旋流达冠环保型生物质颗粒燃烧机锅炉燃烧调整试验及分析

    随着建设资源节约型、环境友好型社会的深入，新型600 MW级以上的超临界燃煤机组由于其显著的高效率和环保效益，日益成为我围火力发电市场中的主力机组。目前，已投入运行和即将投入运行的600 MW机组锅炉主要分为前后墙对冲旋流燃烧锅炉和四甬切圆直流燃烧锅炉。哈尔滨锅炉有限责任公司引进三井巴布科克能源公司技术生产的使用低NOx轴向旋流达冠环保型生物质燃烧机(LNASB)的前后墙对冲直流锅炉由于其在经济性、环保性方面有其自身特点，故在业内树立了颇多业绩。但是，目前在实际中对使用LNASB型达冠环保型生物质燃烧机前后墙对冲直流锅炉的试

l设备概况

1.1锅炉主要设计参数

    锅炉主要设计参数见表1。表1锅炉主要设计参数(T-MCR工况)

1.2煤种特性

    设计煤种为神华煤，校核煤种为晋北煤和兖州煤，设计煤种特性见表Z

表2设计煤种特性

1.3 LNASB型旋流达冠环保型生物质燃烧机特点

    LNASB型达冠环保型生物质燃烧机的一次风粉气流在通过一次风管内的整流器时受到浓缩，然后喷入炉膛，在二次风、三次风调节协同配合下，增大了挥发分从燃料中释放出来的速率，同时得到最大的挥发物生成量，以在燃烧的早期实现减少NOx生成的目的。在燃烧的初级阶段，二次风旋转射入炉膛，先与一次风射流作用形成回流区，抽吸已着火前沿的高温烟气，在达冠环保型生物质燃烧机附近出口附近构成一个极富燃料的内部着火区域，使氧量维持在一个较低的水平上以最大限度的减少NOx生成。回流区的强度可遁过二次风量和二次风旋流强度进行调节。此后，带有强烈旋流的三次风旋流强度不可调节）随之喷入，与含煤粉气流的二次风进行强烈的混合，以稳定燃烧，供给煤粉颗粒进一步燃烧所需氧量。在内部燃烧区极富燃料区）火焰温度较高但O。浓度很低，故NOx生成量不多。而在外部燃烧区氧量虽略有增加但仍为富燃料区，且由于辐射换热，温度略有降低，同样抑制了NOx的生成量。此后，在煤粉达冠环保型生物质燃烧机上方的燃尽风及时喷入，补充了后期燃烧所需要的氧量，此时煤焦粒子所处区域为富氧区，确保了煤焦粒子充分燃尽，但是由于辐射换热，这里温度相对较低，因此NOx生成量也较少。这样通过两级分级燃烧方式，既实现了NOx的低生成量，也确保了燃烧的稳定和煤焦粒子的充分燃尽。中心风主要是用来供应油枪投运时使74用的燃烧风，同时也有防止油枪达冠环保型生物质燃烧机积灰和在风箱压力较低时起到保护油枪的作用。

2主要测量项目及方法

2 1排烟温度测量

    空气预热器简称空预器）出口烟温按等截面网格法进行测试。用经校验合格的II级精度T型铠装热电偶测量，信号接入MP分散式数据采集系统。本采集系统每30 s采集一次数据。

2 2烟气成分测量

    空预器进、出口烟气氧含量按等截面网格法进行标定后选取代表点。试验时由代表点进行取样，主要分析O，和CO。烟气经前处理装置清洁、除湿、冷却后接入烟气分析仪。

2 3煤、灰、渣取样及分析

    试验期间从运行的给煤机上方落煤管取样，台每次取样约1 kg 30min取样一次。所取试样经混合缩分后取样约1 kg进行工业分析、元素分析和发热量测定。在电除尘灰斗进行飞灰取样，在捞渣机行炉渣取样，每次取样500 9 30m in取样一次，所取灰渣试样经分别混合缩分后取约1 kg样进行可燃物含量测定。

