摘要：通過對(dui)某電廠一臺六角(jiao)切圓燃燒(shao)鍋(guo)爐(lu)(lu)采(cai)用空(kong)氣分級燃燒(shao)技術改(gai)造后的空(kong)氣動(dong)力場(chang)分布情(qing)(qing)況(kuang)以及該爐(lu)(lu)改(gai)造前(qian)后熱態運行情(qing)(qing)況(kuang)的介(jie)紹，說明燃用褐煤的六角(jiao)切圓燃燒(shao)鍋(guo)爐(lu)(lu)采(cai)用空(kong)氣分級燃燒(shao)技術可以有效抑制爐(lu)(lu)內(nei)結渣，減少NOx的生成，實現低負(fu)荷(he)穩定燃燒(shao)。

關鍵詞：空氣分級；六角切圓燃(ran)燒(shao)(shao)；低NOx；穩定燃(ran)燒(shao)(shao)

中國(guo)煤炭資源豐(feng)富，能源的生產和消(xiao)費歷來(lai)以(yi)煤為主，在中國(guo)電力工業中燃煤發電約占總(zong)發電量的75%。

某電廠(chang)6號爐(lu)(lu)(lu)為200MW六(liu)角切(qie)圓燃(ran)燒鍋爐(lu)(lu)(lu)，燃(ran)用(yong)褐(he)煤(mei)。該(gai)(gai)鍋爐(lu)(lu)(lu)自投用(yong)以來，經(jing)運行調(diao)整(zheng)已(yi)取得了較好的經(jing)濟效益，但(dan)結渣(zha)問題一(yi)直困擾著廠(chang)方。近年來，隨著國家(jia)對環境(jing)保(bao)護的日漸關注，減(jian)(jian)少煤(mei)在燃(ran)燒過(guo)程中NOx生(sheng)成(cheng)(cheng)量(liang)也已(yi)成(cheng)(cheng)燃(ran)煤(mei)鍋爐(lu)(lu)(lu)燃(ran)燒器設(she)計改造過(guo)程中必須考慮(lv)的問題。因此，為了解決困擾多年的結渣(zha)問題，降(jiang)低(di)燃(ran)燒過(guo)程中NOx的生(sheng)成(cheng)(cheng)量(liang)，對該(gai)(gai)鍋爐(lu)(lu)(lu)在現(xian)有燃(ran)燒器的基礎上進行了空(kong)氣分級燃(ran)燒技術改造。本文著重(zhong)介紹了該(gai)(gai)爐(lu)(lu)(lu)空(kong)氣分級改造后的冷態(tai)模化實驗(yan)及運行結果，為燃(ran)用(yong)褐(he)煤(mei)的六(liu)角切(qie)圓燃(ran)燒鍋爐(lu)(lu)(lu)減(jian)(jian)少結渣(zha)，降(jiang)低(di)NOx排放量(liang)提供一(yi)定的參(can)考。

1  空氣分級燃燒技術

空氣分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒技(ji)術是(shi)(shi)目前中(zhong)國使用(yong)較(jiao)為廣泛的(de)低NOx燃(ran)(ran)燒技(ji)術。分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒技(ji)術是(shi)(shi)通過改變送風(feng)方式(shi)，控制爐(lu)內空氣的(de)分(fen)(fen)布，使煤(mei)在(zai)著火階(jie)段缺氧，降(jiang)低NOx的(de)生成量(liang)，未燃(ran)(ran)燼(jin)的(de)碳粒在(zai)爐(lu)膛上部的(de)燃(ran)(ran)燼(jin)區與燃(ran)(ran)盡風(feng)混合并燃(ran)(ran)燒完全。

爐(lu)內空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)級(ji)(ji)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)的(de)(de)實現(xian)(xian)形式主要有2種(zhong)，即(ji)(ji)軸(zhou)向(xiang)(xiang)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)級(ji)(ji)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)和徑向(xiang)(xiang)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)級(ji)(ji)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)。軸(zhou)向(xiang)(xiang)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)級(ji)(ji)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)將燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)所需的(de)(de)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)兩部(bu)分(fen)送(song)入爐(lu)膛：一(yi)部(bu)分(fen)為(wei)主二次(ci)風(feng)(feng)，約占總二次(ci)風(feng)(feng)量(liang)的(de)(de)70%-85%；另一(yi)部(bu)分(fen)為(wei)燃(ran)盡風(feng)(feng)（OFA Over Fire Air），約占總二次(ci)風(feng)(feng)量(liang)的(de)(de)15%-30%。因此(ci)，爐(lu)膛內的(de)(de)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)分(fen)成3個(ge)區(qu)(qu)域，即(ji)(ji)熱解(jie)區(qu)(qu)、貧氧區(qu)(qu)和富(fu)氧區(qu)(qu)。徑向(xiang)(xiang)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)級(ji)(ji)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)是在與煙氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流垂(chui)直的(de)(de)爐(lu)膛斷面上組織分(fen)級(ji)(ji)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)，它是通過將二次(ci)風(feng)(feng)射(she)流部(bu)分(fen)偏向(xiang)(xiang)爐(lu)墻來實現(xian)(xian)的(de)(de)。徑向(xiang)(xiang)分(fen)級(ji)(ji)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)不僅可(ke)以(yi)使主燃(ran)區(qu)(qu)處于還原性氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)氛從而(er)降低NOx的(de)(de)排放量(liang)，還可(ke)使爐(lu)墻附(fu)(fu)近(jin)處于氧化性氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)氛，從而(er)可(ke)以(yi)避免(mian)水冷(leng)壁的(de)(de)高溫(wen)腐蝕以(yi)及因還原性氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)氛使灰熔點下降而(er)導(dao)致的(de)(de)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)器附(fu)(fu)近(jin)的(de)(de)結渣。

