃烧器分了 ３ 代， 第一代为简单旋流燃烧器， 其特点是一次为直流， 喷嘴出口处加装稳燃器。二次风装有旋流叶片， 叶 片使二次风气流做旋转运动并裹着一次风同时旋转。该燃烧器在氧量过 剩的情况下运行， 有早期混合好、燃烧温度高等特点， 但 ＮＯＸ 排放量高， 超过 ９５０ｍｇ／ｍ３。第二代（ ＷＢ 型） 为 ２０ 世纪 ８０ 年代研制的双调风低 ＮＯＸ 旋流燃烧器， 二次风分为内、外二次风。内二次风为旋转射流， 一次风和 外二次风为直流。一次风约占总风量的 ２０％， 内二次风约占 ２０％￣３０％， 其余为二次风量。这种分级燃烧 方 式 有 效 地 降 低 了 ＮＯＸ 排 放 ， 约 为 ６５０ｍｇ／ｍ３， 但内二次风旋转动量小于第一代燃烧器， 回流区卷吸热烟气 能力有所减弱， 相应地减弱了着火燃烧， 外二次风与一次风的混合推迟， 燃烧受到控制， 火焰峰值温度降低。９０ 年代开发的第三代新型低 ＮＯＸ 旋流燃烧器（ ＤＳ 型） ， 可用于前后墙对冲方式， 也可用于切圆燃烧方式， 煤种适应性强， 同时充分考虑了减少 ＮＯＸ 的生成。
参考文献 ［１］邓 广 发．几 种 典 型 燃 烧 器 在 江 苏 电 站 锅 炉 上 的 应 用［Ｊ］． 江 苏 电 力 技 术 ， ２０００（ １） ． ［２］陈一平， 彭敏， 熊蔚立．双通道煤粉燃烧器在湖南 ３００ＭＷ 机组锅炉上 的应用［Ｊ］．中国电力， １９９９（ １１） ．
作者简介：李斌（ １９６７￣） 男， 山东省人， 工程师， 毕业于黑龙江电力职 工大学热能动力工程专业， 现就职于黑龙江电力开发公司， 主要从事热 力工程管理工作。
科技论坛
民营科技 ２００８ 年第 ３ 期
典型旋流式燃烧器及应用
李斌 （ 黑龙江省电力开发公司， 黑龙江 哈尔滨 １５０００９）
摘 要： 旋流式燃烧器是通过产生具有轴向速度、径向速度和切向速度的旋转射流形式回流区， 借以提高燃烧效率， 达到稳燃效果。目前， 国内 外 开 发 、应 用 了 十 几 种 旋 流 式 燃 烧 器 ， 其 中 典 型 的 旋 流 式 燃 烧 器 有 ： 径 向 浓 淡 旋 流 燃 烧 器 、轴 向 叶 片 式 旋 流 燃 烧 器 、双 通 道 外 混 式 旋 流 燃 烧 器 、低 ＮＯＸ 切向双调风旋流燃烧器、低 ＮＯＸ 双调风旋流稳燃器等。
关键词： 旋流燃烧器； 稳燃； 调峰 Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｓｗｉｒｌ Ｂｕｒｎｅｒ ｈａｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ， ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｒａｄｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｊｅｔ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｒｍ， ｉｎ ｏｒ－ ｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｔａｂｌｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｄｏｚｅｎ ｓｗｉｒｌ ｂｕｒｎｅｒ， ｗｈｉｃｈ ｔｙｐｉｃａｌｌｙ ｓｗｉｒｌ ｂｕｒｎｅｒ： ＲＢＣ ｂｕｒｎｅｒ， ａｘｉａｌ ｖａｎｅ ｓｗｉｒｌ ｂｕｒｎｅｒｓ， ｄｕａｌ－ ｃｈａｎｎｅｌ， ｍｉｘｅｄ－ ｓｐｉｎ ｆｌｏｗ ｂｕｒｎｅｒ， ｌｏｗ ＮＯＸ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｄｕａｌ－ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｗｉｒｌ ｂｕｒｎｅｒ， ｌｏｗ ＮＯＸ ｄｕａｌ－ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｗｉｒｌ ｓｔａｂｌｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｓｗｉｒｌｂｕｒｎｅｒ； ｓｔａｂｌｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ； ｐｅａｋ ｓｈａｖｉｎｇ
２．６ 超低 ＮＯＸ 煤粉燃烧器 ＣＩ－ а·ＷＲ 燃烧器 这是由日本电力中央研究所和石川岛播磨重工业公司共同开发的 最新型煤粉燃烧器。此前， 曾开发了不增加灰中未燃分而将煤粉燃烧时 发生的 ＮＯＸ 降低 ３０％以上， 可达 ３０％低负荷稳燃器的超低 ＮＯＸ 燃烧器 （ ＣＩ－ а·ＷＲ 燃烧器） 。为了进一步改进这种通过在燃烧器附近形成再循环 流来促进煤的热分解和早期形成还原火焰的超低 ＮＯＸ 燃烧器的低负荷 稳燃性能， 新开发了具有煤粉浓缩功能的超低 ＮＯＸ 大量程煤粉燃烧器 （ ＣＩ－ а·ＷＲ 燃烧器） 。它是在燃烧器一次风管道内侧设置流线型环， 有效 地将旋转力较强的 ＣＩ－ а燃烧器的一次风管道内的煤粉浓缩。浓缩效果 可通过改变燃烧器出口到环设置的距离来调整。这种新型燃烧器大大地 改善了低负荷时的燃烧稳定性和燃烧效率， 可同燃油锅炉一样地在 ２０％ 负荷下稳定燃烧， ＮＯＸ 浓度在 ２４０ＰＰＭ 以下。 结语 我国现有的旋流燃烧器类型很多， 哈尔滨、上海、东方、北京、武汉锅 炉制造厂都开发有自己特色的旋流式燃烧器， 同时还引进了 Ｂａｂｃｏｃｋ 公 司、Ｆｏｓｔｅｒ－ Ｗｈｅｅｌｅｒ 公司的产品。总体上讲， 各类型的旋流式燃烧器都达 到了稳燃（ 特别是低负荷稳燃） 、提高燃烧效率（ 或锅炉效率） 和降低 ＮＯＸ 排放量的效果。但是， 各种低负荷稳燃技术都有其优缺点， 也有其缺点或 局限性。因此， 各电厂都应根据本厂炉型、运行状况以及煤种、煤质情况 选择较为适合的改造方案， 尤其要注重在燃烧器改造过程中的技术改 进， 针对燃烧器运行中暴露的问题， 采取相应的改进措施。在注重其稳燃 效果同时， 更应注重燃烧器的寿命（ 特别是磨损、变形） 问题。
ＭＹＫ