毕业论文-新乡火电厂HG-670140型锅炉燃烧器改造与应用.doc

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1、新乡火电厂HG-670/140型锅炉燃烧器改造与应用第一章 概述 新乡火电厂两台200MW发电机组配HG670/140WM10型超高压锅炉。该两台炉投运后，经多次调整，炉内结焦较轻。燃烧稳定性也不错，在150MW负荷时，锅炉可不投油运行。由于电网峰谷差不断加大，各电厂调峰任务不断加重，按河南省电力局的要求，200MW发电机组锅炉在电网低谷时，必须在100MW负荷下运行。为了节省助燃用油，提高锅炉运行安全性和经济性，浙江大学热能工程研究所会同河南省电力试验研究所分别于1997年10月#4炉大修和1998年9月#5炉大修时，对新乡火电厂#4、5炉进行了燃烧器改造。由于新乡火电厂#4炉燃烧器改造时，

2、双稳燃宽调节煤粉燃烧器第一次在河南省电厂应用，故为慎重起见只对一层燃烧器进行改造，相应的锅炉不投油负荷为120MW。在#4炉改造取得成功的基础上，1998年9月进行了#5炉燃烧器改造，将第二、三层火嘴改为浓淡燃烧器，锅炉最低稳燃负荷达到100MW。为了确保改造取得成功, 浙江大学热能工程研究所多次到新乡火电厂对两台炉进行现场调研，收集近一、两年的煤质资料和运行状况资料，并进行了改前诊断试验。在充分掌握了锅炉的状况后，提出了燃烧器低负荷稳燃的技术改造方案，并与新乡火电厂和河南省电力试验研究所一起对改造方案作了认真讨论，并专门组织了设计方案审查会，经审查后确定最终改造方案。在1997年10月#4炉

3、大修和1998年9月#5炉大修时实施燃烧器改造。改造结束后，浙江大学与河南省电力试验研究所、新乡火电厂密切配合，进行了冷态空气动力场试验、燃烧调整试验和低负荷运行考察试验。通过#4炉一年多时间和#5炉的实际运行表明：#4、5炉燃烧器低负荷稳燃改造是成功的，改造后燃烧稳定，炉膛火焰温度升高，低负荷稳燃性能良好。火焰不冲刷炉墙，浓淡调节装置和燃烧器出口回流区调节风可根据不同煤种调节，运行操作方便、可靠，过热和再热汽温仍保持改前水平，达到了委托合同的技术要求。第二章 锅炉及燃烧器简介第一节 锅炉概况#4、5炉系哈尔滨锅炉厂生产的HG670/140WM10型超高压、一次中间再热、自然循环、固态排渣、煤

4、粉锅炉，配200MW汽轮发电机组。该炉为型布置，炉膛断面为正方形(1166011660)，炉膛四周布置606.5膜式水冷壁，炉膛上方布置前屏过热器、后屏过热器，水平烟道中依次布置了高温过热器、高温再热器，其后的尾部烟道竖井中布置了低温再热器、省煤器、管式空气预热器，见图1。锅炉主要设计参数见表1。1.燃烧器 2.前屏过热器 3.后屏过热器 4.对流过热器 5.再热器热段 6.再热器冷段 7.上级空气预热器 8.省煤器 9.下级空气预热器 10.汽包 11.下降管 12.捞渣机 13.炉膛 14.转向室图1 锅炉结构总图 表1：锅炉主要设计参数项目单位数值一、二次汽额定蒸汽流量t/h670/57

5、9一、二次汽出口额定蒸汽温度540/540过热器出口蒸汽压力MPa13.83(绝对压力)再热蒸汽进、出口压力MPa2.6/2.4 (绝对压力)再热器进口蒸汽温度319给水温度(锅炉入口)246汽包工作压力MPa15.9(绝对压力)冷风温度30热风温度382排烟温度129锅炉热效率%90.22第二节 燃烧器改造前状况一、简介该炉采用直流燃烧器，四角布置、切向燃烧方式。炉内假想切圆直径为800，逆时针方向旋转，见图2。各角燃烧器沿高度方向设有4只一次风喷口、7只二次风喷口和2只三次风喷口。三次风喷口布置在燃烧器上部，并向下倾斜10，最下层的二次风喷口内布置有点火油枪。各角的一次风喷口采用集中布置，

