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1、锅炉燃烧系统及设备概述煤粉锅炉的燃烧设备由燃烧室（炉膛）和燃烧器两部分组成。煤粉炉的燃烧器包括作为主燃烧 器的煤粉燃烧器、辅助燃烧的油燃烧器及点火装置或等离子点火燃烧器。煤粉主燃烧器主要 有直流燃烧器和旋流燃烧器两种。一. 炉膛炉膛是燃料燃烧的场所，又是热交换的部件。因此炉膛在保证燃料完全燃烧的同时，应 合理布置受热面以满足锅炉容量的要求，保证炉膛出口烟气温度不超过允许值，使其后的对 流受热面不结渣和不超过安全工作所允许的温度。理论上，炉膛的结构应满足下列要求：1） 具有良好的空气动力场。2） 具有合理的热负荷。本工程 600MW 超临界本生直流锅炉炉膛尺寸大小，是依据所其燃用煤质的着火特性、
2、 结渣特性、燃尽特性、粘污特性等种种特性，以及要满足所规定的燃烧效率和控制NOX产 生量，选定与燃烧器、容量、配置和其它各项相一致的各种部份尺寸。炉膛的几何尺寸以及 其计算数据（包括炉膛容积热负荷，炉膛断面热负荷，燃烧器区域热负荷等）以及炉膛布置将 根据上述煤和灰的特性进行设计和选取的，当在所有工况下燃用特定的设计和校核煤种的时 候，炉膛的设计和燃烧器的布置能确保水冷壁管屏的任何一部分，过热器和再热器不会被火 焰冲刷，燃烧器之间也不相互影响。炉膛的设计能保证燃烧完全，并且在炉膛内不发生不可控制的结渣。当锅炉的出力为 B-MCR 的时候，炉膛出口的平均烟气温度将大大低于灰的初始变形温度。沿炉膛宽
3、度方向 的对称点上，炉膛出口烟气温度的偏差不大于50 Co另一方面在设计负荷改变时热容量改变剧烈的超临界变压锅炉的时候，要能够适应负荷 的高速变化、启动和停止等要求，以达到合理地确定炉膛尺寸、提高效率。 本工程的炉膛主要几何尺寸和热力指标如下表：名称单位技术数据炉膛型式螺旋盘绕+垂直管屏膜式水冷壁炉膛尺寸（宽，深，高）mm19419, 15457, 63000炉膛容积m316859炉膛总受热面积m210030炉膛辐射受热面积m26666 (EPRS)炉膛容积热负荷（B-MCR）*kW/ m389.9炉膛截面热负荷（B-MCR）*kW/ m25.0X103炉膛有效投影辐射受热面（EPRS）热负荷
4、（B-MCR）*kW/ m2243.2燃烧器区壁面热负荷（B-MCR）*kW/ m21.68X103名称单位技术数据炉膛出口温度（B-MCR）C1011炉膛设计压力Pa土 5800短时不变形承载压力Pa土 8700燃烧器型式HT-NR3 型燃烧器出口直径mm1085 （暂定）燃烧器数量（每排只数X层数）4X3X 2/炉燃烧器组高度m9.9最下层燃烧器中心距灰斗上沿尺寸m2.4点火及低负荷用的油枪型式点火油枪：机械雾化 启动油枪：蒸汽雾化油枪配备数量（点火油枪/启动油枪）个24/8单个油枪耗油量（点火油枪/启动油枪）kg/h250/4700供油压力MPa1.5/2.5最上排燃烧器中心到屏下端的距
5、离m24.5最上排燃烧器中心到烟窗中心的距离m34.2锅炉下联箱标高m7000灰斗上沿标高m17465.8二. 燃烧器燃烧器是锅炉的主要燃烧设备，其作用是布置燃料和空气的充分混合、及时着火和稳定 燃烧。燃烧器的型式很多，按出口气流的流动性可以分为直流燃烧器和旋流燃烧器。直流燃 烧器的出口射流是不旋转的直流射流和直流射流组，直流燃烧器一般都布置成四角切圆燃烧 方式；旋流燃烧器的出口射流是一边旋转，一边向前作螺旋运动，旋流燃烧器均布置成墙式 对冲燃烧方式。第二节 燃烧系统的设计及布置一. 燃烧系统设计指导思想 由于本工程设计煤种和校核煤种不易结渣，着火稳定性、燃尽特性较好。因而本工程煤 粉燃烧器的
