6#锅炉燃烧器改造分析

【摘 要】为提高锅炉燃烧的稳定性，降低燃料消耗，提高经济效益，对6#锅炉燃烧器进行了技术改造。改造完成后，较好地解决了锅炉热效率低，低挥发份无烟煤不能稳定燃烧的问题；锅炉燃用本地无烟煤（热值为20900kJ/kg），在额定负荷下运行，吨蒸汽煤耗可达200kg/t汽，飞灰含碳量小于20%；为企业每年创造经济效益在80万元以上。

【关键词】75t/h煤粉炉；燃烧器；技术改造

0 前言

湖南宜化有限责任公司（原湖南省资江氮肥厂）、热电分厂6#锅炉，是由四川锅炉厂1992年设计制造，型号：CG-75/3.82-M，额定蒸发量为75t/h的煤粉炉；于1993年底投入运行，其燃烧器采用四角布置的双通道大速差燃烧器。在经过较长时间的运行中发现：锅炉炉膛内结焦严重，其飞灰含碳量达40%以上，吨蒸汽煤耗高达290kg/t汽；造成能源的大量浪费，且操作极难控制。后于2009年5月，利用该炉大修的机会，对燃烧器进行了改造：采用武汉锅炉厂成套技术（设计、制造、安装），燃烧器采用四角喷燃、浓淡燃烧技术。大修后，锅炉燃烧仍不稳定，消耗相当高的问题依然存在（吨蒸汽煤耗达260kg/t汽）。为了提高燃烧的稳定性，降低锅炉燃料消耗，提高经济效益，于2012年10月对6#锅炉燃烧器进行了技术改造。

1 燃烧器改进前问题分析

武汉锅炉厂设计的四角喷燃直流式浓淡燃烧器，其结构与布置如图1，设计参数见表1：

这种燃烧器其特点是：提高了低挥发份煤的着火稳定性；在低负荷运行时着火，燃烧的稳定性有点类似于美国燃烧工程公司设计的WR燃烧器；有些设计参数存在不足之处：如过多地考虑结渣问题；对着火问题和完全燃烧问题考虑较少。笔者认为主要存在以下五个方面的问题：

（1）设计一次风速过低（16m/s）。为保证低挥发份煤的煤粉火炬稳定着火，应采取较低的一次风速和一次风率（对固态排渣煤粉炉直流式燃烧器一次风速的推荐值一般为20～25m/s）。一次风速不能过小，过小的一次风速会使一次风射流偏转加剧，且对于这种具有内钝体的燃烧器来说，一次风速太小，会降低钝体尾迹回流区的湍流热质交换能力。

（2）一次风喷嘴内钝尺寸设计过小。这样会使钝体尾迹回流区太小，中心回流区中气流温度较低，难形成“三高区”特点的稳燃有利区（所谓“三高区”指的是：在一次风喷口出口附近形成局部高温；高煤粉浓度和适当的氧浓度。）。

（3）侧二次风喷口与一次风喷口间距过小（仅为喷口壁厚度，约为12mm）。

（4）燃烧器喷口炉膛断面设计不合理，如图2所示。

图2所示结构，有碍于外回流区的形成，易造成左右侧水冷壁管结焦，并有冲刷炉管的现象。

（5）燃烧器采用两侧墙布置，致使切圆出现问题。即左前、右后角两股射流的实际切圆比理论切圆大一些；而左后、右前角射流的实际切圆比理论切圆小一些。因此，旋转气流的旋转强度受到影响，扰动减弱，使燃烧后期混合减弱，不利于燃尽过程。

2 燃烧器改进后的结构与布置

通过以上分析可知，应根据锅炉炉膛的结构来改造燃烧器的结构与布置。为确保燃烧火焰在炉膛内有较好的充满程度，减少气流在炉膛内的死滞区和旋涡区，避免火焰冲墙刷壁，避免结渣；同时，改造后的燃烧器能较好地燃用本地无烟煤，对6#锅炉采取了如下改进措施：

（1）提高一次风速至25m/s（25m/s为锅炉采用双通道大速差燃烧器时设计风速）。选取一次风速设计上限值，可以使钝体尾迹区的湍流热质交换能力得到改善，提高尾迹区煤粉的温度。

（2）设计制作直立式狭长型一次风喷口。增大一次风喷口高宽比（h/b=2），使煤粉射流截面的周界加大；增大煤粉射流与高温烟气间的接触面积，增强卷吸高温烟气的能力。

（3）设计三次风喷口下倾10°角。这样既不会对主煤粉气流的燃烧造成明显影响，又可以压火，增加三次风气流在炉内逗留时间，有利于三次风中细煤粉的燃尽，减少飞灰可燃物（飞灰含碳量降低）。

（4）设计上二次风喷口下倾5°角，并适当增大上二次风喷口面积。使之能压住火焰，不使火焰过分上飘。在分级配风方式中上二次风所占百分比最高，是煤粉燃烧和燃尽的主要风源。

（5）一次风喷嘴设计成渐缩型喷嘴。主要避免煤粉沉积，在喷嘴内的气流可逐渐加速，均化喷口气流分布，提高一次风煤粉浓度。

（6）改变理论假想切圆直径。因为采用了两侧墙布置的燃烧口，燃烧器喷口中的几何轴线和两侧墙间的夹角差异很大，射流的补气条件有很大的差异，故布置成大小切方圆方式，即两对对角燃烧器的射流分别与两个直径不同的假想切圆相切（Φ500，Φ400）。由此，可以改变气流的偏斜，并可防止实际切圆的椭圆度过大。

（7）采用稳燃技术。在一次风喷嘴内设有V型钝体张角60°，边宽比b/B=0.5，阻塞率BR=0的钝体，使燃烧器达到稳燃效果 ，尤其对燃用低挥发份煤的切圆燃烧方式的稳燃有很大的作用。

（8）改变燃烧器喷口截面结构，即将左后、右前角2根水冷壁管在燃烧器区域的位置改变。改进后的燃烧器结构与布置如图3所示。

3 结束语

6#锅炉改造完成后一直运行至今，较好地解决了锅炉热效率低，低挥发份无烟煤不能稳定燃烧的问题；锅炉燃用本地无烟煤（热值为20900kJ/kg），在额定负荷下运行，吨蒸汽煤耗可达200kg/t汽，飞灰含碳量小于20%；为企业创造经济效益在80万元/年以上。

【参考文献】

[1]姜湘山.燃油燃气锅炉安装与运行维护[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]姜湘山.燃油燃气锅炉及锅炉房设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]王资院，李群松.压力容器安全操作与维护保养[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2006.