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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，无烟煤约占15 %.国内电厂主要采用四角燃烧固态排渣煤粉炉来燃用无烟煤，存在许多问题。国外普遍采用W型火焰燃烧技术燃烧无烟煤，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 %的无烟煤和贫煤，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，防止气流短路；（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，油气燃烧器采购，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，油气燃烧器，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，油气燃烧器公司，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***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，在极限情况下，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。

锅炉燃烧器使用过程中安全注意事项

燃气本身具有***，******等特性，根据燃气在炉膛内的燃烧特性，在燃气锅炉燃烧器使用过程中，要注意各阶段的安全使用问题。

1.燃烧状态监控

燃烧状态必须予以动态监控，一旦火焰探测器感测到熄火信号，必须在极短时间内反馈到燃烧机，燃烧机随即进人保护状态，同时切断燃气供给。

火焰探测器要能正常感测火i焰信号，既不要敏感，也不要迟钝。因为敏感，燃烧状态如有波动易产生误动作而迟钝，反馈火i焰信号滞后，不利于安全运行。

一般要求从熄火到火焰探测器发出熄火信号的响应时间不超过0.2秒。

2.预吹风

燃烧机在点火前，必须有一段时间的预吹风，把炉膛与烟道中余气吹除或稀释。因为燃烧机工作炉膛内不可避免地有余留的燃气，若未进行预吹风而点火，有发生爆i炸的***.必须把余气吹除干净或稀释，保证燃气浓度不在爆i炸极限内。预吹风时间与炉膛结构及吹风量有关一般设置为15-60秒。

3.自动点火

燃气燃烧机宜采用电火花点火，便于实现自动控制。可用高压点火变压器产生电弧点火，要求其输出能量为：电压≥3. 5K V、电流≥15mA，点火时间一般为：2～5秒。

4.点火失败后的保护

燃烧机点火时，通入燃气，燃气着火燃烧。点火动作要求发生在燃气通入前，先形成点火温度场，便于着火燃烧。如果点不着火，火焰探测器感测不到火i焰信号，燃烧机进入保护状态。

从点火到进入保护状态的时间要适当，既不能过短也不能过长。若过短，来不及形成稳定火焰;过长，点不着火时造成大量燃气时入炉膛。一般要求在通入燃气2-3秒，燃烧机对火焰探测器感测的火i焰信号进行判断，未着火则进入保护状态，着火则维持燃烧。

5.燃烧器熄火保护

燃烧机在燃烧过程中，若意外熄火，燃烧机进入保护状态。由于炉膛是炽热的.燃气进入易发生爆燃，故须在极短时间内进入保护状态，切断燃气供给。

从发生熄火到燃烧机进人保护状态，该过程的响应时间要求不超过1秒。

6.燃气压力高低限保护

燃气燃烧机稳定燃烧有一定范围，只允许燃气压力在一定范围内波动。限定燃气高低压的目的是确保火焰稳定性：不脱火、不熄火也不回火，同时限定燃烧机的输出热功率，保证设备安全经济运行。当燃气压力超出此范围，应锁定燃烧机工作。

燃烧机设计一般用气体压力开关感测压力信号，并输出开关量信号，用以控制燃烧机的相应工作。

7.空气压力不足保护

燃气燃烧机设计热强度大，其燃烧方式采用鼓风强制式。如果风机发生故障造成空气中断或空气不足，立即切断燃气，否则会发生炉膛爆燃或向风机回火。因此在提高风机质量的同时，燃气控制必须与空气压力连锁，当空气压力不足时，应立即切断燃气供给。

一般用气体压力开关感测空气压力信号，并输出开关量信号，用以控制燃气电磁阀的相应工作。

8.断电保护

燃烧机在工作过程中突然断电，必须立即切断然气供给，保护设备安全。燃气控制电磁阀必须是常闭型的，一旦断电，自动关闭切断燃气供给。电磁阀关闭响应时间≤5s。

9.预防燃气泄漏事故的措施

燃气泄漏可能引起锅炉爆i炸，解决燃气炉内泄漏问题有以下几个办法：一是加强预吹风时间和吹风量，吹除或稀释炉内燃气;二是燃气管路采用二个电磁阀串联结构，提高系统安全性;三是使用管路泄漏检测装置，在点火前对燃气管路进行检测，若燃气泄漏达到一定量即锁定燃烧机工作。

轻油燃烧器的定期维护

所用轻柴油必须清洁，油气燃烧器哪家好，请注意定期清洗油箱和油过滤器。·正常使用情况下，一年换一次油嘴，一年半更换一次弹性联轴器和联轴器上的橡胶件。·严禁***进入风道。·燃烧机使用现场应远离******品，并备有灭火设备。·根据油压表示值适当调整油压。·定期检查燃烧筒、叶轮、火焰探测器和点火电极，清除油污和积炭。尤其火焰探测器更定期清洗。