锅炉四角切圆燃烧方式介绍

锅炉四角切圆燃烧方式介绍

内蒙古大唐托克托发电有限责任公司一期600MW锅炉是采用美国燃烧工程(CE)的引进技术来设计和制造的。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、控制循环汽包炉，锅炉采用平衡通风、直流式燃烧器四角切园燃烧方式，设计燃料为准格尔烟煤。锅炉以最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数，在机组电负荷为660MW时，锅炉的最大连续蒸发量为2008t/h。机组电负荷为600MW(即额定工况)时，锅炉的额定蒸发量为1757t/h。

锅炉为单炉膛四角布臵的摆动式直流燃烧器，切向燃烧，配6台进口MBF中速磨煤机，正压直吹式系统，每角燃烧器为六层一次风喷口，燃烧器可上下摆动，最大摆角为30；在BMCR工况，燃用设计煤种时，5台磨煤机运行，一台备用。汽温调节方式：过热器采用二级喷水。第一级喷水减温器设于低温过热器与分隔屏之间的大直径连接管上，分左、右各一点。第二级喷水减温器设于过热器后屏与末级过热器之间的大直径连接管上，也分左、右各一点。这样，可更有效地消除过热器出口左右汽温偏差。再热器的调温主要靠燃烧器摆动，再热器的进口导管上装有两只雾化喷咀式的喷水减温器，主要作事故喷水用。过量空气系数的改变对过热器和再热器的调温也有一定的作用。

1燃烧器及其布臵四角切圆燃烧均采用直流燃烧器，其结构一般包括4个部分，即煤粉喷燃器、燃油喷嘴、辅助风喷嘴以及燃尽风喷嘴。

燃油喷嘴设在每只煤粉喷燃器周围；燃尽风喷嘴设在整组燃烧器顶部；辅助风喷嘴与煤粉喷燃器相同布臵的方法，形成均等配风。

除了燃烧器的种类不同外，燃烧器四角切圆的方式也形式多样，有单

切圆布臵、双切圆布臵。其各角的一次风和二次风以相同的角度射入炉膛，其优点是一、二次风射流刚性好，旋转动量大，穿透能力强，炉内混合好，适用于大部分煤种。顶部二次风(消旋二次风)设计目的是减缓炉膛出口左右两侧烟温偏差。

对于一定的煤种，煤粉颗粒的燃烧速度和燃烬程度主要取决于燃烧氧量的大小、温度的高低和燃尽时间的长短。对于炉内燃烧，一次风粉混合物进入炉膛，受到炉内高温烟气、燃料风及辅助风的作用，形成一定结构的扩散火焰。煤粉气流能否在炉内快速燃尽，关键在于煤粉着火的稳定性、燃料风和辅助风的合理混合以及火焰的行程。

四角切圆燃烧的炉内过程，较之其它燃烧方式(如对冲布臵旋流火焰)，具有特殊的性质，(1)燃烧器四角布臵，一次风粉混合物在离开燃烧器的一段距离内，为受限空间射流，它容易吸引炉内的高温烟气。

(2)一次风粉混合物射入炉内，受上游邻角横扫过来的高温火焰的直接冲击，着火条件优越，着火稳定性好。(3)四角射流互相联系，互相影响，一方面加强了一次风和二次风的混合，强化了燃烧；同时使燃烧中的煤粉颗粒外面包着的灰壳互受撞击，容易脱落，加快了煤粉颗粒内部燃烧，有利于煤粉的燃尽。(4)旋转火球可以使煤粉在炉内旋转，煤粉颗粒有较长的行程和充分的时间燃尽。因此，四角切圆燃烧技术从燃烧的经济性来讲，有着优越的条件。

关于无油助燃最低负荷锅炉无油助燃稳定运行最低负荷是现代锅炉技术性能的一个重要指标，是衡量机组调峰能力的一个重要参数。采用四角切圆燃烧技术的锅炉由于各角着火燃烧互相支持，互相作用，在炉内形

