双螺旋式水平浓淡直流煤粉燃烧器的设计及应用.pdf

分类号：密级：单位代码：1 0 4 2 2学号：0 2 2 0 0 3 0 4 6厶蒌只孥夕爿、a硕士学位论文S h a n d n gU n i v e r s i t yM a s t e r ST h e s i s论文题目：双螺旋式水平浓淡直流煤粉燃烧器的设计及应用作者姓名专业指导教师姓名专业技术职务王量妄动力王猩田荩遮数拯2 0 0 5 年1 0 月2 0 日摘要煤粉锅炉是我围发电用燃煤锅炉的主要炉型，煤粉燃烧技术的进步程度直接关系着能源的利用和环境保护的水平。近年来由于电力事业的发展及用电结构的变化，电网对火力发电J 一调峰的要求越来越严格，同时煤燃烧造成的环境污染日益严重。针剥这种现象，国内外都在研究开发高效稳燃、环保型煤粉燃烧新技术。本文概述了国内外主要的新型、低污染煤粉燃烧器的性能及结构特点；分析了煤粉锅炉燃烧方面存在的问题：结合山东电力研究院所做的一项试验研究结论，设计了种符合煤粉浓淡燃烧原理的煤粉燃烧器一双螺旋式水平浓淡燃烧器。水平浓淡燃烧器的关键部件是浓缩分配器，燃烧器的低负荷稳燃性能、低N O。生成量、防结渣特性主要与浓缩分配器的结构有关，文中重点论述了浓缩分配器的设计原则、性能特点及结构要求。水甲浓淡燃烧器中浓淡+次风的混合时间及一、二次风的混合t 4 间对煤粉着火燃烧的稳定性、经济性和安全性影响很大。总结多台锅炉实际运行情况，文中讨论了双螺旋式水甲浓淡燃烧器的整体设计思路和设计方法；并对燃用烟煤和贫煤两种燃烧器结构型式、设计参数进行比较，阐述了双螺旋式水平浓淡燃烧器设计中主要参数的选取原则。作者通过自己对茌平电厂1 7 0 t h 煤粉炉双螺旋式水平浓淡燃烧器的设计、几年来锅炉运行情况的分析总结，证实了该型燃烧器在煤粉锅炉上的应用价值。经山东省能源利用检测中心和山东省环境检测中心测试，锅炉出力、效率、污染物排放指标均达到或超过设计要求，性能处于国内先进水平。该锅炉2 0 0 3 年1 1 月通过山东省科学技术厅组织的科学技术成果鉴定，获得山东省科技进步奖。双螺旋式水平浓淡燃烧器具有燃烧效率高、低负荷燃烧稳定、降低N O。生成量、防结渣的良好特性，该型燃烧器的成功研制为大容量、高参数煤粉锅炉选取新型燃烧技术提供了很多参考价值。关键词：水平浓淡燃烧器双螺旋浓缩分配器低负荷稳燃低N O。排放I I I生堡叁堂婴!：堂笪堡壅A b s t r a c tT h ep u l v e r i z e dc o a l-f i r e db o i l e r sa r et h em a i nt y p eo fc o a l f i r e db o i l e r su s e df o rp o w e rp l a n t s，S Ot h ep r o g r e s sd e g r e eo fp u l v e r i z e dc o a lc o m b u s t i o nt e c h n o l o g yi sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h eu t i l i z a t i o no fe n e r g ya n dt h el e v e lo fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n I nr e c e n ty e a r s，a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fu t i l i t yi n d u s t r ya n dt h ec h a n g eo fp o w e rc o n s u m p t i o ns t r u c t u r e，t h er e q u i r e m e n tf o rt h ep e a ks h a v i n go f h e a tp o w e rp l a n t sf r o mt h ep o w e rn e ti ss t r i c t e ra n ds t r i c t e ra n da tt h es a m et i m e，t h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o nf r o mt h ec o a lc o m b u s t i o ni sm o