大型电站锅炉燃烧方式

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上海锅炉厂
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! 对煤种的适应性与低负荷稳燃性能
对于中小容量的 ( 型火焰炉，二次风与一次风口 相距可调节到很大，也可很小，二次风还可分级到很多。 这样一、二次风的调整既区分明确，又调节随意，可以适 应炉温负荷和煤种的变化，因此 ( 型火焰炉的稳燃和 煤种适应性较优。但当容量发展到)##’(，( 型火焰 炉的布置已感困难，一般炉顶燃烧器只承担部分负荷， 且应用了浓淡燃烧技术，其余煤粉由前后墙的旋流燃烧 器送入。这时的 ( 型火焰炉的炉膛大，造价高，既有炉 顶燃烧器，又有对冲布置的旋流燃烧器，布置和运行复 杂。
因为直流燃烧器各喷口的相互距离和倾角等可以 在设计时根据煤种来选定，运行时各喷口的风量可以调 节，燃烧器还可以整体摆动，因此四角切向炉较易适应 煤种的变化，低负荷稳燃性能也较好。
旋流燃烧器的一、二次风紧密相邻，射流也是旋转 的，一、二次风的混合太早且过强。因此，旋流燃烧器虽 然能满意地燃用高挥发分的煤种，但对高灰分或低挥发
#$% 公司生产的用于旋流对冲燃烧方式的 &’# 双调风旋流燃烧器应用实践表明［()］，其 !"! 排放量 介于**+,-／,*!./+,-／,* 之间，而改型的 &’#0 123燃烧器的 !"! 排放量的实验结果（"456为7*8 和79:(8）分别为7;+,-／<-（=7),-／,*）和7*/,-／ <-（=+*,-／,*）。
［关键词］ 电站锅炉 四角切向燃烧 前后墙燃烧 ( 型燃烧 燃烧方式
大型电站锅炉的燃烧方式大致有三种：四角切向
燃烧、前后墙对冲旋流燃烧（简称对冲式）和 ( 型火 焰。
对燃烧无烟煤（半无烟煤和贫煤，",-.!"&/）的锅 炉，美国的01，23( 和4( 公司，均采用 ( 型火焰炉， 而对其他煤种则分别采用四角切向直流燃烧和前后墙
# 热偏差
热偏差影响机组的可靠性，尤其对于大容量火电 机组更甚。
对冲式和 ’ 型火焰炉的燃烧器都是独立工作的， 沿炉宽方向各燃烧器之间互不干扰，也没有相互配合 作用。如果各燃烧器之间的燃料分配十分均匀，例如 其最大偏差不超过$.:，那么热偏差就很小。但是如
热力发电·"$$$（!） #
技术经济综述
果各燃烧器之间的燃料分配不均匀，而炉内又不存在 沿炉宽的掺混作用，那么烟气侧将会出现显著的热偏 差。
均，以及配风不匀时，旋转火焰可起到一定的修正作用。
切向煤粉炉所具有的这种适度抗干扰作用在运行中是 十分可贵的，但是设计和运行时又不能依赖这种作用。
前后墙对冲旋流燃烧器射流射向炉膛后，各个旋流 燃烧器射流靠卷吸高温烟气来点燃各自的煤粉气流，没 有四角切向那样的协同配合，因而炉内火焰充满度不是 十分好，但是锅炉布置可较自由，炉膛截面不象切向炉 那样受到接近正方形的限制。
对大型四角切向燃烧锅炉中存在的热偏差，研究 分析中大致有两种物理模型：
（!）残余旋转 这种模型认为四角切向燃烧方式 锅炉炉膛的气流是绕竖直轴的旋转气流，沿炉膛高度 方向气流的旋转流动在不断衰减，在炉膛出口断面仍 有残余旋转存在，使得水平烟道入口沿宽度方向烟气 温度和流量分布不均，从而出现热偏差。
（$）四角射流流动［!!］ 这种模型认为随着锅炉容 量增大，断面热负荷增大，断面平均上升气流速度亦增 大，燃烧器的层数增加。四角顶部的一至数层燃烧器 喷出气流的着火和燃烧条件好，膨胀上浮快，在较大的 炉膛断面上升气流速度的作用下来不及卷入主旋转气 流而成为四股半独立的气流。这四股气流相对于水平 烟道入口断面的位置不同，进入水平烟道的路径不同， 位置和范围也不同，这样就引起了水平烟道的热偏差。
切向燃烧炉内旋转火焰所形成的大旋涡一直延续 到炉膛上部分隔屏区域，并在那里对烟气流转弯进入 水平烟道的流动和分配造成一定影响。本来切向燃烧 炉四角燃料分 配 可 能 存 在 的（ 例 如 !"# 以 下 ）分 配 不 均，通过旋转搅混可得到适当的弥补，这被认为是切向 炉的一项优点。但是因为大容量锅炉上分隔屏现有结 构不能有效地消除残余旋转，相反地因为锅炉各部结 构尺寸加大而使热偏差加大。这种偏差在冷模研究中 测出沿炉宽的烟气流量分布最大偏差系数（定义为先 沿高度方向平均后，沿宽度方向最大流速与平均流速 之比）达$%$!$%&。对此深入研究机理以后已研制出 把最大偏差系数降低到!%$以下的技术方案。
供电煤耗 ／1·（2/·3）4!
