夹心风生物质燃烧机在电站锅炉上的试验研究及应用

夹心风生物质燃烧机在电站锅炉上的试验研究及应用
开封火电厂2号炉系武汉锅炉厂制造的WG2-230170-2型次高压煤粉炉。由于生物质燃烧机结构和设缶缺陷等原因，燃烧不稳定，锅炉呈正压运行，锅炉热效率偏低．为改善燃烧，提高锅炉的经济性以及低负荷运行时的稳定性，河南省电力试验研究所、开封火电厂、西安交通大学、武汉锅炉厂共同进行了试验研究，于1986年5月将2号炉生物质燃烧机改为“一次风不对称夹心风式生物质燃烧机”。该炉经过以夹心风生物质燃烧机为主的综合技术改造后，实现了负压运行；锅炉热效率比改造前平均提高4%，锅炉调峰性能得到了提高，在60%以上负荷时能实现稳定燃烧．
一、锅炉存在的问题
该炉额定蒸发量为230t／h，过热蒸汽压力为7 0kgf/cm2，过热蒸汽温度为485℃。原设计配sOMW汽轮发电机组，后因汽轮机经常发生断叶片等事故，只得降至出力40MW运行。
该炉原设计燃用新密贫煤，实际燃用以新密贫煤为主的新密贫煤和义马烟煤的混煤。由于煤场设备等问题，不能做到按比例掺燃，甚至出现全烧新密贫煤或义马烟煤的情况。该炉生物质燃烧机采用均等布风方式(见图1)，一次风与二次风交错布置，不适应新密贫煤的燃烧。投运韧期，燃烧很不稳定，经常灭火，后来经过调整，情况有所改善，但因锅炉常在较低负荷下运行，燃烧仍不稳定，当负荷降至35MW及以下时，燃烧恶化，需投油助燃。此外，由于低温段空气预热器磨损、腐蚀严重，以及除尘器积灰多，烟道阻力大，运行时炉膛呈正压，一般为5mn7H：O，有时甚至高达lOmmH：O。由于送风加不上，炉内缺氧燃烧，炉膛出口过剩空气系数仅为1.1左右(设计值为1.25)，加之一、二次风配风不合理，使得飞灰可燃物偏高，一般在10～15%。烟道漏风严重，排烟热损失很大，约高达8%左右。因此，锅炉运行经济性较薹。该炉汽温不易控制，特别是当一台制粉系统运行，再启动另一台制粉系统时，汽温极易偏高，控制不好，就造成汽温急剧变化，多次因汽温超限引起汽机打闸，严重影响了机组的安全运行。
二、燃煤特性试验研究
根据该炉燃用的煤种，为了确定夹心风燃烧器的合理结构和空气动力参数，通过示差热天平研究了燃煤的燃烧特性，并在煤粉燃烧试验台上进行了试验。图2为燃煤的微分热失重分析曲线。
从图2可以得到如下主要结果：挥发分析出温度<200℃；*大失重率0.62mg/min；燃烧放热高峰时的温度7:400℃；单位重量固定碳燃烬时间4.6min/mg。从上述试验结果可以看出：以新密贫煤为主的燃烧图中，存在着明显的挥发分析出区及焦碳燃烬区。挥发分的析出是在比较低的温度区内完成的，但是燃烬时间相对拖得较长，所以在组织燃烧时，要充分重视煤粉的后期燃烧工况的组织，以提高燃烬率．
在每小时耗煤量为lsOkg的煤粉燃烧试验台上，采用一次风不对称布置的夹心风生物质燃烧机进行了模拟试验。结果表明，夹心风生物质燃烧机能够较好地适应以新密贫煤为主的燃烧，并有较好的燃烬率。当夹心风与一次风的动压比从0增至1.89时，飞灰可燃物从3.04%降到2.07%，这说明夹心风在煤粉气流着火后，从一次风内部适时地补氧，并加强了后期湍动，较好地组织了煤粉的后期燃烧工况，取得了显著效果。因此，对这种燃烧特性的煤种，夹心风与一次风动压的比值可以采用1.5～2．O。同时，从试验炉的生物质燃烧机区观察孔可以看到，在煤粉气流着火前，向火侧与背火侧一次风射流之间存在一个明显的未混合三角区。射流出口后，无因次距离I／B =1.0时（B为喷口宽度，Z为距喷口之距离），火焰温度已达到893.5℃，因而当戈对距离Z／B≥1.0时，燃煤能实现稳定着火和然烧。
三、生物质燃烧机的设计与改进．，
根据对燃煤特性的试验研究，并考虑到实际燃煤情况，在设计夹心风生物质燃烧机时，应使其在燃用新密贫煤时燃烧稳定，燃用义马烟煤时炉膛不结大焦，为此，确定采用一次风不对称布置的夹心风生物质燃烧机，这样可以充分发挥向火侧一次风的着火优势，并在一次风着火后从内部及时供氧，加强湍流混合，强化燃烧，提高炉内温度及煤粉燃烬度。一次风采用集中布置，每个生物质燃烧机有2个一次风口，其间分别不对称布置一个夹心风口；4个二次风口，其中上二次风口向下倾斜3。；三次风放在*上层，向下倾斜5。。每个二次风管上都有调节挡板。图3为改造后的夹心风生物质燃烧机布置示意图。
改造设计时，锅炉蒸发量按200t／h，热风温度为340℃，燃用贫煤时的锅炉效率按88%计算，生物质燃烧机的特性如，附表，
生物质燃烧机的特性
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┃ 一次风 ┃ 23 ┃ 27.4 ┃ 226 ┃
