锅炉燃烧系统及相关问题 在锅炉运行过程中，由于锅炉的设计、运行方式以及煤质的变化会给锅炉运行带 来许多问题，如燃烧不稳定、过热器再热器超温、烟温偏差、飞灰可燃物高、排烟温 度高等问题，给机组的安全性和经济性带来严重的影响。 锅炉燃烧系统首先涉及到燃料品质，其对燃烧过程的影响很大，其次是燃烧工况 的合理组织，燃料量的均匀供给，空气量和燃料量的恰当配比。燃烧系统故障还涉及 锅炉结构设计、制造、选材、安装质量、运行调整等。 锅炉常见燃烧系统及相关问题 （1） 过热器再热器超温问题 （2） 烟温偏差问题 （3） 燃烧的稳定性问题 （4） 排烟温度高问题 （5） 飞灰可燃物高问题 （6） SOx和NOx排放高问题 过热器、再热器超温及烟温偏差问题 发展大容量高参数锅炉是我国电力工业发展的一项重要技术政策。由于设计制造 和运行管理方面的种种原因，我国大容量火电机组的运行水平还比较低，有的锅炉过 热器和再热器长期超温，引起爆管。为此，有关设计制造、运行管理和科研部门已做 了大量的试验研究和改进工作，但是大容量电站锅炉过热器与再热器超温爆管现象仍 时有出现。由此造成机组的可用率下降，发电成本提高和运行经济性降低，严重影响 了机组的安全、经济运行。 这一问题早期出现于国产配125MW机组锅炉，后来在国产配200MW和300MW机 组锅炉以及个别进口锅炉的过热器与再热器中都相继发生。 1978年投运的广东黄浦发电厂400t/h箱式油炉低温过热器的悬吊管曾发生超温问题 ，个别管圈的出口汽温达到600； 淮北电厂DG670/140-4型锅炉高温再热器由于其集箱引出管的布置方式不合理而造 成受热面多次超温爆管； 谏壁电厂、姚孟电厂和望亭电厂等的国产1000t/h直流锅炉的高温过热器与再热器以 及陡河电厂日本日立公司设计制造的配250MW机组的亚临界850t/h自然循环锅炉的高 温过热器都曾因同屏各管圈的结构设计不合理导致受热面多次发生超温爆管。 一、锅炉过热器、再热器超温及烟温偏差原因的分析 1. 锅炉的四角切圆燃烧的残余旋转 煤粉燃烧器布置在炉膛四角，煤粉气流在炉内区域形成强烈的旋转，燃烧时 因炉内烟气的粘滞性很大，气流向上汇集成旋转上升火焰。 四角切圆燃烧煤粉炉，自20世纪30年代问世以来，在世界范围内都占有很大 的市场。美国和德国在该燃烧技术方面很有优势。我国的哈锅、上锅、东锅、武 锅等几家大的锅炉制造企业的200MW、300MW、600MW机组锅炉全部大多采用 四角切圆燃烧方式。 l 切圆燃烧的优点： （1）切向燃烧的炉内充满度好，因为旋转火焰横扫过大部分炉膛容积； （2）炉内火焰旋转有利于加强后期混合，燃尽度高；相比之下，旋流燃烧器对冲燃 烧，后期混合要差一些； （3）旋转火焰充满整个炉膛，使炉内温度场分布比较合理，不易出现局部高温，生 成的氮氧化物也较少； （4）适应燃料变化、负荷变化能力强。我国电厂煤质多变，经常参与调峰，对直流 切圆燃烧方式来讲，可通过调整各喷口风量、煤量来适应燃料和负荷的变化，这一 点比旋流燃烧器要方便。 l 切圆燃烧存在的不足：烟气流的残余旋转造成烟气速度偏差和烟温偏差 锅炉采用四角切圆燃烧方式最主要的问题是烟气流的残余旋转。由于四角切圆燃 烧的特点是整个炉膛为一个燃烧单元，四角气流相互作用，在炉内形成顺时针或逆时 针方向的旋转上升气流。在炉膛出口处的气流，还存在一定的残余旋转。 如图所示逆时针旋转气流在炉膛出口的速 度分布： 引风机对烟气流的作用力是向炉后方向， 该作用力使烟气流改变方向。由于烟气的残余 旋转，其切向速度分量方向及大小在同一截面 上不同，在向后吸力的作用下造成流速的分布 不均，表现为右侧烟气流速偏高。考虑到水平 烟道沿垂直方向流动阻力的不同，上部烟气流 的流程要大于下部，流动阻力偏大，则下部烟 气流速及烟温偏高。由于流速分布上的偏差， 使流经同一截面的不同区域飞灰携带量也随之 出现一定的差异，并对水平烟道受热面的传热 量比例产生影响。 