6、见图3。燃烧器的设计参数见表2。设计煤种为焦作大陆村矿无烟煤，设计煤质资料见表3。制粉系统为低速钢球磨中间储仓式热风送风系统，配备4套制粉系统，其中磨煤机为DTM320/580型。图2 燃烧器切圆示意图 图3燃烧器结构示意图由于所设计的煤种燃烧特性较差，在燃烧器区域敷设了264m2的卫燃带。由于炉内结焦严重，后对卫燃带进行了改造，减少卫燃带面积约25%。经运行配风调整后，基本解决了炉内掉大焦问题。 表2：燃烧器的设计参数名称风率(%)风温()风速(m/s)一次风2026120二次风上上57.42737444.7上下27中17下29三次风18.612060.8油配风237444.7 表3：设计煤

7、种特性表Car(%)Har(%)Nar(%)Oar(%)Sar(%)Ma r(%)Aa r(%)Var(%)Qar(kJ/kg)65.012.100.790.820.338.5022.387.3123568可磨性系数：Kkm=1.12灰熔点：DT=1240、ST=1400、FT=1400。二、#4、5炉第一层燃烧器改为旋流点火燃烧器我厂两台200MW机组投产后，由于锅炉耗油量大，始终未能很好解决，成为影响发电成本的一个主要原因。1994年4月6月份，我厂和河南电力试验研究所合作，利用#4炉大修将第一层一次风口改为带有旋流配风器的节油燃烧器。1995年8月9月份，又将#5炉第一层一次风口改为带有

8、旋流配风器的节油燃烧器。1、旋流点火燃烧器的节油原理：该型节油点火燃烧器是在一次风喷口内加装燃烧管、点火油枪和电弧枪(见图4)。一次风粉气流，一部分通过燃烧管，其余通过燃烧管与外壳之间的环形通道。当锅炉点火或稳燃时，用点火枪将流经燃烧管的一次风粉混合物点燃。而流经燃烧管外的一次风粉气流起冷却燃烧器的作用，并在燃烧管出口处与从燃烧管喷出的火焰混合而燃烧，形成以煤粉为主的火炬。由于点火枪喷出的燃油在着火过程中与煤粉气流充分混合，从而大大增加火焰传播速度，改善了煤粉燃烧特性；同时，点火枪的火焰是在燃烧管内和燃烧器出口处与未扩散的一次风直接接触，因而能够充分利用浓煤粉(相对于装在二次风口内的油枪点燃煤

9、粉而言)的火焰传播能力，所需的点火热量比在二次风喷口装置油枪时小得多，故此油枪出力小，可以大幅度节约点火燃油。因油和煤粉的火焰在离喷口后形成，燃烧器本身不接触火焰，故不会结焦或烧坏。当锅炉不需投油时，可关闭小油枪，此时节油燃烧器仅起喷射一次风粉作用，作为一次风运行。且由于改造时，节油燃烧喷口与原一次风口面积相同，喷口仍采用矩形，维持原风速不变，故改造后的燃烧特性亦不变。此外，在小油枪外部加一热风管，靠前端装有六片旋流导向叶片，其作用是从火焰根部配风，保证完全燃烧，增加点火能量。2、节油燃烧器安装节油燃烧器本体安装，是在原第一层一次风喷口处取代原喷口，节油燃烧器中心线位于原有一次风口中心线，切圆

10、直径不变，其结构如图4。图4 节油燃烧器示意图燃油管路安装，是从炉前燃油母管引出，接至小油枪。各角的油管路见图5。 1.电弧枪点火电极 2.油喷嘴 3.油枪冷却套管 4.燃烧器喷口 5.防磨棍 6.防磨板 7.方圆接头 8.电弧枪 9.油枪 10.油枪油管接入管 11.油枪冷却风接入管 12.电弧枪冷却风接入管 13.看火孔 14.导向板 15.检查孔图5 燃油系统图冷却风引自送风机出口管道。为了控制节油燃烧器的操作启停，每角配备点火电弧枪和油管路电磁阀的电源箱，并在集控室操作盘上加装并联开关，使其能够就地、远方均可操作。3、节油燃烧技术的特点：(1)节油燃烧器节油效果十分显著，热态点火启动节

11、油率可达60%以上，稳燃节油率可达70%以上。(2)节油燃烧器在低负荷下，只需投入少量燃油，即可起到稳燃调峰作用，有利于机组参与调峰。当锅炉燃烧不稳时，节油燃烧器能及时投入，可保证锅炉机组的安全稳定运行。(3)节油燃烧器可靠性高。燃油枪配有旋流配风器，能保证其燃烧良好。(4)节油燃烧器使用寿命长，燃烧器内设有防磨装置。燃烧器喷口不仅有环形通风进行冷却，而且形成独特的肋片式散热结构，可用普通钢代替耐热钢。(5)节油燃烧器制作简单，安装方便，现场改造工作量小，且安全可靠。(6)节油燃烧器阻力小，一般小于200Pa。第三节 燃烧器低负荷断油稳燃改造的技术要求一、对煤粉燃烧器的基本要求： (1)能使煤

