600MW超临界W火焰锅炉燃烧调整试验研究

东方电气集团东方锅炉股份有限公司 徐启明

我国自20世纪80年代后期引进“W”火焰锅炉用于燃用低挥发份煤以来，“W”火焰锅炉已成为我国专用于燃用低挥发份煤的锅炉[1]。由于低挥发份煤具有较难燃尽的特性，即使“W”火焰锅炉燃烧区域敷设了大量的卫燃带来提高炉内温度，锅炉灰渣可燃物依然偏高[2]，因此“W”火焰锅炉一直存在锅炉燃烧效率不高的问题。本文对某超临界“W”火焰锅炉进行了试验研究，总结出一套针对超临界“W”火焰锅炉的优化试验方法，对同类型锅炉的优化运行具有较高的参考价值。

1 设备概况

锅炉为超临界参数、“W”型火焰燃烧、垂直管圈水冷壁、变压直流锅炉、单炉膛Π型锅炉，采用专门用于燃烧低挥发份煤的双旋风煤粉燃烧器、一次再热、固态排渣、全悬吊结构。锅炉共配有六台双进双出钢球磨煤机，每台磨煤机带4只煤粉燃烧器，24只煤粉燃烧器顺列布置在下炉膛的前后墙炉拱上，前、后墙水冷壁上部还布置有26个燃尽风调风器，燃烧区域划分为燃烧器区域和燃尽风区域两部分。锅炉的燃烧设备主要由煤粉燃烧器、燃尽风调风器、风箱、油点火器、火检及风门挡板等组成。

煤粉燃烧器由煤粉进口管、栅格式煤粉均分器、双旋风筒壳体、煤粉喷口、乏气管、乏气挡板和消旋杆等组成。二次风箱分为上部风箱和下部风箱，上部风箱负责拱上供风，下部风箱负责拱下供风。二次风分成A、B、C、D、F五股风送入炉膛。

2 燃烧优化试验

燃烧优化试验的目的是在保证锅炉安全稳定运行并达到额定参数的基础上，同时具有较高的锅炉效率。在燃烧稳定的情况下，通过变动影响锅炉燃烧的不同因素，研究如省煤器出口过量空气系数、燃烧器乏气风开度，以及A、B、F层风开度，燃尽风风量配比等不同因素对锅炉燃烧效率的影响。

变省煤器出口过量空气系数：试验将省煤器出口过量空气系数从1.28逐渐降到1.16。从图1可知，随着过量空气系数从1.28降低到1.16，锅炉热效率随着过量空气系数的降低而逐渐上升，在过量空气系数达到1.23（氧量在3.93%）时锅炉热效率达到了较高值，此时再降低过量空气系数锅炉热效率提升空间有限、甚至有所降低。而锅炉未燃碳热损失随着过量空气系数的降低逐步降低，说明在过大的过量空气系数情况下炉内燃烧温度有所降低，并不利于炉内煤粉的燃尽。

图1 过量空气系数与锅炉效率的关系

变燃尽风量试验：锅炉在燃烧器上方设置了一层燃尽风，用来实现炉膛高度方向分级燃烧的目的。通过调节燃尽风箱入口的风门挡板，达到调节燃尽风区域和燃烧器区域的风量配比目的。试验将燃尽风箱开度从100%逐步关至10%，从图2可知，随着燃尽风箱挡板开度关小锅炉热效率有所升高，锅炉未燃碳热损失总体呈下降趋势，这是因为燃尽风关小后，更多的风从燃烧器区域送入，燃烧器区域供风有所增加，火焰下冲距离变长，煤粉的停留时间变长[3]。