r ea n dm o r es e r i o u s A i m i n ga tt h i sc o n d i t i o n，an e wh i g h e f f i c i e n c ya n de n v i r o n m e n t p r o t e c t i o np u l v e r i z e dc o a lc o m b u s t i o nt e c h n o l o g yi sb e i n gr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e di no v e r s e a sa n dd o m e s t i c T h ea u t h o ra n a l y s e st h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h er u n n i n go fp r e s e n tp u l v e r i z e dc o a l f i r e db o i l e r sa n ds u m m a r i z e st h ep e r f o r m a n c ea n ds t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so f m a i nn e wl o w p o l l u t i o nb u r n e r su s e di no v e r s e a sa n dd o m e s t i cm a r k e t s Ak i n do fp u l v e r i z e dc o a lb u r n e r-一d o u b l e-f i n n e dh o r i z o n t a lr i c h 1 e a nb u r n e ri na c c o r d a n c ew i t ht h et h e o r yo fp u l v e r i z e dc o a lc o m b u s t i o nh a sb e e nd e s i g n e do nt h eb a s i so fc o n c l u s i o n so ft e s ta n dr e s e a r c hm a d eb yS h a n d o n gE l e c t r i c i t yR e s e a r c hI n s t i t u t eT h ek e yp a r to fh o r i z o n t a lr i c h l e a nb u m e ri st h ec o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t o rw h o s es t r u c t u r ew i l li n f l u e n c et h es t a b l el o w l o a dc o m b u s t i o np e r f o r m a n c e，l o wN O xf o r m a t i o n，s l a gp r e v e n t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h eb u r n e r S ot h i sa r t i c l e，i ns p e c i a l，d i s c u s s e st h ed e s i g nt h e o r y,p e r f o r m a n c e，c h a r a c t e r i s t i c sa n ds t r u c t u r er e q u i r e m e n t sf o rd i s t r i b u t o r T h em i x i n gt i m eo f r i c h l e a np r i m a r ya i ra n dt h a to f t h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r ya i rh a sg r e a ti n f l u e n c e st ot h ei g n i t i o na n dc o m b u s t i o ns t a b i l i t