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行业新闻

300MW机组锅炉摆动式燃烧器的设计与试验

300MW机组锅炉摆动式燃烧器的设计与试验

    本文介绍了东方锅炉厂为山东邹县电厂设计制造的DGiooo/17 0-l型燃煤锅炉燃烧器的设计与试验。该燃烧器的主要特点是:燃烧器为四角布置摆动式直流燃烧器;假想切圆直径700mm和soomrn;燃用烟煤;并与中间解仓式干燥剂送粉制粉系统相适应;一次风喷嘴布置六层;一、二次风喷嘴摆动角度为±25 0;一次风比为32.5叻;一次风速为28m/s;一次风哦嘴周围布置有边缘风;二次风喷嘴按均皇配风原则布置;二次风速为45m/s.文章还介绍了燃烧器的结构设计,如一,二次风喷嘴,风箱及喷嘴的摆动机构等的设计. 通过运行和试验表明,该燃烧器工作正常,能满足再热汽温调节的需要.当喷嘴向上摆动时,再热汽温变化幅度每度角为1.880C,主_汽温度变化幅度每度角为1.41 aC.

    一、前言    ‘谋,其混合比为0.1:0.32:0.58。校核煤

    我厂为山东邹县电厂设计制造l号机组    种为唐村小槽煤与南屯混煤之混合煤,其混

的DGiooo/170--1塑燃煤锅炉,按锅炉总    合比为1:20

体布置要求考虑,对再热汽温的调节,采用    煤粉制备系统为钢球磨中间储仓式干燥

两种方式:燃烧器喷嘴摆动和微量喷水,以    剂送粉系统,配四台DT M型350/700钢球

喷嘴摆动为主。燃烧器型式为四角布置摆动    磨煤机。

式燃烧器。从1981年开始设计至1985年12月    摆动式燃烧器应符合以下要求:

