第4章 燃烧设备及运行-1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 燃烧设备及运行,重要性,燃烧系统对火力发电机组安全经济运行的影响,1,、安全,四管爆漏灭火,2,、经济,事故的影响、燃烧效率 少油,/,无油,3,、污染,火电的缺点烟尘,SOx,NOx,CO2,运行人员的操作水平,(,上述三大目标,),掌握直流燃烧器结构布置及运行特性,四角切圆燃烧方式的特点及火焰偏斜,稳燃技术,水冷壁结渣、高温腐蚀的问题,低,NOx,燃烧技术,本章,重点,第一节直流燃烧器,一般是矩形，也可以是圆形,四角切圆燃烧技术,ABB,CE,公司,空气动力学特性：,刚性、卷吸能力强、配风方式、一、二次风动量矩比、喷口高宽比、风速大小、角度,一、射流的动力学特性,1,、卷吸与扩散,由,射流边界卷吸周围烟气，发生热量、质量交换，最终射流横截面扩大、速度降低,煤粉气流,卷吸,(P,71,),的高温烟气是着火热量的主要来源,（,70,90%,）,，另,10,30%,来源于炉膛四壁及高温火焰的辐射,增加边界面可以加强卷吸作用,增加宽高比，面积未变，周长变大,2,、射程：,轴向速度降到初速的,0.05,倍时；穿透能力,射程太大：使邻角射流发生偏斜,射程太小：对邻角射流的加热作用差,影响射程大小的因素：,1,）喷口面积一定,速度越高越远,2,）速度一定，喷口越大，射程越大,二、四角布置切圆燃烧的主要特点,每,一层的四个角喷口中心线相切于一个或两个假想切圆，直径,800mm,左右,1,、上游邻角气流的加热作用,(,自点燃,),，加之本身卷吸，着火条件优越，着火稳定性好,向火侧背火侧,2,、在整个炉内形成强烈的旋转，扰动混合好，利于燃烧及燃尽,3,、强烈的湍流扩散和良好的炉内空气动力结构，烟气在炉内充满程度好，炉内热负荷分布均匀,f960,f820,整个炉内形成一个强烈的旋转,4,、负荷的调节灵活，对煤种的适应性强，控制和调节的手段也较多,5,、炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置,6,、采用摆动式燃烧器时，可通过上下摆动调节汽温,7,、便于实现分段送风，组织分级燃烧，从而抑制,NO,x,生成,第一阶段低过量空气系数，还原性气氛,抑制,NO,x,生成,第二阶段高过量空气系数，保证燃烧的完全燃尽,8,、炉膛出口处的残余旋转,烟温左右偏差,9,、如何确保四个角的风粉均匀性也是一个重要问题,若管长不同，可用节流孔板来调，或在线监测风粉流量,三、直流燃烧器的配风方式,(,均等、分级,),1,、均等配风,一、二次风,相间布置,P70,概念,一次风之间隔,1,2,层二次风,一次风的背火侧布置二次风,参考图,5,1,为何燃烧器分上下两组？,在,高度方向的配风方案：,提高燃烧效率,降低污染物,NOx,一、二次风相邻，易于较早的混合，适应煤种：烟煤、褐煤；,CE,公司则更广,(,V,daf,13%,),1),上下相隔布置：,最上层二次风：给未燃尽的煤粉供氧,最下层二次风：把粗煤粉浮托起来,2),侧二次风：,一次风,向火侧卷吸高温烟气,邻角气流的加热,炉中间的热辐射,二次风背火侧防止火炬刷墙,氧化性气氛防止结渣、高温腐蚀,2,、分级配风,二次风,分段、分级送入（布置于上方）,一次风集中布置，燃烧放热集中，利于着火燃烧；高煤粉浓度,着火热小,一、二次风离得远，混合晚,由上可知，适用于无烟煤、贫煤、劣质烟煤,问题：,着火区供氧不足；烧喷口,周界风,