y,e c o n o m ya n ds a f e t yo fp u l v e r i z e dc o a l I nt h i sa r t i c l e，t h ea u t h o rd i s c u s s e st h ew h o l ed e s i g ni d e aa n dm e t h o d，c o m p a r e st h es t r u c t u r e sa n dd e s i g np a r a m e t e r so ft w ot y p e so fb u r n e r sw h i c ha r eu s e df o rb u m i n gb i t u m i n o u sc o a la n dl e a nc o a l，a n de x p l a i n st h ep r i n c i p l e sf o rs e l e c t i n gt h em a i np a r a m e t e r so fd o u b l e s c r e wh o r i z o n t a l c h 一】e a nb u r n e r s O nt h eb a s i so fa n a l y s i sa n ds u m m a r yt ot h ed e s i g na n dr u n n i n gc o n d i t i o n sf o rf e wy e a r so fd o u b l e-s c r e wh o r i z o n t a lr i c h l e a nb u r n e r sw h i c ha r eu s e df o ra17 0 T Hp u l v e r i z e dc o a l f i r e db o i l e re r e c t e da tC h i p i n gE l e c t r i c i t yP o w e rP l a n t，t h ea u t h o rp r o v e st h eu t i l i z a t i o nv a l u eo fd o u b l e s c r e wh o r i z o n t a lr i c h l e a nb u r n e r su s e df o rp u l v e r i z e dc o a l f i r e db o i l e r s S h a n d o n gE n e r g yU t i l i z a t i o nD e t e c t i o nC e n t e ra n dS h a n g d o n gE n v i r o n m e n tD e t e c t i o nC e n t e rS t a t i o nh a v e山东入学硕士学位论文d o n et h et e s t i n gf o rt h e r m a le f f i c i e n c y T h et e s t i n gr e s u l t sp r o v et h a tt h eb o i l e ro n t p u t e f f i e i e n c va n dt h ee m i s s i o ni n d e xo fp o l l u t i o n sa l lr e a c ha n dg oo v e rt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s，i t sp e r f o r m a n c ei sa tt h ed o m e s t i ca d v a n c e dl e v e l T h eb o i l e rp a s s e dt h ea p p r a i s a lf o rs c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a la c h i e v e m e n t so r g a n i z e db yS h a n d o n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yO f f i c eo nN o v e m b e r,2 0 0 3a n dw o nt h eP r i z eo fS c i