电厂锅炉燃烧方式选型浅析

摘要：某市拟新建2×350MW燃煤电厂，主要满足当地工业园区的工业和采暖用热，属于热电联产项目。工程拟建设2×350MW超临界燃煤空冷供热发电机组，同步建设脱硫、脱硝设施。本文将根据工程燃烧用煤的品质对燃煤锅炉采用切圆直流燃烧技术及对冲旋流燃烧技术的煤粉燃烧器进行简单分析。

关键词：电厂；锅炉；燃烧；燃料

就目前国内电站锅炉来讲，随着锅炉容量的不断增加和环保要求的进一步提高，对煤粉燃烧器的要求也随之提高。性能良好的燃烧设备应满足下列要求：将燃料和燃烧所需空气送入炉膛，在炉内形成良好的空气动力场，使燃料能迅速稳定地着火；及时供应空气、与燃料适时混合，造成必须的燃烧强度，使燃料在炉内达到完全到燃烧；燃烧可靠稳定，炉内不结焦，保证锅炉安全经济地运行；有较好的燃料适应性，具有良好的调节性能和较大的调节范围，以适应煤种和负荷变化的要求；氮氧化合物的生成量控制在允许范围内，以达到环保的要求。

一、锅炉燃料特性

由该项目煤质资料可以看出，设计煤质的结渣性中等，沾污性较重，且严重磨损，着火处于易稳定性，燃料较易燃尽；校核煤种与之相比则结渣性中等偏轻，中等沾污，其它磨损性、着火稳定性及燃料燃尽性则一致。

二、直流燃烧器

直流煤粉燃烧器的出口是由一组圆形、矩形或多边形的喷口所构成。煤粉空气混合物和燃烧所需空气从各自喷口以直流射流形式喷进炉膛，这些射流在炉膛中的发展情况基本上决定了燃料的着火条件和燃烧强度。

直流煤粉燃烧器的射流是由多股射流组合而成，煤粉和燃烧所需空气分别由不同喷口以直流射流形式喷进炉膛的。直流燃烧器都采用四角布置，四角射流在炉内一般相切于一个假想切圆。根据流过介质的不同，喷口可分为一次风口和二次风口。一次风是携带煤粉送入燃烧器的空气，主要作用是输送煤粉和满足燃烧初期挥发分燃烧对氧气的需要。二次风是待煤粉气流着火后再送入空气，它的主要作用是补充煤粉进一步燃烧所需的氧气，并起扰动混合作用。

直流燃烧器切圆燃烧方式具有着火条件好，煤种适应性强；一、二次风混合的快慢可以通过燃烧器的设计进行适当的调节；燃烧后期气流扰动较强，有利于燃尽等优点，因而在国内从过去到现在一直有着广泛的应用。

三、旋流燃烧器

旋流燃烧器出口的二次风射流是围绕燃烧器轴线旋转的射流，而一次风射流可为直流射流或旋转射流。由于旋流燃烧器出口截面的几何形状都是圆形，故这种燃烧器又称为圆形燃烧器。旋流燃烧器是利用旋流器使气流产生旋转运动的。当旋转气流由燃烧器出口喷出后，气流在炉膛内就形成了旋转射流，如下图所示。

直流燃烧器的一次风和二次风射流是分别通过各自独立的喷嘴送入炉膛的，在炉内组织二者混合，而旋流燃烧器的一次风和二次风则是通过同一圆形燃烧器按被圆环分隔的内外（圆形或圆环形）通道分别进入炉内的。所以，旋流燃烧器的射流均为一次风射流和二次风（两股或多股）射流组成的共轴射流。

旋流燃烧器采用墙式布置，一般为前后墙对冲布置。与四角切圆的直流燃烧方式相比，对冲式布置旋流燃烧方式的炉内火焰不存在整体的旋流，火焰充满度和流场均匀性容易调整好，在炉膛出口和高温水平烟道不存在四角切圆燃烧特有的气流余旋，左右两侧烟气流量和烟温偏差较小。但是，旋流燃烧器其燃烧方式决定了其NOx排放较直流燃烧器高。

