双调风轴向旋流燃烧器试验与优化研究

摘要

煤粉燃烧器的优化对于实现大型电站锅炉的高效燃烧和低NOx排放具有重要的意义。本文以国电宁夏石嘴山发电有限责任公司4x330MW机组锅炉使用的双调风轴向旋流燃烧器为对象,为解决在实际运行过程中存在燃烧器掉粉及由此引起的炉渣含碳量高、燃烧稳定性和燃烧器调节能力差等问题,采用燃烧调整优化试验、空气动力场试验等试验方法,对该燃烧器的结构、性能和空气动力学特性等进行了系统研究。燃烧调整优化试验表明,燃烧稳定性差和调节能力差的根本原因是燃烧器本身的缺陷,表现为内二次风旋流强度不足对燃烧状况产生明显的改变,而燃烧调整的作用有限;同样对锅炉大渣含煤,燃烧调整也不能明显改善。冷态试验台试验研究结果表明,现有燃烧器的稳焰环造成在一次风出口的一次风管外壁附近形成相当宽的低速区,是导致积粉的主要原因;而采用稳焰齿可使一次风管出口速度分布均匀,减小外壁附近的低速区,增加外壁附近湍流扰动,既有利于减轻积粉,又可保持燃烧器在燃烧方面的优势。针对内二次风调节能力差进行的冷态空气动力场试验发现,内二次风对回流区大小起着重要的作用,增加其旋流强度,回流区增大有利于强化着火和稳定燃烧,反之则不利于燃烧稳定;而增加内二次风风量相对影响不大;燃烧器结构缺陷主要是内二次风通道的结构和流动特性不佳,导致回流区尺寸和射流扩展角小,内二次风的调节性能差。燃烧器空气动力学特性的数值模拟研究结果表明,内二次风速度和风量不够的原因是,内二次风叶片数量较多且与轴向夹角大导致该区域阻力太大,而内二次风旋流强度大而轴向速度不足,是又一重要原因。通过本文系统的试验和研究确定,燃烧器出口处积粉的现象是现有燃烧器采用稳焰环造成的;内二次风量不足、内二次风燃烧调节能力差的原因是内二次风叶片结构不合理导致该区域阻力太大。因此针对这两个方面进行燃烧器的结构改造,可实现燃烧器的燃烧优化。