锅炉｜两种燃烧方式的 6 点对比

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锅炉｜两种燃烧方式的 6 点对比

1 燃烧经济性
对于切圆燃烧来说, 其优势在于:
(1)煤粉在炉内行程长, 炉内停留时间长。
(2)受邻角高温烟气的直接冲刷, 强化了燃烧。
在正常情况下, 采用切圆燃烧技术时其燃烧经济性是有保障的。
对冲燃烧锅炉采用旋流燃烧器, 就燃烧经济性来说, 它的优势在于:
(1)旋流燃烧器的一、二次风混合早且强烈,保障了煤粉及时、充分燃尽。
(2)旋流燃烧器对高温烟气的卷吸率高。
(3)对冲燃烧的炉膛的炉膛热负荷易控制均匀。
应该说, 无论是对冲燃烧还是切圆燃烧, 燃烧经济性的问题已甚本解决。切向燃烧技术中WR 型燃烧器等浓淡分离技术的普遍使用, 旋流燃烧器中低燃烧速率燃烧器的研发与运用, 燃烧经济性问题已不再成为业内关注的首要问题。特别是烟煤的燃烧, 其燃烧效率之高,已基本达到了极限。
2 结渣、磨损与高温腐蚀
煤种的结渣特性和炉膛容积热负荷、截面热负荷的选取是炉内结渣与否的重要影响因素, 在以上参数一定的情况下, 采用何种燃烧方式, 燃烧器布置方式、燃烧器结构特征等则成为解决结渣问题的核心。
对切圆燃烧来说, 合理组织切圆大小, 控制火焰中心偏斜是控制结渣的关键。切圆直径大于一定值时, 结渣趋势随切圆直径的增大而增大, 大量熔融、半熔融煤粉颗粒将直接撞击水冷壁, 形成结渣, 同时磨损水冷壁, 发生高温腐蚀。切圆又不能太小, 否则高温火焰集中于炉膛中部, 不利于着火和稳燃。
同心切圆燃烧技术如图1所示的普遍使用对解决切圆燃烧中的结渣问题起到了重要作用。二次风以大切圆喷入炉膛, 而一次风粉气流以小切圆、或对冲、或反向小切圆的形式进入炉膛, 形成炉膛中央的富燃料区和水冷壁周围的富空气区, 减小了一次风冲刷水冷壁的可能性, 不仅对于控制结渣, 对减小水冷壁磨损和高温腐蚀也大有帮助。同时一、二次风的混合更加强烈, 有利于煤粉完全燃烧

相对而言, 对冲燃烧炉中旋流燃烧器射流冲墙的几率较切圆燃烧小得多, 通过对单个燃烧器的旋流强度、火焰扩散角和一、二次风配比的控制即可实现对炉膛整体粘污水平的控制。
对冲燃烧炉中单个燃烧器功率的选取和燃烧器区域热负荷的选取是关键, 因为燃烧器区域结渣问题依然存在。单个燃烧器功率过大, 会使燃烧器区域局部热负荷过高而产生结渣, 切换和启停燃烧器对炉内火焰偏斜的影响较大, 一、二次风的气流太厚, 不利于风粉混合。但燃烧器只数减少, 相应管道及风箱布置则较简单。
3 低Nox 燃烧
传统旋流燃烧器的二次风通常采用强旋流, 二次风过早与一次风混合, 不能在着火区形成局部高浓度区, 这有悖于浓淡燃烧原理和分级燃烧原理,不利于低NOX 燃烧。
后发展起来的目前已被成熟应用的新型旋流燃烧器中大部分采用双通道旋流结构。较为典型的有Babcock 双调风燃烧器和IHI -FW双流旋流燃烧器。
其结构特点是将旋流二次风通道分解成两个通道, 通过分级送风实现分级燃烧以降低NOX 。新型双通道旋流燃烧器中的一次风不旋或弱旋, 避免燃烧器出口初期混合强烈而后期混合微弱的缺陷, Babcock 双调风燃烧器为典型代表。
新型旋流燃烧器出口形成局部煤粉高浓度区,是获得良好燃烧的基础, 可以实现低负荷稳燃和低NOX 排放, IHI -FW双流旋流燃烧器为此种典型详见图2 。

