锅炉运用燃烧器炉内运行性能剖析

1概述在我国已探明的煤炭储量中，*煤约占15 %.国内电厂主要采用四角燃烧固态排渣煤粉炉来燃用*煤，存在许多问题。国外普遍采用W型火焰燃烧技术燃烧*煤，具有煤粉气流着火条件好，火焰行程长；负荷调节范围大；一、二次风分级送风可降低NO x排放；烟气在炉内作180°转弯，可将10 %～15 %的粗灰粒分离下来，减轻了对流受热面的飞灰磨损；炉膛出口处的烟气温度场和速度场比较均匀，减小了过热器和再热器的热偏差等优点。国外实践表明，W型火焰锅炉固态排渣煤粉锅炉可燃用可燃基挥发分Vr= 4 %～20 %的*煤和贫煤，我国也先后引进了一些W型火焰锅炉。

各国在W型锅炉上采用的燃烧器形式较为多样，主要有旋风分离式燃烧器、缝隙式直流燃烧器、旋流分级燃烧器和PAX型燃烧器等，可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。W型火焰锅炉在国内投入使用以来，国内部分科研单位对W炉的配风方式进行了研究，但试验研究主要针对于采用直流拱顶燃烧器的W型火焰锅炉。炉内空气动力场通过拱顶一次风、布置在一次风周围的二次风、布置在炉膛前后墙的侧面风及乏气风四种喷口的布置方式及介质的动量来控制。研究结果表明：（1）动量足够大的二次风能有效地压制主气流，****气流短路；（2）分级风动量流率不能太大，以保证拱顶风能够冲向炉膛下部；（3）炉内配风为倒锥形配风方式时可获得良好的炉内空气动力场；（4）拱顶风动量与侧面风的动量比应达到5～7：1.

旋流燃烧器具有调节性能好及管道布置方便等优点，为适应降低NO x排放的要求，又发展了双调风旋流燃烧器，一次风采用直流风，二次风分为内外两层，内二次风为轴向叶片式，外二次风为切向叶片式。这种旋流燃烧器可形成分级燃烧，得到了较广泛应用。本文主要对W型锅炉采用旋流拱顶燃烧器后，炉内的空气动力特性与采用直流拱顶燃烧器的W型火焰锅炉的差别进行试验和分析。

2双调风旋流燃烧器的出口流场采用综合旋流强度作为衡量拱顶燃烧器出口气流旋转强度的指标。定义综合旋流强度注脚1、2in、2out表示直流一次风分别表示各通道的旋流强度、当量直径及面积，其中分别表示外通道和中心通道直径，作为整个燃烧器的定性尺寸。

在设计工况下，拱顶燃烧器的综合旋流强度为，由试验测得其出口实际旋流强度为111.在此工况下，双调风旋流燃烧器的出口流场轴向速度分布，其中横坐标Z向为燃烧器出口轴向，而纵坐标Y向为燃烧器出口水平面的横向方向。拱顶采用旋流和直流燃烧器时炉内流动对比针对上述采用双调风旋流燃烧器的W型模型锅炉进行试验。设计工况下，拱顶动量为侧面动量的3倍，从烟i花示踪试验可以看到，一次风射流刚离开一次风喷口时，射流截面还较小，但经很短距离后，一次风射流截面迅速扩大，整个火焰射程较短，容易形成短路现象造成上炉膛结渣和过热汽温过高。

采用拱顶旋流燃烧器时的炉内速度分布测量结果表明气流在下炉膛上部形成两个对称旋转的漩涡，对炉内燃烧方向是很有利的，可以使高温烟气回流至火焰根部。冷灰斗底部风速较小，为低速反转气流，部分颗粒仍能进入冷灰斗。设计工况下炉内速度分布。

从旋流燃烧器的试验结果可知，在设计工况下，燃烧器出口流场中心的轴向速度是很弱的，高速度区主要集中于远离中心的两侧，速度分布为马鞍形，一次风射流在离开一次风口不远，轴向动量就消耗殆尽，一次风射流被高速旋转的二次风卷入外层气流，整个射流的扩展角较大，一次风下冲深度不足，这与W炉上的实验结果是吻合的。

为观察拱顶动量与侧面动量之比是否是决定W炉内空气动力场的一个准确手段，全关二次风，开大了一次风速以保证拱顶动量不变。发现一次风刚性非常强，下冲严重，形成V形，两股射流在冷灰斗中部相交后，向两侧冷灰斗运动，许多测点速度方向直指冷灰斗壁面且冷灰斗壁面附近速度较大，因此预计此工况下冷灰斗结渣较为严重。此工况下的炉内流场测量结果。

4试验结果分析上述对比试验说明，在设计使用旋流燃烧器的W型火焰锅炉时，以拱顶动量与侧面动量之比来衡量W炉内空气动力特性的好坏是不合理的。

由于拱顶燃烧器与前后墙之间有相当距离，而且拱顶燃烧器的中轴线与前后墙不平行而是指向下自由射流轴心速度衰减规律炉膛中间，因此当拱顶燃烧器不开旋流二次风时，可以近似认为其一次风射流为自由射流，其射流中心速度的衰减规律由流体力学知识可知。