e n t i f i ca n dT e c h n o l o g i c a lA c h i e v e m e n to fS h a n d o n gP r o v i n c e T h eo p e r a t e dp u l v e r i z e dc o a l f i r e db o i l e r sm a d eb yJ i n a nB o i l e rG r o u pC o m p a n y,L t dp r o v et h a tt h i sk i n db u r n e rh a st h ee x c e l l e n tp r o p e r t i e so fh i g he o m b u s t i o ne f f i c i e n c y,s t a b l el o w l o a dc o m b u s t i o n，l o wN O xe m i s s i o na n ds l a gp r e v e n t i o n T h es u c c e s s f u ld e v e l o p m e n to ft h i sk i n db u r n e rh a sg r e a tr e f e r e n c ev a l u et os e l e c t i n gc o m b u s t i o nt y p ef o rl a r g e s c a l e，h i g h p a r a m e t e rb o i l e r s K e yW o r d s：H o r i z o n t a lR i c h 1 e a nB u r n e rd o u b l e s c r e wC o n e e n t r a t i o nD i s t r i b u t o r S t a b l eL o w-L o a dC o m b u s t i o nL o wN O xE m i s s i o nV山尔大学硕十学位论文V，。，可燃基挥发分，B j 计算燃煤量，K g h主要符号说明Q。煤的低位发热量，K J K gq。炉膛容积热负荷，K w m 3q。炉膛截面热负荷，M W m 2q，。广一燃烧器区域壁面热负荷，M W m 2Q：。燃料着火热，K J K gL 浓缩分配器管长，m mD 浓缩分配器管内径，m mR 浓缩分配器管半径，H i mH 浓缩分配器鳍片高度，n mR。r 一水平弯管弯曲半径，m mE 浓缩分配器的阻力系数R。浓缩比d，。假想切圆直径，m mw 燃烧器的总功率，M ww 单只燃烧器的功率，M w山东大学硕士学位论文第一章前言1，1 课题研究背景能源是人类经济发展、生活水平提高、文明进步的基础。人类的每次进步与能源利用方式的进步息息相关。同时能源也是国民经济发展的动力，是衡量一个国家综合国力、人民生活水平以及国家文明发达程度的重要指标。人类通过对能源的越来越大规模的利用，来满足社会发展和生活水平提高的需要。而在能源利用过程中排放的污染物(粉尘、二氧化硫、氮的氧化物等)正在急剧破坏地球的生态平衡和人类自身的生存环境。发达国家在前期经济增长阶段大量使用能源，导致环境恶化；近几十年来，他们逐步意识到环境恶化对于自身可持续发展所带来的严重后果，转而以提高能源质量为主，环保要求日趋严格。目前，能源与环境问题已经成为全世界关注的热点。我国改革开放以来的二十多年经济持续增长，相应地我国能源发展取得了巨大成就。但是，由于需求量巨大，供应不足，以及全国的环境不断恶化，能源作为国民经济发展的支撑，瓶颈问题仍十分突出。煤炭是我国的主要能源资源，在能源结构中，从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年统计资料表明煤炭能源占据了7 5 左右。2 0 0 2 年，煤的消费量为1 3 1 亿吨，占次能源消费量1 4 1 亿吨的6 6，其中发电和供热消耗煤7 2 亿吨占总量的5 5。我国的水力资源、核能资源并不缺乏，但由于投资与发展以煤为能源的电力工业相比要高出许多，受财力的限制，水利资源、核能资源利用程度较低。从2 0 0 0 年一2 0 2 0 年我国发电量构成(表1 1)可看出，我国到2 0 2 0 年以煤炭为主的电力工业结构不会发生大的变化，但从煤的供应来看，将出现较火的缺E】。随着我国电站装机容量的不断增加，煤炭燃烧对我国生态环境造成的污染越来越严重。