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国内W型火焰锅炉的探讨

[导读]W形火焰是国外开发出来用于燃烧低挥发份煤种的一种燃烧技术

摘要:论述了目前国内W型火焰锅炉的现有构成情况、燃烧机理及特点,说明了W型火焰锅炉在我国具有广阔的应用前景,同时也论述了在运行过程中出现的问题,有待于在以后进一步解决以充分发挥该型炉子的优越性。

关键词:低挥发份煤种W型火焰炉燃烧器

1 W型火焰锅炉概述

W形火焰是国外开发出来用于燃烧低挥发份煤种的一种燃烧技术。在现代高参数、大容量燃煤锅炉中,较多的采用四角切圆燃烧方式。但这种燃烧方式在燃烧劣质煤,特别是低挥发份的无烟煤时,存在着火不好、燃烧不稳定、运行易结渣、低负荷下必须投油等问题。为了更好地燃烧无烟煤,国外锅炉厂商开发出多种燃烧技术,其中W形火焰技术是实践证明比较成功的燃烧技术,并已在国外已得到广泛应用。在结构上W型火焰锅炉和一般四角切圆燃烧方式锅炉的n型结构不同,它的燃烧室由两部分组成,上部是辐射炉室,下部为拱形的燃烧室,燃烧室的深度一般比辐射炉室大80%-120%,前面突出部分的顶部构成拱体,煤粉气流和二次风喷嘴装设在拱体上,下喷的煤粉气流接受炉膛辐射对流换热着火后向下伸展。在燃烧室下部的前后墙上布置有三次风喷口,主要补充煤粉燃烬所需的其余空气量,同时将下冲的火焰气流冲折转向上,沿炉室中轴线上升,从而形成W 型火焰。辐射炉室的作用则是进一步完成煤粉的燃烧,并使燃烧产物通过与受热面之间的换热后降到设定的炉膛出口温度。

从20世纪80年代开始,我国开始陆续引进W型火焰锅炉,目前已有数十台锅炉投产发电,容量也从300MW扩大到660MW。包括上安电厂引进的加拿大MW公司的

2050 MW机组,岳阳电厂引进的英国B&W公司的2x360MW机组,华能电厂引进的法国STEIN公司的2×360 MW机组,湖北鄂州电厂引进的美国FW公司2×300MW机组等。除引进型机组外,也有部分电厂安装了国内锅炉厂家采用引进技术制造的W型火焰锅炉,如广东韶关电厂10号锅炉及山西阳泉第二发电厂安装东锅厂引进美国FW公司技术生产的W型火焰锅炉,贵州黔北电厂1-2号锅炉采用北京B&W公司从美国巴威公司引进技术生产的W型火焰锅炉。

2 W型火焰锅炉燃烧机理及特点

W型火焰锅炉主要燃烧低挥发份煤种,因此锅炉的炉膛结构,燃烧器布置、送风方式、粉风配比等因素都按照符合低挥发份煤的燃烧特点来设计。

2.1 W型火焰锅炉的燃烧器布置在前、后墙的拱上,上部炉膛深度小,火焰流向与W型火焰锅炉平行,不旋转,炉膛出口烟气温度场与速度场较均匀,因此炉膛不易结焦,而且过热器与再热器的热偏差较小。并且通过前后墙二次风对撞增加炉内的扰动,既加强了炉内的混合,又克服了火焰刷墙等缺点

2.2 煤粉着火后向下自由伸展,在距一次风口数米处才开始转弯向上流动,不易产生煤粉分离现象,并且火焰行程较长,炉内充满度好,延长了煤粉在炉内的停留时间,符合无烟煤燃烧速度较慢的特点,有利于煤粉的燃烬。

2.3 切圆燃烧方式是四角互燃,因此着火稳定性与整个炉膛负荷有关,当负荷较低时,难以保证四角风粉均匀,所以容易燃烧不稳定。W型火焰锅炉各燃烧器之间关联度相对较小,而且调节手段较多,如改变煤粉浓度、风温、卫燃带的数量与位置以及燃烧器自身的调节等。因此,W型火焰锅炉负荷调节范围较大。国内W型火焰锅炉较多采用旋流煤粉浓缩燃烧器,提高了一次风中的煤粉浓度,降低了一次风进入炉膛的风速,增强了煤粉气流卷吸高温烟气的能力,有利于煤粉着火。

2.4 在着火区,设计较小的送风量,提高了火焰根部的温度,有利于低挥发份无烟煤的着火和稳定燃烧。一般一次风率较低,约为15%-20%。由干一次风本身的风

量和风率无法获得足够的穿透深度,所以必须在拱部送人大量的二次风,利用二次风的引射,保证一次风具有较好的穿透深度。一般二次风率约为75%-85%。当配风不当时,会造成火焰短路,火焰直接进人辐射炉室,引起飞灰含碳量较高,影响锅炉经济性。

2.5 采用分级燃烧方式,燃烧用的二次风可根据不同无烟煤着火后开始燃烧至燃烬的各个阶段的不同需求,沿火焰行程从炉膛前后墙逐渐加入不同风量,达到分级送风、低风速均衡燃烧和低NOx排放的目的。

2.6 为提高炉膛温度一般在在炉膛拱区和下部炉膛四周,敷设了大面积的卫燃带,以加速着火.但同时增大了结渣的可能性。

2.7 排渣方式有液态排渣和固态排渣两种。经验表明:固态排渣煤粉锅炉能稳定燃烧6%-20%挥发份的无烟煤和贫煤,甚至能燃用4%挥发份的无烟煤,所以W型火焰锅炉一般采用固态排渣。而液态排渣由于存在NOx排放量高、水冷壁高温腐蚀较严重、检修时间长等问题而采用较少。

2.8 锅炉结构比较复杂,炉拱的设计安装困难,燃烧器风粉管道布置困难,整体体积大,钢耗量大,制造工作量大,周期长,造价高,调试复杂。

3 不同公司W型火焰锅炉的设计比较

3.1 炉膛构型①各国生产的锅炉拱形炉膛断面不同:英、法和加拿大等国下炉膛拱形采用长方形断面;而美国F·W公司生产的W型锅炉下部拱形炉膛采用切角的八边形断面。②下炉膛较矮、上炉膛较高是美国F·W公司的炉膛构型的特征。通过降低下炉膛高度使整个燃烧过程都在下炉膛高温区完成,利于无烟煤粒的燃烧和燃尽。上炉膛主要用来冷却烟气,其高度由炉膛出口烟温决定。

3.2燃烧设备①燃烧器型式比较在燃烧器的设计上,各国公司也不尽相同。英国B&W和法国STEIN均采用缝隙式燃烧器,加拿大B&W公司为PAX型一次风置换燃