成一个整体火球，具有良好的着火燃烧条件，因此具有较强的低负荷适应能力。

锅炉设计低负荷比较低，烟煤锅炉无油助燃稳定运行最低负荷为40%BMCR。

关于低NOx燃烧四角切圆燃烧系统煤粉喷燃器与二次风喷嘴是分开布臵的，燃料风、辅助风和燃尽风是分批加入射流火焰，煤粉火焰是一种边燃烧边同二次风混合的扩散火焰，因此形成了一种较长的火焰结构。这种燃料与空气混合方式，本身就具备有分级燃烧的性质，对于降低NOx的生成起到有利的作用。特别是一次风射流切圆较小、二次风射流切圆较大，更加推迟了一、二次风的初期混合，加强了空气分级的效果，更是起到抑制NOx的生成作用。四角切圆燃烧的锅炉NOx排放量为600～1000mg/m3，我厂450－500mg/m3，前后墙对冲燃烧的锅炉NOx排放量为850～1200mg/m3，二期600mg/m3左右，三四期800－900mg/m3，这说明四角切圆燃烧本身有低NOx生成的基础。

锅炉所有二次风均从炉膛两侧墙大风箱引出，这种大风箱结构虽然对整组燃烧器的布臵起到结构紧凑、风道简单、安装方便的作用，但同时对燃烧器的合理布臵缺乏灵活性。燃尽风喷嘴的布臵一方面由于大风箱的限制，不易远离主燃烧器；另一方面受风箱炉膛差压的限制，出口风速难以提高。

对于易结渣煤种，锅炉设计上常采用的方法除在吹灰器布臵上采取措施外，还有增加炉膛容积尺寸，降低锅炉容积热负荷和断面热负荷，燃烧器分段布臵或采用较小功率喷燃器降低燃烧器区域热负荷等措施。对于四

角切圆燃烧系统来说，还多一个有效措施，限改变一二次风切圆大小和旋转方向。

2关于炉膛出口烟温偏差四角切圆燃烧锅炉炉膛出口普遍存在左右两侧烟温偏差，这是四角切圆燃烧技术的主要问题所在，目前国内对四角切圆燃烧的锅炉，针对炉膛出口烟温偏差主要进行的研究工作是减弱燃烧器区域烟气的旋转强度，采用的措施一般是将部分二次风改为反切圆布臵，通常在燃烧器顶部的燃尽风喷嘴上做文章。其实炉内火球旋转方向取决于动量矩较大的主射流，反切布臵的喷嘴射流进入炉内后，受主射流的引射作用，改变旋转方向，汇入主射流中，不可能出现既有顺时针方向旋转气流、又有逆时针方向旋转气流在炉内共存，炉内烟气旋转方向只能有一个。四角切圆燃烧技术的一个显著优点就是利用火球旋转，加强炉内混合，增加煤粉颗粒的燃烧行程。如果为了降低炉膛出口烟温偏差，从而削弱或取消炉内的旋转。

3燃烧原理及燃烧设备燃料燃烧的原理燃烧是燃料中心的可燃物质和空气中的氧剧烈化合，放出大量热量的反应过程。煤中的可燃物质是挥发份和碳。其中碳是主要成分。

煤粉进入炉内水份蒸发，挥发份析出，当煤粉温度升高到着火点时，挥发份首先着火燃烧，并放出大量热量，这些热量对碳直接加热，使碳也迅速燃烧起来。碳燃烧的化学反应方程式为：

C+O2=CO2（完全燃烧)

化学反应速度与温度、反应物质的浓度以及反应空间的总压力成正比，其中重要因素是炉内温度。但是，随着温度升高会加快反应速度，此

时燃烧程度却有可能降低，要做到煤粉在炉内快速完全燃烧，必须具备以下条件：

（1）相当高的炉内温度炉温越高，燃烧越快。着火区周围温度高可以促使煤粉很快着火，在燃烧阶段形成炉膛火焰中心，温度高燃烧快。燃尽阶段温度也不宜过低，否则会有部分焦碳燃烧不完。