厂用电率／#
()! 排放［!&］ ／71·74&（ 标 准 状态）
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式，积累了丰富的设计与运行实践经验，能够成功地燃
用烟煤、贫煤与褐煤。近年来，燃用劣质煤和无烟煤也 有重大突破［=］。自:#年代以来，已开发出的和正在开 发的一系列提高着火稳定性的技术措施［&］，如钝体、夹
心风、船形体、浓淡燃烧、空气分级等，可大大提高四角
切向燃烧煤粉炉燃用高灰分、低挥发分煤种的能力。同
对冲旋流燃烧炉。我国从英国23(、加拿大 23(、法 国5617* 公司进口的烧无烟煤或无烟煤与贫煤混烧的 锅炉均采用 ( 型火焰炉，一般地说燃烧结果稍优于国 内按无烟煤设计的四角切圆炉，#$8"9"/!"9:/，不 投油助燃的最低稳燃负荷为$#/!;#/’0<［"］。
我国的大型电站锅炉，大多数采用四角切向燃烧方
技术经济综述
大型电站锅炉的燃烧方式
西安交通大学（西安 !"##$%） 何伯述 张 强 许晋源
［摘 要］ 对目前国内已投运的&##’(!)## ’( 级的几家大型电站锅炉所使用的典型燃烧方式， 从对煤种的适应性与低负荷稳燃能力、结渣倾向与高温腐蚀、热偏差、经济性与 *+! 排放方面进行了分 析比较，并提出了可资借鉴的意见。
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渭河 电厂 四角 切向 &""
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石洞口 二厂［!-］
四角 切向
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!" 热力发电·$%%%（&）
技术经济综述
工程上常采用延迟混合、低氧燃烧、空气分级和浓
淡偏差燃烧等措施实现着火、稳燃及低 !"! 燃烧，但 同时必须指出，!"! 排放量的降低，常是以降低燃烧 效率为代价的。因此，设计和使用低 !"! 技术时，应 全面考虑，综合衡量。
时，这些措施大多能有效地稳定燃烧、提高燃烧效率，对
*+! 的生成也有较好的抑制和控制作用。 四角切向直流燃烧器射流射向炉膛中心的假想切
圆，相互协同形成一个很大的旋转火焰。这个旋转火焰
横扫过大部分炉膛容积，炉内火焰充满度好，有利于保
持一定的后期混合，因而有利于燃尽。炉内旋转火焰还
具有自修正作用：当各股射流的风量和煤粉分配稍有不
切向燃烧炉中摆动式燃烧器下倾时冷灰斗区域的 结渣趋向加重。北仑电厂,号炉的运行事故已充分说 明其严重 性。 三 菱 公 司 将 切 向 燃 烧 器 下 倾 ,.E，且 移 之于四壁中点，认为稳燃作用强，可燃用无烟煤，已兼 有 ’ 型火焰的优点而称为 2-"技术，但结渣可能性 大小尚不可知。
运行经验证明，无论是哪种燃烧方式，为避免炉膛 沾污结渣，水冷壁的定期吹灰是至关重要的。
神木石圪台煤
神木石圪台煤
*1:&23 日本三菱 三菱62;
晋北烟煤
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华能 南京电厂［)，/］
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,111 前后墙对冲
华能 南通电厂［Biblioteka Baidu］ ,号、!号
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华能 上安电厂［0］ ,号、!号
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项目 燃烧方式
宝钢 电厂［*］
四角 切向
表$ 电厂经济性及"#! 排放情况
华能大 华能福州 华能南通 华能上安 上海吴泾 连电厂［*］ 电厂［+］ 电厂［+］ 电厂［*］ 电厂［!’］
陡河 电厂［*］
四角 切向
四角 切向
前后墙 对冲
前后墙 对冲
四角 切向
前后墙 对冲
沙角 , 厂［+］
前后墙 对冲
机组容量／./