12、粉气流稳定地着火；(2)煤粉着火以后，一、二次风能及时合理强烈混合，确保较高的燃烧效率；(3)火焰在炉膛内的充满程度良好，且不会冲刷炉墙和贴近水冷壁，避免结渣；(4)要有较好的燃料适应性和负荷调节适应性；(5) 一次风流动阻力小，不得有煤粉管道积粉现象；(6)能减少NOx的生成，减少对环境的污染。二、新乡火电厂#5炉对燃烧器低负荷断油稳燃改造提出的具体要求如下：燃用干燥无灰基挥发份大于10%，应用基灰份2030%，低位热值1823MJ/kg煤种时，性能应满足：1、锅炉能在100MW负荷下，不投油稳定运行(验收时，应达到100MW试验负荷下连续运行8小时，累计运行48小时且每次不少于8小时)。2

13、、改造后锅炉热效率不能比该前有所降低。3、改造后飞灰可燃物不能大于6%(150MW负荷以上)。4、在同样工况条件下，改后的排烟中氮氧化物含量和排烟温度应与改前相当。5、燃烧器改造后炉膛结焦不影响正常运行。6、改造的燃烧器应能保证使用一个大修周期(即无明显磨损和烧损)。7、改造后，过热和再热汽温保持改前水平。第三章 电站锅炉煤粉燃烧的低负荷稳燃技术一、煤粉着火及其影响因素 煤粉的燃烧是一个十分复杂的过程。它与许多因素有关，如煤种、煤粒尺寸、加热温度、加热速率及二次化学反应。当煤加热到足够高的温度时，煤先变成塑性状态，失去棱角而形状更接近于球形。同时开始释放出挥发份并形成焦炭，析出的挥发份同氧混合

14、后首先着火，并且在靠近炭粒子的周围燃烧放出热量，这就能加热焦炭粒子和进一步放出挥发份。焦炭的燃烧通常是在大部分挥发份燃烧以后开始的，因此，对煤粉空气混合物的火焰传播速度影响较大的因素主要是煤粉浓度、煤质（挥发份、灰份含量）、煤粉的平均细度。1、煤粉浓度的影响 煤粉空气混合物中煤粉过贫或过富时火焰均不能有效地传播，也就是说，同一种煤在煤粉细度和温度一定时，其火焰传播速度随煤粉浓度的变化而变化。当煤粉空气混合物在某一浓度下，它的火焰传播速度最快，着火点温度最低，即最易着火。我们称该浓度为这一煤种的最佳煤粉浓度。2、煤质的影响（挥发份和灰份的含量） 我们知道原煤中其挥发份着火温度较低，所以挥发份含量

15、越多的煤粉，它所需的着火热就越少，着火温度就越低，就容易着火；反之，如果煤粉含灰量越多，煤粉在温升过程中所耗的热量就越多，所耗的时间也就越长，火焰传播速度减慢，使着火点的温度升高，这种煤就难于着火。3、煤粉细度的影响 煤粉的燃烧反应首先是在煤粉颗粒的表面上进行，颗粒越小，单位质量的煤粉总表面积越大，吸收辐射热的能力就越强，也就越有利于挥发份的析出，也就是说，当煤粉挥发份和浓度为一定时，煤粉颗粒越细越容易着火。4、加热温度的影响 当煤粉加热到某一温度时，就开始析出挥发份，而挥发份析出的多少和成份如何与加热的速度和终温有关。试验表明，煤粉颗粒在缓慢加热时大部分能转化成碳，而在快速加热时则产生很少的

16、碳，甚至无碳。加热的终温愈高，析出的挥发份愈多。因此，挥发份并不是一个确定的数值，而是由热源温度的高低来决定的，也就是说，在同样的条件下，热源温度决定煤粉着火的提前和延迟 。二、煤的着火机理及着火模型的研究 一般而言，煤粒的燃烧过程分为着火与燃尽两个阶段。着火取决于煤粒的吸热与散热之间的平衡，因而粒径、环境条件以及反应器的几何形状等等均有重要的影响。着火理论的研究包括：(1)着火点的确定；(2)着火的机理；(3)着火模型包括单颗粒及煤粉雾的着火研究。1、着火温度的测定为了使喷出的燃料稳定着火，对煤粉气流加热的热源主要有：燃料着火前进行化学反应放出的热量，卷吸的高温回流烟气及火炬、炉拱、炉墙等的

