风道燃烧器燃烧特性试验研究

邢秀峰,刘建华,刘众元

（国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

风道燃烧器燃烧特性试验研究

邢秀峰,刘建华,刘众元

（国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

东方锅炉厂自主研发的第二代300 MW循环流化床锅炉,其风道燃烧器配用的油枪为中心回油油枪。针对油枪的特殊性,在启动调试过程中,对油枪的调节特性、出力以及配风方式进行了调整试验。通过试验确定了该油枪与点火枪的相对位置,油枪冷、热态下的出力以及风道燃烧器热态下的调整方式。

循环流化床; 风道燃烧器; 中心回油油枪; 试验研究

0 引言

随着我国大型循环流化床锅炉的发展，由东方锅炉厂设计研制的第二代300 MW循环流化床所采用的点火方式为床上、床下联合点火。床下点火方式采用中心回油、机械雾化油枪的风道燃烧器，床上点火油枪为机械雾化油枪。在锅炉点火启动时，首先通过床下点火油枪来控制锅炉床温的温升速度以及锅炉整体的升温、升压[1]。该中心回油油枪的优点是：不需要更换不同容量的雾化片，通过调整床下点火油枪油系统的回油调整门即可调整风道燃烧器的热负荷，来实现锅炉热负荷的适时调整，从而有效避免了先前在点火过程为增加出力更换雾化片过程中所造成不必要的燃油浪费，在实际运行中也得到了很好的应用。在锅炉启动初期不仅便于温升的控制，也有效降低了机组的启动油耗。

1 设备及系统简介

1.1 风道燃烧器及油枪系统简介

床下风道点火燃烧器的功能是将一次流化风加热至850～900 ℃左右，加热后的一次风经过点火风道进入床下水冷风室，通过布置在布风板上的风帽，使床上物料达到流化状态，并加热床料至投煤温度[2]。每台锅炉配2个风道燃烧器，每个风道燃烧器装有2支油枪，单只油枪设有一次点火风门。床下燃烧器点火油枪的设计参数见表1。该油枪为中心回油式机械雾化油枪，它与常规的机械雾化油枪不同，有进、回油2根油管与油枪连接，燃油进入油枪后，一部分油通过雾化片喷出，另一部分返回至回油管路，回油母管链接至6.9 m回油调整门后的系统回油母管，油枪结构示意图见图1。

图1 中心回油机械式雾化油枪

1.2 燃油系统简介

燃油系统经油库主管道至锅炉炉前油循环后,分别设有床上油枪油循环系统和床下油系统,床上油枪油系统可进行炉前油循环,床下油枪油系统在进回油软管之间设隔断门，进行油循环时，须打开隔断门，或在投运油枪后进行循环。油泵出口设再循环手动门，系统调整好油压后，固定手动门，由炉前油系统6.9 m处的再循环电动调整门对系统油压进行适时调整。

表1 油枪技术参数

2 冷态特性试验

2.1 油枪雾化试验

燃油系统吹扫结束后，进行炉前油循环，在不同压力下就地进行油枪的雾化观察试验，试验最高压力3.5 MPa，最低压力2.0 MPa。经试验在此压力范围内，油枪雾化良好，满足油枪的点火需要，且在此压力范围内，压力越高，雾化效果越好。

2.2 油枪出力试验

该油枪为中心回油油枪，因此在调节过程中，主要依靠调节油枪的回油量来调节油枪的出力，回油量越大，油枪出力越小。所以在系统压力一定的情况下，油枪出力的大小主要取决于回油调整门的开度。炉前油循环建立之后，打开床下油枪的进回油手动门，系统压力2.95 MPa，调整回油调整门，由就地燃油流量计来计算油枪的实际出力。试验结果如图2 所示。试验结果通过曲线拟合，拟合函数为y = 2×10-7x4- 3×10-5x3+ 0.002 2x2-0.056 4x + 2.2，相关度为R2=1。由冷态试验油枪的最大出力为2.2 t/h，最小出力为1.1 t/h。

