四角切向燃烧锅炉燃烧器区空气立场的对炉内工况影响

【摘 要】在大型四角切向燃烧锅炉中，直流燃烧器切圆燃烧方式，由于着火条件好，煤种适应性强，燃烧可调，后期燃烧气流扰动较强，有利于燃尽等优点而得到广泛的应用。直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流。 但是从燃烧器喷口喷出来的气流并不总能保持沿其几何轴线方向前进，总会出现它程度的偏斜，当气流偏斜严重时，可能导致燃烧器射流贴附式冲击炉墙，从而造成水冷壁结渣，影响锅炉的安全运行，笔者针对四角切向燃烧器锅炉燃烧器射流的开启角度及喷口数对燃烧器区空气动力场的影响分析，从而为改善炉内工况提供数据依据。

【关键词】四角切向燃烧锅炉；直流燃烧器切圆燃烧方式；四角切向燃烧器锅炉燃烧器射流开启角度

1.四角切圆燃烧的主要特点及其原理

①四角射流着火后相交，相互点燃，使煤粉着火稳定。

②由于四股射流在炉膛内相交后强烈旋转，湍流的热量、质量和动量交换十分强烈，故能加速着火后燃料的燃尽程度。

③四角切圆射流有强烈的湍流扩散和良好的炉内空气动力结构，炉膛充满系数较好，炉内热负荷均匀。

④切圆燃烧时每角均由多个一、二次风喷嘴所组成，负荷变化时调节灵活，对煤种适应性强，控制和调节手段也较多。

⑤炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置。

⑥便于实现分段送风、分段燃烧，从而抑制N0X的排放。

2.燃烧器的负荷分配及投停方式

原理及注意事项：

（1）一般是将投入运行的主燃烧器负荷尽量分配均匀，即将各燃烧器的风量和给粉量调整一致。但有时为了调整燃烧中心，改变火焰的偏斜现象，避免结渣，调节过热汽温分布或提高运行经济性等原因，常有意识地改变各燃烧器之间的风粉分配比。

（2）对于四角布置的直流燃烧器，为了减少火焰偏斜，避免结渣，当风道及喷口布置以至气流射程不对称时，将一侧或两侧的风粉量降低运行也有可能有些效果。

（3）改变四角布置燃烧器给粉量或二次风量也是调整燃烧中心，改善气粉混合及增加燃烧效果的常用措施：例如有所谓“正塔形”送风（即上二次风小，下二次风大）或“反塔形”送风（即上二次风大，下二次风小）等配风方式。

（4）当进行这类调整时，判断调整措施的好坏，除了燃烧的稳定性，炉膛出口烟温及炉内的温度分布和燃烧经济性之外，还应注意炉膛两侧的燃烧产物（RO2，飞灰可燃物，炉渣沉淀物等）是否均衡，以及锅内过程方面的均匀性（如过热汽温分布，汽包两侧炉水浓度及水位等）。

（5）有些锅炉四角布置的直流燃烧器喷嘴是可以摆动的，它对调节燃烧中心的位置，改变汽温和煤粉燃烧的完善程度是相当起作用的。一般在保证正常汽温的条件下，多尽量增加其下倾角，以取得较高的燃烧经济性，但需注意冷灰斗不应因温度过高而产生结渣。

（6）为考察对所有燃烧器供粉的均匀性，可以从各一次风管等速抽取煤粉样，比较其样品的相对重。

（7）为保持燃烧器一、二、三次风的出口风速，有时要停一部分燃烧器，在低负荷运行时尤属必要。

（8）制粉系统为直吹系统时，与备用磨煤机或检修中的磨煤机相连的燃烧器也必然要停掉。除了被迫停用的情况外，在正常工况下，或在低负荷运行时，停哪个为好，需要通过试验分析来确定。燃烧器的投停对锅炉运行更较甚于燃烧器负荷分配。

3.四角切圆燃烧的气流偏斜

采用四角燃烧方式的锅炉，运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙，引起结渣以及燃烧不稳定现象。、邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因：射流自燃烧器喷出后，由于受到上游邻角气流的直接撞击，撞击点愈接近喷口，射流偏斜就愈大，撞击动量愈大，气流偏斜就愈严重。射流两侧“补气”条件的影响射流自喷出后仍然保持着高速流动，射流两侧的烟气被卷吸着一道前进，射流两侧的压力就随着降低。这时，炉膛其它地方的烟气就纷纷赶来补充，这种现象称为“补气”。如果射流两侧的补气条件不同，就会在射流两侧形成压差。向火面的一侧受到邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；而背火面的一侧补气条件差，压力较低。

这样，射流两侧就形成了压力差，在压力差的作用下，射流被迫向炉墙偏斜，甚至迫使气流贴墙，引起结渣。燃烧器的高宽比（hr/b）对射流弯曲变形影响较大，燃烧器的高宽比值愈大，射流形状愈宽而薄，其“刚性”就愈差，因而，射流愈容易弯曲变形。

在大容量锅炉上，由于燃煤量显著增大，燃烧器的喷口通流面积也相应增大，所以喷口数量必然增多，为了避免气流变形和减小燃烧器区域水冷壁的热负荷，将燃烧器沿高度方向拉长，并把喷口沿高度分成2～3组，每组的高宽比不超过6，相邻两组喷口间留有空档，空档相当于一个压力平衡孔，用来平衡射流两侧的压力，防止射流向压力低的一侧弯曲变形。当燃烧器多层布置时对旋涡直径的影响较大，上层气流不断的被卷吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响，使气流容积流量增大，旋涡直径相应增大，一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的7～8倍。

4.气流偏斜问题

射流偏斜产生的原因及其危害：

四角布置的直流燃烧器，由于射流与假想的切圆相切，使射流轴线与两边炉墙的夹角不等，常常是一边大，一边小，如下图所示。射流两边同时卷吸烟气，在其周围形成负压区，炉膛中的烟气则不断地向负压区补充。如果两侧的补气条件不同，一侧的压力将大于另一侧的压力，使射流向一侧偏斜，这就是射流产生偏斜的原因。射流偏斜的危害是：当射流偏斜严重时，会形成射流贴墙，导致炉墙结渣和水冷壁磨损。

5.邻角气流的横向推力

横向推力的大小与炉内气流的旋转强度，即炉膛四角射流的旋转动量矩有关，其中二次风射流的动量矩是起主要作用的。二次风动量及其旋转半径愈大，中心旋转强度愈大，横向推力亦愈大，致使一次风射流的偏转加剧。

试验和运行实践证明，增加一次风动量或减少二次风动量，或者就降低二次风与一次风的动量比，会减轻地次风射流的偏斜。一次风射流抵抗斜的能力与本身的动量有关。一次风射流动量愈大，刚性愈强，射流的偏斜也就愈小。但应注意二次风动量降低导致气流扰动减弱对燃烧带来的不利影响。除了推迟着火，燃烧不稳定和燃烧效率降低之外，还会导致炉膛出口烟温升高，引起过热器超温或汽温升高。