17、辐射。煤粉的着火温度主要取决于煤种(挥发物含量等)及炉内的加热和散热条件。煤中挥发份发热量是衡量煤粉着火难易程度的一个良好指标。他对着火区附近的烟温有明显的影响。煤粒越细，由于向周围冷空气散热强烈，因而煤粉着火温度值反而升高。经分析计算，得出三种煤种不同煤粉颗粒下的煤粉的临界着火温度及其周围气流相应被加热到达的温度，见表4。表4：不同尺寸煤粉的热力着火温度煤种无烟煤褐煤烟煤煤粉尺寸(m)2550751002550751006590125165195230着火温度ti () 133412171161112710318798117671023983947921907893着火时气体温度tg()11

18、73107710341002852739686652903871841818806794实测着火时的气体温度tg ()1027915880840827815800低位发热量QyDW(kJ/kg)252001047020800表观活化能E(kJ/mol)141048.410412.4104表观频率因子K0(m/s)451040.261043.31042、着火机理的研究 煤粒既可以均相着火，也可能多相着火。它取决于颗粒表面的加热和挥发物的释放速率的相对大小。若前者大于后者，着火则发生在颗粒的表面上，称之为多相着火机理。在这种情况下，颗粒表面迅速达到足够高的温度，使反应和着火均在大量的挥发份析出之前

19、发生。另一方面，若后者大于前者，着火则发生于颗粒周围的气体环境中，称之为均相着火机理。此时热分解极其迅速，使颗粒表面的外围的气体混合物之间被挥发物所隔离。文献的研究表明，对于工业煤粉火焰所采用的典型颗粒尺寸、温度水平和氧浓度情况下，最常见的是联合着火方式，既有挥发份火焰，煤粒表面也存在多相燃烧。3、着火模型的研究（1）单颗粒的着火模型经过理论研究，得到如下结论：对于不能热分解的固体颗粒，着火发生于表面；对于吸热后完全分解的物质，着火通常发生于气相；煤粒是一种只发生部分热分解的物质，其着火方式取决于粒径、挥发份含量以及环境氧浓度等因素。小的煤粒比大的煤粒更易发生着火。对于吸热量大的部分热分解物质

20、，若环境氧气浓度高，则着火过程采取表面着火方式的可能性较大。并不是所有颗粒都存在过渡性质，如粒径小于350m的烟煤粒可以不经过气相着火，这已为近来的试验所证实。（2）煤粉雾的着火模型 煤粉颗粒群在实际电站锅炉内的着火过程是很有意义的研究领域，因为这一过程对电站的安全和经济运行都有极重要的影响。然而，目前对实际燃烧设备中的着火过程研究还很不够，缺乏简单通用的计算模型和着火准则，理论与实际尚有一定距离。三、煤粉着火的稳燃机理 煤粉火焰的着火稳燃机理，特别是那些挥发份或发热值很低的难燃燃料的着火稳燃机理，与气体或液体燃料的着火稳燃机理有着很大区别。煤粉火焰的着火和稳燃，本质上是高温挥发份和高温细煤粉

21、颗粒的均相及非均相着火和稳燃，因此，煤粉的着火和稳燃受控于在燃烧器出口附近的煤粉浓度以及能够对其加热到的温度。浓度越大，温度越高，挥发份释放量越多，越易着火和稳燃。也就是说，在燃烧器出口附近能否组织起一个高温，高煤粉浓度和适当高氧浓度而被称为“三高稳燃区”的区域，乃是难燃燃料能否稳燃的关键。四、船形、钝体、大速差同向射流、偏置射流燃烧器等的稳燃能力剖析 目前，组织燃烧器出口“三高稳燃区”的方法：一是在燃烧器一次风出口附近装设不良流线体（钝体类），使主气流绕流拐弯并在其后建立起“三高稳燃区”，“船形燃烧器”、“犁形燃烧器”和“钝体燃烧器”的稳燃机理主要靠它；二是利用气流的引射原理，使一次风主气流

22、发生偏转、拐弯，并在其后建立起“三高稳燃区”，“大速差同向射流燃烧器”，“偏置射流燃烧器”、“扁平射流燃烧器”等的稳燃机理主要靠它。在这种场合下，将一次风浓淡分流，由于浓股一次风的动量减小，更有利于煤粉气流偏转拐弯，从而更易建立“三高稳燃区”。五、“三高稳燃区”稳燃理论与引进技术 近年来，我国引进了不少大容量电站锅炉和有关技术。它们具有能燃用较低挥发份煤和较好的低负荷稳燃性能等优点。其主要技术：一是一次风煤粉浓淡分流（ABB-CE直流燃烧器用在燃烧贫煤，尤以浓淡两股分别进入燃烧室的稳燃效果更好)；二是浓淡分流，并组织W型火焰燃烧系统，它们以燃烧无烟煤居多；三是四角同心反（正）切燃烧系统（ABB

