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我国煤粉锅炉直流与旋流燃烧器的发展概况及特点分析 王　庆 (湖南华电长沙发电有限公司,湖南长沙410203) 摘　要:燃烧器是锅炉燃烧系统的关键部件,其技术水平对锅炉整体效率有重大影响.近年来我国的燃烧器研制开发工 作取得了很大进展,直流燃烧器与旋流燃烧器在技术特点上各有优劣,我国在继续对直流燃烧技术进行改进和创新的同时, 也应重视旋流燃烧技术的发展与创新. 关键词:直流燃烧器;旋流燃烧器;锅炉 中图分类号:TK223　　　文献标识码:A　　　文章编号:1008-4681(2008)02-0040-04 1　前言 随着经济、社会的发展,人类对能源的需求逐年 增加,在聚变能、太阳能等新能源利用技术成熟以 前,煤、石油、天然气等化石燃料仍然是人类赖以生 存的主要能源.对我国来说,煤在我国的能源总消费 中占有70%以上的份额,而且在相当长的一个时期 内以煤为主的能源结构不会发生改变. 电力行业是我国的第一耗煤大户,据统计,2006 年全国发电用煤占全年煤产量的60%左右,因此电 力行业的节能降耗对全国能耗降低目标的实现有举 足轻重的影响.在我国火力发电厂中,煤粉炉得到了 广泛应用.锅炉技术发展的趋势是容量的增大和参 数的提高,其中燃烧技术的发展是一个重要方面.煤 粉燃烧器是锅炉燃烧设备的关键部件,其主要作用 是向炉膛内输送燃料和空气,并组织合理的混合与 燃烧.燃烧器的主要评价指标是使煤粉气流能够稳 定着火、燃尽,并防止结焦.随着目前环境污染的压 力增大,燃烧器的污染物控制(特别是NOx生成量 的控制)也已成为燃烧器性能的重要考察指标. 目前的煤粉燃烧器主要分为直流燃烧器和旋流 燃烧器两大类,两者分别是国外两大电站锅炉制造厂 商前C-E与B&W公司的制造传统.旋流燃烧器采 用前墙布置或前后墙对冲布置,即墙式布置;直流燃 烧器采用四角布置方式,即燃烧器布置于炉膛的四个 角上,形成切圆燃烧.上世纪80年代始,我国开始引 进国外的锅炉技术,由于在此以前国内对直流燃烧器 锅炉认识较多,因此主要引进了直流燃烧器,但是旋 流燃烧器也有引进[1].我国的燃煤锅炉大部分采用直 流燃烧器,应用旋流燃烧器的锅炉只占总容量的20% 左右[2].两种燃烧器各有优缺点,在小机组时代,均能 满足锅炉的技术要求,但随着锅炉容量的增大,必须 根据锅炉的煤种等特定情况加以选用. 2　旋流燃烧器特点及发展概况 旋流式燃烧器一般为圆形喷口,在旋流发生装 置的作用下,煤粉气流或二次风发生旋转,进入炉膛 后形成旋转射流.旋转射流的中心区是负压区,在压 力的作用下高温烟气回流,形成高温回流区,有利于 煤粉的着火.由于每个旋流器均可以形成高温回流 区并点燃煤粉气流,因此每个燃烧器的火焰具有相 对的独立性.旋流式燃烧器的扩展角大,形成的回流 区也大,早期混合强烈.但是旋流强度的增大也使得 旋转射流衰减很快,后期混合微弱,火焰行程较短. 旋流式燃烧器在小容量锅炉上一般采用前墙布置, 在较大的炉型上采用前、后墙或两侧墙对冲布置,组 织L形燃烧.根据旋流器的结构不同,旋流式燃烧器 主要分蜗壳型、可动叶轮型等类. 2.1　蜗壳型旋流燃烧器 用蜗壳作为旋流器的旋流式燃烧器称为蜗壳型 燃烧器,主要有双蜗壳型和单蜗壳型两种形式.其主 要区别是单蜗壳型的一次风不再通过蜗壳形成旋 流,而是直流射流.在一次风喷口加装扩流锥后,锥 体后形成回流区,可以改善着火,稳定燃烧.哈锅早 在20世纪50年代即开始设计、生产蜗壳式旋流煤 粉燃烧器[3].蜗壳式燃烧器调节性能差,蜗壳阻力系 数很大,特别是双蜗壳燃烧器的一次风阻力很大.单 蜗壳燃烧器的一次风阻力虽然显著减小,但扩流锥 经常烧坏.从上个世纪九十年代开始,蜗壳燃烧器已 经采用不多[4]. 