不多见,W,形炉,四,、一次风煤粉气流的偏斜,一次风射流贴附或冲击炉墙，是,水冷壁结渣,的主要原因,f960,f820,火焰贴墙,影响一次风射流偏斜的主要因素：,1,、邻角气流的横向推力,由炉内的整体旋转强度决定的，旋转强,推力大,炉内气流的旋转强度主要由二次风的动量矩决定,二次风的动量,(,矩,),太大,旋转强度太大,横向推力太大旋转太强,炉膛出口残余旋转出口烟温左右偏差,增加一次风动量、减小二次风动量即增加一二次风的动量比，可以减轻偏斜，但一次风的流速受制约,一次风,扁口,增加刚性,2,、四角布风不均,某个角速度太小，则刚性不足，易被吹斜,太大，吹下游邻角,发生四角不均时，实际切圆会偏心,3,、假想切圆直径,直接影响实际切圆直径（数倍于假想直径）的大小,太,大,：水冷壁结渣；烧喷口；残余旋转；过热器结渣,太,小,：动力场不稳定；充满度不好；自点燃作用减弱；燃烧不稳定；着火推迟，炉出口烟温升高,综合考虑：充满度、着火条件、结渣、残余旋转,f960,f820,一二次风可采取不同的切圆大小，,或不同旋转方向：,小切圆,一次风反切；,二次风反切；,对冲；,消旋风,区别水冷壁区域的结渣现象：,局部,四周都有,1,#,2,#,3,#,4,#,结渣,思考,4,、,补气条件,向火侧与背火侧的,补气条件,不同,静压差偏斜,大容量锅炉可将每个角燃烧器分为上下,2,3,组，两组之间的间距相当于压力平衡孔,a,b,炉膛横截面的形状：矩形或正方形，也会影响补气条件,要求炉膛的设计尽可能接近正方形,一、二风喷口,间距,不能太小,见图,5,1,5,、燃烧器的结构特性高,宽比,不能太大,瘦高形的刚性差,矮胖形的刚性强,一个工程实例,丰泰,发电厂,670t/h,1,、过热器超温,对流过热器前左右两侧烟温偏差大,(,达到,200-260),2,、排烟温度低,3,、多次结渣，导致落焦故障,DT,1500,存在的问题,原因分析,热力计算,冷态试验火花拍摄,数值模拟,采取方法,拟,采取的措施,小切,圆,同心反切,消旋风，上二次风反切,炉后屏出口截面温度分布,五、一次风与二次风（切圆燃烧方式的主要热力参数）,1,、一次风层数：,300MW,5,7,层（利港,6,）,随着锅炉容量增大，若只增大单个一次风喷口的热负荷，会导致结渣、,NO,x,增加,2,、一次风率：决定于煤种的,V,daf,值，和,着火,条件、制粉系统情况,3,、一次风速,一次风速过,高,燃烧不稳，甚至灭火（火焰的传播速度）,对面墙结渣,一次风速过,低,刚性、扰动、卷吸、回火、堵管、浓度不均,石洞口二厂曾出现一次风不足烧喷口、出力受限,一次风速取决于着火性能，直吹式、乏气送粉取下限；热风送粉取上限。,4,、一次风温,与煤种,有关，风温,高,：,优,易着火，燃烧稳定：无烟煤近,300,度,利港,77,度,缺,制粉系统的安全性,5,、二次风量及二次风速,二次风穿透火焰的能力,着火后的稳定性燃尽,喷口面积不变，风速由风量决定,二次风的配风方式,二次风的配风方式,在炉膛高度方向各层二次风风量的配置,正塔型,适合烟煤的燃烧,对,粗煤粉的浮托,能力,减少,灰渣含碳量,燃用烟煤时，较,倒塔型,炉膛出口烟温,低,倒塔,型,适用于无烟煤、贫煤,着火稳定、燃烧效率高,缩腰型,改善由于气流偏斜导致的结渣问题,停用中部二次风，相当于开了一个大的平衡孔,总之，可以通过各层二次风的风量配置，实现,燃烧的优化,6,、二次风温,风温高,利于燃烧，但受,空预器,传热面积的限制,故：煤质差时，设计较高的热风温度,六、三次风、周界风、