2  鍋爐原型

所改(gai)造(zao)鍋爐為六角墻式布置切圓燃燒，鍋爐爐膛(tang)結構尺寸(cun)的高、寬、深(shen)分(fen)別為43.7m、13.66m、11.66m，如(ru)(ru)圖(tu)1 所示。根據其在運行過程產生(sheng)的問(wen)題，具體改(gai)造(zao)如(ru)(ru)下：

（1）將(jiang)每(mei)組燃(ran)燒器的三層一次風全部改(gai)為百葉窗式(shi)水平濃淡(dan)燃(ran)燒器；

（2）將每組(zu)燃燒(shao)器的(de)(de)兩層中部(bu)(bu)二次風關(guan)掉，以降低煤粉燃燒(shao)初期的(de)(de)氧量，減(jian)少(shao)中部(bu)(bu)二次風供風量，減(jian)少(shao)的(de)(de)風量經上部(bu)(bu)的(de)(de)燃盡風噴口送入爐膛；

（3）為減少燃(ran)燒初期氧量，將原(yuan)中二(er)次風口偏轉(zhuan)二(er)層，偏離原(yuan)燃(ran)燒器切圓中心線約7°，加大(da)切圓直徑；

（4）在燃燒(shao)(shao)器上方約1m左右(you)的(de)(de)位(wei)置增設一層燃燼風(feng)(feng)口，流(liu)通截面(mian)占原(yuan)有二(er)次(ci)風(feng)(feng)口流(liu)通截面(mian)的(de)(de)15%左右(you)，氣流(liu)方向和偏轉后(hou)的(de)(de)二(er)次(ci)風(feng)(feng)氣流(liu)相同。燃燒(shao)(shao)器改(gai)造前后(hou)的(de)(de)結構如圖2所示，該爐配風(feng)(feng)情況見(jian)表1。

3  改造結果分析

3.1  冷態模化實驗結果分析

表(biao)2中給出了根據相(xiang)似模化(hua)理論所(suo)計算的各噴(pen)口冷態(tai)模化(hua)速度。

圖3中所示的是冷態(tai)模化試驗時(shi)爐內(nei)流(liu)場煙花(hua)示蹤(zong)情況(kuang)。

從(cong)(cong)圖3可(ke)以看出，在(zai)100%ECR時停用(yong)5號磨煤(mei)機，氣(qi)(qi)流(liu)在(zai)爐(lu)膛(tang)內部旋轉形成(cheng)橢圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)型(xing)切(qie)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，爐(lu)膛(tang)內氣(qi)(qi)流(liu)分布均(jun)勻，切(qie)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)心(xin)沒有發(fa)生嚴重偏(pian)(pian)(pian)移。對比(bi)圖3中的(de)(de)(de)照(zhao)片(pian)1、照(zhao)片(pian)2和照(zhao)片(pian)3可(ke)以觀察到，一(yi)(yi)次風(feng)(feng)(feng)(feng)氣(qi)(qi)流(liu)形成(cheng)的(de)(de)(de)實際(ji)切(qie)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)與二(er)(er)次風(feng)(feng)(feng)(feng)相比(bi)較小(xiao)，中一(yi)(yi)次風(feng)(feng)(feng)(feng)由(you)于上下(xia)兩層二(er)(er)次風(feng)(feng)(feng)(feng)均(jun)發(fa)生偏(pian)(pian)(pian)轉，切(qie)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)較下(xia)一(yi)(yi)次風(feng)(feng)(feng)(feng)大，但從(cong)(cong)照(zhao)片(pian)1和照(zhao)片(pian)2可(ke)以看出，中一(yi)(yi)次風(feng)(feng)(feng)(feng)的(de)(de)(de)切(qie)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)小(xiao)于偏(pian)(pian)(pian)轉二(er)(er)次風(feng)(feng)(feng)(feng)切(qie)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，所(suo)以能夠在(zai)主燃(ran)(ran)區(qu)形成(cheng)了(le)空氣(qi)(qi)在(zai)外(wai)，煤(mei)粉(fen)在(zai)內的(de)(de)(de)“ 風(feng)(feng)(feng)(feng)包粉(fen)” 結(jie)構，有效(xiao)減(jian)少一(yi)(yi)次風(feng)(feng)(feng)(feng)粉(fen)氣(qi)(qi)流(liu)對爐(lu)膛(tang)壁面的(de)(de)(de)直接沖刷，減(jian)少燃(ran)(ran)燒(shao)區(qu)域的(de)(de)(de)結(jie)渣現象(xiang)。二(er)(er)次風(feng)(feng)(feng)(feng)改(gai)(gai)造偏(pian)(pian)(pian)轉后，由(you)于二(er)(er)次風(feng)(feng)(feng)(feng)切(qie)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)增(zeng)大，使(shi)一(yi)(yi)次風(feng)(feng)(feng)(feng)背火側的(de)(de)(de)補氣(qi)(qi)條件(jian)有所(suo)改(gai)(gai)善，能夠減(jian)緩(huan)一(yi)(yi)次風(feng)(feng)(feng)(feng)射流(liu)發(fa)生偏(pian)(pian)(pian)轉時間(jian)，從(cong)(cong)而使(shi)大量煤(mei)粉(fen)顆(ke)粒(li)直接進(jin)入爐(lu)膛(tang)中心(xin)主燃(ran)(ran)區(qu)，有利于提高(gao)燃(ran)(ran)燒(shao)效(xiao)率。