23、-CE技术）。实践表明：上述各种技术都有好的或较好的稳燃效果，尽管在生产中出现过燃烬效果不好、结焦以及燃烧器区腐蚀等问题。对于上述引进技术，我们同样可用“三高稳燃区”理论加以剖析，现粗略分析如下： 一次风浓淡分流进燃烧室，不仅使浓股一次风进入燃烧室的煤粉浓度增加，而且减少了一次风进入燃烧室的浓股动量。在二次风动量的引射下，极易使浓股一次风偏转，在其后形成“三高稳燃区”。 一、二次风同心反切四角燃烧时，在组织好的情况下，二次风强大的动量极易将与二次风有一定偏角的一次风卷吸偏转，煤粉依靠惯性射入一次风偏转后的涡流区，形成“三高稳燃区”。由于此稳燃区位于燃烧室中心，有利于避免在水冷壁区形成还原气氛和

24、结渣。六、煤粉着火的稳定燃烧技术 火焰稳定技术在我国的发展是很快的，尤其是各种煤粉燃烧器及其稳燃技术研究成果很多。虽然目前有各种各样的煤粉燃烧器存在，但就其机理而言，可分为旋流式燃烧器和直流式燃烧器两大类。 旋转射流和直流射流的流动特性有明显的差别：(1)旋转射流不但有轴向速度、径向速度，而且还有切向速度。其显著特点是产生了回流区，在回流区中，轴向速度是反向的，旋转强度愈大，回流区尺寸也随之增大。(2)切向速度衰减很快，轴向速度衰减较慢，但比直流射流衰减快得多，因此在同样的初始动量下，旋转射流射程短。(3)旋转射流的扩展角比直流射流大，旋转强度加大，扩展角随之扩大。旋转射流中的一二次风混合很强

25、烈，但难以控制，一般失之过早。1、旋流式燃烧器 旋流式燃烧器分为：（1）双蜗壳煤粉燃烧器。（2）单蜗壳扩锥型煤粉燃烧器。（3）切向叶片式旋流煤粉燃烧器。（4）一次风替换型（PAX）旋流燃烧器。（5）轴向叶片式旋流煤粉燃烧器。（6）IHI-WR旋流煤粉燃烧器。（7）PW型旋流燃烧器。2、直流式燃烧器 大部分直流煤粉燃烧器布置在煤粉炉炉膛的四角或其附近，气流射向炉膛中的假想切圆，在炉膛中合起来形成火焰圈，向上汇集成略有旋转的上升火焰。这种煤粉燃烧器的气流和火炬之间的相互影响的作用很重要。 直流式燃烧器分为：（1）普通型直流煤粉燃烧器（含均等配风和分级配风）。（2）摆动式直流煤粉燃烧器。（3）多功能

26、船形体燃烧器。（4）稳燃腔燃烧器。（5）带有乏气分离器的褐煤直流燃烧器。（6）宽调节比（WR）直流燃烧器。（7）U形成W形火焰直流煤粉燃烧器。（8）钝体燃烧器。（9）复杂射流燃烧器。（10）夹心风式直流燃烧器。（11）犁形燃烧器。（12）PM燃烧器。（13）变异浓度煤粉燃烧器。（14）水平浓缩煤粉燃烧装置。（15）煤粉浓淡分流及分路燃烧装置。（16）一次风更替（PAX）技术。七、煤粉着火稳燃技术的发展前景近几年来，我国电力工业持续发展，每年投产的新机组已连续几年保持10GW以上，大容量火电机组日益增多。随着发电机组日益向大容量、大机组发展，以及环境保护的要求和意识的增强，电力工业对煤粉燃烧提出

27、了越来越高的要求，概括起来主要有：燃烧的高效率、燃烧的稳定性、低污染以及良好的煤种适应性和快速负荷变化适应性。其中快速负荷变化适应性是工农业生产的季节性等因素，对电力生产提出的要求，这种变化程度可用“电网负荷峰谷比”表示。西方国家的峰谷比一般都较大（美国为10.250.30,德国为10.200.50），我国一般为10.7左右。电网调峰的方法是多种多样的，有专用的调峰机组，也有采用频繁的启停方式，更多的又是更方便经济的调峰方式是维持原有机组在低负荷下运行，其中的关健技术是锅炉低负荷燃烧的强化和火焰稳定性。但是，能够同时满足上述要求的燃烧技术目前尚不多见，现有技术大多从某个方面，如稳燃（包括低负荷