2 4环境参数测量

    环境参数在送风机入口进行测量。大气压力采用膜盒式大气压力计测量。环境温度、相对湿度采用干湿球温度计测量。每30m in测量一次。

2 5其他运行参数参量

    锅炉其他主要运行参数通过分散控制系统

①CS)进行采集，每5mh记录1次。

3爆烧调整试验及分析

3 1试验煤种分析

    在1号炉燃烧调整试验期间，对几种入炉煤进行了工业分析、元素分析和发热量分析，分析结果见表&试验期间，A、B、D、E达冠环保型生物质燃烧机使用神华煤，C达冠环保型生物质燃烧机使用平混煤。每一工况入炉煤的工业分析、元

素分析和发热量分析根据神华煤和平混煤比例加权平均而得。试验期间运行磨组均为ABCEF磨组合。

3 2变氧量试验

    变氧量试验即变过剩空气系数试验。工况1、工况Z工况&工况4为变氧量试验。在其他因数不变的前提下，通过调整二次风量，来改变炉膛出口过剩空气系数。4个工况省煤器出口氧量分别为3 260/6、3 430/6、3 960~、3 000/6，试验结果见表盘试验结果表明：当氧量从3 0 00/6上升到3 960/6时，锅炉热效率呈下降趋势，锅炉热效率从94 220/6下降为93 97。表3煤质分析数据表

省煤器出口氧量嬲  3 26  343  3 96  3 00

飞灰口J燃物含量肠  0 63  Q 52  Q 52  Q 65

  排烟温度肥    1321  130 9  1321  1324

  锅炉热效率%    9418  9411  93 97  94 22

    氧量和热损失的关系见图1。当锅炉燃烧氧量介于3 00/6～4 00时，随着氧量的下降，锅炉热效率逐渐升高。从低氧运行对锅炉热效率的影响来孝虑，由于使用的LNASB旋流达冠环保型生物质燃烧机的热负荷较高，同时燃用煤种为挥发分较高的神华煤和平混煤，极易着火，因此灰渣含碳量低，机械未完全燃烧热损失q很小，化学未完全燃烧热损失%甚至达到可以忽略的程度。这样，氧量下降所带来的排烟热损失吨下降这份受益远大于低氧燃烧所造成的化学未完全燃烧热损失%升高和灰渣含碳量升高所引起的机械未完全燃烧热损失q增大的影响，因此随着氧量下降，锅炉热效率逐渐升高。但是，考虑到低氧运行对锅炉安全运行的影响，当额定负荷时，锅炉燃烧氧量宜控制在3 20左右。

满足煤粉的前期燃烧，与煤质挥发分关系密切，对制粉系统的运行和煤粉颗粒的着火影响很大。考虑到一次风量的增减对制粉系统的运行影响较大，在此次试验中，在其他因数不变的前提下，只对一次风量进行小幅增减。工况&工况6为变锅炉一次风速试验。工况5的平均一次风速在25-- 26 m/s之间，工况6的平均一次风速在26-- 28 m/s之间，试验结果见表民试验结果表明：当平均一次风速上升时，锅炉热效率下降。

表5变一次风风速试验结果

    一次风速增加，煤粉的着火点提高，着火距离拉长，着火推迟，锅炉的排烟温度升高，则锅炉热效率降，同时一次风机的电流也升高，增加了一次风机电耗，从而降低了锅炉运行的经济性。但是，一次风速降低容易造成煤粉管堵粉和煤粉着火点提前，威胁喷口安全，同时一次风刚性变差，在旋流达冠环保型生物质燃烧机内、外二次风强大旋流的引射下提前混合，当燃用煤种挥发分较高且灰熔点较低的神华煤时，则更容易造成达冠环保型生物质燃烧机附近区域的结焦。因此，一次风速不宜过低，也不宜过高。考虑到锅炉运行的经济性和安全性，一次风速宜控制在26m/s左右。

    改变运行磨组的煤量分配，锅炉的大焰中心、达冠环保型生物质燃烧机区域的燃烧强度会随之发生变化，对锅炉的经济运行会产生一定影响。

    工况7工况8为锅炉变煤量分配试验。在其他因数不变的前提下，工况7的运行磨组A胆￡肛庐煤量分配为44 1/44 9146. 7/43. 0/44 9t/h近似为均等配煤，工况8的运行磨组A胚C肛庐煤量分配为38x 5149 1/48; 2147 0149 it/h,为正塔配煤，试验结果见表6