图2 燃尽风量与锅炉效率的关系

变乏气风量试验：锅炉使用的是双旋风煤粉燃烧器，采用旋风筒进行煤粉浓缩，风粉混合物在旋风筒内旋转，在离心力的作用下大部分煤粉被分离到筒壁附近，旋风筒中心部位的一次风含粉量极少，该部分一次风被称作“乏气”，由乏气管引出从乏气喷头送入炉膛，试验将乏气挡板开度从20%逐渐开至100%。试验结果表明，当乏气风开大后火焰下冲的动量减小，煤粉颗粒在炉内的停留时间缩短，锅炉未燃碳热损失有所增加，锅炉热效率也呈现下降的趋势。

变A挡板试验：为保证乏气风喷口的冷却并防止喷口结焦，锅炉在拱上二次风设置了一层A风用于乏气风喷口的冷却。试验测试了A挡板开度设置在45°和90°两个开度下的锅炉效率情况。结果表明，随着A挡板的开大锅炉干烟气热损失和未燃碳热损失均有不同程度的增大、锅炉效率则有小幅的降幅，因此在日常运行中A挡板开度不宜过大。

变B挡板试验：锅炉在拱上布置了一层拱上二次风作为控制燃烧器煤粉主喷口的周界风，起到调节煤粉气流着火点及冷却喷口的作用，该股风风量由B挡板调节。试验将B挡板开度从20°逐渐开至90°。结果表明，随着B挡板开度开大未燃碳热损失先降低然后再上升，锅炉热效率则先升高后降低。随着B挡板的开大，在煤粉燃烧初期有更多的氧气供煤粉燃烧、利于煤粉的燃尽，同时煤粉气流的穿透能力有所增强，增加了煤粉在炉内的停留时间，但当B挡板开的太大后会使煤粉下冲动量过大，造成火焰冲刷冷灰斗，使锅炉灰渣含碳量上升，进而影响锅炉效率。

变F挡板试验：“W”火焰锅炉的F风是燃烧区域所占风量比例最高的一股风，约占总二次风量的40%左右，是调节沿炉膛宽度方向风量分布均匀性、控制风箱风压的主要手段[4]。F挡板开度试验完成了38%、43%、55%三个开度的试验。从图3可知，随着F挡板开大未燃碳热损失降低明显，同时锅炉热效率有所上升，升幅非常明显。F风在燃烧器二次风中所占比重最大，其开度开大后能显著增加拱下送风量，有利于煤粉的燃尽。

图3 F挡板与锅炉效率的关系

变消旋杆开度试验：燃烧器喷口内设置有消旋杆用于控制主煤粉气流的残余旋转，以调节主火焰扩散角和着火点。当消旋杆下放时煤粉气流旋转强度减弱、气流刚性增强，当消旋杆提起时煤粉气流旋转强度提高、气流刚性减弱。消旋杆上有多个孔，试验结果表明，随着消旋杆的下放煤粉气流旋转强度减弱、刚性加强、火焰行程变长，未燃碳热损失和干烟气热损失均有所减小，锅炉热效率有所提高。

3 结语

在某超临界“W”火焰锅炉上研究了如省煤器出口过量空气系数、燃尽风量、燃烧器F风挡板等对锅炉热效率的影响，通过试验得出如下结论：

为保证较高的燃烧效率，省煤器出口过量空气系数不宜过大，过大的过量空气系数会造成锅炉干烟气热损失和未燃碳热损失增大。也不宜过小，过小则无法保证煤粉的燃尽，因此在锅炉额定负荷时，可将省煤器出口过量空气系数控制在1.2～1.23；燃尽风量对锅炉热效率影响较大，在保证NOx排放的前提下，应将燃尽风门开度适当关小以保证燃烧区域燃烧所需要的风量，保证低挥发份煤的燃尽。

超临界“W”火焰锅炉的拱上风诸如乏气风、A风、B风均不应开度过大，对于A风和B风可将开度控制在40～60°，乏气风则依据实际入炉煤的挥发分进行调整，若入炉煤的挥发分较低，乏气风可适当关小以保证煤粉的燃尽；F风作为主燃烧区域占比最大的风，其开度大小对锅炉效率影响最大，在实际运行中可将其开度控制在45～65%。