2日试运行,1号炉完成72小时满负荷试运    ①燃烧器喷嘴的摆动应灵活可靠,能满

行,并顺利提前投产发电。通过一年多时间    足再热汽温的调节要求,

的运行和调整试验,表明该燃烧器性能良好,    ②具有合理的炉内空气动7J场,

能满足汽温调节的需要。本文对该燃烧器的    ⑧与制粉系统相适应I

设计和调整试验作以下简要介绍。    ④合理的配风方式对风量、风比有适当的调节手段,

    一、设计依据和设计要求暑黧的点火系统,

    煤质资料是设计燃烧器的重要依据,燃    ⑦与灭火保护、火焰检测系统相配合。

煤特性对燃烧器的型式、布置方式及参数选

取等有直接影响。设计煤和校核煤种的有关    三、主要特性参数的确定

特性数据列于表l。表1中的设计煤种为唐    1.一次风比

-小槽煤,南屯混煤和丁村洗中煤之混合    燃烧器的一次风的主要作用,是输送煤粉和

对于钢球磨中间储仓式干燥剂送粉制粉系统,从制粉系统出来的乏气,作为燃烧器的一次风送入炉内,


因此一次风量的大小除与燃料特性有关外,还与制粉系统有密切关系,考虑到与制粉系统协调一致,并


参考有关资料,取一次风比为0.325。此时制粉系统中干燥剂再循环分额约为0.941。

    2.热风温度

    对于烟煤热风温度选300—3500C为宜,本燃烧器进口热风温度为310 0C。

    3.煤粉细度

    煤粉细度的选择与煤种及其挥发分含量、灰分含量、磨煤机及分离器型式,以及锅炉的燃烧方式有


关,根据国内的实际运行经验,并参考国外的一些选用标准。不过实际运行的最佳煤粉细度应通过机组


运行试验确定。

    4.燃烧器在炉瞠高度方向上的布置位置

    为了防止气流冲刷冷灰斗,避免在冷灰斗处结渣,燃烧器距冷灰斗拐角处应有一定距离,对于摆动


式煤粉燃烧器,这个距离应更大。按CE公司标准,燃烧器最下一排一次风喷嘴中心线距冷灰斗拐角处的


距离选取为51 60mm(如图1)。燃烧器距炉膛出口应有足够的距离,以使煤粉燃尽。这个距离的选取,与


炉膛设计及其他因素有关。一般来说,这个距离应大于或等于炉膛宽度与深度之和的一半。奉燃烧器最


上一排一次风喷嘴中心线至大屏底之间的距离,选取为16450mm(图1)。上一次风喷嘴中煤粉在炉内的


停留时间为1.9秒,大于其燃尽时间(约1.5秒)。

    5.喷嘴摆动角度的选取

    燃烧器喷嘴摆动角度的大小与调温范围30和摆动特性有关。一般情况下,摆动角度大时,词温范围


广。现在,各国所采用的摆动式燃烧器的具体结构,如摆动角度,喷嘴特

喷嘴布置方式等都不同,所蹦调温特性不相同。美国CE公司的资料表明,当喷嘴上摆30 0时,炉膛出口


烟气温度可提高约80oC,当喷嘴下摆30 0时,炉膛出口烟气温度可降低约400C,日本三菱公司为我国宝钢


自备电厂提供的350 MW机组锅炉的燃烧器,当喷嘴上摆30 0时,再热蒸汽温度可提高28oC,过热蒸汽温


度可提高37 0C}而当喷嘴下摆300C时,再热蒸汽温度可降低160C,过热蒸汽温度可降低190C。我厂为戚


墅堰电厂设

7计制造的130t/h锅炉的燃烧器,当喷:省上摆15 0时,炉膛出口烟气温度可提高650CJ面当喷嘴下摆15 


0时,可降低炉膛出口烟气温度400C。我们这次采用的喷嘴摆动角发为其特性由运行试验确定。

    6.假想切圆直径的确定

    考虑到所燃用的燃料的灰熔点比较低,特别是唐村小槽煤,其灰熔点tl=iosooc,t1=10800C,t3 -


1120 0C,结渣指数Rs -2.823>2.6,结渣倾向严重。这种煤虽然不是设计煤种,但当混合比例变化,或


单浇这种煤时,有可能造成炉内严重结渣,因此在确定假想切圆直径时,应着重考虑一次风粉混合物不


冲刷水冷壁。这一点对防止水冷壁结渣是很重要的。同时,由子燃烧器喷嘴层数多,燃烧器比较高,补


气条件差,所以将燃烧器分成上、下两组,并拉开一定距离。为了确定假想切圆直径及上、下组之间的


距离,我厂曾作了冷态模化试验,根据试验结果,决定采用双切圆布置,如图2所示,1、3号角切圆直径


选为f2j700mm,2、4号角切圆直径为巧500mm,上组燃烧器的最下一个二次风口的下边缘与下组燃烧器的


最上一个二次风口的上边缘之间的距离,选为2595mm。在与上述切圆相对应的冷模试验情况下,用两种


方法测量了气流切圆相对直径。用塑料球示糖洲1F;;D=0.41}用热线风速仪测得速度峰值的栩对直径D’


=0.78。

    7.一次风喷嘴层数的确定

    四角布置燃烧器的一次风喷嘴层数的确定,实际上就是选择单根一次风管热功率

的问题,单根一次风管热功率的大小与锅炉

容量、制粉系统、燃烧器布置及燃料特性等有关。苏联热力计算标准方法推荐,300机组锅炉(固态排渣


切向燃烧方式)的燃烧器一次风管数量为24-32根,即6-8层,,学根一次风管热功率约为35-23 MW。CE公


司推荐单根一次风管热功率小于43MW,即相当予至少5层。宝钢自备电厂350MW机组锅炉的燃烧器设计成5


层.单根一次风管热功率约为48 MW,本工程选用6层(图3)。簟根一次风管热功率为’4.—MW

    8.配风方式

    鉴于舄;用燃煤的Vr较大,易于着火,设计燃烧器时采用均匀配风方式以刊燃烧。在一次风唢嘴四


周还布置有边缘风,边缘风可有两个作用:首先是及时供给煤粉燃烧所需的部分氧气,其次是当一次风


喷嘴停用时,能有效地冷却一次风喷嘴和销轴、连杆等构件。当然,一次风喷嘴运行时,边缘风也有冷


却喷嘴,销轴及连杆等构件的作用。一次风速选取28 m/s,二次风速选取45mls

    9.点火方式

    参考CE公司资料及宝钢350 MW机组锅炉的点火方式,采用侧点火方式(图2)点火器型式为涡流板式点


火器,点火燃料为农用柴油,故称油点火器,它布置在主燃料喷嘴的侧面,其火焰以一一定的角度与主


燃烧器喷嘴的喷射轴线相交,因而能可靠地点燃主燃料。每个煤粉喷嘴处及燃油装置处均配150kg/h,


采用空气雾化。配高能自动点火系统。

    1 0.燃烧器的热力指标

    单只一次风管热功率qi= 34.2 MW}

    单层断面热负荷qlF层=0.72 MW/mz;

