超临界W火焰锅炉旋流燃烧器燃烧调整试验

李文军，彭敏，黄伟，杨剑峰

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

1 燃烧器喷口着火温度测量方法

对冲燃烧方式、W型燃烧方式一般采用单个火嘴着火稳定性较强的旋流燃烧器。旋流燃烧器进行燃烧调整时测量燃烧器喷口温度能定量地掌握燃烧器的着火特性，分析燃烧器配风方式变化对着火稳定性影响，从而有效地对着火距离进行调整，提高火嘴的稳燃能力。

为了解燃烧器出口温度的分布和着火距离，试验人员在燃烧器二次风道内看火孔安装铠装式热电偶 (如图1)，对燃烧器出口附近的轴向温度分布进行测量。测量温度能大致反映喷口区域煤粉气流的升温着火状况;根据热电偶伸入燃烧器喷口不同长度测量的温度能反映煤粉气流的着火距离。

图1 热电偶布置示意图

2 平均火检强度统计分析方法

锅炉全炉膛燃烧稳定性主要通过炉膛负压来进行判断，但由于炉膛负压本身脉动性较大，且由于安装位置和测点数量受限等原因，影响到炉膛负压对炉膛燃烧真实状况的反映。一般只有在燃烧稳定性严重变差时，炉膛负压才能反映出来。

煤粉燃烧器火检模拟量信号强度用于表征初始燃烧区的燃烧剧烈程度〔1〕，直接反映燃烧器着火稳定性，所有投运燃烧器的平均火检强度即代表全炉膛燃烧稳定性的真实情况。在锅炉燃烧调整过程中，引入平均火检强度这一指标对各种调整工况下的燃烧稳定性进行评判，能取得全炉膛燃烧稳定性的定量甚至是细微变化趋势。

3 燃烧调整实例应用分析

3.1 调整对象概况

调整对象为某公司生产的600 MW超临界W型火焰锅炉，该锅炉采用双进双出正压直吹制粉系统，配置24只浓缩型EI-XCL低NOx双调风旋流燃烧器，对称布置在锅炉的前、后拱上，与之配套的是6台BBD4366型双进双出钢球磨煤机。

浓缩型EI-XCL燃烧器上配有双层强化着火的轴向调风机构，从风箱来的二次风分两股分别进入到内层和外层调风器，内层二次风产生的旋转气流可卷吸高温烟气引燃煤粉，外层二次风用来补充煤粉进一步燃烧所需的空气，使之完全燃烧。内、外层二次风的旋流强度可以通过调整轴向叶片的设置角度而改变。旋转气流能将炉膛内的高温烟气卷吸到煤粉着火区，点燃煤粉并使之稳定燃烧。

内二次风轴向叶片的最大开度为60°(与燃烧器轴线夹角成30°)，最小开度为20°(与燃烧器轴线夹角成70°);外调风叶片的最大开度为70°(与燃烧器轴线夹角成20°)，最小开度为20°(与燃烧器轴向夹角70°);调风盘行程为0～240 mm，调风盘开度为0对应内二次风全关。

该锅炉投产初期由于入炉煤质变差，出现燃烧不稳的情况，需投油助燃并发生了一次全炉膛灭火;同时由于燃烧不稳造成左右两侧烟温和汽温偏差极大，汽温调整困难，严重影响着锅炉安全经济运行。为解决锅炉燃烧不稳、热偏差大等问题，进行了燃烧调整试验。

3.2 锅炉燃烧调整情况

试验人员根据双调风旋流燃烧器特点和实际入炉煤质情况，首先从提高单个燃烧器的燃烧稳定性着手，通过改变燃烧器配风方式，分析各因素对着火稳定性的影响，提高单个火嘴稳燃能力;然后通过对氧量、分级风和煤粉细度进行调整等手段提高全炉膛燃烧稳定性。

3.2.1 单个燃烧器着火稳定性的调整

试验负荷550 MW，试验人员选择着火较差的D1燃烧器进行调整，在D1燃烧器看火孔沿燃烧器轴线方向插入一支热电偶，先在初始配风方式下测量燃烧器出口轴向不同距离下的温度 (见表1)，然后将热电偶固定在距喷口600 mm位置，通过调整手动调风装置 (调风盘、内二次风角度、外二次风角度)测量温度 (见表2，3)。