图2 冷态下不同回油调整门开度下油枪出力

2.3 油枪与点火枪位置的确定

为确定油枪与点火枪的位置，在初次安装以及检修完毕后，进入风道燃烧器，通过目测及实际位置测量来确定其位置。在冷态下确定点火枪与油枪的相对距离为120 mm, 即点火枪与油枪同时进到位, 点火枪的位置在距油枪前方120 mm处。之后在点火试验过程中，固定油枪的位置，移动点火枪的位置，在点火枪不同位置处进行点火试验，经试验确定点火枪在油枪前方距离110～140 mm处，油枪点火正常，在此距离范围之外，油枪在点火时不宜着火。

3 热态调整试验

3.1 点火位确定

油系统油泵启动后，维持炉前压力3.0 MPa，打开床下油枪油系统以及油枪进、回油和吹扫手动门，油枪准备点火。主一次流化风总风量控制20万Nm3/h，左右侧点火风道各10万Nm3/h，二次风总风量12万Nm3/h，上、下二次风挡板开度15%，开点火油枪对应的点火风门至40%，另一支油枪对应的点火风门45%，主一次风门5%。床下油枪回油调整门开度100%。确定点火位置后，顺控启动油枪点火，就地观察油枪着火情况，油枪着火明亮，火焰稳定，点火初期风道燃烧器快速升温，最终风道燃烧器出口温度基本稳定在400～450 ℃。

3.2 热态下油枪出力

在点火前，回油管路压力增加，阻力增大，回油量减小，油枪出力增加；反之油枪出力降低。因此，如果点火时不关闭进、回油管路上的联络阀，则回油管路压力与进油管路基本相同，阻力剧增，回油量骤降，油枪出力远大于额定出力，造成烟温飞升，无法控制，有可能对点火风道材料以及热工测点等造成损害，所以点火前须关闭联络阀。关闭联络阀后，系统油压维持3.0 MPa，6.9 m再循环门开度3%，调整床下油枪回油调整门。随着回油调整门开度的增大，油枪回油量加大，油枪出力下降（如图3所示）。试验结果通过曲线拟合，拟合函数为y = 2×10-7x4- 4×10-5x3+0.002 8x2-0.100 5x + 3.507 3，相关度为R2=0.990 9。该油枪在上述工况下，油枪的出力最大可达到2.9 t/h，最小为1 t/h。

图3 热态下不同回油调整门开度下油枪出力

系统油压维持2.9 MPa，回油调整门开度为100%，调整6.9 m油系统的再循环调整门。随着再循环调整门开度增大，油枪回油的背压增大，油枪中心回油量减小，油枪出力增大（如图4所示）。试验结果通过曲线拟合，拟合函数为y = -90.959x4+ 533.25x3- 1 141.8x2+ 1 104x - 401.49，相关度为R2=1。

图4 热态下不同再循环调整门开度下油枪出力

3.3 油枪配风

油枪着火后，主一次流化风初始开度为5%，随着开度的增加，风道燃烧器温度降低，开度增至20%之后，油枪火焰逐渐变暗，火焰中夹杂着黑烟，当开度增至40%时，风道燃烧器冒黑烟严重，最后熄火。其主要原因是：点火油枪燃烧器阻力大，主一次流化风门阻力小，当主一次流化风门开大时，点火风道的一次风主要从主一次流化风门通过，着火油枪的点火风严重缺风，火焰熄灭。所以在点火过程中，主一次流化风门开度不宜太大，主一次风风门的开度只要能保证风门以及燃烧器保护罩的冷却即可，通过现场观察，主一次流化风门的开度在点火过程中，开度控制在5%～10%。点火风门的开度控制主要是控制着火的稳定性、风道燃烧器出口温度以及风道燃烧器温度的均匀性。油枪点火后，点火风门根据油枪的着火情况进行适时调整，着火油枪的点火风挡板开度越大，风道燃烧器的出口温度就越低，但不宜开太大,风门开度太大,油枪的着火稳定性就越差,严重时会引发油枪灭火,点火风门的开度不超过60%，若风道燃烧器的温度还不能满足控制要求时，调节另一支油枪的点火风门，风门开度较着火油枪风门不宜太大，当未着火油枪的点火风门较着火油枪的开度太大时，不利于油枪热量的携带，致使油枪附近的温度偏高，长期使用容易烧损油枪，通过试验，其开度不大于着火油枪点火风门10%。另外，在试验过程中发现调节点火风门和回油调整门时，风道燃烧器温度相应较快，所以利用点火风门和回油调整门调节风道燃烧器温度时，应采取微调的方式。