（2）合适的空气量煤粉燃烧所需要的理论空气量是可以计算出来的。但是炉膛内不能保证每一个可燃物质分子都接触到。为了使燃烧更完全应该有一部分过剩空气量，但是，过剩空气量又不能太大，否则会造成炉膛温度下降，火焰中心上移，主汽温度升高，排烟热损失增大等不良后果，所以应该保持最合适的空气量。

（3）煤粉与空气的良好混合煤粉是由一次风带入炉膛的，由于热烟气的混入，一次风温度很快提高煤粉的着火点，而使煤粉着火燃烧。一次风量不宜过大，混入的热烟气则应温度高、数量大，这样才能使一次风和煤粉很快升温、着火。对燃烧煤粉来说要考虑到一次与二次风的合理配合。

（4）一次风与二次风的配合一次风量以能满足挥发份的燃烧为原则。一次风量和一次风速提高都对着火不利。一次风量增加将使煤粉气流加热到着火温度所需热量增多，着火点推迟。一次风速高，着火点靠后，一次风速过低，会造成一次风管堵堵塞，而且着火点过于靠前，还可能烧坏喷燃器。一次风温高，煤粉气流达到着火点所需热量少，着火点提前。

二次风混入一次风的时间要合适。如果在着火前就混入，等于增加了一次风量，使着火点延迟；如果二次风过迟混入，又会使着火后的燃烧缺氧。所以，着火后二次风应及时混入。二次风一下子全部混入一次风对燃

烧也是不利的。因为二次风的温度大大低于火焰温度，大量低温的二次风混入会降低火焰温度，使燃烧速度减慢，甚至造成灭火。二次风最好能按燃烧区域的需要及时送入，做到燃烧不缺氧，又不会降低火焰温度，这样燃烧才能完全。

二次风速一般均应大于一次风速。二次风速比较高，才能使空气与煤粉完全混合。但是，二次风速又不能比一次风速大得多，否则会迅速吸引一次风，使混合提前，以致影响着火。四角布臵直流式喷燃器一次风速与二次风速推荐值为：（m/s)

表1无烟煤贫煤烟煤与褐煤一次风20-3020-3025-32二次风45-5045-5030-40总之，二次风的混入应该及时而强烈，才能使混合充分燃烧迅速完全。

燃用低挥发分煤时，应提高一次风温，适当降低一次风速，选用较小的一次风率，这样，对煤粉的着火和燃烧有利。

燃用高挥发煤时，一次风温应低些，一次风率大些。有时也可有意识地使二次风混入的时间早些，将着火点推后，以避免结渣或烧坏喷燃器。

（1）适当的煤粉细度煤粉越细总表面积越大，挥发份析出就快，着火点可提前些，燃烧也越完全。另外，煤粉越均匀燃烧越完全。燃烧挥发份低的煤时，应该用较细较均匀的煤粉。

（2）有必要的燃烧时间煤粉的燃烧过程需要一定的时间。煤粉从喷燃器出口到炉膛出口一般要经2~3min。在这段时间内煤粉必须完全烧掉，否则到了炉膛出口处，因受热面多，烟气温度很快下降，燃烧就会停止，从而增大了不完全燃烧损失。

燃烧设备由四组喷燃器喷出的四股气流在炉膛中心形成一个切圆，这就是通常所说的切圆燃烧。如图所示，从炉膛四个角喷出的气流，实际上流向并不是直流，总有些偏斜，这样，从喷燃器射出的煤粉气流经过炉膛中部已成为高温烟气，有一部分直接补充到相邻喷燃器的根部着火区，造成相邻喷燃器的相互引燃。

采用四角布臵的直流喷燃器，火焰集中在炉膛中心，形成一个高温火球，炉膛中心温度比较高，而且气流在炉膛中心强烈旋转，煤粉与空气混合较充分。气流一边旋转，一边上升，同时旋转的力量逐渐减弱。

