二次风对锅炉燃烧的影响

     锅炉二次风为炉内燃料充分燃烧提供足够的氧气和燃烧所需的切圆动力，同时卷吸高温烟气至燃料根部加热燃料，起扰动、混合作用，对炉内煤粉的燃烧有很大的影响。在燃烧过程中，由于最初氧气不足会造成燃烧缓慢；二次风进入炉膛后，一次空气参与燃烧生成的不完全燃烧生成物会与二次空气混合再燃烧，既能够促进燃料完全燃烧，又能够降低急速高温区的形成，从而抑制了N0。的生成。煤粉燃烧过程中生成的N0。主要为燃料型NO。，约占75％以上，主要与燃烧区域的氧气浓度有关，氧气浓度越高，燃料型NO的生成速度越快；但是，运行须兼顾锅炉效率和NOx排放浓度[2]。同时，配风方式不合理和燃烧的不稳定容易导致水冷壁频繁超温∞J，试验发现空气分级燃烧可以控制氮氧化物的排放H‘5 o，目前，由于煤炭市场不稳定，电站锅炉要求燃烧偏离设计值的煤质。因此，有必要研究二次风配风方式对锅炉经济性及排放特性的影响。

     某电厂600 MW机组采用wGz2080／17．51—1型贫煤锅炉，属一次中间再热控制循环汽包锅炉，单炉膛Ⅱ型布置，双烟道平衡通风。锅炉共有五层燃烧器，四角切圆布置。锅炉配备5台BBD4060型分离式双进双出钢球磨煤机和10台电子称重式皮带给煤机，锅炉采用冷一次风正压直吹制粉系统，其中双进双出磨煤机的驱动端为1号和3号角燃烧器供粉，非驱动端为2号和4号角燃烧器供粉M。7J。该机组锅炉炉膛宽度为1 8161 mm，炉膛深度为16 940．5 mm。低氮工程后的锅炉各喷口从下往上依次为AA、A、AB、B、BB、BC、C、CC、CD、D、DD、DE、E、EE、EF以及五层燃尽风喷口OFAl一OFA5，其中A、B、C、D、E为燃烧器喷口，AA、AB、BB、BC、CC、CD、DD、DE、EE、EF为二次风喷口。一次风射流中心线与水冷壁夹角为38。，切圆直径西1 708 mm，逆时针方向旋转。二次风口射流中心线与水冷壁夹角为45。切圆直径咖1 138．5 mm的逆时针旋转的切圆。锅炉四角顺时针方向编号为1—4。各层燃尽风喷口均可沿垂直和水平方向摆动，垂直方向最大摆动幅度为±150，水平方向最大摆动幅度为±100，可通过水平方向摆动燃尽风喷口来消除炉膛出口烟气残余旋转，调节炉膛出口烟温偏差，垂直方向摆动燃烧器喷口可以调节火焰中心位置，控制蒸汽参数以及减温水量呻J。锅炉一次风和二次风设计参数如表1所示。

但是，锅炉自运行以来，由于煤质偏离设计煤种，存在过热器喷水量大、锅炉效率低和NOx排放高等问题，本文旨在通过优化二次风配风方式的现场试验，提出优化的二次风运行方式，提高锅炉运行经济性并降低NO。的排放。 

     燃煤电厂锅炉常见的二次风配风方式主要有以下5种：1)均衡配风：这种配风方式是指二次风的开度一致，各燃烧器的风量均匀，相应的给粉量也均等，可以保证炉膛内热负荷均匀，燃烧稳定，多适用于燃烧稳定时的大负荷。2)正宝塔配风：这种配风方式是指上中下三层二次风的风门开度不同，给粉量从上到下依次增加，二次风在主燃区投入量增加，有利于煤粉与空气充分混合，易燃尽，燃烧效率高，但燃料型NO。的生成量会增加，从而导致NO。的排放量上升。3)倒宝塔配风：这种配风方式与正宝塔配风正好相反，给粉量从上到下依次减小，有利于提高燃烧稳定性，燃尽性也好，但由于上部切圆气体的旋转动量增大，相应的热偏差也会有所增大。4)束腰配风：这种配风方式是指将中部的二次风开度适当的关小，使燃烧器的二次风形成中间小，上下逐渐增大的方式，有利于提高局部断面热负荷，具有很强的稳燃效果，多适用于燃烧不稳定或小负荷燃烧。但在使用该方式时，束腰的度应根据炉内的燃烧工况而定，不宜将束腰点的二次风关的太小，防止局部结焦或烧坏燃烧器。5)鼓腰配风：这种配风方式是将中部的二次风开度适当的开大，使燃烧器的二次风形成中间大，上下逐渐减小的方式，有利于降低炉内温度，多适用于炉膛温度过高的燃烧。在锅炉常用的负荷下运行，通过改变二次风整体的配风方式，在倒宝塔、均等配风、束腰配风和正宝塔配风方式下，观测其对锅炉效率、主蒸汽和再热蒸汽的汽温和受热面管壁温度的影响，确定常用负荷下合理的二次风配风方式。