四、两种燃烧器对比

目前国内墙式布置的旋流燃烧方式与四角布置的直流燃烧方式是电站锅炉最主要的两种燃烧方式。燃烧方式的优劣主要可由以下几个方面来考虑，包括结渣及高温腐蚀特性、NOx的排放、气温调节特性、燃烧效率和稳燃能力等。

1.结渣及高温腐蚀特性

旋流燃烧器对介质的卷吸率高，射程短，这就减少了火焰碰撞、冲刷水冷壁的机会，而且沿炉膛内热负荷比较均匀，炉膛的结渣和腐蚀较易控制。但旋流燃烧器仍然存在着燃烧器区域的结渣和腐蚀问题，这往往是由于煤粉浓度分配不均引起的。

2.NOx的排放

对于降低NOx的排放，直流燃烧器和旋流燃烧器都取得了很大的进展，但由于切圆燃烧的固有特性，四角布置方式的一次风和二次风混合较晚，所以，直流燃烧器的NOx的生成量较旋流燃烧器稍低。

3.汽温调节特性

四角布置的直流燃烧器可以采用摆动式燃烧器，通过改变火焰中心位置来调节蒸汽温度，这种方法也使对流受热面布置简单化，降低了设备成本，而且汽温调节范围较大，操作简单可靠，这是直流燃烧器的一个显著优点。

4.烟气偏差

四角布置方式存在的一个重要问题是烟气偏差由于直流燃烧器固有的切圆燃烧方式，使炉膛范围内存在着较大的烟温偏差，在炉膛出口，由于残余旋转的存在，使水平烟道左右侧的烟温相差较大，且存在局部高速区，

在四角切圆燃烧锅炉中，燃烧器区域形成的旋转火焰不但旋转稳定、强烈，而且黏性很大。高温烟气流到达炉膛出口的过程中，其旋转强度虽然逐渐减弱，但仍然有残余旋转。残余旋转会造成炉膛出口处的烟溫偏差，这会引起过热器及再热器管壁超温以致爆管，影响了机组的可用率。为解决烟气偏差造成的汽温偏差，一般采用将合理的受热面分级，过热器级间的交叉布置进行平衡。

五、燃烧器选型建议

如果采用切圆直流燃烧器，需解决烟气偏差及汽温偏差。在解决烟气偏差上则应采用合理的炉膛断面和燃尽高度，合理的炉膛宽深比，良好的空气动力场，可水平摆动的分离燃尽风，及采用优质的风门执行机构和挡板以保证调节的可靠性。在解决汽温偏差上，则应采用合理的受热面分级，相应的“节流” 手段， 合理的蒸汽引入和引出方式，以及最主要的是过热器级间交叉布置。

如果采用旋流燃烧器，则应注意其燃烬风、贴壁风的设计，保证NOx排放达到设计要求，特别是低负荷情况下的NOx排放值。并且防止其旋流火焰的吸附对喷口周边的水冷壁造成的磨损及腐蚀。

基于目前国内三大电站锅炉厂在技术及制造水平上的优势，无论该电厂采用哪种形式的燃烧器，其性能及可靠性均能得到保证。故建议该工程在锅炉选型上不必拘泥于哪一种燃烧方式，根据煤质特性的分析，锅炉选型应重点考虑锅炉的高效稳定燃烧，特别是低负荷稳燃，对飞灰磨损的防治、炉内结渣、受热面的沾污和NOx的排放也应重点考虑，另外锅炉也应有很强的对煤种的适应能力，以应对可出现的煤种变化。

参考文献：

[1] 周强泰.锅炉原理，中国电力出版社

[2] 庄慧颖.旋流燃烧器与直流燃烧器的特点比较及发展前景1998.2

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