王永刚，赵小兵，张小刚

（酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃嘉峪关，735100）

引言

某电厂2×350 MW 热电联产机组锅炉为东方锅炉厂生产的超临界参数变压运行直流锅炉，一次中间再热、平衡通风、烟气挡板调节再热汽温、固态排渣、全钢构架、前后墙对冲燃烧的Π型锅炉。

锅炉制粉系统采用ZGM95G-II 型中速辊式磨煤机。每台炉配5 台中速磨，燃用设计煤种时，4 运1 备；燃用校核煤种时，5 台运行。煤粉细度为R90≤15%，均匀性指数n=1.0。其所配的煤粉分离器为静态挡板式分离器，燃烧设备为旋流煤粉燃烧器，分前墙3 层后墙2 层布置，每层4 只旋流煤粉燃烧器，每台磨煤机为同层的4只煤粉燃烧器提供风粉混合物；在前、后墙旋流煤粉燃烧器的上方各布置了2层燃尽风，每层4只燃尽风喷口，在前、后墙各布置了2只侧燃尽风喷口；每层风室入口处设置二次风门挡板用以调节风室的进风量。

燃烧器配风分为一次风、内二次风和外二次风，分别通过一次风管，燃烧器内同心的内二次风、外二次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛,其中内二次风为轴向固定角度旋流、外二次风为切向可变角度旋流。

1 旋流煤粉燃烧器结构原理

燃烧器将燃烧用空气分为四部分：从内到外依 次为中心风、一次风、内二次风、外二次风。

图1 旋流煤粉燃烧器

1.1 一次风

一次风粉混合物进入燃烧器的一次风入口管，然后经过布置在一次风管中的煤粉浓缩器，浓缩器使煤粉气流产生径向分离，形成外浓内淡的煤粉气流，浓煤粉气流从外侧经稳焰齿环进入环形回流区燃烧；淡煤粉气流从从中心区域喷入炉内燃烧[1]。

1.2 内二次风

内二次风为旋流，内二次风通道内布置有固定叶片倾角为45°的轴向旋流器，内二次风门手动调节装置可使风门挡板在0～90°范围内调节，内二次风的作用是通过旋转气流形成回流区迅速点燃煤粉，并在煤粉着火后混入提供氧气进一步强化燃烧[2]。

1.3 外二次风

外二次风为旋流，外二次风门开度范围是0°～75°，旋流角度改变的同时风量也在变化，外二次风量占燃烧器区域风量60%以上，是调节单个燃烧器风量，沿炉宽氧量分布的主要手段。进入每个燃烧器的外二次风量可通过燃烧器上切向布置的叶轮式挡板进行调节。调节挡板开度，即可调节外二次风量和外二次风旋流强度，改变锅炉燃烧工况[2]。

1.4 中心风

中心风通过燃烧器最中心送入炉膛，风量只占总风量的1%左右，主要作用是燃油时补风与冷却中心风管，通过手动挡板调整风量，可以改变火焰回流区域的位置，控制着火点。

2 “火焰内NOX还原”的控制原理

NOX的生成机理有三种，分别是热力型、快速型和燃料型，其中热力型和快速型NOX是由空气中N2生成，燃料型NOX由煤中N 生成。煤粉炉大部分NOX是燃料型NOX，因此燃烧控制主要是降低燃料型NOX的排放值[3]。

通过50000 多小时运行数据分析，分级燃烧采用大比例的燃尽风作为降NOX的主要手段，造成主燃区有不同程度的缺氧氛围，水冷壁发生大面积高温腐蚀现象。降低燃尽风使用比例，采用“火焰内NOX还原”控制，在不降低火焰温度的同时，使得NOX的排放急剧减少，提高旋流燃烧器低NOX控制水平，是减缓锅炉高温腐蚀的有效手段。

“火焰内NOX还原”原理为旋流燃烧器单喷口分级燃烧，通过径向浓淡、分级燃烧降的方式，控制不同阶段的燃烧低燃料型NOX，使燃烧器区域NOX迅速分解，从而降低燃料型NOX。