图1切圆燃烧及气流的实际流向由于切圆燃烧的动力场是由四角的喷燃器共同维持的，单独停止任何一角的喷燃器都将造成整个空气动力场的破坏。所以，在调整燃烧时，力求不破坏切圆燃烧的空气动力场为原则。

煤燃烧器油燃烧器OFA喷嘴4锅炉运行过程中影响燃烧的因素制粉系统启停与运行。制粉系统启停对火焰中心有影响，进而影响汽温。

漏风对锅炉燃烧的影响。

由于冷风漏入，致使火焰中心上移，主汽温度升高，而且使排烟热损失增加。因此，所有看火孔、入孔门等，均应严密关闭，发现其它部位漏风应采取措施消除。

煤质的变化。

当煤质发生变化时，燃烧工况也发生变化。当燃用挥发份较高的煤粉时，着火提前，使火焰中心下移，汽温降低；燃用挥发份较低的煤粉时，着火靠后，火焰中心上移，汽温升高。

煤粉细度。煤粉细度要合适。

二次风二次风是煤粉炉燃烧的主要高温风源，对锅炉的燃烧影响很大。

二次风量过大，将造成炉膛温度降低，蒸汽温度升高，并使锅炉排烟热损失增加，锅炉效率降低。

二次风量过小，将使煤粉燃烧大量缺氧，使化学和机械未完全燃烧热损失增加，严重时造成灭火等事故。

二次风的配备需要经过燃烧调整比较来确定，它是保证锅炉炉膛内良好的空气动力场和燃烧的稳定性、保证锅炉安全经济运行的基础。因此，二次风速一般要大于一次风速，才能使空气与煤粉充分混合，使煤粉完全燃烧。但也不能过大，否则会造成二次风迅速吸引一次风，使风粉混合提前，影响着火。

5.燃烧调整上面介绍了燃烧原理及燃烧设备，并分析了影响燃烧的几个主要因素，在此基础上，介绍一下燃烧调整的基本方法。

燃料量与风量的调节（1)

燃煤量的调节燃煤量的调节方式与锅炉负荷变化的幅度有关。当锅炉负荷变化不多时，一般调节给煤机的转速，从而改变进入一次风管和喷燃器的煤粉量。当锅炉负荷变化较大时，可以改变投、停喷燃器的个数，以大幅度地改变燃料量。

（2)

风量的调节锅炉负荷变化时，送入炉内的风量必须与送入炉内的燃料量相适应，同时也必须对引风量进行相应的调节。

送风调节进入炉膛的空气主要是有组织的一、二次风，其次是少量的

漏风。

运行中应尽可能保持炉内最佳过量空气系数，以获得较高的锅炉热效率。锅炉控制盘上装有氧量表，运行人员可根据此表的指示值来控制炉内空气量。

考虑到测点装设的可靠性，氧量表的取样装设在省煤器的烟道内，因此，用O2表监视锅炉送风量多少时，必须考虑漏风的影响。在满负荷范围内，O2量保持在%左右，低负荷保持高限氧值，高负荷保持低限氧值。

风量的具体调节方法，就总风量的调节来说，是通过调节送风机动叶开度来实现的。有时，还需要借助改变二次风挡板的开度来调节。

如调整火焰中心位臵时，开大上排二次风挡板，关小中、下层二次风来实现。

正常情况下，两台风机都运行，需要调节送风量时，一般应同时改变两台送风机动叶的开度，使烟道两侧的烟气流动工况均匀。

运行中，当锅炉负荷变化时，燃料量和送风量均需要做相应的调节。负荷增加，先增加送风量，后增加燃料量。如果先增加燃料量，而后增加送风量，则将造成不完全燃烧。

炉膛负压控制由于炉膛内高温烟气产生自拔风力的作用，使炉内不同高度处的烟气压不一样，从炉底到炉顶，烟气压力是逐渐增高的；另外由于烟气离开炉膛时沿烟道克服流动阻力的结果，使烟气压力又逐渐降低下来，直到最终由引风机提高压头后，才从烟囱排出。这样，使整个锅炉炉膛和烟道内的烟气压力都呈负压状态，其中以炉膛顶部的烟气负压最小。所以把炉膛负压表的风压测点装在炉膛靠近炉出口处。只要炉膛顶部的烟

