摘要：某厂2×330MW亚临界机组低氮燃烧器改造完毕投入运行后发现存在飞灰含碳量和大渣含碳量偏高的问题，通过分析发现锅炉最下排DRB-4Z型燃烧器一次风速过高、刚性太强导致燃烧不稳。通过对#1炉DRB-4Z型燃烧器优化及改造，取得了良好效果。
关键词：锅炉，燃烧器，飞灰，大渣
设备概况
某厂2×330MW机组为北京巴布科克•威尔科克斯有限公司生产的亚临界参数、自然循环单炉膛、一次中间再热、平衡通风、前后墙对冲燃烧、固态排渣、全钢悬吊结构、紧身封闭布置的燃煤汽包炉。每台炉配置五台ZGM113K型中速磨煤机，单台磨配4只旋流燃烧器，磨煤机为四运行一备用方式。
低氮燃烧器改造是将原有的燃烧器全部拆除，重新安装由北京巴威生产的DRB-4Z型旋流燃烧器。为实现“微油点火”，将位于下层D、E磨的燃烧器采用加装带微油油枪的DRB-4Z型燃烧器。为保证煤粉完全燃尽，降低飞灰可燃物和CO浓度，在位于最上层C燃烧器上方的前、后墙各加装了四只OFA风门。
DRB-4Z型燃烧器低氮燃烧原理
DRB-4Z燃烧器共分为四个区域：第一个区域为一次风和煤粉混合的流通区域；第二个区域为环绕在一次风外围的过渡区；第三个和第四个区域分别为内、外二次风区域。
燃料的初始燃烧阶段发生在燃料相对富集的燃烧器喷口附近，处于过渡区的二次风气流为直流送风方式，具有刚性强的特点，处于过渡区的二次风气流可推迟外围的旋转气流过早的与一次风中的煤粉接触，并向核心区域卷吸部分高温烟气，维持煤粉持续燃烧。在这个过程中，由于风量不足，燃烧处于缺氧状态，煤粉中析出的挥发分被氧化后会产生还原性物质H2S和CO，从而抑制了NOX的生成。随着燃烧过程的推进，内、外二次风按一定比例通过调风挡板进入燃烧器，由于内外二次风是旋流送风方式，具有一定的旋流强度，通过卷吸高温烟气，提供煤粉着火和稳燃所需的热量，并及时补充煤粉所需的氧量。
飞灰和含碳量高的原因
该厂#1、#2炉于2013年5月改造完成，5月底开始进行改造后的燃烧调整工作，经过2个多月的调整试验，发现飞灰含碳量为2.5%-3.5%，大渣含碳量处于3%-10%范围内，高于同容量机组。通过磨煤机组合特性试验发现：锅炉四台磨运行并启动两台下层磨煤机（D、E磨）时，大渣含碳量高达7.25%；启动上三台磨煤机（A、B、C磨）时，大渣含碳量小于3%，处于良好水平。由此说明，D、E磨煤机对应的DRB-4Z型燃烧器燃烧效果较差。此外，由于燃烧器的二次风量不足，导致托粉效果较差，从而导致大渣含碳量偏高。不同磨煤机组合大渣含碳量见表1。
通过核查，DRB-4Z型燃烧器的一次风速为25m/s，而原燃烧器的一次风速为17~19m/s。本项目为高灰、低热值的准格尔洗中煤，燃烧器一次风速过高，不但不利于煤粉的着火、稳燃，还会造成大渣含碳量显著增加；而且一次风速过高使一次风动量较高，从而会影响二次风的卷席效果，直接影响燃烧效果。同时，与同为准格尔煤种的托克托电厂、岱海电厂的燃烧器设计参数进行了对比，托克托和岱海设计煤种和实际燃用煤种为高灰分低热值烟煤，与准格尔煤种非常接近，托克托燃烧器一次风速为18.3m/s，岱海燃烧器一次风速为17-19m/s，实际运行表明，锅炉的大渣含碳量均不高，为1-4%。
