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1、双通道煤粉燃烧器的燃烧调整 The Combustion A djustment of Double2PA2nozzle Burner (250021)山东电力科学研究院 郭鲁阳 郝卫东 韩小岗 (261201)山 东 潍 坊 发 电 厂 黄义堂 顾长军 辛洪昌 摘 要 对潍坊电厂2号炉燃烧器改造后出现的炉渣可燃物升高等问题进行了分析,认为燃烧器本身的空气动力特 点及燃烧调整不当是产生问题的主要原因,并针对原因提出相应的改进措施。 关键词 双通道 燃烧器 燃烧调整 可燃物 为提高低负荷稳燃能力,山东潍坊电厂 两台1 000 t?h锅炉分别于1996年和1997 年进行了设备改造,将最下面两层煤
2、粉燃烧 器改为双通道煤粉燃烧器。改造后运行情况 表明,锅炉低负荷稳燃能力有了较大提高,但 也出现了一些新问题,比较突出的是炉渣可 燃物比改造前有较大幅度上升,严重影响了 机组的安全经济运行。 为此,潍坊发电厂联合 山东电力科学研究院及清华大学在2号炉上 进行了燃烧调整试验,试验结果证明,通过合 理控制各项燃烧参数,可以将炉渣可燃物含 量降至10%左右。 1 设备简介 潍坊发电厂两台锅炉是由东方锅炉厂设 计制造的DG 1 025?18. 2-4型亚临界压 力自然循环汽包炉。 设计燃料为晋中贫煤,采 用中间储仓式制粉系统,平衡通风,热风送 粉,固态排渣。 锅炉采用四角切圆燃烧。每角燃烧器分 成上下
3、两组,共有5层一次风喷口和8层二 次风喷口,间隔布置,燃烧器上部是两层三次 风喷口。四角燃烧器在炉膛中心形成 5700 和 5500的两个假想切圆。 在设备改造中,将最下面两层(即A、B 层)一次风喷口改为双通道煤粉燃烧器。 燃烧 器结构示意见附图: 附图 双通道燃烧器示意图 1.预燃室 2.腰部风 3.蒸汽射流 4.一次风口 风粉气流从燃烧器上下两个一次风口喷 出,由于这两股一次风射流的动量很大,在其 中间产生一个强烈的回流区,通过卷吸高温 烟气加热一次风粉气流,保证其稳定燃烧。 下 部的两股蒸汽射流可以加强一次风射流的强 度,通过改变射流速度,可以调节烟气回流量 的大小,两侧的腰部风取自送
4、风机出口,改变 腰部风大小可以调节着火距离。 2 改造后存在的主要问题 设备改造后出现的主要问题是炉渣可燃 物含量增加较多,根据电厂统计,改造前1 号、2号炉的炉渣可燃物含量平均为24% ,而 改造后平均为34% ,上升了10% ,锅炉效率 降低约1%。为解决这一问题, 2号炉上进行 了详细的试验,并根据试验结果提出了改进 11 山东电力技术 1998年第4期(总第102期) 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 措施。 3 炉渣可燃物升高的原因分析 通过分析试验数据,认为炉渣可燃物升 高
5、主要是由以下几方面原因造成的。 3. 1 双通道燃烧器特有的空气动力特性是 造成炉渣可燃物升高的主要原因。 如前所述, 双通道燃烧器是依靠上下两股一次风射流的 抽吸作用在预燃室中形成强烈的回流区,利 用回流的高温烟气来加热煤粉,稳定燃烧。 回 流越强烈,回流量越大,稳燃效果也就越好。 但与此同时产生的副作用是,强烈的回流区 使一次风速度急剧衰减,另外,由于双通道预 燃室出口面积比原一次风喷口面积增加一倍 左右,也使一次风出口速度大大降低。 由于上 述原因,使一次风气流的刚性减弱,气流易发 生偏转,煤粉气流难以进入高温燃烧区域,同 时一次风携带煤粉能力下降,造成大颗粒煤 粉离析,从而使炉渣可燃物
6、升高。 3. 2 腰部风控制不当。 为防止双通道燃烧器 预燃室结焦烧坏,运行中一般将腰部风开度 控制在50%左右,由于腰部风是来自送风机 出口的冷风,大量冷风进入炉膛内形成屏障, 隔断了高温烟气的回流路径,此时预燃室内 的回流都是低温烟气或一次风和腰部风的自 身回流,影响了煤粉的加热着火。 试验中可以 看到,腰部风从全关到全开,燃烧器内火焰亮 度明显变暗。 3. 3 燃烧器负荷分配不合理。 对于双通道燃 烧器来讲,强化燃烧的主要因素是高温烟气 回流,而回流区的形成主要依赖于一定的一 次风速,因此为保证高温烟气回流量,同时也 为了提高煤粉携带能力,必须保持一次风速。 燃烧器改造后,运行人员仍按过
7、去的习惯调 整燃烧器负荷,将A、B层燃烧器对应给粉机 转速控制在600 r?m in左右,而上层燃烧器 给粉机转速控制在400500 r?m in,从而降 低了A、B层燃烧器的一次风速,影响了高温 烟气回流。此时一次风的携带煤粉能力也减 弱,加之煤粉浓度过高,使大颗粒煤粉容易发 生沉降,造成炉渣可燃物升高。 3. 4 底层二次风开度小。 底层二次风在燃烧 中起到托底的作用,可以将一次风气流中沉 降的煤粉颗粒送至高温燃烧区域。燃烧器改 造后由于一次风速降低,携带煤粉能力减弱, 底部二次风的作用更加重要。运行中底部二 次风开度一般在30%50% ,这一开度对常 规直流燃烧器来讲已属偏小,对于双通道