气保持着合适的负压值，则其它部位也处于负压状态。

即使炉墙有不严密之处，也无烟气外泄之虑。炉内压力变正时，火焰以及飞灰会向外冒，不仅恶化工作条件，还可能危及人身和设备的安全。同时，炉膛负压也不要太大，这样漏风就小些。

在单位时间内，从炉膛排出的烟气量等于燃料燃烧产生的烟气量时，炉膛负压就保持不变，否则就要发生变化。在未加引风量前，先增加送风量，就会使炉膛出现正压。

当锅炉负荷改变而燃料量和风量发生改变时，随着烟气流速的改变，各部负压也相应改变。锅炉负荷增加，各部分的负压也相应增大；反之，则各部分负压相应减小。

炉膛负压是很重要的分析表计。炉内燃烧工况一旦发生变化，必将迅速引起炉膛压力相应发生改变。当锅炉的燃烧系统有故障或异常情况发生时，最先反映的就是炉膛负压发生变化。如水冷壁泄漏、过热器泄漏、锅炉发生灭火从表盘上首先反映的现象就是炉膛负压的变化，而后才是汽包水位、蒸汽流量的变化。当锅炉负荷发生改变而需进行风量调节时，为了避免炉膛出现正压现象和缺风现象，原则上在负荷增加时应先增加引风，而后增加送风量和燃料量；负荷减少时，应先减少燃料和送风量，而后再减少引风量。

喷燃器的运行四角布臵的直流喷燃器，由于其燃烧方式是靠四股气流组织的，所以一、二次风量及风速的选择，是决定炉膛良好的空气动力工况的基本条件。因此必须注意对四股气流的调节与配合，任何不适当的一、二次风配比，都会破坏气流的正常混合与扰动，从而造成燃烧的恶化。

由于四角布臵的直流式喷燃器的结构、布臵特性差异较大，故其风速的调整范围较旋流式喷燃器要广一些。这种类型喷燃器的一、二次风出口速度可以用下述方法进行调节。

（1）改变一、二次风量（2）改变各层喷燃器的风量分配，或停掉部分喷燃器，例如可以改变相应上、下两层喷燃器的一次风量及风速，或上中下各层二次风的风量及风速。在一般情况下，减少下排的二次风量，增加上排的二次风量，可使火焰中心下移；反之，则可抬高火焰中心。

燃烧工况的好坏，不仅受到配风工况的影响，而且与炉膛热负荷及燃料在炉内的分布有关，即与喷燃器的运行方式有关。

为了保持正确的火焰中心位臵，避免火焰偏斜，一般将投入运行的各喷燃器的负荷尽力分配均匀、对称，即将各喷燃器的风量和煤量调整一致。但有时为了调整燃烧中心，改变火焰的偏斜现象、避免结渣、调节过热汽温分布，提高运行经济性以及为了适应锅炉负荷煤种等原因，常有意识地改变各喷燃器之间的负荷分配。

①只有在为了稳定燃烧以适应锅炉负荷和保证锅炉参数的情况下才停用喷燃器，这时经济性方面的考虑则是次要的。

①上投下，可降低火焰中心，稳定燃烧。

④需要对喷燃器进行切换时，应先投入备用的喷燃器，待运行正常后，再停用运行的喷燃器，以防止中断或减弱燃烧。

⑤在投停或切换喷燃器时，必须全面考虑其对燃烧、汽温等方面的影响，不可随意进行。

采用摆动式直流喷燃器对调节燃烧中心的位臵改变汽温和煤粉燃烧

的完善程度是有相当作用的，故应注意充分利用这种喷燃器喷口倾角可调的特点。一般在保证正常汽温的条件下，可尽量增加其下倾角，以取得较高的经济性，但应避免冷灰斗因温度过高而产生结渣。