表1 初始状态下燃烧器出口轴向温度分布

表2 调风盘不同位置下燃烧器出口温度

表3 变二次风叶片角度燃烧器出口温度

试验期间锅炉入炉煤质Vdaf为10%，Qar，net为17 000 kJ/kg，该煤种挥发分和热值均较低，燃烧器出口的温度是保证煤粉稳定着火的关键〔2〕，对应该煤种的稳定着火温度约为800～850℃。从表1中的数据来看，初始状态下D1燃烧器的着火距离接近1 000 mm;从表2，3中的数据来看，调风盘开度、内二次风叶片角度、外二次次风叶片角度3个因素中调风盘开度对温度影响最大。在距喷口600 mm位置，调风盘开度从140 mm调至60 mm，温度升高了220℃左右，外二次风叶片角度50°～70°变化范围内影响温度约100℃，内二次风叶片角度变化对燃烧器出口温度影响较小。由此可见，调风盘开度 (即内二次风量)对燃烧器着火稳定性起关键作用，关小调风盘、内二次风量减少后，着火提前、燃烧稳定性明显提高。

3.2.2 全炉膛燃烧稳定性调整

为掌握燃烧器各配风调整手段和运行方式对锅炉燃烧稳定性的影响，试验过程中进行了燃烧器调风装置的调整、变分级风比例、变氧量、变煤粉细度等一系列试验研究。把投运燃烧器火检强度的平均值作为燃烧稳定性的判断依据，火检强度平均值越高，则燃烧稳定性越好，反之燃烧稳定性越差。

试验结果表明 (见表4)，初始状态下 (外二次风60°、内二次风45°、调风盘125 mm)平均火检强度仅为67%，调风盘开度减小到80 mm后，平均火检强度提高95%。对锅炉全炉膛燃烧稳定性影响最大的因素是调风盘开度，即内二次风量比例，这一结论与单个燃烧器调整的结论相符。其次分别为煤粉细度、内外二次风叶片角度、氧量，不同分级风比例下燃烧稳定性均较好。同时，通过对其它相关数据的分析，可得出以下结论:在高负荷下平均火检强度达到85%以上时，锅炉燃烧稳定性和热效率均较好;平均火检强度低于85%，锅炉热效率受到影响;平均火检强度低于75%，锅炉燃烧稳定性和热效率明显下降。

表4 不同工况下投运燃烧器平均火检强度

3.3 调整效果分析

根据燃烧器出口煤粉着火温度测量和平均火检强度的分析结果，试验确定了该锅炉燃用劣质无烟煤的最佳配风和运行方式:调风盘开度为80 mm、内调风度为45°、外调风开度为60°、氧量维持在3.2%～3.5%、分级风量25%的开度、煤粉细度R90控制在4%左右。采用以上运行方式后，煤粉气流着火距离由1 000 mm缩短至600 mm，全炉膛平均火检强度由67%提高到90%以上，锅炉燃烧稳定性和抗干扰能力大幅提高，锅炉效率提高1.5%左右。

同时从运行参数来看，针对火检较弱的燃烧器重点进行的调整，使沿炉膛宽度方向各燃烧器燃烧稳定性均匀，消除了由于局部燃烧状况较差造成的热负荷偏差。调整前A，B两侧汽水分离器出口温度 (即中间点温度)和低温过热器出口蒸汽温差分别为25℃和50℃左右，两侧温差过大导致汽温调整困难;调整后的蒸汽温差分别在5℃和10℃以内，热偏差的消除提高了超临界锅炉水冷壁和高温受热面的运行安全性，也保证了汽温的有效控制。

4 结论

采用热电偶对旋流燃烧器喷口着火温度测量和平均火检强度统计分析的方法指导锅炉燃烧调整过程，能相对定量地评价各种调整方式对锅炉燃烧稳定性的影响，直接找出影响燃烧稳定的关键因素，从而保证锅炉燃烧调整达到理想的效果。该方法适用于新型燃烧器的投运、燃烧器改造后以及煤质变化较大时锅炉的燃烧调整。

〔1〕张雪，郑康捷，丁艳军，等.基于火检与火焰图像信息的旋流燃烧器状态监测，清华大学学报 (自然科学版)，2010，50(7):1 053-1057.

〔2〕熊立红，资静斌，曾东和.大型燃煤锅炉旋流燃烧器稳燃技术研究，电站系统工程，2008，24(1):38-40.