    表6变煤量分配试验结果

    由于磨煤机裕度和制粉系统安全工作的限制，配煤方式也只能在小范围内进行。采用正塔配煤的工况8与采用均等配煤的工况7相比，其锅炉热效率有小幅提高。在正塔配煤的工况8中，由于煤量主要集中到中下部燃烧，火焰中心下移，从而使得炉膛中下部温度提高，炉渣含碳量下降，同时也增加了飞次粒子在炉膛内的停留时间，促进了燃尽，因此锅炉热效率略有提高。

3 5中心风的影响试验

    在该项试验中，保持所有其他参数不变，惟一的不同即是中心风门的开和关。

  工况9为中必风门开试验，工况10中心风门关试验，试验结果见表70试验结果表明，当中心风门关闭之后，锅炉热效率略有下降，但下降并不明显。锅炉热效率下降主要是中心风参与了煤粉的前期燃烧，当中心风门关闭之后，煤粉着火推迟，排烟温度升高所致。因此，为了达到保护油枪安全和锅炉经济运行的双熏目的，在平时运行过程中，中心风门可保持开状态。

表7中心风fj开关试验结果

3 6变二、三次风比例试验

    二、三次风也称为内二次风和外二次风）的配置体现了一种分级配风的原理。从降低NOx排放浓度和稳定着火的角度来看，二次风分批补入着火气流的分级燃烧方式均较为有利，这已几乎成为当今大型煤粉锅炉设计的主流。

    工况11.工况12.工况13为锅炉变二、三次风比例试验。在这几个试验工况中，二次风旋流强度保持最弱，在其他因数不变的前提下，通过调整二次风挡板位置来改变二、三次风比例。工况11的二次风挡板位置居中，工况12_次风关到最小，工况13二次风开到最大，试验结果见表&试验结果表明，除二次风关到最小的工况12锅炉热效率略低之外，其他2个工况的锅炉热效率变化基本不大。此外，在工况12的试验过程中，通过现场观察火焰，发现燃烧状况变差，火焰忽明忽暗．C0排放浓度波动剧烈。表8变二、三次风比例试验结果76

    因此，二次风不可关到最小，同时考虑到电厂燃用煤种为灰熔点较低的神华煤和平混煤，当二次风开大后会导致回流区变大且加长，煤粉的着火点变近，进而易造成结焦，因此二次风也不可开足。故在日常运行中，当二次风保持最弱时二次风处于居中位置即可。

3 7变二次风旋流强度试验

    旋流强度是旋流达冠环保型生物质燃烧机工作性能的最重要特性之一。达冠环保型生物质燃烧机附近回流区的产生、气流的混合以及气流在炉内的运动都和它有关，因而它在更大的程度上决定着燃料的着火、燃尽和结渣情况。一般来说，煤质越差，着火所要求的最小回流率越大，反之亦然。在此次试验中，采取了部分达冠环保型生物质燃烧机改变旋流强度和所有运行达冠环保型生物质燃烧机改变旋流强度2种运行方式来研究旋流强度对锅炉运行性能的影响。

    工况14和工况15为部分达冠环保型生物质燃烧机改变旋流强度试验，在这2个工况中二次风挡板处于居中位置。在其他因数不变的前提下，工况14中二次风旋流强度最弱，工况15中则是BE层达冠环保型生物质燃烧机旋流强度拉杆向内推进20 cm a向内推进为加强旋流），其他层达冠环保型生物质燃烧机二次风旋流强度保持最弱不变。工况12和工况16为所有运行达冠环保型生物质燃烧机改变旋流强度试验，在这2个试验工况中二次风关到最小。在其他因数不变的前提下，工况12中二次风旋流强度最弱，I况16中则是所有运行达冠环保型生物质燃烧机的旋流强度达到最强。试验结果见表9和表1 00