3.4 单侧第二支油枪的投运

左右两侧燃烧器各投运一支油枪后，为保证锅炉进一步的升温升压，投运风道燃烧器的另外2支油枪。投运一侧风道燃烧器的第二支油枪时，先将该侧的一次风量加大至135 000～140 000 Nm3/h，回油调整门开度控制在35%以下，顺控启动油枪，油枪着火后，开大两油枪的点火风门，同时开回油调整门，具体开度根据风道燃烧器的温度，在现场试验中，回油调整门开至40%，点火风门开至75%，风道温度可控制在830～860 ℃，满足风道燃烧器最高温度不超过900 ℃的要求。另一侧油枪的投运可参照执行。此外，在投运第三只油枪时，由于系统瞬间供油不足，所有油枪会瞬间灭火。试验过程中，油压低或火检灭火的最长时间为10 s，所以在启动后面两支油枪时，应将火检保护以及油压低保护加一延时，建议延时15 s。

4 结论

a）该油枪的出力调节比大，较原有的固定出力的机械雾化油枪来说，调节更为灵活，更容易实现循环流化床锅炉点火、投煤的需求；油枪在进油压力2.0～3.5 MPa范围内，油枪雾化良好；点火枪安装位置在油枪前方距离110～140 mm为油枪着火的最佳位置。

b）在点火过程中， 主一次流化风门开度不宜太大，应控制在10%以内，除特殊要求外，应控制其开度为5%，启动前两支油枪时，点火风量控制一次风20万Nm3/h，二次风12万Nm3/h，油枪点火风门点火时开度为45%。

c）油枪出力随着回油调整门开度的增大而降低，随再循环调整门开度的增大而增大。此外风道燃烧器温度随点火风门和回油调整门开度变化相应较快，所以利用点火风门和回油调整门调节风道燃烧器温度时，应采取微调的方式。

d）每个风道燃烧器在单只枪运行的条件下，尤其是在风道温度较低时，着火油枪对应的点火风门开度应控制在50%～60%，开度太大油枪容易被吹灭。

e）在同一风道燃烧器，投运第二支油枪时，回油开度不宜太大，应控制在35%以内，回油开度太大，在点油枪的瞬间由于系统供油不足，容易造成锅炉灭火。

f）在同一风道燃烧器，投运第二支油枪时，该风道燃烧内的一次点火风量应控制在135 000～140 000 Nm3/h。

[1] 冯俊凯，岳光溪，吕俊复， 等. 循环流化床燃烧锅炉 [M]. 北京：中国电力出版社，2003：23-59.

[2] 龚鹏，袁建丽， 米子德. 循环流化床风道燃烧器的控制方法[J].电站系统工程, 2011, 27(4): 31-33.

Experiment Research on Combustion Characterristics of In-duct Burner

XING Xiufeng，LIU Jianhua，LIU Zhongyuan

（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

The 300 MW second-generation circulating fluidized bed boiler produced by Dongfang Boiler Plant is equiped with central oil-reture gun in in-duct burner. Adjustment test was carried out on regulation characteristics, output and air distribution mode of oil gun during start-up commissioning. Relative positions between oil gun and firing fun were determined as well as the output of oil gun in cold or thermal state. Meanwhile, adjusting mode of in-duct burner in thermal state was confirmed.

CFB; in-duct burner; center-back oil gun; experimental study

TM227.1

A

1671-0320（2016）04-0040-04

2016-04-02，

2016-06-11

邢秀峰 (1982 )，男，山西五台人，2007年毕业于太原理工大学热能动力专业，硕士，工程师，从事锅炉调试及燃烧调整工作；

刘建华 (1973 )，男，山西霍州人，1996年毕业于西安交通大学锅炉专业，高级工程师，从事电站锅炉启动调试及燃烧调整工作；

刘众元 (1982)，男，山西繁峙人，2008年毕业于西安交通大学热能工程专业，工程师，从事电站锅炉启动调试及燃烧调整工作。