夹心风,1,、三次风：中储式制粉系统、,热风送粉,乏气,直接送入炉内,10%,的细煤粉,特点：风温低、水分大、煤粉细、风速大,不利影响：,降低火焰温度，燃烧不稳,炉膛出口烟温升高,过热、再热汽温升高,加大残余旋转,飞灰可燃物增加,影响空气动力场，火焰贴墙,合理布置：,向下压火,下倾角,上下两段,2,、周界风,：,冷却作用，防止烧喷口停运时冷却风,当煤质、负荷变化时，可通过调节它来改变着火距离,当燃用高挥发分煤时，可及时补氧，强化后期着火,加强卷吸、加强湍流脉动改善着火条件,增加刚性,防止刷墙,当燃用劣质煤时：,1,、阻止煤粉与高温空气的接触；,2,、与一次风混合过早，对着火不利,所以：周界风一般只用于烟煤型燃烧器,煤质差时，减少周界风量,周界,风量占二次风总量的,10%,或稍多,风速,45-60m/s,风层厚度,15-25mm,补充中心的氧气,燃尽加强炉温升高,刚度、气流内部扰动,变煤种、变负荷,时的调节手段,周界,风、夹心风,使用不当会产生不利影响,对称型不对称型,不,对称型，靠近背火侧：,避免与向火侧一次风的过早混合,增加背火侧的刚性，防止贴墙,3,、夹心风,风量不宜大于二次风总量的,10-15%,风速高于,50m/s,七、摆动式燃烧器,各喷口同步上、下摆动,20,30,度，改变火焰中心位置，,调节再热汽温,大容量锅炉常用，角度,20,30,度，汽温辐度,40,50,度,控制炉膛出口烟温，避免结渣,或者：一次风固定，二、三次风摆动,适应煤质的变化，调节混合的早晚,容易被烧变形，而不能摆动,不适用于难着火的煤：上摆时，自点燃作用减弱,燃烧器上摆时，残余旋转减小,长期下摆时，冷灰斗易结渣,八、大容量锅炉的典型燃烧器结构,九、切圆燃烧方式的燃烧器的布置方式,正四角与,补气条件,大切角与切角形水冷壁,大小切圆,(,或反切,),：,矩形,减小椭圆度,两角对冲：减弱旋转,不偏,斜、充满度、热负荷均匀,几种典型的切圆方式,1,、二次风反切,一次风,二次风,一次风被二次风包裹,“风包火”,还可以实现水平方向的分级送风,低,NOx,消弱残余旋转,部分二次风反切,容易造成主燃区旋转过弱，影响着火,2,、二次风外切,一次风,二次风,“风包火”,增加实际切圆直径,对着火有利,易结渣,残余旋转加大,偏转二次风,2,、一次风反切,部分一次风反切,1,、一次风实际切圆直径降低，对着火不利,2,、一次会发生偏转，在偏转处惯性分离，煤粉浓度高，易着火,3,、风包火一次风实际的切圆直径会变小，有利于防止水冷壁结焦及高温腐蚀,4,、一二次风的混合推迟,5,、实现水平方向分级供风，有利于降,NOx,对着火是否有利，关键在于合适的,反切角度,及动量,图,十、四角切圆锅炉的残余旋转,从上往下看，气流逆时针旋转时，炉膛出口处存在烟温和烟速的,左右偏差,;,烟温高烟速高,？,一般偏差可达,100,度,利港,燃烧器布置,34919,33027,31135,29243,27351,25459,六层一次风喷口,WR,燃烧器,三层油喷口,冷却风,CCOFA,端部风,端部风,火下风,冷却风,CFS,辅助风,CFS,CFS,油风,室,CF,S,燃料风,Concentric Firing SystemCFS,CCOFA,与大风箱连在一起,SOFA,与大风箱分开,48,39,双切圆,前,后,48,18816,17696,8300,20312,55,34919,33027,31135,29243,27351,25459,SOFA,45910,44099,42288,71850,50,30,50645,具有,V,形扩流锥的,WR,燃烧器,(,CE,公司,),1,）上部煤粉浓度高，利于着火，还可降低,NO,x,生成,2),扩流锥形成回流区：回流高温烟气,3,）,可以降低不投油稳燃负荷,WR,燃烧器,主要目的是,稳定燃烧,锅炉在燃用设计煤种或校核煤种时，能满足负荷在,不大于锅炉的,30%B-MCR,时，不投油长期安全稳定运行，并在最低稳燃负荷及以上范围内满足自动化投入率,100%,的要求。