! 机组的经济性与 "#! 排放
机组的经济性可用燃烧效率、锅炉效率、汽轮机热 耗、供电煤耗和厂用电率等指标来衡量。当前我国大 机组的经济性还远落后于国际先进水平，原因之一是 汽轮机通流部分效率不高，热耗较大；其次是机组实际 运行中，由于种种原因，运行参数偏低，再热汽温达不 到设计值；第三是炉膛及空气预热器漏风偏大，排烟温 度高，加热器不能正常投入，补给水率高；第四是对燃 料的监督管理不善（质量和数量不准确），以及机组的 可靠性差和频繁启停等致使煤耗升高。()! 生成量 与温度、空气量、燃料氧含量及氮含量有关，表$列出 了部分电厂的 ()! 排放情况。
如塔式布置锅炉采用四角切向燃烧方式，炉膛出 口的烟温左右偏差消失，过／再热器热力偏差亦相应改 善［’］。
也有采用二次风反切以及早制止残余旋转，对减 小偏差收到一定效果，但气流旋转方向是可逆的，反切 制动过甚可能引起反方向的残余旋转。此外，残余旋 转在折焰角以下还是煤粉燃尽的时机，过早制动恐对 燃尽不利。
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加拿大 BC’
加拿大 BC’
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晋东南贫煤
晋北烟煤
寿阳贫煤和阳泉 无烟煤（*：,）
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" 结渣倾向与高温腐蚀
在本研究中主要使用残余旋转物理模型，新开发 了涡量修正计算方法进行数值模拟，取得良好的效果， 足以弄清旋涡运动的本质。但在研究三次风射流中细 粉的燃尽时以四角射流运动模型较为方便，如采用残 余旋转模型，还必须考虑射流初始段两侧引起的离散 涡，这对于深入研究是有用的，然而更加复杂，不利于 初步近似分析。
结渣常是设计和运行管理两方面的原因所致。设 计方面：燃烧器设计不合理，炉膛出口烟温偏高；运行管 理方面：煤质变化过大，磨煤机运行不对称，设备状况不 佳等。
为了预防结渣和高温腐蚀，对四角切向和前后墙旋 流燃烧都可以从两方面着手：一是燃烧器的型式和布 置，二是受热面的配置和调温方式。结渣和高温腐蚀随 着机组的大型化有趋于严重的趋势。
除煤种和煤质的因素外，锅炉的三项热负荷指标 （!-，!"，!+）在很大程度上影响到锅炉工作的可靠性和
经济性，如锅炉燃烧过程（稳燃与燃尽）、燃烧器区域水 冷壁的沾污与结渣、燃烧器区域水冷壁壁温、炉膛出口 的烟 温 等。对 锅 炉 燃 烧 影 响 较 重 要 的 是 截 面 热 负 荷 !"，!" 过大时燃烧器区域炉温太高而容易结渣，过小时 炉温降低而影响稳燃。对于大容量电站锅炉，现已感到 结渣的趋向较重而稳燃稍易。
理 论 分 析 和 机 组 运 行 实 践 发 现［$，0］，切 向 燃 烧 较 易于避免结渣倾向与高温腐蚀，而前后墙旋流燃烧则 困难一些。如从当前入炉煤的实际结渣性能来看，以
石洞口和吴泾机组的燃煤条件最为不利，但切向燃烧 却显示出了较强的抵御结渣倾向与高温腐蚀的性能。 而前后墙旋流燃烧的大型机组目前多以高挥发分烟煤 为主，尚无长期燃用如神木煤这样的结渣煤种的实践 经验。
" 热力发电·"###（!）
技术经济综述
分的煤种适应性就差一些。另外，旋流燃烧器运行时一 二次风量比例一般难以调节［!］。
炉膛截面热负荷愈高，对低负荷稳燃愈有利，燃烧 器区域壁面热负荷也有同样的影响。一般推荐的炉膛
截面热负荷!"#$%$ &’／(!!)%* &’／(!；燃烧器区
域壁面热负荷 !+#,%$ &’／(!!!%, &’／(!，表,给 出了一些电厂锅炉炉膛热负荷的设计值。!- 主要影响 燃尽。
项目
机组编号 机组额定功率／&’ 锅炉 &23／4·56, 燃烧方式 炉膛热负荷!8／9’·(6*
!"／&’·(6! !+／&’·(6! 不投油最低稳燃负荷（设计） 制造厂
锅炉型号
设计煤种
投运年份
上海 吴泾电厂［$］ ,,号、,!号
*11
,1!. 四角切向
表! 部分电站锅炉概况
石洞口电厂［$］
华能 福州电厂［.］