    燃烧器区域容积热负荷Q/Vr= 0.41

    MW/m 3,

    燃烧器区壁面热负荷Q/B一1.4 MW

    /m2,

    1 1.燃烧器的设计参数

    燃烧器的设计参数见表2。

    四、结构设计

    燃烧器结构设计的总的要求是:在满足性能要求的条件下,力求结构简单、合理,制造方便,尽量


采用现有标准和工装模具,尽量减少机械加工件,减轻产品重量等,现有油点火器。每只点火器的油枪


容量约为    对一些具体结构的设计作简单介绍。

    表2  煤粉燃烧器设计参数

┏━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━━━┓

┃    风口总截面积.风    比  ┃风  速  ┃风  温  ┃            ┃

┃项    目    m 2    %        ┃  m7s   ┃    oC  ┃  备    注  ┃

┃    1                       ┃        ┃        ┃            ┃

┣━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━┻━━━━╋━━━━━━┫

┃一次风    l  4.0607    32.5 ┃    28    70      ┃            ┃

┗━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━━━┛

边缘风

二次风

油燃烧器冷却风  /

油点火器用风    ;

炉膛漏风

燃烧器一次风阻力

8.33 j 32 l_3'0

44 1-,, 1 ,,Ⅲ

                                                                                            


                   :

    }

燃烧器二次风阻力

32    1.燃烧器分段

    单只燃烧器总高约iim。总重约16t,长

度和重量均超过燃烧器生产车间的能灯,结

合我厂这一实际情况,设计时将燃烧器分成

上下两段,大大方便了车间生产。

    2.一次风喷嘴

    按设计参数中的一次风口面积和边缘风

口面积,确定喷口出口截面尺寸,其宽度略

大于高度。喷嘴后部尺寸适当加大,形成一

定的锥角,以便改善喷嘴出口气流工况,同

时也有利于摆动喷嘴的布置。为使结构紧

.凑,采用短喷嘴结构型式,嘴喷的长度与其

出口截面高度之比略大于l。喷嘴在结构上

必须满足上下摆动±25 0的要求。在喷嘴的

一次风通道和边缘风通道中,适当加些横向

隔板和纵向隔板,这样既可改善气流在喷嘴

巾出口的流动工况,也可加强喷嘴的刚性,

减小热态变形。喷嘴出口端适当加些膨胀

缝,以减小喷嘴运行时的变形。

    一次风喷嘴在高温下工作,经测定其温

度最高可达8000C,并受到煤粉的强烈磨

损,因此制作喷嘴的材料,应具有较强的高

温抗氧化能力和耐磨性。本燃烧器选用耐热

钢lCr20Ni14Si2,厚度为8 mm,这种材料

的热稳定性高,在lOOOoC高温条件下亦有良

好的抗氧化性能。

  .  3.一次风管

-’  设计一次风管时应注意t

    ①管内流速选择在25-30m/s范围内为

宜。诋负荷时最低流速不小于18m/s,以防

积粉。速度太大会使一次风阻力增加,不经

济,并且磨损加剧会缩短使用寿命。

一  ②由于一次风粉混合物对管壁的磨损较

重,管壁厚度可选厚些,一般选8 -lOnun.

