燃煤锅炉低氮燃烧稳定性试验研究

2锅炉低氮改造冷态动力场试验

经调研锅炉低氮燃烧器系统实施情况,锅炉燃烧器、二次风喷口角度安装位置均符合要求。冷态动力场试验未发现异常,冷态时各层风速均在30m/s左右,各层风速偏差保持在±5%内;各风门挡板特性良好,开关灵活,具有良好的调节性能,能满足热态运行需要;烟花示踪试验显示炉膛内的主气流旋转方向为逆时针方向,一次风切圆轨迹明显,燃烬风能与主气流充分混合,符合设计要求。

3锅炉启动后配风原则及配风方式

锅炉低氮改造启动后,仍沿用原均等配风方式,燃烧器区域二次风挡板开度基本维持原开度运行;机组负荷195MW时,辅助风与炉膛差压改造前后分别为0．6、0．8kPa,改造后因主燃烧器区域二次风喷口面积缩小使得辅助风与炉膛差压在相同运行工况下提高了约0．2kPa。

4锅炉燃烧稳定性降低原因分析

4．1锅炉四角切圆燃烧器稳燃机理分析

锅炉正常运行时,炉膛内热态动力场为逆时针旋转的高温烟气气流(图2),即炉膛内由逆时针旋转向上的高温烟气气流来组织炉膛燃烧,实现煤粉燃烬。

图2四角切圆燃烧锅炉稳燃机理

每只燃烧器实现稳定燃烧的热源主要有3种:

①燃烧器本身加装的稳燃钝体,实现局部烟气回流,卷吸高温烟气实现引燃;②高速一次风射流的卷吸作用,卷吸高温烟气实现引燃;③来自逆时针旋转的上游燃烧器的高温烟气,高温卷吸到下游燃烧器火焰根部,实现煤粉引燃。

而数值模拟和热态试验证明,来自上游的高温烟气卷吸是提供燃烧器着火热的主要热源,若此着火热源发生弱化或瞬间失去,将导致锅炉燃烧稳定性降低或灭火。

根据四角切圆煤粉炉稳燃机理分析,入炉煤煤质在锅炉允许范围之内时,若要提高锅炉燃烧稳定性,必须确保锅炉逆时针旋转的热态动力场动量强劲,上游燃烧器能够为下游燃烧器提供稳定的着火热源。

4．2锅炉燃烧热态动力场旋转动量降低

4．2．1锅炉燃烧器设计方面的原因

影响锅炉热态动力场旋转动量的因素分析。一次风浓侧动量Mn,一次风淡侧动量Md,主燃烧器区域二次风动量Mf,一次风淡侧动量和主燃烧器区域二次风动量方向相同,一次风浓侧动量与二次风动量反切角度α;根据锅炉燃烧器系统设计分析,一次风淡侧和主燃烧器区域二次风动量为锅炉主旋转动量。

根据矢量计算原理,则总旋转动量M将低于[Mn+(Md+Mf)]算术和,即采用一次风浓侧反切技术后,总旋转动量降低;并且一次风浓侧动量越大、反切角度越大、二次风动量越小,总旋转动量将更小,导致锅炉热态逆时针旋转的气流速度变慢,上游燃烧器为下游燃烧器提供着火热的能力和抗干扰能力降低,表现为锅炉燃烧稳定性降低;若出现锅炉掉焦或辅机RB(runback)等异常扰动时,锅炉热态旋转火球将瞬间停止转动或发生紊乱,燃烧器将失去上游燃烧器的点火源,锅炉发生灭火事故。其中一次风和二次风动量计算公式如下

M=M2n+(Md+Mf)2+2Mn(Md+Mf)cosα

根据以上分析,由于本锅炉燃烧器采用水平浓淡燃烧器浓侧反切角度12°,导致锅炉热态旋转动量降低、燃烧稳定性降低。为验证本结论,利用停机机会,组织了专项诊断冷态动力场试验,即按模拟动量比组织正常动力场试验,根据“十字飘带”飘动情况,判定主切圆为逆时针旋转;逐步降低二次风量,主切圆旋转动量明显降低,当二次风量降低至初始二次风量的20%时,主切圆变为顺时针旋转,即冷态动力场切圆旋转方向发生了逆转,验证了一次风浓侧动量有降低锅炉热态动力场旋转动量的作用。

4．2．2运行方式控制方面的原因

锅炉低氮改造后,因主燃烧器区域二次风喷口面积缩小了30%,但运行人员仍沿用原均等配风方式,机组负荷195MW时,辅助风与炉膛差压较改造前提高了约0．2kPa,表明主燃烧器区域进入炉膛的二次风量明显减少,进而使得锅炉热态动力场旋转动量降低,燃烧稳定性也进一步降低。

5提高燃烧稳定性的改进措施

5．1优化改进一次风浓侧反切角度

采用一次风浓侧反切低氮燃烧改造技术,一次风浓侧动量有抵消主旋转动量的作用;并且一次风浓侧反切角度越大,总旋转动量降低越多,锅炉燃烧稳定性影响更大,因此将一次风浓侧反切角度由12°改进为5°;利用机组检修机会,将燃烧器水平浓淡的反切钝体更换,将一次风浓侧反切角度由12°改进为5°。

5．2优化调整磨煤机分离器挡板

为优化改进煤粉均匀性指数,强化锅炉燃烧,将磨煤机分离器下挡板开度由42°调整至38°;磨煤机启动后取样化验,磨煤机煤粉均匀性指数由1．05提高至1．12,磨煤机出力基本未变,煤粉细度R90(未通过90μm筛上煤粉质量占试样质量的百分数)为7%左右,表明基本达到了优化调整目的。

5．3二次风挡板检查及风门特性试验

二次风挡板动作一致性和风门特性是影响炉膛燃烧的重要因素。利用机组检修机会对所有二次风挡板进行了彻底检查和修复,确保了二次风挡板DCS开度与就地挡板实际开度对应;经锅炉启动前进行的冷态动力场试验验证,二次风挡板调节特性良好。

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