煤燃烧所释放的S 0 2 占到总排放量的8 7，C 0 2 占7 1。N O x 占6 7，粉尘占6 0，燃煤造成的污染严重制约了我国能源工业乃至整个国民经济持续发展。b 站锅炉的技术性能对节约能源和环保来说尤其重要。虽然循环流化床锅炉山东大学硕士学位论文在我国发展较快，但煤粉锅炉不论从设计还是运行方面都有一套比较成熟的经验和规律可寻，目前煤粉锅炉依然是电站锅炉的主要炉型。表卜12 0 0 0-2 0 2 0 年发电量构成总发电量新能源年份(亿煤电()水电()核电()气电()()K W h)2 0 0 01 3 6 8 57 7 71 7 81 20 2O 12 0 1 02 6 3 0 07 2 41 7 53 44 80 42 0 2 04 2 5 0 06 6 71 8 86 16 70 7我国煤粉锅炉的运行现状是：(1)热效率低煤炭供应紧张引起锅炉燃煤质量的逐渐变差，锅炉技术水平低使得我国电站锅炉的热效率较低。我国电站锅炉的热效率与世界上发达国家相比差距很大，1 9 8 0 年的发电标准煤耗是4 4 8 9 K W h，1 9 9 0 年是4 2 7 9 K W h，2 0 0 0 年为3 6 7 9 K W h，而目前世界上发达国家的发电标准煤耗为3 3 0 9 K W h。我国发1 度电要多耗3 7 9 标准煤，高出发达国家的发电标准煤耗1 0 一1 5，按年发电量1 1 2 0 亿度计算，1 年多耗标准煤4 1 4 4 x 1 0 6 吨。(2)调负荷燃烧稳定性差根据各国用电情况的不同，各国设计锅炉的调负荷能力也不同。西方国家的锅炉调负荷能力一般比较大，美国2 5 1 0 0，德国2 0-5 0 1 0 0，我国改革开放以前安装的电站锅炉很多还在使用中，这些机组的调负荷能力一般在7 0 1 0 0 之间。目前大部分电站锅炉在低于7 0 负荷运行时燃烧不稳定，需要投油助燃，仅仅用于锅炉启动和低负荷下助燃，我国每年要消耗上百万吨燃料油。随着我国国民经济的发展，用电峰谷差的逐渐增大，要求锅炉机组的调负荷能力也要提高。山东大学硕士学位论文(3)环境污染严重进入上世纪9 0 年代，大气污染日益严重。1 9 9 4 年我国8 5 个大中城市中N O x超标的城市就有3 0 个，占3 5。1 9 9 8 年对全国3 2 2 个省控城市空气质量监测结果分析，N O x 范围在0 0 0 6-0 1 5 2 m g m 3，全国平均为o 0 3 7 m g m 3，治理大气污染成为十分迫切的任务。国家环保局于1 9 9 6 年3 月7 日颁布了火电厂大气污染物排放标准(G B l 3 2 2 3 1 9 9 6)，明确规定1 9 9 7 年1 月1 日起环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂3 0 0 M W 及以上机组固态排渣煤粉炉N O x 排放量不得超过6 5 0 m g m 3。针对经济形式对电力的需求状况和对节能与环境保护的要求，近年来国内外都在致力研究新型的煤粉燃烧技术，使煤粉锅炉在负荷变动幅度大和煤质多变的情况下达到高效、稳定、低污染燃烧的目的。1 2 国内外煤粉锅炉燃烧新技术的发展状况1 2 1 国外发展状况国外研究新型煤粉燃烧器的公司很多，美国C E 公司，F W 公司，B&W 公司以及德国M A N 公司等解决劣质煤，特别是低挥发份无烟煤稳燃问题，倾向于应用w 型和U 型火焰燃烧技术；日本三菱重工开发的P M 燃烧器；美国F W 公司设计的双调风低N O。燃烧器；德国斯坦米公司设计的M S M 型低N O。燃烧器；芬兰F o t u nE n g i n e e r i n gL t d 公司发展的R j J e t 低N O；燃烧器；荷兰S t o r kT h e r m e qB V 公司开发的低N O。H T N R 燃烧器等。具有代表性的新型煤粉燃烧器主要有：(1)美国F W 公司开发W 型火焰燃烧技术的旋风分离式燃烧器，结构型式如图3 1山东大学硕士学位论文图3 1 旋风分离式燃烧器1 一旋风子2 一分配箱3 一燃烧器叶片调节杆4 一一次风进E l5 一抽气控制档板6 一抽气管7 一锅炉护板8 一风箱9 一耐火砖1 0-叶片1 1 一喷咀1 2-点火油枪中心线1 3 一风量档板旋风分离式燃烧器的工作特点：燃料以较低的一次风速(W l=1 5 m s)和一次风率(r Il=5 1 8)从上向下送进炉膛，提高火焰根部温度，有利于煤粉的着火过程。