炉膛及水平烟道烟气流动示意图 2. 锅炉设计及制造对超温及烟温偏差影响 （1） 设计原因 l 炉膛选型 由于缺乏根据燃料特性选择炉膛尺寸的可靠依据，设计的炉膛不能适应煤种多变的 运行条件，炉膛有的偏高，有的偏低，从而引起汽温偏低或偏高。若对煤种的沾污、结 渣特性认识不足，将使炉膛辐射吸热量计算产生偏差，导致炉膛出口烟温不同，引起过 热器、再热器出口汽温偏低或偏高。 炉膛高度偏高，引起汽温偏低。 炉膛高度偏低，引起超温。当燃用灰熔点稍低的煤时，该问题就尤为突出，此时可 能造成炉膛结焦，使过热器超温，甚至爆管。 l 再热器系统结构设计 再热器管组进、出口集箱的引入、引出方式布置不当，使蒸汽在集箱中流动时静压 变化过大而造成较大的流量偏差。静压差小的管内流量小，冷却不足，管壁超温爆管。 对于蒸汽进口集箱的并联管组，在进入管三通处形成局部涡流，使得该涡流区附近 管组的流量较小，引起较大流量偏差。 再热器之间无集箱，用管子在炉外直接相连。这种连接方式的蒸汽流量偏差虽然相 对较小，但由于中间没有集箱进行交叉混合，这样将高温的工质引到烟温较高的区域， 低温的工质引到烟温较低的区域，前者两侧蒸汽温度偏差与后者两侧蒸汽温度偏差叠加 ，使得高温工质温度升得更高，造成两侧汽温偏差加大，容易造成超温爆管。 l 喷水减温系统设计 某些锅炉在喷水减温系统设计中，往往用一只喷水调节阀来调节一级喷水的总 量，然后将喷水分别左右两个回路，这时，当左右侧的燃烧工况或汽温有较大偏差 时，就无去用调整左右侧喷水量来平衡两侧的汽温。 喷水式减温器一般设计喷水量约为锅炉额定蒸发量的3%5%，但配200MW机组 的锅炉由于其汽温偏离设计值问题比较突出，许多电厂均发现喷水减温器容量不够 。很多电厂都将原减温水管口径放大，以满足调温需要。 对于再热蒸汽，由于大量喷水对机组运行的经济性影响较大，故设计时再热蒸 汽的微量喷水一般都很小，或不用喷水，靠摆动燃烧器倾角来调节汽温。然而，在 实际运行中，由于摆动燃烧器被卡死，导致再热器超温，有些电厂不得不用加大喷 水量来解决。 （2）制造工艺 由于制造工艺、现场安装等质量问题造成再热器超温爆管的事故时有发生。 l 联箱中间隔板焊接不良，联箱中蒸汽短路，部分管子流量减少； l 蛇形管制造、安装焊口的质量不合格，个别管子通球率低，造成流量不均； l 管子弯头椭圆度和管壁减薄超标等，降低了管子寿命； l 空气预热器、炉本体漏风也会加剧超温。 3. 锅炉运行对超温及烟温偏差影响 （1） 炉内燃烧工况 随着锅炉容量的增大，炉内燃烧及气流情况对再热器系统的影响就相应增大。 如果运行中炉内烟气动力场和温度场出现偏斜，则沿炉膛宽度和深度方向的烟温偏 差就会增加，从而使得水平烟道受热面沿高度和宽度方向的烟温和烟速偏差都相应 增大，而运行中一次风率的偏高，有可能造成燃烧延迟，炉膛出口烟温提高。 如美国CE公司习惯采用，也是我国大容量锅炉中应用最广泛的四角布置切圆 燃烧技术常常出现炉膛出口较大的烟温或烟速偏差，炉内烟气逆时针旋转时，右侧 烟温高，顺时针旋转时左侧烟温高。有的炉膛出口两侧的烟温偏差达到250，因 而引起较大的汽温偏差。 （2） 高压加热器投入率 据调查，我国大容量机组的高压加热器投入率偏低，有的机组高加长期停运。 对于200MW机组，高压加热器投与不投影响给水温度80左右，而对于 300MW、 600MW 锅炉，高加投与不投给水温度相差约80100。运行和计算表明，给水温 度每降1，过热汽温上升0.40.5，因此，高加停运，过热汽温将升高3250。 可见给水温度变化对蒸汽温度影响之大。 运行表明，因高加解列，对本来运行正常的锅炉将引起超温或减温水量大大超 限，对原来汽温偏低的锅炉，虽会使汽温有所提高，但由于煤耗率增加，将使机组 运行的经济性降低。 （3） 煤种的差异 我国大容量锅炉大部分处于非设计煤种下运行，主要表现在实际用煤与设计煤种 不符、煤种多变和煤质下降等。 