《j.③二次风管前端与喷嘴连接处有一缩

■稍≯这是为适应喷嘴摆动而采用的结构型

式。缩口处的流通截面积与风管进口截面积

相等或略小些为宜,缩口截面积不宜过小,

否则会导致该处流速过高,阻力大大增加。

    ④一次风管应具有足够刚性。对一次风

管材料无特殊要求,可用普通碳素钢制造。

  4.密封板

  在摆动喷嘴与一次风管连接处,装设有

密封板,其作用是防止该处漏粉和改善气流

工况。材料为lCr20N114Si2。

    一次风喷嘴、一次风管及密封板,它们

相互之间的间隙取为8 mm,一次风喷嘴与

风箱之间的间隙取为7 -lOmm。

    按我厂习惯,一次风喷嘴、一次风管及

密封板均采用焊接结构。

    5.=次风喷嘴

    采用短喷嘴型式。为了改善气流特性,将

每个二次风喷嘴分上下两个小喷嘴(图3)。

当喷嘴在水平位置向上(或向下)摆至+25。

时,它们之间的间隙仍有8 -lOmm。二次

风喷嘴与风箱的隔板、侧板之间的间隙取7

一lrOmm。这些间隙均计入二次风出的口面

积。

    二次风喷嘴采用甜热钢ICr2r,Ni14Si2((j

=8 mm)制造。

    .    .

    6.风箱

    对于摆动式燃烧器,一般情况下都采用

风箱式结构,主要原因是。

    ①从结构上看,便于二次风、边缘风的

引入,

    1.

    ②容易塞观喷嘴及摆动杆件的冷却J

    ③摆动栎件引出部位易于密封,

    ④节省材料。

    为了便于控制各二次风及边缘风风量,

在风箱中装有隔板将风箱分隔成许多风道。

风道上装有控制挡板。,    在风箱拐弯处装有导流板,其作用是使

皇气从风箱进入嘴喷时比较均匀。

    此外,风箱还应具有足够的刚硅,这在

制造、运输、安装及运行过程中都是必要

的。

    风箱的工作温度比较低,一般均在400

。C以下,采用普通碳素钢制造.

    7.摆动机构

    鉴于每只燃烧器为上下两组,并考虑到

运行时有更大的灵活性,其摆动机构亦分为

上’J(两组,分别由两只气动执行器带动。喷

嘴摆动±25 0。每一组燃烧器的所有一、二

次风喷嘴靠机械连杆传动,实现喷嘴的同步

摆动,但四角摆动的同步主要是靠控制信号

(电信号)的同步来实现。摆动机械如图4,

5所示。

    图4  摆动机构  .

1一一拉杆2、3一一调节螺母  4--摆

34

扦  5一一调节螺母  6一一外拉忏  7一一曲臂

8一一连杆  9一一底板10—-压轮ll--微

动开关12--刻度板13--轴14--支撑角

钢  is-一保险销  16--传动销  17--键18

一一传动臂19--固定板20--指针21--

气动执行器

    图5  I部放大图

  (1)摆动机构的动作过程气动执行器直

接推动最下面一个摆杆4和外拉杆6。摆杆通

过传动销16将作用力传给传动臀18、传动臂

通过键17再传给轴13,轴再带动曲臂7,连杆8、

拉杆1,最后拉杆将作用力传给烧烧器喷嘴,使

之按需耍摆动.外拉杆将力传给另外的摆杆,

最后传至另外的喷嘴.这样,整组燃烧器各

喷嘴由于机械传动使得摆动同步进行。保险

销15在当摆动机构发生故障时起保险作用。

    (2)摆动机构计算图6表示摆动机

构计算简图,图中点A为喷嘴的转动中心,

点B为摆杆的转动中心,点H为气动执行器

尾座的转动中心,点E为气动执行器活塞杆与摆杆的活销连接点,根据燃烧器具体结构

尺寸,1l- 146 0mm,R1=86mm。设喷嘴

摆动角度为a.摆杆BE相应摆动角度为p,经

过简单推导并将所有已知数据代入后可得

到,由于一、二次风喷嘴的重量和各转轴摩

擦阻力的作用,对摆杆BE(即图4中序号4)

所产生的总的阻力距Mz与喷嘴摆动度角a之

间的关系。

    Mz=2696x,/0.4711—si nza

N'm…………(1)

按式( 1)画成曲线如图7所示.