     本论文主要研究均衡配风、正宝塔配风和束腰配风三种配风方式对不同负荷下锅炉经济性和排放特性的影响，机组负荷分别为400 Mw、450MW和560 MW。

3．1 400 MW负荷锅炉二次风配风优化试验结果分析机组负荷为400 Mw时，采用均衡配风、正宝塔配风和束腰配风三种配风方式，进行优化调整试验。排烟损失、机械未完全燃烧热损失、锅炉效率和NOx排放量等试验结果见表2。

      表2中试验数据表明，在机组负荷为400MⅣ左右的运行工况下，采用束腰型配风方式的锅炉效率比均衡配风和正宝塔配风的锅炉效率提高了0.20％，均衡配风方式的过热器减温水量明显相对偏高，同时三种配风方式下Nox的排放量变化不大。在锅炉负荷较小的情况下，采用束腰配风的配风方式可以降低主燃烧区的氧气浓度，提高了主燃烧区的煤粉浓度，在保证主燃烧区的温度水平的前提下保证了煤粉气流的正常着火和稳定燃烧，相当于提高了炉膛截面热负荷，具有很强的稳燃效果，同时提高了锅炉经济性。由于束腰配风可以降低主燃烧区的氧气浓度，为煤粉燃烧提供缺氧富燃的环境，增强了还原气氛，降低了NOx的生成速率，因此可以有效抑制炉内NOx的生成量，降低了排烟气体中NO。的浓度。

3.2 450 MW负荷锅炉二次风配风优化试验结果分析机组负荷为450 Mw时，采用均衡配风、正宝塔配风和束腰配风三种配风方式，进行优化调整试验。排烟损失、机械未完全燃烧热损失、锅炉效率和NO。排放量等试验结果见表3。表3中试验数据表明，在机组负荷为450Mw左右的运行工况下，采用均衡配风方式的锅炉效率比正宝塔配风和束腰配风的锅炉效率提高了0．12％和0．45％，而束腰型配风方式的过热器减温水量相对偏高；同时三种配风方式下，均衡配风、正宝塔配风和束腰配风的NOx排放量分别为712 mg·m～、824 mg·m。和741 mg·m～，均衡配风NO。的排放量最低，比正宝塔配风和束腰配风降低了13．6％和3．9％。

      在机组负荷为450 Mw的情况下，采用均衡配风的配风方式可以保证炉膛内热负荷的均匀分布，并且此配风方式下一、二次风口间距相对较近，一次风携带的煤粉气流自喷口流出后能及时迅速地与二次风喷口流出的热空气充分混合，有利于煤粉的完全燃烧，提高了锅炉经济性

 3.3 560 MW负荷锅炉二次风配风优化试验结果分析

机组负荷为560 MW时，采用均衡配风、正宝塔配风和束腰配风三种配风方式，进行优化调整试验。排烟损失、机械未完全燃烧热损失、锅炉效率和NO。排放量等试验结果见表4。

      表4中试验数据表明，在机组负荷为560Mw的运行工况下，采用均衡配风方式的锅炉效率比正宝塔配风和束腰配风的锅炉效率提高了0.44％和0.68％，束腰型配风方式的过热器减温水量相对偏高；同时三种配风方式下，均衡配风、正宝塔配风和束腰配风的NOx排放量分别为592 mg·m一、608 mg·m一3和598 mg·m～，均衡配风NO。的排放量最低，比正宝塔配风和束腰配风降低了2.6％和1％。这主要是由于采用均衡配风的配风方式可以保证炉膛内热负荷的均匀分布，有利于煤粉的完全燃烧，提高了锅炉经济性。以上试验研究表明，束腰配风适用于低负荷锅炉的燃烧，而均衡配风适用于高负荷锅炉的燃烧。

      通过锅炉二次风配风方式对锅炉效率和NO。排放量的影响，研究结果如下：1)在机组负荷为400 MW左右时，束腰配风方式的锅炉效率比均衡配风和正宝塔配风的锅炉效率高0．20％，三种配风方式下NOx的排放量相差不大。2)在机组负荷为450 Mw左右时，束腰配风方式容易导致受热面超温，并且锅炉效率最低；均衡配风方式的锅炉效率为91．27％，较正宝塔配风方式锅炉效率高0．12％；同时，三种配风方式下，均衡配风NO。的排放量为712 mg·m～，分别比正宝塔配风和束腰配风低13．6％和3．9％。3)在机组负荷为560Mw左右时，均衡配风方式的锅炉效率为89．21％，较正宝塔配风方式锅炉效率高0．44％，同时，三种配风方式下，均衡配风NO。的排放量为592 mg·m一，分别比正宝塔配风和束腰配风低2．6％和1％。因此，锅炉在低负荷运行时，二次风配风方式选择束腰配风方式；而锅炉在高负荷运行时，二次风配风方式选择均衡配风方式。