相对切圆燃烧, 对冲炉型的燃烧器更易布置,这为其合理布置燃烧器顶部的过燃风(OFA)喷口提供了便利。
切圆燃烧时一、二次风射流基本平行进入炉膛, 其早期混合并不强烈, 煤粉火焰是一种边燃烧边同二次风混合的扩散火焰, 因此形成了一种较长的火焰结构。
这种燃科与空气混合的方式符合分级燃烧理论, 对降低NOX 的生成是有利的。特别是采用CFS 、LNCFS 的燃烧系统布置方式, 更加推迟了一、二次风的初期混合, 加强了空气分级的效果,并配以各种浓淡燃烧器, 更起到抑制NOX 生成的作用。
4 低负荷稳燃
切圆燃烧锅炉的特点是各角间互相引燃, 相互作用。20 世纪80 年代末我国引进CE 燃烧技术生产的300 MW、600 MW机组, 烟煤锅炉不投油最低稳燃负荷为炉最大出力的40 %BMCR, 贫煤炉为60 %。
20 世纪90 年代普遍采用WR 燃烧器后, 进一步提高了着火稳定性, 烟煤锅炉最低负荷降为30 %BMCR, 贫煤锅炉降为55 %BMCR。
旋流燃烧器的自稳燃特点, 使对冲燃烧锅炉的低负荷稳燃能力明显优于切圆燃烧锅炉。旋流式燃烧器其低负荷稳燃能力之强, 甚至能降到额定负荷的20 %。
5 汽温调节方式
目前切圆燃烧普遍采用摆动式燃烧器调节汽温。一般以燃烧器摆动喷嘴辅以减温水控制再热汽温, 而过热汽温则完全由减温水控制。这种方法的优点在于对流受热面布置较容易, 制造成本较低, 汽温调节范围较大, 控制灵敏。
其缺点在于摆动喷嘴对汽温的控制不够精确, 经常需要再热器减温水的帮助。对冲炉广泛采用过热、再热烟气档板来控制汽温。
一般以过热、再热烟气档板辅以减温水控制再热汽温。其缺点是对流受热面布置较受约束, 档板的节流增加了烟风系统阻力, 对尾部烟道的磨损也有不利之处。其优点在于档板对汽温控制精确,再热汽减温水可只作为事故喷水使用, 且档板的操作灵活简便、控制可靠。
无再热器减温水使再热器系统阻力减少, 而且大大有利于炉效的提高。相对于燃烧器摆动喷嘴对主汽温与再热汽温的同向控制, 烟道挡板对主汽温与再热汽温的控制是反向的, 即在解决任何一方(主汽温或再热汽温)偏低或偏高的同时, 可利用另一方(再热汽温或主汽温)汽温的余量来平衡, 不会出现类似于燃烧器摆喷嘴控制中为解决再热汽温的偏低而使过热汽减温水量过大的情况。
6 烟气偏差
四角切圆燃烧锅炉炉膛出口普遍存在左右两侧烟温与烟速的偏差, 这是由于切圆燃烧锅炉炉膛出口烟气存在着相当的残余旋转强度。这样, 如何削弱炉膛出口烟气的残余旋转, 改善进入水平烟道的烟气流动状态成为解决问题的关键。
目前国内针对减小烟气偏差而主要是在三次风喷口和顶部二次风喷口采取一些措施, 将三次风和顶部二次风改为反切圆布置, 但收效普遍不明显。
其主要原因为通常设计中的三次风和顶部二次风喷口均未脱离主燃烧器区域, 且其风量与风速不可能大到足以消除炉内主二次风气流的旋转动量矩的程度。况且炉内气流旋转上升加强了炉内混合, 增加了煤粉的燃烧行程, 此为切圆燃烧的优点与特点。
硬要在燃烧器区域的顶部削弱或取消气流的旋转,是一得不偿失之举。与OAF 喷口的设置类似, 消旋喷口的设置应尽量脱离主燃烧器区域, 在不影响燃尽的前提下,提高其喷口位置, 加大其风量与风速, 吸收对冲炉的优点, 在消旋并控制炉膛出口烟温的同时降低NOX 的排放。
为消除炉膛出口烟气偏差, 部分研究者在炉膛折焰角上, 使用不等深度的折焰角来削弱或消除烟气偏差, 此方法为解决烟气偏差提供了新的思路。对冲炉中旋流燃烧器沿前后墙均匀布置, 因此沿炉膛宽度方向热负荷均匀, 炉膛出口及水平烟道的烟温偏差很小且易控制, 此为对冲燃烧炉的最大优点之一。


参考文献：华国钧, 施可登, 张书谨. 对冲燃烧与切圆燃烧技术的共同发展