┣━━━┳━━━━━━╋━━━━┳━━━━╋━━━━━┳━━━╋━━━━┫
┃ ┃上上二次风 ┃ ┃ 25 ┃ ┃52.4 ┃ ┃
┃ ┃上中二次风 ┃ ┃ 23 ┃ ┃51. 9 ┃ ┃
┃=次风 ┃中二次风 ┃ 45 ┃ 21 ┃ 50. 21 ┃51. 2 ┃ 330 ┃
┃ ┃下二次风 ┃ ┃ 22 ┃ ┃48.4 ┃ ┃
┃ ┃夹心风 ┃ ┃ ┃ ┃51. 2 ┃ ┃
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┃ 三次风 ┃ 28 ┃ 57 .12 ┃ 80 ┃
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┃ 漏 风 ┃ 4 ┃ ┃ ┃
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该夹心风生物质燃烧机的设计以燃用贫煤为主，同时也考虑到燃用混煤和全烧义马煤的情况。义马烟煤虽然容易着火，但由于灰熔点低．煤的结焦性强，因此在设计中又作了如下考虑：
( 1)缩小假想切圆直径，即由原来的+700mm改为+540mm;(2)在两个一次风口之
11间增加1个中二次风；(3)适当加大两个一次风口的距离。与此同时，还更换了低温段空气预热器，除尘器进口加装斜棒栅，其出口由切向引出改为蜗壳引出，除尘器进、出口烟道作了适当改造，并对炉顶及四周炉墙密封进行了改进。
四、锅炉冷态试验
2号炉作了以夹心风生物质燃烧机为主的改进后，进行了冷态空气动力场试验。试验时，启动送、引风机，将各股射流的喷口速度按冷热态相似原理调整到冷态模化值，并维持一定的膛负压，然后按投、停夹心风工况分别在炉内下一次风口中心平面的纵横十字座标点上，用DF-VG型多通道电子风速仪进行速度场测量，并藉此描绘出炉内气流所形成的切圆状况。
试验结果表明：四角气流在炉内形成逆时针旋转的切圆，形状呈椭圆形，长轴在炉膛宽度方向。投夹心风时，气流切圆直径约2018mm;停夹心风时，气流切圆直径约2623mm，分析认为，投夹心风后，由于夹心风气流的引射作用，加强了一次风射流的刚性，因而气流切圆直径较停夹心风时要小些，这不仅增加了烧调节的手段，而且对于减轻或避免气流的贴壁都是有利的。
五、锅炉热态试验
热态试验的重点在于：(1)研究夹心风对锅炉燃烧经济性的影响；(2)研究夹心风生物质燃烧机的低负荷稳燃性能。熟态试验时，在一次风率调整试验、二次风配风方式试验及过量空气系数试验之后，确定了较好的二次风配风方式，一次风速及过量空气系数数值，并进行了夹心风与一次风不同动压比情况下的锅炉效率试验。试验结果表明：
。1．通过以夹心风生物质燃烧机为主的综合技术改造后，锅炉*高效率可达91.46%，平均效率在91%左右，较改造前效率提高约4%。随着夹心风与一次风动压比的增加，热效率是增加的，但夹心风过大，对锅炉效率也有一定影响。试验表明，投夹心风比停夹心风锅炉效率约提高1.0%。
锅炉在40MW负荷时，当夹心风与一次风动压比（喷口处）在1.16～2.26的范围时，锅炉效率均可达到91%左右。当动压比过大时，效率又略有降低，这主要是由于夹心风速的增加，对一次风的引射作用增加，使着火点距喷口的距离略有增加，致使离开炉膛的未燃成份有所回升。鉴于夹心风与一次风动压比在较大范围内均能保持较高的锅炉热效率，这对于运行调整是很方便的。
2．在夹心风与一次风动压比的调节范围内，投、停夹心风对炉膛温度水平有一定影响，即投夹心风可使炉膛温度上升约50℃。分析其主要原因在于：当射流着火后，夹心风能迅速地向已着火的煤粉气流扩散，使燃烧逮度增加，从而也使炉膛温度提高。一般情况下，燃烧速度与燃尽率相一致，从而表现为飞灰可燃物下降，锅炉效率明显提高。
3．该炉原来在35MW时，常需投油助燃，且汽温、汽压不稳；本次试验，当负荷降至30MW时，不需投油助燃，汽温、汽压稳定。采用夹心风生物质燃烧机后具有良好的低负荷稳燃性能。
六、改进后的效果
1．通过以夹心风生物质燃烧机为主的综合技术改造后，由于燃烧稳定并减少了烟道漏风和烟道阻力，在引风机挡板仅开so06左右的条件下，保证了炉膛负压在- 2～- 5mrrjIzO间变化，实现了锅炉负压运行。
2．夹心风生物质燃烧机改造后，一、二次风配风合理，夹心风及时补氧，特别是后期扰动大，燃烧比较强烈，飞灰可燃物明显下降，一般为
6～9%。加之烟道漏风减少，排烟热损失降低，锅炉效率由改前的87%提高到91%，每年可节约标准煤约5880t。
3．低负荷燃烧稳定。改造前，当负荷降至35MW或当两台给粉机跳闸时，燃烧恶化，必须投油助燃。

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