28、稳燃及劣质煤稳燃）、低污染等方面入手来解决燃烧问题。国内技术多从稳燃方面着手，而国外技术则以低污染为主。当然，就目前理论和技术状况而言，深入研究炉内行为还有很多困难，特别是燃烧、流动和化学反应的机理研究更是这样。尽管如此，炉内毕竟是煤燃烧和反应过程进行的主要场所，对炉内行为如研究得不全面彻底，现行的诸多问题的突破是难以实现的。期待和相信在不久的将来，将会取得许多理论和技术上的重要突破。八、结论对燃烧设备进行改进的目的在于：(1)促进着火即提高稳定性，有利于解决低挥发份和劣质煤的燃用困难；(2)加大不投油助燃的负荷调节范围；(3)降低NOX生成，采用以下措施：提高煤粉浓度或采用浓淡燃烧；在燃烧室

29、出口处组成“三高区”；明确而灵活的配风；热风送粉或一次风更替；使用预燃室结构。1、在紧靠燃烧器出口附近，组织起稳定的高温、高煤粉浓度和适当高氧浓度的“三高稳燃区”是实现煤粉火焰稳定的关键。这是近年来我国动力工作者的创造，并已为实践证明了的理论。2、应用在燃烧器一次风出口内装设“船体”等不良流线体，可以建立起一定的“三高稳燃区”，起到一定的稳燃作用，但由于所建立的“三高稳燃区”距燃烧器出口偏远，稳燃区中煤粉浓度又偏低，其低负荷稳燃能力受到限制，尚不能满足当前低负荷调峰的迫切要求。3、一个稳燃好的燃烧器应该是：煤粉浓淡分流，浓股煤粉由燃烧室抽取高温烟气预热，在燃烧器出口组织起浓股煤粉气流的急拐弯偏

30、转，其后形成“三高稳燃区”。第四章 双稳燃宽调节煤粉浓淡燃烧器技术介绍 双稳燃宽调节煤粉浓淡燃烧器，主要是为提高低挥发份煤的着火稳定性和在低负荷运行时着火、燃烧的稳定性而设计的。这种燃烧器的煤粉喷口是一种浓淡分离的高浓度煤粉燃烧器。第一节 煤粉浓缩稳燃原理在燃煤锅炉中，为防止一次风管道中煤粉堵管，一次风速通常选取为2029m/s，煤粉浓度通常为0.50.6kg(煤粉)/kg(空气)。但是从着火和稳燃角度看，这样的一次风速偏高，导致煤粉浓度又偏低，在煤质较差的情况下，有可能出现燃烧不稳的现象。煤粉浓缩或煤粉浓淡分离能实现煤粉强化着火，经研究煤粉浓度提高后，对稳定和强化着火带来如下好处：1、提高煤

31、粉浓度将加快着火前煤粉的化学反应速度，增加放热。2、煤粉浓度增高会使气粉混合物着火温度降低。无烟煤和烟煤的着火温度和煤粉浓度的关系见表5。3、提高煤粉浓度将使煤粉着火热减少。4、提高煤粉浓度将使煤粉着火时间缩短。5、煤粉浓度提高，增加了火焰黑度和辐射吸热量，促进了着火并提高了火焰传播速度。 表5：煤粉浓度和着火温度的关系煤 种无烟煤煤粉初始浓度(kg/kg)0.51510混合物着火温度()1200800730煤 种烟 煤煤粉初始浓度(kg/kg)0.4335混合物着火温度()540370325第二节 撞击式可调浓淡分离装置的分离特性与阻力特性研究目前国内外已有各种煤粉浓淡分离装置，其分离原理及

32、分离效果不一，针对新乡火电厂#4、5炉改造的技术要求，在已有的技术基础上，我们开发了流线形撞击式惯性煤粉浓淡分离装置，该分离装置具有高分离效果、低流动阻力，煤粉浓度能连续调节，操作使用方便等特点。衡量分离装置的主要指标是：分离浓淡比及阻力损失。高浓淡比意为着煤粉浓缩效果好，阻力损失小意为着能耗减小。经过实验室的大量研究，我们研制成功了撞击式可调浓淡分离装置，该分离装置具有高分离效果和低流动阻力。一、撞击式可调煤粉浓淡分离装置研究 新开发的浓淡分离装置是一种撞击式分离器，见图6。分离原理主要是利用煤粉冲击到导向块后，煤粉颗粒因反弹而转向，由于煤粉颗粒的惯性比空气大得多，因而受惯性作用，煤粉在浓侧