当打开拱顶燃烧器的二次风旋转射流轴向****i大速度点沿射流射程衰减的规律后，设计工况下，由双调风旋流燃烧器的冷态模型试验可得到其出口射流的衰减规律示。可以看到直流射流的速度衰减比旋转射流慢得多。由于下炉膛存在向上的速度，当拱顶射流带旋射流与直流射流的边界扩散的****i大轴向速度衰减到下炉膛向上平均速度时，射流开始转而向上i流动。因此可认为在拱顶风动量与侧面风动量比相同的情况下，采用直流拱顶风和常旋流的拱顶风穿透深度相差悬殊的原因就在于直流拱顶风与旋流拱顶风的射流衰减性的悬殊差别。采用射流的衰减程度来估计W炉内空气动力结构将较好地描述一次风的下冲深度。与直流射流相比，在采用拱顶风旋流燃烧器的W型火焰锅炉中，拱顶风的边界扩散要严重得多。R为旋流射流某一横截面的半径；R0和d分别为旋流燃烧器一次风喷口半径和直径；x为旋流射流某一横截面距射流出口的距离。

因此对于采用拱顶旋流燃烧器的W型锅炉，分级风拦截一次风中煤粉颗粒的能力受到影响，因为在分级风高度，旋转气流截面大，而分级风为直流风，射流截面较小，两股气流交汇时，有部分拱顶气流未与分级风射流相交而进入冷灰斗，特别是气流中那些惯性较大的固体粒子。

5结论

（1）双调风燃烧器轴向速度衰减快，导致一次风下冲深度较小，易造成短路导致上炉膛结渣、过热汽温过高等问题。

（2）应将二次风旋流叶片设计成可调，在****限情况下，二次风能全部变为直流，以增加火焰中心调节幅度。

（3）对配双调风旋流燃烧器的W炉，以拱顶风与侧面风动量比作为W型炉设计和配风参数选择的依据是不合理的，其主要原因为一次风的下冲深度很大程度上取决于二次风的旋流强度。

（4）采用旋流拱顶燃烧器后，拱顶射流的射流截面很大如分级风的喷口截面相对较小，则部分固体颗粒并不能被拦截住，应适当增加分级风的喷口截面积。

超低氮燃烧器的工作原理

低NOx燃烧机及低氮氧化物燃烧机，是指燃料燃烧过程中NOx排放量低的燃烧机，采用低NOx燃烧机能够降低燃烧过程中氮氧化物的排放。在燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为NO和NO2，通常把这两种氮的氧化物通称为氮氧化物NOx。大量实验结果表明，燃烧装置排放的氮氧化物主要为NO，平均约占95%，而NO2仅占5%左右。一般燃料燃烧所生成的NO主要来自两个方面：一是燃烧所用空气(助燃空气)中氮的氧化;二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化。在大多数燃烧装置中，前者是NO的主要来源，我们将此类NO称为“热反应NO”， 后者称之为“燃料NO”，另外还有“瞬发NO”。燃烧时所形成NO可以与含氮原子中间产物反应使NO还原成NO2。实际上除了这些反应外，NO 还可以与各种含氮化合物生成NO2。在实际燃烧装置中反应达到化学平衡时，[NO2]/[NO]比例很小，即NO转变为NO2很少，可以忽略。

燃烧器燃料系统的详细介绍

燃料系统的功能在于保证燃烧器燃烧所需的燃料。燃油燃烧器的燃料系统主要有：油管及接头、油泵、电磁阀、喷嘴、重油预热器。燃气燃烧器主要有过滤器、调压器、电磁阀组、点火电磁阀组。

油管及接头：用于传输燃油。

油泵：产生压力油的机构，输出油压一般在10bar以上，以满足雾化和喷油量的要求，分为单管输出和双i管输出两种。有些燃烧器油泵与风机马达同轴连接，有些有单独的油泵电机驱动。常见油泵有J型、E型和TA型，适用于单管和双i管油系统，油泵内有过滤器、压力调节阀和截止阀。过滤器主要是保护传动机构，E型泵过滤器的网目较大，当过滤器堵塞时，会导致真空过度，过滤器要定期清洗，清洗或更换过滤器后，必须确保泵盖紧密密封。油泵在运行前，必须在吸从侧油管灌注油料到泵溢流，否则，泵会由于干运转而损坏。油泵吸入口的抽吸阻力不能超过0.4bar，输出口的压力一般在10~24bar。J型泵的****i大供油压力为20bar，E型和TA型泵的****i大供油压力为40bar，****i大供油温度为90℃。

电磁阀：用于控制油路的通断，多为二通阀和三通阀。

喷嘴：主要作用是雾化油滴。油嘴的主要参数有喷射角（30°、45°、60°、80°）、喷射方式（实心、空心、半空心）和喷油量。同等压力下，较小喷油量的喷嘴，雾化效果较好。常用的油嘴有简单机械雾化喷嘴和回油式机械雾化喷嘴，前者结构简单，系统简单，也比较可靠，一般用于较小负荷的燃烧器，后者结构和系统都要复杂些，但调节特性好，适用于锅炉负荷经常有较大范围调节时用。简单机械雾化喷嘴有切向槽式和切向孔式，前者雾化角较大且雾化颗粒较小。

重油预热器：重油燃烧器的特有设备，用于加热重油至一定温度，减小粘度，轻重油燃烧器，以增加重油雾化效果，其温度控制装置与燃烧器控制电路联锁。

过滤器：其作用是****杂质进入电磁阀组和燃烧器内。

调压器：主要作用是降i压稳压，一般用于高压供气系统中，其入口压力不能低于100mbar。

电磁阀组：一般由安全电磁阀和主电磁阀组成，有分体式和一体式，一体式电磁阀组内一般还组合有稳压阀和过滤网。安全电磁阀一般为快开快闭式。主电磁阀一般为二级式，并有快开快闭式和慢开快闭式之分。

电磁阀泄漏检测器：其作用是检测电磁阀组的关闭是否严密。一般用在功率大于1400kw的燃烧器上。

点火电磁阀组：一般有手动球阀、稳压器、电磁阀组成。主要用于功率较大的燃烧器。