锅炉的,最低稳燃负荷,应经过至少四小时的验收试验。,WR,燃烧器是,Wide range tip,燃烧器的简称。它是美国,CE,公司于,70,年代后期研制出来的。经不断改进，锅炉不投油助燃的最低负荷可达到额定负荷的,20%,。当然，这与煤质有关，随着煤质变差最低负荷也会相应提高。,WR,燃烧器的喷口可以做成整体摆动的形式，也可以做成上、下分别摆动的两部分,扩流锥的尺寸如图,，,锥角,2,=20,25,，挥发分低的煤种取上限，相对高度,h/b=2,。,由于扩流锥受到煤粉的冲刷磨蚀和炉内高温辐射的作用，应该采用耐高温氧化的金属材料或陶瓷制造。,一次风喷嘴是一个锥形的气流加速管，喉部截面积与进口截面积之比,A,0,/A,1,=0.95,，,出口面积与进口面积之比,A/A,1,=1.3,。,采用渐缩管段是使煤粉气流加速，防止煤粉在水平管中沉积，让煤粉颗粒向中间集中，提高扩流锥后回流区边缘的煤粉浓度，有利于煤粉着火。扩大出口截面的目的是降低一次风速，使着火较为稳定。,喷嘴端板向外扩张角,=,30,60,，,低挥发分煤种取上限（图,2-1,d,）。,这是为了推迟周界风与煤扮气流的混合，有利于贫煤和无烟煤的稳定燃烧。,这种燃烧器由于改善了着火条件，故可提高锅炉的燃烧效率。,与普通的直流燃烧器相比，当过量空气系数为,1.15,1.40,时，锅炉在最大负荷下的燃烧效率可提高约,1,；,当过量空气系数降到,1.10,以下时，普通直流燃烧器的燃烧效率降低较多，而,WR,燃烧器的燃烧效率几乎不发生变化；,锅炉负荷降到,50,额定负荷时，,WR,燃烧器的燃烧效率要比普通直流煤粉燃烧器高,5,左右。,利港,燃烧器相关的技术参数,切圆布置直流燃烧器喷嘴的使用寿命不低于,60000,小时。,一次风喷口宜采用防止烧坏和磨损的新型合金材料制造，,燃烧器的结构应考虑当检修时能够从外部进行拆装的条件。,利港,燃烧器的设计要求,四角切向布置的摆动燃烧器，在热态运行中一、二次风应均可上下摆动，摆动角度能达到设计值,一次风喷嘴摆动角度上下摆动,20,度，二次风喷嘴摆动角度上下摆动,30,度。,喷口的摆动由能反馈电信号（,420mA,）,的执行机构来实现。执行机构应有足够的力矩，能使燃烧器摆动灵活，四角同步，燃烧器上设有摆动角度指示标志，所选用执行机构的制造厂家应征得买方的认可。,SOFA,喷嘴可水平摆动,15,度。,燃烧器四角处水冷壁鳍片的连接有防止因热负荷及管子长度不同而拉裂水冷壁管的措施。,燃烧器的布置、设计应通过模化试验来确定，且尽可能采用对称燃烧。,炉膛空气动力场良好，炉膛出口温度场均匀。受热面不产生高温腐蚀。,不允许有火焰直接冲刷水冷壁和明显结焦现象，不允许燃烧器出口及附近水冷壁有结焦现象，以保证锅炉安全经济运行。,燃烧器的设计、布置考虑降低燃烧产物中,NOx,的措施和实现不投油稳燃最低负荷的措施,炉膛出口,NOx,排放浓度不超过,400mg/Nm,3,（,O,2,=6%,，,干基）,锅炉不投油最低稳燃负荷不大于,30%B-MCR,。