6、设计指导思想：主要考虑煤粉的着火稳定、燃尽性、负荷调节能力、炉内结渣和 水冷壁高温腐蚀、低 NOX 排放、较低负荷不投油稳燃等方面，同时还充分重视飞灰对尾部 对流受热面的磨损问题。图 1 为本工程燃烧系统设计的指导思想简图。燃稳证保性特火着进改放排P低降碳尽燃未低降合混流气内炉高提图简想思导指计设的统系烧燃 1图果效的碳尽燃未低降对针-器烧燃采 -焰火原还温高成形烧燃火着前提 解分速迅P近附器烧燃 7烧燃的碳进促扫风尽燃置布化优果效的Q低降对针TL烧燃级两用采口风尽雙流气双用米区解分内焰R间时留停的当适烧燃碳进促 解分内焰的*优度细粉煤高提区尽燃佳最合混内炉流气进促烧燃全完碳进促 间时留停的够
7、足停留时间量碳尽燃未口风尽燃xON 碳尽燃未二. 燃烧系统的布置的目要主 施措的碳尽燃未和A低降 果效本工程燃烧系统采用前后墙对冲燃烧，燃烧器采用新型的HT-NR3低NOx燃烧器。燃 烧系统共布置有12只燃尽风喷口，24只HT-NR燃烧器喷口，共36个喷口。燃烧器分3层， 每层共4只，前后墙各布置12只HT-NR燃烧器；在前后墙距最上层燃烧器喷口一定距离处 布置有一层燃尽风喷口，每层6只，前后墙各布置6只。燃烧设备系统为前后墙布置，采用对冲燃烧、旋流式燃烧器系统，风、粉气流从投运的 煤粉燃烧器、燃尽风喷进炉膛后，各只燃烧器在炉膛内形成一个独立的火焰。前、后墙各布置3层HT NR3燃烧器，每层4
8、只；同时在前、后墙各布置一层燃尽风喷口, 其中每层2只侧燃尽风（SAP）喷口，4只燃尽风（AAP）喷口。每只煤粉燃烧器布置有一只 250kg/h 的小油枪（机械雾化），用于启动油枪和煤粉燃烧器的点火及维持煤粉燃烧器的稳 燃;前墙中排和后墙中排每只燃烧器中心布置有启动油枪（蒸汽雾化），单只出力4700kg/h, 共8只。燃烧器层间距为4.9571m，燃烧器列间距为3.6576m,上层燃烧器中心线距屏底距离约 为28.5m，下层燃烧器中心线距冷灰斗拐点距离为2.3977m。最外侧燃烧器中心线与侧墙距 离为4.2232m，燃尽风距最上层燃烧器中心线距离为7.0046m。燃烧器配风分为一次风、内二次风
9、和外二次风，分别通过一次风管，燃烧器内同心的内二次 风、外二次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛。其中内二次风为直流，外二次风为 旋流。其示意图见图2 。55令令母令图 2 燃烧器布置简图1. 煤粉燃烧器的配风在巴布科克-日立公司HT-NR3燃烧器中，燃烧的空气被分为三股，它们是：直流一次风、 直流二次风和旋流三次风。如图3所示。图 3 HT-NR3 的配风示意图【一次风】一次风由一次风机提供。它首先进入磨煤机干燥原煤并携带磨制合格的煤粉 通过燃烧器的一次风入口弯头组件进入HT-NR燃烧器，再流经燃烧器的一次风管，最后进入 炉膛。一次风管内靠近炉膛端部布置有一个锥形煤粉浓缩器，用于在煤粉气
10、流进入炉膛以前 对其进行浓缩。经浓缩作用后的一次风和二次风、三次风调节协同配合，以达到低负荷稳燃 和在燃烧的早期减少NOx的目的。【二次风、三次风】燃烧器风箱为每个HT-NR3燃烧器提供二次风和三次风。风箱采用 大风箱结构，同时每层又用隔板分隔。在每层燃烧器入口处设有风门执行器，以根据需要调 整各层空气的风量。风门执行器可程控操作。二次风和三次风通过燃烧器内同心的二次风、三次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送 入炉膛。燃烧器内设有挡板用来调节二次风和三次风之间的分配比例。二次风调节结构采用 手动形式，三次风采用执行器进行程控调节。三次风通道内布置有独立的旋流装置以使三次风发生需要的旋转。三次风旋