二次风沿火焰行程根据燃料各阶段的不同需要从少到多逐步加入，分级送风。用旋风子分离出风粉混合物中的一部分乏气(三次风)，提高一次风中煤粉浓度，有利于着火。三次风口距主火嘴有一定距离，使其不干扰主气流，从上向下平行于主气流送入炉膛，利于着火后氧的补充。前后拱及炉膛下部两侧水冷壁大都敷设卫燃带使之成为高温区，增强着火和燃烧的稳定性。在负荷变化时，拱下部炉膛中火焰温度变化不大，在锅炉低负荷运行时，不用或只需投入少量助燃油保证稳定燃烧，具有较高的负荷调节比。由于W 型火焰燃烧方式的上述优点，我国已引进3 0 0 6 0 0 M W 的这种大型电站锅炉的设计和制造技术，发展我国燃用无烟煤的大型电站锅炉。韶关电厂3 0 0 M W 机组的1 0。锅炉是东锅引进美国F W 公司技术设计制造，设计煤种为粤北地区红工无烟煤。山东大学硕士学位论文由于w 型火焰燃烧方式一般燃用低挥发分煤，燃料N O。偏高；同时下炉膛敷设大量卫燃带，火焰集中，炉内温度高，热力N O。偏高，因此w 型火焰燃烧方式的缺点是N O。排放高。华能岳阳电厂两台燃用贫煤与无烟煤混合煤种(V d a f=1 0)的w 型火焰锅炉N O。的排放量为1 5 4 0 m g m 3。(2)日本三菱重工开发的P M(P o l l u t i o n M i n i m u m)燃烧器，结构简图如图1 2。煤粉气流沿着输送管4 经燃烧器入口处的弯头3 进行惯性分离，然后分成贫富两股气流分别送入贫燃料喷口2 和富燃料喷口1 进入炉膛。在燃料喷1 3l、2上部分级送入空气。P M 燃烧器的特点：燃料分级燃烧，有效降低N O。的生成量。贫、富燃料燃烧，稳燃性能好。P M 燃烧器采用双喷口，下层淡一次风口风速低，容易造成大渣可燃物升高。系统比较复杂由于P M 燃烧器具有低N O。排放特性及稳燃性能我国引进该项技术，济南市黄台电厂7 4 锅炉是日本三菱集团设计制造、8 4 锅炉是哈锅引进日本图1-2 P M 燃烧器原理图P M 燃烧技术并进行优化设计制造。卜富燃料喷口2-贫燃料喷口锅炉燃用晋中贫煤，运行情况表明：3 一弯头分离器4-煤粉管道采用P M 浓淡燃烧方式对稳燃有效。飞灰可燃物含量7 4 炉为4 5，8 4 炉为3 5；大渣可燃物含量7 4 炉为1 5，8 4 炉为5 8。(3)双调风燃烧器该型燃烧器是B&W 公司在上世纪8 0 年代研制开发的。一次风一般为直流；二次风分为两部分，内二次风通道中设有轴向可调叶片，外二次风安装可调节的切向或轴向叶片，内外二次风都能旋转。调节内、外二次风的比例，可控制分级送风的顺序和比例，从而可使N O。较大幅度降低；由于9 b-次风的比例较大(约山东大学硕士学位论文占二次风总量的5 5 6 5)，可在炉墙附近形成一种氧化气氛，有利于防止结渣和高温腐蚀的发生。双调风燃烧器的特点：稳燃性能好，燃烧效率高。降低N O x 的生成量。防止炉膛结渣和高温腐蚀。结构复杂，运行中调节机构易出现故障。据B W 公司介绍，双调风型燃烧器一般可降低5 0 6 0 N O。排放量，从B&W 公司统计结果看，其排放可满足美国现行排放标准：次烟煤为3 1 5 m g m 3，非次烟煤为3 1 5 m g m 3。该型燃烧器在我国应用比较广泛，大坝电厂、扬州二电厂、西柏坡电厂等1 0 多台大容量机组锅炉均采用此种燃烧器。我国以往煤粉燃烧技术基本上处于引进、吸收国外技术的水平，国外开发的燃烧器必须进行适当改进才能适应中国国情。从2 0 世纪8 0 年代中期开始，我国的各科研院校和锅炉生产厂家也研制开发了多种新型煤粉燃烧器。1 2 2 国内发展状况在煤粉炉低负荷稳燃、降低N O。排放量、低质煤燃烧方面我国也作了很多开发工作，设计出多种新型煤粉燃烧器。这些新型燃烧器在电厂中得到不同规模的应用，有的已经达到正常运行水平，并取得了很好效果。清华大学热能工程系研制的带有旋流式煤粉预燃室的燃烧器、火焰稳定船式直流煤粉燃烧器、多级浓缩直流燃烧器、双通道燃烧器，哈工大研制的百叶窗式水平浓淡燃烧器，西安交大研制的变异煤粉浓度燃烧器、可调性低N O。水平浓淡燃烧器，山东电力研究院和我公司联合开发的双螺旋式水平浓淡燃烧器，华中工学院开发的钝体燃烧器等。下面对一些典型的新型煤粉燃烧器进行简要介绍：(1)旋流式煤粉预燃室燃烧器，其结构简图见图l 一3。山东大学硕士学位论文图乙煤憋翌签羡。图1 4 预燃室中气流轴向速度的分布1一一次风管2 一轴向旋流叶片刚1w“圳w 删川川”43 一根部二次风4 一圆筒形预燃室5 一出口二次风6 一预燃室出口7-二次风箱这是我国研制最早、一段时间内应用较广泛的新型煤粉燃烧器。