33、聚集。该撞击分离的关键是要在保证煤粉分离的同时，使隔板两侧的速度保持平衡。在经过大量的摸索试验后，我们确定了既有较好分离效果，又能保持两侧速度基本平衡的撞击分离器。在该装置中，尺寸L，撞击块高度H和弯曲板的角度必须有机配合，才能达到良好的分离效果。浓淡分离器的主要试验结果如下：1、速度、浓度对浓缩效果的影响 速度、浓度对整个分离器浓缩效果的影响，共进行了4个工况的实验，工况及实验结果如表6所示，导向块两侧速度和浓度分布见图7、图8。 图6 撞击式煤粉浓淡分流器示意图图7 导向块后浓淡两侧速度 图8：导向块后浓淡两侧浓度表6：流线型导向分离装置浓缩试验结果V浓侧(m/s)V淡侧(m/s)C浓侧(

34、kg/kg)C淡侧(kg/kg)浓淡侧粉量比115.915.30.4280.0755.9 :1221.219.10.3740.0587.2 :1325.123.30.4710.0648.0 :1421.219.10.5050.1115.0 :1试验结果表明：a、分离装置的分离效果随速度增大而变好，速度增大，颗粒的惯性力增大。b、分离装置的分离效果随浓度的增大而下降，颗粒的初始浓度对分离装置的分离效果随有一定的影响。2、转向块高度对分离效果的影响调节转向块高度的目的，主要是调节浓淡侧浓度比，对转向块高度变化进行了3个工况的测量，工况及试验结果如表7所式。表7：转向块高度变化试验工况及试验结果转向

35、块高度(mm)V浓侧(m/s)V淡侧(m/s)C浓侧(kg/kg)C淡侧(kg/kg)浓淡侧粉量比4025.922.50.9410.3582.9 :16026.222.10.8630.1387.1 :18026.220.10.7820.08213.5 :1浓缩分离效果随转向块高度的变化可绘成图9所式的曲线。图9 浓缩分离效果随转向块高度的变化曲线。二、可调节煤粉浓分离器阻力特性试验 气相试验阻力特性研究内容包括气流速度、挡块高度、前倾角、隔板距离等对阻力损失的影响，试验结果见表8。 表8：冷态模拟试验单相流试验数据记录表工况流速m/s挡块高度mm前倾角（）隔板距离mm阻力损失mmH2O117.

36、56037.030010216.64021.624010317.22513.325010421.16013.342015521.04021.632010620.72537.03009724.86021.651015823.44037.040012923.12513.3350111023.30033510由表8以及图10可以看出，单相流时阻力损失随着挡块高度的增加、前倾角的变大、风速的增大和挡板距离的增加而增大，但在设计工况下，一次风管中的阻力损失都不是很大，在第七工况下达到最大时也就是15mmH2O，因此可以认为加装此浓淡分离装置后虽然使一次风管中的阻力损失增大，但是增大幅度不是很大，此装置的

37、设计是合理的，不会因为增加的阻力损失而降低经济效益，也不会对一次风管中的空气动力场有大的影响。图10 单相流时每个工况对应的一次风管中的阻力损失对多相带粉流动，主要就挡块高度、风速、前倾角对阻力损失进行了研究，结果见图11。图11 阻力损失随风速变化规律 由图可见很容易地看出，对阻力损失影响较大的是挡块高度和风速，而且都是随着影响因素的增大而增加。综上所述，此浓淡分离装置阻力特性是：(1)挡块越高，阻力损失就越大，且挡块高度是最大的影响因素；(2)挡块高度一定时，阻力损失随一次风速、前倾角和挡板距离的增大，且风速影响最大，其次是挡板距离和前倾角。因此在进行设计考虑阻力损失时，应主要针对以上因素

38、进行。但因为实际应用时，一次风速变化不大，所以实际设计时，应主要考虑挡块高度、挡板距离和前倾角。三、小结大量试验研究及分析表明流线形撞击式惯性煤粉浓淡分离装置具有以下技术特点：1、撞击式煤粉浓淡分流器效果好，且结构简单。在浓淡两侧速度基本平衡时，煤粉浓淡比可达812 :1。2、通过调节撞击板的高度，浓淡分流效果可以在112倍的范围内连续调节，该范围已完全能适应该锅炉正常运行煤种及负荷的变化。3、流动阻力较低，气相最大阻力为15 mmH2O，气固两相最大阻力为39 mmH2O。在热态运行时阻力可控制在20 mmH2O以下。第三节 多方位煤粉着火带稳燃机理热回流与浓缩技术结合我国十多年来研制的多种