,燃烧器的二次风挡板应关闭严密，每个风门能实现自动调节。,油燃烧器的总输入热量暂按,30%B-MCR,计算。点火系统应能满足程序控制,点火方式为高能电火花点燃轻油，然后点燃煤粉。,油枪采用内混式空气雾化方式,喷嘴应保证燃油雾化良好，避免油滴落入炉底或带入尾部烟道,油喷嘴的材质应具有良好的耐高温和耐腐蚀性能。油枪出力应能满足锅炉快速启动曲线的参数要求。,石,洞口二厂,1900t/h,超临界锅炉燃烧器特点,三组,独立结构，上中下三组，每组二个煤粉喷口，三个二次风（辅助风）喷口，一、二次风相间布置，在中间二次风喷口中配有重油枪和相应的轻油点火器,WR,燃烧器,三组结构,偏转二次风,燃料风,一次风切,圆与,偏转二次风,假想切圆直径：,1548,（,45,）,mm,1744,（,36,）,mm,辅助风正偏转,22,时,10131,（,45,）,mm,10290,（,36,）,mm,燃用煤种的灰熔点比较低，在燃烧器设计布置中应充分考虑如何防止或减轻水冷壁结渣及炉膛出口受热面的结渣问题。,1,适应燃用,低灰熔点,煤的要求,(1),燃烧器分组，使燃烧器,高宽比,减小，以减轻一次风煤粉气流的偏斜，防止或减轻水冷壁的结渣。,挥发分含量较大，着火不是主要矛盾,高宽比（,H/B,约等于,5,）,刚度,分组（组间距,1.5m,）,压力均衡,补气条件,(2),辅助风,(,二次风,),射流相对于一次风煤粉射流，向水冷壁侧偏离,22,“,风包火”,向火侧一次风,近壁区氧化性气氛,(3),应尽可能设计正方形使射流两侧的,补气条件,相接近，炉膛宽深比,1.135,，属于较小值。,炉膛宽深：,18816mm*16576mm,(4),燃烧器区域,壁面热负荷,采用较小的数值。在,BMCR,时，燃烧器区域壁面热负荷值,1.1,10,3,kW/m,2,比较小，沿炉膛高度方向的热负荷比较小，燃烧器高度较大,(,近,15m),。,(5),尽量使同一层的,四角一次风,煤粉喷口的气流均匀，大致保持相同的动量比，避免由于四角动量不等，而使火焰偏斜（太弱、太强）,六台,HP,磨煤机，一台磨煤机接同一层四角燃烧器喷嘴。在煤粉管道布置上，每台磨煤机的引出,一次风管长度差异,较大，因此设置节流孔板减少管内的流量偏差是重要的均流措施。,由阻力计算来确定。在直吹式系统中，管内介质流速一般取,27m/s,，,以其中一根最长,(,或阻力最大,),的节流阻力为零作为其余三根管道阻力计算的基准，换言之该节流孔板孔径取用管子内径，其余管子装置节流孔板。节流孔板处速度不应超过,34m/s,，,否则该管节流孔板应再增设一块。,节流孔板的数量、孔径的选取,对于四角切圆燃烧来说，四角一次风煤粉喷口的动量比的大小对水冷壁结渣有很大影响，一般要进行,冷态调平试验,，使之在热态运行时，四角的一次风口的煤粉气流尽量均匀。当然，在运行时也应注意这个问题，要进行细致的调整，才能得到较好的效果。在调整一次风煤粉喷口的同时，也应对,各燃烧器风箱的风量分配,用的挡板开度进行调整，使达到同一层的各燃烧器的风压风量要大致相等。