该型燃烧器的工作原理是：煤粉空气混合物通过一次风管1 经过轴向旋流叶片2，送入圆筒形预燃室4。当一次风的旋流强度合理时，煤粉比气体有较大的轴向运动惯性，使气流较多地贴着圆筒壁面流动，煤粉则在反流区边缘附近集中，形成有利于煤粉稳定着火的“三高区”。煤粉颗粒在此“三高区”着火后，由于根部二次风和出口二次风的及时送入，着火的煤粉气流分散到含氧充分的主气流中，因此有利于煤粉的继续燃烧和燃尽。预燃室中气流轴向速度分布见图1 4。该型燃烧器的技术特点：煤粉火焰的稳定性高。预燃室大多作为锅炉点火和低负荷稳燃用的辅助燃烧器，很少兼作主燃烧器，锅炉冷态启动时节约点火用油。煤种适用范围小，易结焦和磨损。目前，旋流式煤粉预燃室燃烧器已很少使用。(2)火焰稳定船式直流煤粉燃烧器，结构简图及一次风在喷口中绕流“火焰稳定船”后的流函数分布见图1 5。山东大学硕士学位论文图1-5“火焰稳定船”在一次风口中的位置燃烧器的工作原理：燃烧器喷口的位置和切向燃烧直流煤粉燃烧器相同，只是在一次风喷口内放置称为“火焰稳定船”的船形火焰稳定器。在煤粉气流经过船形火焰稳燃器形成一个“三高区”，并在继续向前运动中和二次风相遇并混合，符合分级燃烧的原理。该型燃烧器的技术特点：适合燃烧褐煤、烟煤、贫煤及挥发分较高的无烟煤。对其他性能更差的煤种要通过实践验证。节约点火用油、低负荷稳燃性能好。加装火焰稳定船后，流动阻力比常规直流燃烧器高4 0 左右。哈锅和东锅购买制造该型燃烧器的专利技术，并且已在近2 0 台锅炉上应用该项技术。太原第一热电厂1 l4、1 2。锅炉改造中应用此船型燃烧器。从运行情况看，改造后锅炉的调峰能力、燃烧稳定性方面效果良好，但一次风阻力增加较多。(3)多级浓缩直流煤粉燃烧器，原理示意图见图1 6。燃烧器的工作原理：一次风煤粉经过多功能浓淡分离装置处理后，形成上下各两股浓淡煤粉气流，按图示的位置和方向射经矩形的预热室。回流区则是由分流装置引起的尾涡区。煤粉气流在燃烧器出口形成两个稳燃区，上下对称，能相互影响。如果其中一个稳燃区由于断粉等因素不能顺利着火时，另一个稳燃区可起到值班火焰的作用，保证不发生熄火现象。山东大学硕士学位论文图1-6 多级浓缩直流煤粉燃烧器原理示意图燃烧器的技术特点：负荷调节能力强。煤种适应性广。双稳燃区结构能够提高火焰稳定性、避免熄火现象的发生，可节省大量助燃油，提高锅炉运行的经济性和安全性。局部分级燃烧的火焰结构可大幅度降低N O x 的排放。结构相对简单，用于小烈锅炉设计与改造的较多。河南安阳电厂6 8 锅炉采用风扇磨直吹式制粉系统，采用该型燃烧器改造后，最低稳燃负荷到6 2，燃烧效率有所提高，节约大量助燃油。(4)双通道燃烧器该燃烧器本体是由上、下一次风口、两侧腰风、射流孔和中心小油枪组成，结构见图1 7。燃烧器的工作原理：上、下一次风的射流流动作用产生了一个高温回流区，上、下一次风的流速大小直接影响到回流区的形状和回流量。根据所燃煤粉种类，确定突扩空间大小，用以调整回流区形状及回流量，以满足煤粉所需着火热量。燃烧器的技术特点：燃用煤种；烟煤、劣质烟煤、贫煤、褐煤、无烟煤和洗中煤。不投油低负荷一般为5 0，节约点火及低负荷稳燃用油。有利于防止结焦现象发生。山东大学硕十学位论文图l-7 双通道燃烧器1 一卜一次风道2 一下一次风道3 一回流空间4 一射流孔5 一艟部风6 一点火小油枪长春第二热电厂2 台6 7 0 T H 煤粉锅炉，将原有的浓淡燃烧器改成“双通道燃烧器”。改造后最低不投油稳燃负荷到4 0，飞灰含碳量、大渣含碳量明显降低，锅炉效率提高l 以上。烟台发电厂2 台2 2 0 T H 煤粉锅炉1 9 9 6 年6 月改成“双通道燃烧器”，燃用淄博贫煤，飞灰含碳量为3 左右，大幅度节省点火用油，现正着手改造另外一台锅炉。(5)水平浓淡低N o x 燃烧器哈尔滨工业大学研制了一种百叶窗式水平浓淡燃烧器，结构简图见图l 一8。图1-8 百叶窗式水平浓淡低N O x 燃烧器结构原理图燃烧器的工作原理：使煤粉气流在流经百叶窗时产生不同程度的偏转，导致煤粉与气流惯性分离，经分流隔板后分别形成两股浓淡煤粉气流射流，浓煤粉气流中的空气供应量低于挥发分燃烧所需要的量，使着火后在燃烧器出口附近区域山东大学硕士学位论文的N O。得到大大控制。随后淡煤粉气流及时混入，形成局部区域的分级燃烧，提高了燃烧效率。该型燃烧器的特点：提高锅炉效率。低负荷稳燃性能高。降低N O。生成量。防结渣、有效减轻高温腐蚀。