综上分析，下层D、E磨的DRB-4Z型燃烧器存在一定缺陷，使得煤粉不能有效燃烧，导致飞灰含碳量和大渣含碳量偏大；OFA不能实现充分补燃的作用，导致飞灰含碳量偏大及火焰中心上移。#1炉大渣含碳量高的主要原因是DRB-4Z燃烧器一次风速过高。
DRB-4Z型燃烧器的优化
4.1 DRB-4Z型燃烧器一次风喷口内径优化
DRB-4Z型燃烧器一次风风速不仅对煤粉的着火、稳燃和大渣含碳量的高低有较大的影响，而且也会影响燃烧效果。为了达到预期效果，经计算和分析，应将DRB-4Z型燃烧器的一次风喷口内径由Ф540mm扩大至Ф616mm，这样可以实现将一次风喷口速度降至17-19m/s。
4.2 DRB-4Z型燃烧器燃烧室优化
为了降低#1、#2炉的大渣含碳量，需对DRB-4Z型燃烧器进行优化整改升级，更换D、E磨对应的8只微油点火燃烧器一、二、三级煤粉燃烧室及二级浓缩环，优化整改范围为距喷口1170mm的管段。
4.3间接降低一次风速试验
为了模拟优化后的DRB-4Z型燃烧器效果，进行了D、E磨降低一次风粉管流速试验。通过试验前、后的飞灰大渣含碳量、氮氧化物、减温水量、主再热汽温和受热面金属壁温的数据变化，以检验改造方案是否可行。根据方案，在燃烧器改造前，首先进行一次#1机组D、E磨煤机降低一次风速试验，通过改变磨煤机入口一次风量和给煤量的方法，间接的将燃烧器喷口一次风速由25m/s降低至19m/s，试验结果证明，一次风速降低后，大渣含碳量有所降低，燃烧状态有所好转。
优化后燃烧试验
#1锅炉DRB-4Z型燃烧器优化完成后，进行了优化性能评价试验，330MW时运行A、B、D、E磨；165MW时，运行A、B、C磨。DRB-4Z型燃烧器优化前后试验数据见表2。
通过以上数据，可以得出，165MW工况，飞灰含碳量由改造前的2.16%下降至改造后的1.58%，降低26.85%，大渣含碳量由改造前的4.72%下降至改造后的1.74%，降低63.13%；330MW工况，飞灰含碳量由改造前的2.44%下降至改造后的1.76%，降低27.87%，大渣含碳量由改造前的7%下降至改造后的1.96%，降低72%。通过对DRB-4Z型燃烧器改造，无论是飞灰含碳量还是大渣含碳量均得到了大幅度的降低。
结论
通过对DRB-4Z型燃烧器的一次风喷口内径降低一次风速和更换一、二、三级煤粉燃烧室及二级浓缩环的优化和改造，达到了在保证锅炉效率及其他参数正常的前提下，使锅炉的飞灰含碳量和大渣含碳量大幅下降，为同类型机组的低氮燃烧器的改造及燃烧调整提供了很好的参考经验。
参考文献:
[1]米翠丽，樊孝华，魏刚，张勇胜.DRB-4Z型双调风旋流燃烧器出口流场的数值仿真研究[J].热力发电，2012，41（11）：36-40.
[2]李朝兵，郑荣满，王磊，张海潮.DRB-4Z（TM）低NOx双调风旋流燃烧器调试技术研究[J].电力科技与环保，2016，1（32）：54-46.
作者简介：
王锋，男，1982.05.05出生，2007年9月毕业于华北电力大学，工学学士，现为神华国华寿光发电有限责任公司生产技术部锅炉主管
论文作者:王锋,夏克宁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/24
标签：燃烧器论文; 风速论文; 煤粉论文; 锅炉论文; 托克托论文; 准格尔论文; 效果论文; 《电力设备》2017年第16期论文;