11、流装置设计 成可调节的型式，并设有执行器，可实现程控调节。调整旋流装置的调节导轴即可调节三次 风的旋流强度。在锅炉运行中，可根据燃烧情况调整三次风的旋流强度，达到最佳的燃烧效 果。2. 燃尽风(OFA)燃尽风采用优化的双气流结构和布置形式。燃尽风风口包含两股独立的气流：中央部位 的气流是非旋转的气流，它直接穿透进入炉膛中心；外圈气流是旋转气流，用于和靠近炉膛 水冷壁的上升烟气进行混合。外圈气流的旋流强度和两股气流之间的分离程度由一个简单的 调节杆来控制。调节杆的最佳位置在锅炉试运行期间燃烧调整时设定。这样，可通过燃烧调 整，使燃尽风沿膛宽度和深度同烟气充分混合，既可保证水冷壁区域呈氧化性特性，
12、防止结 渣；同时可保证炉膛中心不缺氧，达到高燃烧效率。同时，燃尽风口的布置采用巴布科克-日立公司最优化的布置形式。前后墙的燃尽风口 均布置6 个，使燃尽风沿炉宽方向燃尽风覆盖了整个一次风。这种布置可有效的防止出现煤 粉颗粒逃逸现象，有利于降低飞灰可燃物，同时又可防止燃烧器区域靠近两侧墙处结焦。3. 燃烧器配风控制：燃烧器每层风室的入口处均设有风门挡板，所有风门挡板均配有执行器，可程控调节。 全炉共配有16个风门用执行器，(参见图4)执行器上配有位置反馈装置，执行器具有故障 自锁保位功能。1图 4 燃烧器的配风控制示意图为使每个燃烧器的空气分配均匀，在燃烧器区域设有大风箱，大风箱被分隔成单个风室
13、， 每个燃烧器一个风室。大风箱对称布置于前后墙，设计入口风速较低，可以将大风箱视为一 个静压风箱，风箱内风量的分配取决于燃烧器自身结构特点及其风门开度，这样就可以保证 的燃烧器在相同状态下自然得到相同风量，利于燃烧器的配风均匀。大风箱和燃烧器的载荷通过风箱的壳体，传递给支撑梁；支撑梁的一端与壳体相连，另 一端与固定在钢结构上的恒力弹簧吊架相连。风箱简图见图5。这样，大风箱和燃烧器的载 荷不由螺旋水冷壁支撑，避免了对螺旋水冷壁造成损坏。第三节 HT-NR 旋流煤粉燃烧器(加入定电旋流燃烧器工作原理)通过燃烧器和炉膛设计的匹配来实现降低 NOx 生成量、低负荷稳定燃烧、充分燃尽。 东方锅炉集团股份
14、有限公司采用巴布科克日立公司(Babcock Hitachi k.k.)的技术为本工程提 供的燃烧系统设计方案具有如下优势：HT-NR3燃烧器在空气动力特性上具有良好的燃烧稳定性HT-NR3燃烧器具有高的燃烧效率HT-NR3燃烧器采用了 NOx的焰内分解技术，有效的降低NOx生成采用燃尽风(AAP)控制燃烧反应当量，进一步降低NOx每只燃烧器配有 250kg/h 容量的小油枪，能大量节约燃油一. 墙式对冲燃烧方式的特点在切圆燃烧方式锅炉中，由于炉膛内烟气的旋转，机组通常会遇到出口烟气能量的偏差， 一般烟温偏差达100C左右，偏差严重的甚至达到300C。在旋转烟气流中，灰粒子受离心 力的作用，部分有冲刷和贴到水冷壁上，造成结渣和水冷壁腐蚀的问题。在燃用高灰份煤也 会遇到水冷壁管磨损问题。通过将更多的风布置在靠近壁面的位置，这些问题会有所缓解 但是这种燃料和风的分离不可避免地会影响到燃尽。与此形成鲜明对比的是：对冲旋流方式燃烧锅炉单个旋流燃烧器具有良好的燃料、空气 分布旋流燃烧方式的燃烧器射流在喷入炉膛时依靠射流旋转时产生的中心回流来稳定燃烧 其特点是单一燃烧器可以组织燃烧。旋流燃烧器也分输送煤粉的一次风与助燃的二次风。旋 流燃烧器稳定燃烧的关键是通过气流的切向旋转在燃烧器出口中心附近形成稳定的、合适的 轴向回流区。旋流燃烧器的旋转强度决定旋流燃烧器的工作特性。旋流强度既要足