8、燃 烧器来讲则太小,难以起到应有的卷吸及托 底作用。 3. 5 煤粉细度不合格。 多次取样化验结果表 明,煤粉细度值R90一般在15%20% ,有时 甚至高达25%左右。大颗粒煤粉使着火时间 延长,并容易沉降至渣斗内,造成炉渣可燃物 升高。 4 调整及改进措施 针对以上原因,决定采取以下措施: 4. 1 提高一次风速,增强携带煤粉能力,减 少煤粉沉降。我们从两个方面调整来达到这 一目的,首先对全部20根一次风管的风速重 新调整。在相同风粉比条件下,使A、B层燃 烧器对应一次风管内风速比上层燃烧器高 15%左右。其次,适当降低A、B层燃烧器对 应给粉机转速,将A层降至400450 r? m in
9、,B层降至500 r?m in。 以上两措施可以有 效减轻一次风偏转并可防止大颗粒煤粉沉 降。 4. 2 关小腰部风。2号炉的试验结果表明, 将腰部风从50%调至全关后,预燃室内的温 度上升100150,这对于煤粉的早期着火 是非常有利的。但如果长期全关腰部风运行 的话,则有可能引起预燃室侧壁过热及结焦。 因此建议在实际运行中将腰部风开度控制在 10%15% ,这样既不会使预热室侧壁过热 和结焦,又可以卷吸大量高温烟气,有利于煤 粉的加热、 着火及燃烧。 (下转第6页) 21 山东电力技术 1998年第4期(总第102期) 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical
10、 Disc Co., Ltd. All rights reserved. 7 求解法和步骤 因为油膜刚度和油膜阻尼是转子轴颈 位移的非线性函数,只能采用迭代的算法求 出。 将油膜力加到单元传递矩阵的第五列中, 在每个转速下反复迭代。 第一次迭代选初值 (0)计算出Fr(0)和Ft(0)再计算响应,得到油 膜轴承处或外加阻尼处的:(1)=(1)+(1), 则:e(1)=(1)。 以 (1)= e(1) C 计算出Fr(1)和 Ft(1),再计算响应,得到油膜轴承处的:2和 e(2)以及(2),若有:(2)-(1) ,则迭代终 止,否则以 (2)重复上述运算,求得某一转速 下的稳态不平衡响应,得到
11、转子的传递特性, 可为现场平衡工作提供理论依据和指导。 8 算例 本文用上述算法编制计算程序,对某单 轴式燃气轮机转子支承系统进行了稳不平衡 响应计算,分别计算了不考虑油膜阻尼和考 虑油膜阻尼的稳态不平衡响应,还计算了不 同大小和不同位置的不平衡质量对稳态特性 的影响,取几种不同油膜间隙进行计算,参见 图3 图7所示。 图3是不计油膜阻尼的稳态 不平衡响应曲线。 图4为不同油膜间隙的不 平衡响应曲线。 图5. 1为油膜轴颈相对位移 与转速的关系曲线;图5. 2为振动相位角与 转速的关系曲线;图5. 3为外传力F与转速 的关系曲线。 图6. 16. 3是在不平衡量较 大时出现的非线性双稳态响应曲
12、线。图7. 1 7. 3是不平衡量更大时的非线性响应曲 线,出现了分叉等更为强烈的非线性特性。 参考文献 1晏励堂等编 结构系统动力特性分析 北京航空航 天大学出版社, 1989. 11 2钟一谔等编 转子动力学 清华大学出版社, 1987. 11 3晏励堂编 航空燃气轮机振动和减振 国防工业出 版社, 1991. 10 (收稿日期: 1998- 01- 12) (上接12页) 4. 3 投用蒸汽射流。在A层燃烧器下层煤 粉气流出口与预燃室下壁之间有两个蒸汽射 流孔,原设计意图是利用高速蒸汽射流来强 化一次风的抽吸作用,增加高温烟气回流以 稳定燃烧。 调整试验中发现,投用蒸汽射流后 不仅使燃烧
13、器区域温度提高,而且炉渣可燃 物也随之降低。这是因为高速蒸汽射流一方 面强化了高温烟气回流,稳定了燃烧,另一方 面也提高了一次风的刚性及携带煤粉能力, 同时对预燃室下壁起到一定的吹扫作用,有 利于防止煤粉颗粒沉降。 4. 4 开大底部二次风。 运行中将底部二次风 开度控制在80%以上,可以有效降低炉渣可 燃物含量。 4. 5 严格控制煤粉细度。 通过调整制粉系统 及限制给煤量,将煤粉细度R90严格控制在 15%以下,平均在10%左右。 通过采取以上措施, 2号炉的燃烧状况 有了明显地改善,经测定, 300MW负荷下飞 灰可燃物在5%8% ,炉渣可燃物在10% 15% ,大大优于调整试验前的数值
14、。 5 结论 双通道燃烧器具有结构简单,低负荷稳 燃效果好等优点,但由于其本身固有的空气 动力特点,使其出口一次风气流刚性弱,携带 煤粉能力差,如果调整不当,易发生炉渣可燃 物含量高等问题,影响锅炉运行经济性。为 此,应注意以下几点: (a)采取措施,在稳定燃烧的基础上,提 高一次风出口气流刚性及煤粉携带能力; (b)保证有足够的托底二次风,防止煤 粉沉降。 (c)严格控制煤粉细度。 (收稿日期: 1998- 02- 11) 6 山东电力技术 1998年第4期(总第102期) 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