,运行中风量的调整与四角不均,(l),采用,WR,燃烧器,固定分叉式煤粉喷嘴，它可在燃用设计、校核煤种，以及两合磨煤机运行的条件下，锅炉负荷低至,30%MCR,不投油能保持稳定燃烧,浓淡分离,不规则,V,形钝体,回流区,2,低负荷着火稳定性,(2),在一次风煤粉喷嘴的周围设置,燃料风,燃烧器对煤种适用范围扩大,在燃用挥发分较高、易着火的煤种时，它可以起推迟着火、悬托煤粉的作用，补充前期着火所需氧气量，其燃料风量可以,大,些,当然用挥发分低或不易着火的煤种时，可以适当,减少,燃料风量，使其着火点提前,高速燃料风气流,(,一般燃料风速约,35m/s,左右,),能增强一次风煤粉气流的,刚性,高速的燃料风，还可增强,卷吸,高温烟气的能力，这对着火较困难的煤种,(,贫煤,;,劣质烟煤,),是极为有利,燃料风还可以,冷却保护,一次风煤粉喷嘴，特别对直吹式制粉系,;,，当喷嘴中停送煤粉时,(,停用磨煤机,),，则用燃料风,5%,风量,),来冷却一吹风煤粉喷嘴。,燃料风的其它作用,一次风煤粉喷口和辅助风喷口可上下同步摆动，上下摆动,30,。,通过机械传动在气动执行器驱动下，根据再热汽温调节需要可作摆动,向上摆动的限幅角度是炉膛出口受热面不结渣为前提,向下摆的限幅角度以保证冷灰斗不冲火焰、不结渣为前提,3,摆动式燃烧器作为再热汽温调温手段,角度调节范围同再热汽温变化有一定关系，通试验来确定,各层燃烧器可以有不同的倾角，但同一层的,4,只燃烧器的倾角应相同。,摆动式燃烧器对再热汽温的调节特性曲线,(a),向上摆动；,(b),向下摆动,每个外部调节机构均配有，当摆动机构卡涩时，切断销断裂，以保证不断裂内部零件，且便于检修拆换。当切断销切断后，自锁装置将喷口就地锁紧,;,、防止喷口下倾，影响正常运行,切断销,(,安全销,),和自锁装置,摆动式燃烧器在使用过程中应注意以下几点,:,运行人员应经常,监视,燃烧器的运行情况，应保持燃烧设备在安全状态,摆动机构的,切断销,在运行过程中被剪切断裂时，应立即停止四角同组摆动燃烧器喷口的摆动，查明情况，及时进行检修，以便能恢复燃烧器摆动调节。,停用燃烧器喷口时，应开一定量的,冷却风,进行冷却，以免烧坏燃烧设备和摆动销轴,燃烧器,向下摆动大角度,时,(,过热汽温、再热汽温均超过额定温度，燃烧器向下摆动,),要注意冷灰斗结渣，随时对炉内、冷灰斗进行严密监视,;,另外大角度向下摆动时间过长，会造成冷灰斗堆渣。因此在燃烧器摆动角度大或时间长，要注意炉内结渣状况，严防由于堆渣造成锅炉严重事故,石洞口二厂在运行初期出现的问题和解决方案,燃烧区域四周的火焰温度是均匀的，说明切圆燃烧正常，火焰充满度好,燃烧区域上部水冷壁各截面灰分析显示、粒径较均匀，,浮灰,为主，说明边界风作用明显,燃烧区域下部及冷灰斗结焦严重,锅炉过热器和再热器超温说明炉膛残余旋转较大,水冷壁出口温度设计值,(,中间点温度,),由,436,改到,416,运行后只解决了过热器的超温问题、却引发了日后的再热器的超温。,在,1997,年二期锅炉谈判中对此间题深入研究得出结论：,炉膛尺寸优化设计应使炉高增加,2m,到,2.4m(,炉膛截面积不变,),；其中最下层燃烧器之下应增加,1m,到,1.4m,，,最上层燃烧器上方应增加,1m,。,当采用了优化尺寸后,最下层,2,只燃烧器只许向上摆动。可大大缓解炉膛下部的结焦问题；,中间点温度使用,436C,、,锅炉过热器和再热器不超温，锅炉可在最优化,条件下运行。,继续掺烧大同煤，防止结焦,加强燃料风，提高一次风粉的刚度；减少辅助风，免冲对方的一次风粉。低负荷调整试验时，采用限流办法，解决燃料风现场不可调的问题，即维持总二次风量不变，关小辅助风门以提高燃料风量。,缩小火焰切圆直径，调整喷嘴水平位置,同时减小二次风的偏转角度,其它,思考,1,、四角切圆燃烧方式的特点,2,、影响一次风气流偏斜的因素,3,、,CFS,同心切圆燃烧技术,4,、,WR,燃烧器的特点、原理,5,、,OFA,喷口的作用、布置,6,、残余旋转的危害、机理、措施,