  图6中Ls表示执行器活塞处于最低点时

    6图摆动机构计算简图

其推杆端部(活销孔中心线处)至尾座铰接

处的距离,按执行器实际尺寸Ls =1175mm,

为便于布置,取L4 -40fflDn,经计算得

L2 -1414mm。图中角度叩表示执行器推杆

与摆杆(BE、的夹角。当喷嘴角度变化时,

q)角亦发生变化,按图表几何尺寸,可计算

出不同位置时的角度(的值。

    气动执行器的拉力按下式计算:

    F-匹(D2_d_)PK,(N)……( 2)

    4

式中t

    F--气动执行器拉力(N)}

    D--执行器气缸内径(mm),

    图7力矩与角度的关系

    l——动力力距,P= 0.4eMPa.2一一动力

力距.P亏Q.29MPa 3--阻力力距

    ·Jf’

  .d--活塞杆直径(mm)J

    P-弋缸进气压力(MPa);.

    K一一系数,,取K=0.6.

    执行器作用到摆杆BE上的有效动力力

矩按下式计算。

    MD= FR3Sincy--10-3 (N.m)…...(3)

式中s

    MD—-作用在撰杆~BE上的有效动力力

矩( -N - m.),.

    R.--作用半径(图6),按结构布

置并考虑气缸行程选取Ra - 330mm。

    为使喷嘴向,上摆至+950,需使M。>

Mz。.;选用气缸内径D-25.0mm, d-50mm

的执行器按式(2),(3)进行校核计

算,现将计算结果示于图7。由此可见,当

a在-250至+250之间变化时,MD>M,

有足够的动力带动喷嘴向上摆动。因此本燃

烧器选取配缸径为耷250mm的电信号气动执

行器.

五、燃烧器的运行与摆动试验

35

    2  ,  矿

鹭多三

    ≮一    。.    1    摆动式燃烧器能否正常工怍,对整个锅

炉机组的运行是至关重要的。邹县电厂l、

2号炉分别于1985年12月和1986年11月投产

发电。在锅炉运行过程中,操作人员根据调

温需要对上下两组燃烧器的摆动进行远方操

作,既可同步操作,也可单独操作。运行实

践表明燃烧器摆动灵活,性能良好。

  1 1986年4月,由邹县电厂、、山东省电力

试验研究所及东方锅炉厂共同对1号炉进行

了燃烧调整试验a在这期间专门进行了摆动

式燃烧器对主汽温度和再热汽温度调节性能

的试验,‘现将试验结果简介如下:

    1.燃烧器上摆试验

    将上、下组燃烧器摆角置于-10 0作为

基准点,记录主汽温度为5220C,再热汽温

度为510 0C,减温水全关。然后将燃烧器逐

渐上摆至11. 250时,主汽温度上升至5520C

主汽温度提高了300C,再热汽温度上升至

550]C,提高了400C,主减温水增加了32,9

t/h,再热汽减温水增加了8.2t/h。,.

    2.燃烧器下摆试验    ,’

    将上、下组燃烧器摆角置于oo作为基准

点,记录主汽温度为5520C,再热汽温度为

5490C,主汽减温水量为62t/h,再热汽减

温水量为16.2t/h。将燃烧器摆至-200时,

主汽温度下降至5390C,下阵了130C,再热

汽温度下降至5300C,下降了190C,主减温

水量减至15.9t/h,减少了46.lt/h,再热

汽减温水降为2.4t/h,减少r 13.8t/h(图8)

    从试验数据可以看出,摆动式燃烧器的

调温效果显著,当燃烧器上摆时,再热汽温变

化幅度每度角为1.880C,主汽温度的变化幅

度每度角为1.410C。这种调温特性正是我们

所需要的。

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肋一}埘,

矽j参—矿:

    图8  燃烧器摆幼对汽温及喷水量的影响

    l一●主汽温2一一再热汽温3 --主汽

喷水量  4一一再热汽喷水量

    五、结束语

    我厂为山东邹县电厂设计制造的1000

t/h燃煤锅炉,是我厂建厂以来设计制造的

最大的锅炉,其燃烧器的设计,是在部分吸

收消化外国资料,并结合国内经验和我厂实

际情况的基础上进行的。设备经过一年时间

的运行考验及调温试验,表明燃烧器的设

计、制造和运行是成功的。当然,燃烧器在

设计和运行方面还存在不足之处,有待今后

进一步改进和完善。


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点击次数:  更新时间:2016-12-25 20:10:25  【打印此页】  【关闭