富集型煤粉直流燃烧器的稳燃原理及应用

电力18讯：    0　前言

　　近年来，从国外引进了不少锅炉稳燃技术和相应的燃烧器，例如从ABB-CE公司引进了WR宽调节比燃烧器和同心反切燃烧技术，从日本三菱公司引进的浓淡分离燃烧技术(称浓淡燃烧器)以及燃烧无烟煤的W型火焰燃烧技术。在国内，为适应调峰稳燃需要，一些高校和研究单位相继开发了各种不同稳燃能力的燃烧器，如煤粉预燃室燃烧器、钝体燃烧器、船形燃烧器、大速差同向射流燃烧器、偏置射流燃烧器，双通道燃烧器、浓淡分离燃烧器(浓淡分流浓股导向向火侧或上下分流等)以及稳燃腔燃烧器等。这些燃烧器的大多数曾经起到和现在仍然起着一定的稳燃作用，为国家节约了大量稳燃用油。然而，随着电力生产及调峰要求的提高，这些燃烧器中有的稳燃能力不能满足要求，有的引起炉膛高温腐蚀，有的容易结焦而不能正常运行。因此，迫切要求开发出调峰能力强、燃烧效率高、低NOx排放的新型燃烧器。“富集型煤粉直流燃烧器”(以下简称富集型燃烧器)正是在这样背景下研制出来的。

1　煤粉火焰的稳燃原理

　　一般说来，煤粉燃烧过程要经历3个阶段：一是煤粉气流的预热阶段，在此阶段中，煤粉及其输送介质要得到外部加热，使水分蒸发，挥发份充分析出，并加热到着火温度，这是一个吸热过程。所需的热量通常称为“着火热”；二是煤粉的着火、燃烧阶段，在此阶段中挥发物及焦炭首先着火并燃烧，它也是NOx产生及其控制的主要阶段，它是一个大量的释热、升温阶段；三是燃烬阶段，它也是燃烧过程的中、后期，是焦炭燃烬组织得好坏的关键阶段，有时也是NOx排放控制的关键阶段，它也是一个放热过程但需要的时间较长。在燃烧过程中以上3个阶段不是截然分开的，而是相互联系、相互制约的。
　　煤粉火焰的着火和稳定燃烧主要决定于燃烧过程的第1阶段，即将煤粉气流加热、使水分蒸发、挥发物充分析出，并加热到着火温度的阶段。所需热量“着火热”必须由外部提供，其中一部分用来加热煤粉本身达到着火温度，另一部分则是用来加热输送介质达到着火温度。着火温度越低，“着火热”就越小，就越容易着火。褐煤、烟煤的挥发物含量大，挥发物容易析出，在着火区域的挥发物浓度高(空间浓度)，因而其着火温度低，它们就容易着火及稳燃。贫煤、无烟煤的挥发物含量低，着火区域的挥发物浓度低(空间浓度)，着火温度要求高，因而不易着火和稳燃。因此，煤的挥发物含量极大地影响着火温度和相应的稳燃效果。采取各种措施人为地造成着火区域的高煤粉浓度和挥发物浓度(空间浓度)也是降低着火温度、提高稳燃能力的重要措施。煤粉的输送浓度越大，一方面用来输送煤粉所需的气体介质比例越小，用在加热输送介质的热量就小，所需的“着火热”降低。另外由于着火区域的煤粉挥发物浓度提高，着火温度降低。
　　因此，高浓度煤粉就容易着火和稳燃。煤的水分越大，用来蒸发干燥水分所需的热量增加，“着火热”要大一些，不利于着火稳燃。煤的热值降低，要求燃烧更多的煤粉，当煤粉输送浓度一定时，相对地有更多的输送介质要被加热，因此，煤的热值越低，就不易着火和稳燃。
　　多年来，人们注意到煤粉输送浓度增加，会降低“着火热”，有利于着火和稳燃，并相继开发出许多浓淡燃烧器。然而，人们注意不够的是没有很好地应用由我国动力工作者提出的“煤粉减速、滞止增浓、增温着火”的机理，去组织燃烧器的着火稳燃。这个机理可以表述如下：在燃烧器出口，组织起煤粉气流的急拐弯，并在其后形成回流区(涡流区)，煤粉由于惯性将射入此回流区，在这里减速、滞止增浓(空间浓度)、增温着火(当回流区已处高温时)。这个区域又称有利于着火区，也有称“三高区”。
　　多年来，人们另一个注意不够的问题是让一次风煤粉气流中小部分煤粉(例如10%～20%)首先着火，形成小火焰，让小火焰生成的热量去点燃整个一次风煤粉，即小火点大火的原理。人们只是想到提高输送介质温度(一、二次风温)以及利用一、二次风的动量抽吸炉膛高温热烟气来加热一次风粉混合物，达到及早着火和稳燃的目的，也相继开发热风送粉系统及有关的燃烧器。然而，在这里要加热的是全部一次风，其加热温度受到限制，因而煤粉着火，稳燃也会受到限制。
　　“富集型燃烧器”是在总结国内外现有燃烧器运行实践和上述着火稳燃原理基础上提出的。下面介绍它的稳燃原理、特性及实践。

2　富集型煤粉直流燃烧器的稳燃原理、性能和实践

　　图1为富集型煤粉直流燃烧器的原理、性能示意图。　　




图1　富集型煤粉直流燃烧器原理示意图

　　一次风煤粉气流进入燃烧器后，通过一个特殊装置(称为“富集器”)实现煤粉浓淡分离、滞止增浓和快速升温、快速热解、快速着火，形成小火焰。利用小火焰生成的热量去点燃整个一次风煤粉，形成大火焰，达到着火稳燃、低NOx排放和高效燃烧的目的。
　　由于该燃烧器应用了小火点大火以及煤粉减速、滞止增浓、快速升温、快速热解着火的崭新思想，并通过实验和应用