煤粉浓缩装置结构复杂，运行中一次风速低时煤粉易于堵塞一次风喷口，影响锅炉运行安全性。燃烧器阻力比较大，风机电耗相对较高。检修复杂。哈锅、东锅、北锅、武锅等生产的煤粉锅炉较多采用百叶窗式水平浓淡燃烧器。利用水平浓淡燃烧技术原理，我国多家科研机构及院校也开发研制了不同类型的浓淡煤粉燃烧器，在实际应用中取得了一定成效。1 3 本文研究内容和目的文中概述了国内外新型燃烧器的结构特点及运用情况，分析了煤粉锅炉存在的燃烧方面问题，结合一项试验研究结论设计了一种结构简单、性能可靠的双螺旋式水平浓淡煤粉燃烧器。该型燃烧器在很大程度上解决了煤粉锅炉的燃烧效率低、低负荷运行燃烧不稳定和N 0 x 排放量大等问题。文中具体通过一台1 7 0 t h煤粉炉燃烧器设计及实际运行情况的分析研究，证明该型燃烧器在锅炉上应用的可行性，对于大容量、高参数煤粉锅炉选用该型燃烧器提供了很多有价值的参考资料。山东大学硕士学位论文第二章煤粉炉燃烧方面存在的问题及分析近年来煤炭资源的供不应求使得电站锅炉燃用煤种频繁变化，电网容量的增加及用电结构的变化，使锅炉变负荷、低负荷运行情况不断发生，同时环境污染目趋严重，要求锅炉在保证较高的燃烧效率的基础上能够适应煤种多变和负荷多变的状况，并能降低N O。的排放量。根据当前能源发展形势和环保要求来看，煤粉锅炉存在燃烧方面的问题主要有：锅炉热效率低。低负荷调节能力差。N O。排放量高。另外锅炉结渣问题、“四管”爆管问题也对锅炉的安全运行产生很大影响，本章对上述问题进行原因分析并提出一些改进措施。2 1 锅炉效率及低负荷燃烧性能(1)锅炉热效率低我国煤粉锅炉存在的主要问题是发电煤耗过大，热效率低、经济性差。目前受煤炭市场供应状况的影响，电力燃煤供应品种多样、质量不均，电厂燃煤很难保证燃用设计煤种，这是燃烧效率低的一个重要原因。例如按贫煤、无烟煤设计的锅炉燃用高挥发分煤种时，煤粉中的挥发分析出时间提前，在燃烧器根部甚至在一次风管道中就可能着火，引起一次风管、燃烧器烧坏。燃烧器烧坏后，煤粉气流进入炉膛的刚性降低，流向改变，破坏正常的空气动力场，引起燃烧恶化。同样，锅炉燃烧煤质比设计煤质差时，增加了煤粉进入炉膛的着火难度，推迟了着火点，造成燃烧不稳，发生灭火、打炮现象；又由予燃烧不稳，火焰后移，炉膛出口烟温偏高而引起结焦结渣，影响机组的安全经济运行，造成不完全燃烧损失增加，降低锅炉效率。(2)锅炉低负荷运行稳定性差近年来，我国用电量的增加及用电结构的变化，带来了电力峰谷差逐年增加山东大学硕士学位论文的趋势。上海市1 9 9 8 年7 月的曰负荷峰谷差为2 0 5 万千瓦，1 9 9 5 年为1 2 0 万千瓦，1 9 9 8 年日峰谷差是1 9 9 5 年的1 7 倍，季节负荷峰谷差比日负荷峰谷差增长幅度更大。各发电机组参与调峰运行的深度越来越大，对火电机组低负荷运行的安全性和稳定性提出了更高的要求。下面根据锅炉低负荷运行机理的分析，找出低负荷安全、稳定燃烧的新方法。低负荷运行的机理锅炉机组低负荷运行时，锅炉需要的燃料量减少，一次风粉混合物的浓度降低，整个炉膛温度水平降低。锅炉低负荷运行对煤粉着火和燃烧稳定性的影响可从以下两方面分析：a 炉膛内煤粉气流的燃烧过程分为吸热、着火、燃烧、燃尽等阶段。将煤粉气流加热到着火温度所需热量的计算近似公式：Q 2 l l=V 1 C k+C r g(1 0 0-W Y)，1 0 0 x(t z h-t 1)+(W Y 1 0 0-a W)x 4 1 9 x(1 0 0-t 1)+2 5 1 0+C a(t z h 1 0 0)(2 1)式中V，一一次风量(N m 3 K g)C。一空气比热(K J N m 3)C，8 一千煤的比热(K J N m 3)C。一水蒸气的比热(K J N 舻)w v 一原煤水分()A W 一原煤在制粉系统蒸发掉的水分(K g K g)t。一一次风粉混合物的初温()随锅炉负荷的降低，炉膛内煤粉浓度降低，相反单位质量煤粉的一次风量相对增加，由公式(2 1)可知，单位质量煤粉的着火热增加，着火点后移。例如当煤粉浓度由1 K g(煤粉)k g(空气)降低到O 3 7 K g(煤粉)k g(空气)时，煤粉引燃所需要的热量增加约1 7 倍。现代燃烧理论的研究表明，对于不同的煤质，煤粉气流都存在一个最佳羞火浓度，而且挥发分越低的煤质，煤粉气流的最佳着火浓度越高。根据经验不同煤种其最佳着火浓度约为，烟煤：0。4 5 K g(煤粉)(空气)贫煤：0 7 5 K g(煤粉)(空气)山东大学硕士学位论文无烟煤：1 O K g(煤粉)K g(空气)