3.2  改造前后鍋爐運行情況

鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)器改(gai)造前后(hou)熱態運行(xing)情況(kuang)詳見表(biao)3。通過對(dui)比表(biao)3中(zhong)改(gai)造前后(hou)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)運行(xing)情況(kuang)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)看(kan)到(dao)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)器改(gai)造前后(hou)，鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)總(zong)體情況(kuang)得到(dao)改(gai)善，鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)的機械(xie)未完全燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)損(sun)失(shi)降(jiang)低(di)，排(pai)煙溫度降(jiang)低(di)，排(pai)煙熱損(sun)失(shi)減(jian)(jian)少，煤粉燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)情況(kuang)好轉，飛(fei)灰可(ke)(ke)(ke)燃(ran)(ran)(ran)(ran)物含量大大降(jiang)低(di)，燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)效率提(ti)高，特(te)別是NOx排(pai)放(fang)量由(you)改(gai)造前的598.5Mg/m3減(jian)(jian)少到(dao)359Mg/m3，充分(fen)說明合理(li)采用(yong)分(fen)級燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)可(ke)(ke)(ke)以(yi)有效地降(jiang)低(di)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)過程中(zhong)NOx的生成量，使NOx排(pai)放(fang)量低(di)于(yu)國家(jia)標準。因此，對(dui)大容量褐煤鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)進行(xing)爐(lu)(lu)(lu)內(nei)分(fen)級燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)技術改(gai)造可(ke)(ke)(ke)以(yi)提(ti)高鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)的熱效率，降(jiang)低(di)NOx排(pai)放(fang)量，減(jian)(jian)輕爐(lu)(lu)(lu)內(nei)結(jie)渣(zha)。

4  結論

根據對某電廠6號(hao)爐在(zai)運行(xing)過程中結渣(zha)、NOx排放量較高的現象，采用(yong)爐內空氣(qi)分(fen)級(ji)(ji)燃燒(shao)技術進行(xing)改(gai)造，利用(yong)偏轉二(er)次風和水平濃淡燃燒(shao)器實現爐內空氣(qi)徑(jing)向分(fen)級(ji)(ji)，增設頂部燃燼風（OFA）實現爐內空氣(qi)的軸(zhou)向分(fen)級(ji)(ji)，在(zai)改(gai)造后(hou)的鍋(guo)爐上(shang)進行(xing)了(le)冷態模化試驗，試驗表明：

（1）爐內空(kong)氣分級改造后(hou)，爐內仍具有分布(bu)較好的空(kong)氣動力場，切(qie)圓未(wei)發生嚴重(zhong)偏移。

（2）將兩層中二次風偏(pian)轉(zhuan)7°，燃燒器(qi)改(gai)為水(shui)(shui)平濃淡燃燒器(qi)后，爐內(nei)主燃區(qu)二次風氣(qi)流的切圓(yuan)直(zhi)徑大于一次風切圓(yuan)直(zhi)徑，形成了空(kong)氣(qi)在(zai)(zai)外，煤粉在(zai)(zai)內(nei)的“風包粉” 結構，有利于在(zai)(zai)靠近水(shui)(shui)冷壁處形成氧化性氣(qi)氛，防止結渣(zha)。

（3）將主燃(ran)(ran)(ran)區(qu)一(yi)部分空氣從新增設的頂(ding)部燃(ran)(ran)(ran)燼風（OFA）噴口噴入，可(ke)以使主燃(ran)(ran)(ran)區(qu)進(jin)行貧氧燃(ran)(ran)(ran)燒，有效減少(shao)NOx生成(cheng)量，未燃(ran)(ran)(ran)盡(jin)的的煤粉顆粒(li)可(ke)利用頂(ding)部燃(ran)(ran)(ran)燼風來進(jin)一(yi)步燃(ran)(ran)(ran)盡(jin)，保持(chi)燃(ran)(ran)(ran)燒效率。

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