燃料成分对汽温的影响是复杂的。直接影响燃烧稳定性和经济性的主要因素是燃 料的低位热值和挥发份、水份等。而灰熔点及煤灰组份与炉膛结焦和受热面沾污的关 系极为密切。 当燃料热值提高时，由于理论燃烧温度和炉膛出口烟温升高，可能导致过热器和 再热器超温；当灰份增加时，会使燃烧恶化，燃烧过程延迟，火焰温度下降。 一般燃料中灰份越多，在实际运行中汽温下降幅度越大。另外，灰份增加，还会 使受热面磨损和沾污均加剧；挥发份降低会使燃烧所需过量空气增加，因而导致烟气 量与烟气流速增加，对流传热加强，可能导致再热器超温； （4） 汽机高压缸排汽温度 汽机高压缸排汽温度高，即提高再热器入口温度，为保证再热器出口温度，势必 增加再热器喷水量。再热蒸汽喷入减温水，由于降低了汽机高压缸的利用率，对机组 运行经济性影响较大，故按设计在正常运行中是不喷水的。但有些机组因再热器超温 严重，其它调温装置又不能正常投用，只能用大量喷水来抑制超温。一般每喷入1% 的减温水，循环效率约降低0.10.2%。 （5） 受热面沾污 由于锅炉设计或运行原因往往造成炉膛结焦，过热器、再热器超温。造成炉 内结焦、过热器、再热器积灰的原因很多，如：煤质、灰成分的变化，运行调节 不良，一次风速低，火焰偏斜，磨煤机投运层数，吹灰器及制粉系统投运行情况 等。 （6） 锅炉运行压力对汽温的影响 目前多数300MW、600MW电厂锅炉都在低于设计压力下运行，锅炉降压运行 ，使得蒸发吸热与过热吸热的比例发生变化。 这种运行方式使锅炉蒸发段所需的吸热量增大，过热段所需的吸热量减少， 要求增加燃料量来满足蒸发吸热，燃料量的增加使过热器、再热器超温。 二、锅炉过热器、再热器超温及烟温偏差的防治 过热器和再热器超温的原因很多，不但有蒸汽流量分配不均等锅炉方面的因素，同时更 主要的还有炉膛出口烟气速度场和温度场偏差导致的过热器和再热器烟气侧传热不均等炉内 因素。对于这一问题国内外技术人员也进行了深入的研究，提出了不少改进措施，主要是从 烟气侧和蒸汽侧两个方面着手来防治超温和减小烟温偏差。 1. 烟气侧防治措施 （1）燃烧器反切风的使用 采用一次风反切、二次风反切、三次风反切或者几种反切方式相结合，即在炉内选择部 分燃烧器的安装角度与炉内主气流旋转的方向相反。 对于低挥发分的无烟煤，贫煤及燃烧困难的劣质煤种，常考虑一次风反切。 对于进行燃烧器反切改造来减小烟温偏差，则通过选取上组燃烧器的二次风或三次风进 行反切改造 由于反切气流的存在，反切气流与主体气旋气流之间进行激烈的动量，质量交换产生的 强烈湍流耗散使主体气流旋转强度降低，炉膛出口残余旋转减弱，从而改善炉膛出口的烟气 的速度分布和温度分布。 l 燃烧器的反切改造应基于冷态模化试验和 CAT数值试验结果，并借鉴他人的改造成功经验 ，特别是对带煤粉喷口（一次风、三次风）的改造应十分慎重，因为这样的改动对炉内的燃 烧可能产生较大的影响。 l 新开发的上二次风水平摆动燃烧器消 除炉膛出口烟温偏差 当采用上层燃烧器喷口反切来减炉气 流内旋时，由于炉膛结构、燃烧器布置、 煤质特性、锅炉负荷等不同，形成的烟温 偏差强弱经常变化，从而造成上层燃烧器 喷口反切角度的不确定性，而水平摆动喷 口则完全解决了这一困难。 水平摆动喷口利用喷口内栅式导流板 进行气流方向调节，范围为：-2020。 喷口及百叶窗式导流板均用耐温合金钢制 成，保证其调节灵活和经久耐用。 （2）上组燃烧器下倾 将上组燃烧器喷口改为下倾（长期固定），可以降低炉内的火焰中心，使得炉 膛出口的温度相应降低，可以缓解过热器、再热器的超温。 燃烧器的下倾角度应通过计算和模拟试验后才能较好的确定。 （3）适当改进炉膛上部屏式受热面的结构 将屏的结构作一定的改动，人为的使烟道右侧区域的气流向左侧区域分流一部 分，从而使水平烟道右侧的流量减少而使右侧流量增加。以减少烟气速度偏差。 增大后屏过热器与分隔屏的