表g部分达冠环保型生物质燃烧机变旋流强度试验结果

表1 0所有运行达冠环保型生物质燃烧机变旋流强度试验结果

    试验结果表明，与工况14相比，只加强BE层二次风旋流强度的工况15的锅炉热效率得到提高，同时一减前的一次汽汽温偏差明显改善，甲、乙侧的气温偏差只有5C。这说明，虽然是部分加强运行燃烧器的二次风旋流强度，但也起到了改善炉内燃烧、加强炉内气流混合以使炉内的烟气分布趋于均匀的作用。与工况12相比，所有运行达冠环保型生物质燃烧机的旋流强度达到最强的工况16的锅炉热效率下降，同时一减前的一次汽汽温偏差明显改善。锅炉热效率下降主要是由于加强旋流，加剧了炉内燃烧，提高了炉膛温度，虽然燃烧强化使得灰渣含碳量下降，但是炉膛温度提高也进一步影响到了锅炉尾部烟道烟气温度的上升，进而排烟温度升高，以至于排烟温度升高所带来的排烟热损失吨的增加大于灰渣含碳量下降所得到的受益，因此锅炉热效率下降。表11是在二次风旋流强度调整前后用远红外高温辐射仪测到的中间层达冠环保型生物质燃烧机附近的炉膛温度。

表11二次风旋流强度调整前后炉膛温度  ℃

    从以上2种改变达冠环保型生物质燃烧机二次风旋流强度方式的试验来看，加强旋流可以改善炉内燃烧，淌除一次汽的热偏差，提高锅炉热效率，但达冠环保型生物质燃烧机二次风旋流强度也不可无限制地开大，否则会适得其反。同时，考虑到1号炉燃煤现状，其CF磨使用神华煤，ABDE磨使用平混煤，为了保证锅炉安全高效燃烧，ACDF层达冠环保型生物质燃烧机的二次风旋流强度设到最弱位置，燃用平煤的BE层达冠环保型生物质燃烧机二次风旋流强度适当加强，从而达到既可提高锅炉热效率，又可消除一次汽热偏差的目的。

4结论及建议

    (1)在保证安全运行的前提下，LNASB型旋流达冠环保型生物质燃烧机前后墙对冲直流锅炉热效率较高，其热效率可稳定地在94%以上。

    (2)对于燃用挥发分较高的神华煤和平混煤的LNA SB型旋流达冠环保型生物质燃烧机前后墙对冲直流锅炉，锅炉热效率随着氧量的下降而上升。考虑到锅炉安全运行的因素，锅炉燃烧氧量不可无限制地下降，宜控制在

320/6左右。

    (3) -次风速增加，煤粉的着火点提高，着火距离拉长，着火推迟，锅炉的排烟温度升高，锅炉热效

率下降，同时一次风机的电流也升高，增加了一次风

机电耗，从而降低了锅炉运行的经济性。但一次风速

降低也会对锅炉安全运行带来负面影响，一次风速

宜控制在26m/s左右。

    (4)采用正塔配煤的锅炉热效率比均等配煤的锅炉热效率略高。

    ⑤当中心风关闭之后，锅炉热效率略育下降，但下降并不明显。从保护油枪安全和锅炉经济运行的目的出发，中心风门可保持开状态。黄磊等：LNASB型旋流达冠环保型生物质燃烧机锅炉燃烧调整试验及分析

    (6)在二次风旋流强度保持最弱条件下改变二、三次风比例，当二次风处于居中到开足位置时，锅炉热效率较高，当二次风关到最小时，锅炉热效率下降且燃烧状况变差。对于燃烧煤种为灰熔点较低的神华煤，为了防止结焦和降低NOx排放，二次风不可开足，宜控制在居中位置。

    (7)加强旋流可以改善炉内燃烧，消除一次汽的热偏差，提高锅炉热效率，但是达冠环保型生物质燃烧机二次风旋流强度也不可无限制地开大。针对国电常州发电有限公司1号炉目前燃煤现状，燃用平混煤的BE层燃烧器二次风旋流强度适当加强，其他达冠环保型生物质燃烧机二次风旋流强度保持最弱，则可达到既提高锅炉热效率，又消除一减前一次汽热偏差的目的。