对冲燃烧与切圆燃烧技术的共同发展

电力18讯：    四角切圆燃烧技术曾经在我国的电站锅炉设计与实际使用中占据了非常重要的位置, 特别是从20 世纪70 年代末大型机组中CE 型锅炉技术的引进开始, 我国的四角切圆燃烧技术日趋成熟。而从20 世纪80 年代初以巴威和福斯特惠勒为代表的对冲燃烧技术的引进, 又极大地推进了国内对冲燃烧技术的发展, 不少300 MW以上大型机组采用了对冲燃烧技术。切圆燃烧锅炉的主导地位受到了对冲燃烧锅炉的强有力挑战。

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。
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。

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。20 世纪80 年代发展起来的同心切圆燃烧技术(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。
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
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。
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。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。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。