39、提高煤粉炉燃烧稳定性的新型煤粉燃烧器和燃烧技术，并从原理上大致分为两大类，“热回流法”和“煤粉浓缩法”。该两类技术在实践中均取得了良好的应用结果。但是，当煤种很差，又要求深度低负荷稳燃的场合，如果纯粹利用“热回流法”或“煤粉浓缩法”，可能不能取得令人满意的结果， 为此，我们尝试将“热回流法”和“煤粉浓缩法”加以结合。提出了多方位煤粉着火带稳燃原理。该原理的基本要点为：通过水平方向煤粉浓淡分流及导向装置，在向火面的垂直方向产生煤粉浓集层，同时通过水平放置的V形稳燃器，产生水平方向的煤粉浓集层，由于垂直煤粉浓集层受到上游高温火焰的强对流加热，而水平煤粉浓集层与回流区高温烟气强湍流换热，呈立体交叉分

40、布的多方位煤粉浓集层被很快加热而着火，这样，相对集中的一个着火区，就变成互相引燃、互相支撑的多个着火面，从而达到稳定劣质煤稳燃的目的，见图12。上面已经介绍了浓淡分离器的研究结果，下面将介绍喷口结构的冷模试验。图12 多方位煤粉着火带稳燃示意图一、喷口结构冷模试验根据多次试验结果，我们结合对新乡火电厂煤质燃烧特性评估，进行认真讨论分析后，确定了如图13所式的喷嘴结构形式。其中V形稳燃器扩展角为30，喷口堵塞率为33%。选用尺寸较大的稳燃器，主要是考虑了由于新乡火电厂所用煤质挥发份较低，又要达到50%负荷不投油稳燃，故需要较大的回流区。采用V形稳燃器可以在喷口出口形成一个稳定的回流区，使高温烟气

41、不断稳定回流到煤粉火焰的根部，以维持煤粉气流的稳定着火。一次风喷口采用外扩，主要是为增加喷口截面积，减少V形稳燃器两侧的风速，降低阻力。单喷口试验近喷口区的速度场如图14所示。从图中可以看到，喷口两侧风速分布均匀。在采用30扩展角V形稳燃器，底边宽度为150mm时，回流区长度为380mm。图13 喷口的结构形式图14 近喷口区的速度场分布二、稳燃器布置方式的讨论V形稳燃器在喷口内有两种布置方式，一种是水平方向放置，另一种是垂直方向放置。由于我们撞击式分离器是以左右浓淡为基础的，因此，如果将稳燃器垂直放置，则稳燃器刚好将浓淡两股气流分隔开，给人以一种简洁、流畅的感觉。但是，也带来了一次风气流向水

42、冷壁扩张，总体刚性减弱等缺点，而且，还具有开放式回流区直接受上游高温烟气加热的好处，并且可以形成多方位着火交叉稳燃的机制。所以在我们的设计中，稳燃器均采用水平放置。第四节 控制着火位置在稳燃器中加中心风上面主要介绍了我们在强化煤粉的着火和稳燃方面所做的工作。但是，强化着火和稳燃往往使炉内的局部温度提高，而炉内结渣随温度呈指数规律上升。稳燃和结渣往往产生矛盾。近年来，由于煤质逐年变差，煤炭供应市场化，电网的峰谷差日益加大等原因，许多电厂进行了燃烧器稳燃改造，在一定程度上加剧了炉内结渣。当煤质大幅度提高和锅炉高负荷运行两者叠加时，使炉内结渣的可能性大大增加。经过长期的摸索，提出了在稳燃器中通入中心

43、风，用中心风来控制煤粉着火点火位置，解决高负荷时因采用空间交叉稳燃带来的炉内局部温度提高问题。达到在煤质较差时，具有深度低负荷不投油稳燃的效果，而在煤质变好和高负荷运行时，也不产生炉内结渣和喷口烧坏，进一步拓宽燃烧器的煤种适应性。进行了在稳燃器中送入中心风的试验。当气流流过稳燃器后，在稳燃器后产生一反向压力梯度。该反向压力梯度使下游的流体向该区域流动，形成回流，同时两侧气流将轴线卷曲。轴向速度场形成带回流区的“双峰”，这种结构在喷口出口附近十分明显，在距离喷口约500mm处，回流现象基本消失。当送入中心风的速度达到20m/s时，试验结果表明回流区已经完全消失，此时，中心风占一次风的风率为4%。利用较少的中心风即可破坏回流区，达到调节着火距离的目的。第五章 煤质分析和改前诊断试验抽查电厂半年使用的煤质，其典型的煤质数据见表9。可以看到煤质变化不大。煤的挥发份较低，热值较高。煤的燃烧特性比设计煤质要好一些。 表9：实际燃用煤质抽样数据日期水份灰份挥发份发热值Mar(%)M ad(%)A ar (%)V daf (%)V ad(%)Qn