收稿日期:2007-12-11;修回日期:2008-01-14 作者简介:王庆(1978-),男,湖南冷水江人,湖南华电长沙发电有限公司助理工程师. .2　可动叶轮型旋流燃烧器 可动叶轮型旋流燃烧器一次风一般是直流或弱 旋流,二次风通过可调节叶轮旋流器产生旋转,哈锅 在上个世纪60年代设计、生产了此类型燃烧器.目 前我国引进国外各大公司的旋流燃烧器在一些锅炉 上取得了不错的运行效果,如Babcock公司的旋流 式燃烧器在华能南通发电厂可以35%额定负荷不 投油.国内的哈锅、上锅、东锅、武锅等锅炉制造厂家 也都开发出有自己特色的旋流式煤粉燃烧器[3]. 3　直流燃烧器特点及发展概况 直流式燃烧器的出口气流的直流射流近似于自 由射流.相对旋流燃烧器,其扩散角小、早期混合较 弱,但射流刚性强、射程远.与旋流燃烧器不同,直流 燃烧器不是靠单只燃烧器出口的回流区内高温烟气 点火并稳燃的.直流式燃烧器采用的是四角布置、切 圆燃烧方式,炉膛内的气流流动由四角燃烧器的四股 射流共同形成,在炉膛中心组成一个旋转气流.燃烧 器射出的煤粉气流经过燃烧室内的切圆时变成强烈 燃烧的高温烟气,一部分直接补充到相邻燃烧器射流 的根部,使相邻燃烧器的煤粉气流升温并着火.射流 本身的卷吸和邻角的相互点燃特点,使直流式燃烧器 四角布置、切圆燃烧方式具有良好的着火性能. 直流式燃烧器的另一个特点是二次风的送入方 式灵活,由于二次风口与一次风口相对独立,相互间 的排列自由,可以在布置上变化出多种形式.当燃用 挥发分高的烟煤或褐煤时,可以采用均等配风的布 置方式,使得二次风能够及时、充分地供给焦炭的燃 烧,有利于燃尽.当燃用挥发分低的贫煤和无烟煤 时,可采用一次风集中布置的方式.一次风集中布置 使得煤粉气流的着火和燃烧相对集中,可以提高燃 烧区域局部热负荷和温度水平,改善着火条件. 近十多年来,根据我国火力发电厂进一步改善 燃烧,适应煤质变化和锅炉机组的调峰能力,节约点 火及稳燃用油,锅炉机组安全、可靠和经济运行的要 求,一些高等院校、科研单位与生产部门密切配合, 已经开发出一些新型煤粉燃烧设备.目前,这些新技 术和新设备已经在我国火电厂中得到不同规模的应 用,在稳定燃烧、适应煤质变化和负荷变动、节约点 火和稳燃用油等方面取得不同程度的效果. 3.1　夹心风燃烧器[4] 该燃烧器系西安交通大学和武汉锅炉厂等单位 研制.其研究背景是考虑到一次风煤粉气流向火面 与背火面着火条件实际存在着显著差异,背火侧煤 粉散射可能冲墙及煤粉气流中心部位供氧困难,于 是提出把常规的直流煤粉燃烧器的一次风喷口改成 三个直立的长方形喷口,即向火侧和背火侧一次风 口,中间为二次风口,即所谓的夹心风.夹心风的主 要作用是从一次风内部适当供氧,增强湍动,提高整 个射流的刚性和扰动度,从而使得炉内空气动力场 更加有利于介质的扩散、混合、传热,强化了燃烧过 程,为煤粉的充分燃尽创造有利条件. 夹心风燃烧器作为主燃烧器在一些烧劣质烟煤 和无烟煤的锅炉上应用能改善燃烧稳定性,提高锅 炉效率和设备利用率. 3.2　钝体燃烧器 该燃烧器是华中理工大学(今华中科技大学)80 年代初研制的,多用在燃烧劣质烟煤和贫煤的锅炉 上.它是在直流燃烧器一次风出口处设置一个非流 线型的物体(钝体),气流流过该物体后发生分流,它 的尾迹是一个反向流动的强烈回流旋涡区,由于回 流区内高温烟气和主气流之间进行着强烈的能量交 换,形成了火焰稳定的条件(如图1所示).除了形成 高温回流区外,钝体的存在还使得一次风射流的扩 展角比直流射流有显著增大,外卷吸作用也有增加, 这使得此种燃烧器能较好地适用于劣质煤燃烧[5].

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