2.1 一次风煤粉细度及均匀性对NOX影响

理论上，煤粉细度越细、NOX越高，其原因为煤粉越细，被加热越快，燃烧加快导致炉内温度峰值和温度水平提高，热力型NOX增加。

试验发现，配备静态挡板式分离器的中速磨煤机，在磨煤机折向挡板开度为45°左右时，磨制哈氏可磨系数为46 的广汇煤，其煤粉细度R90在35%左右，正常运行过程中容易在一次风管内不同形式的煤粉沉积，进一步造成一次风管风速偏差，各粉管煤粉细度、浓度偏差大，同层各燃烧器热功率失衡，锅炉局部热负荷高，引起锅炉结渣、水冷壁传热恶化、炉膛出口烟温偏差大、锅炉两侧NOX不平衡等系列问题。将磨煤机折向挡板开度为15°左右时，其煤粉细度R90≤20%，各粉管热态风速偏差±5%，同工况下NOX降低50 mg/m3，调整入口NOX不变，可增大燃烧区域风量约90 t/h，可有效降低飞灰可燃物。

2.2 锅炉二次风箱压力对旋流燃烧器“火焰内NOX还原”影响

燃烧设备各层风箱入口均设有风门挡板，每个风箱的风门挡板均可通过各自的执行器实现调节。风室挡板的作用是分配燃烧器各层风箱之间的风量

燃烧区域二次风箱压力是确保低燃尽风率的基本条件，保证锅炉各负荷段燃烧器二次风箱压力，才能确保旋流燃烧器主燃区过量空气系数。通过实验，锅炉运行过程中，对应各层风箱二次风挡板根据锅炉负荷设定函数，并设置最低开度，防止压力测点异常导致挡板关闭。

燃尽风层风门挡板的开度，对燃烧器二次风箱的风压影响非常明显，而一定的风箱风压是保证燃烧器高效、可靠、好可调性的条件之一。对应燃尽风层开度建议在保证NOX排放的情况下取偏小的开度。

2.3 中心风对NOX影响

中心风主要作用是燃油时补风与冷却中心风管。正常运行时，当锅炉采用中速辊式磨煤机，一次风率＞20%的中速磨煤机时，中心风可关小至30%～50%，中心风管温度＜800 ℃，可保证燃烧器安全运行并降低一次风率，提高二次风箱压力，控制NOX生成。

2.4 内二次风门开度对NOX影响。

通过内二次风挡板调节内二次风风量来调整旋流强度，根据不同煤种控制回流区位置，推荐调整范围为30°～65°。燃用高挥发分煤种时应开大内二次风挡板，燃用低挥发发煤种时应关小内二次风挡板。内二次风量较大时，和一次风混合早，关小内二次风挡板，可降低NOX成量，可以延迟燃烧的过程，降低火焰温度。内二次风挡板开度小于20°会导致喷燃器口挂焦加剧，影响火检信号。

2.5 外二次风门开度对NOX影响。

外二次风调节挡板旋流角度在23°～45°，对应调节挡板调整范围为30%～60%时，锅炉氮氧化物较低。每层大风箱从左右侧进风汇集，故中间风压高于两边，为防止燃煤未燃尽火焰刷墙，调整内外二次风两侧火嘴的挡板大于中间火嘴的挡板，控制外二次风两侧挡板50%～60%，中间挡板调整范围为35%～45%。

图2 外二次风与煤量对应曲线

3 结语

(1)在磨制哈氏可磨系数（HGI）为46，可磨系数1.09 的难磨煤种时，其分离器折向挡板采用推荐值时，煤粉细度超标，需将折向挡板开度降至20°，可满足煤粉细度设计要求，可降低锅炉NOX约50 mg/m3。

(2)二次风箱压力满足锅炉设计条件是旋流燃烧器正常低NOX燃烧的基本条件，锅炉运行过程中层风箱二次风挡板应根据锅炉负荷设定函数，保证锅炉不同负荷二次风箱压力，降低燃尽风率，可控制锅炉NOX在低限运行。

(3)锅炉设计一次风率＞20%时，二次风箱压力低于设计值，过大的燃尽风率影响旋流燃烧器“火焰内NOX还原”理论。可在中心风管温度＜800 ℃前提下，将中心风关小，可降低一次风率，提高二次风箱压力，控制NOX生成。

(4)锅炉内二次风挡板根据煤种进行调整，外二次风挡板根据磨煤机煤量进行调整，可以有效降低锅炉变煤种、变负荷导致锅炉NOX生成量大幅度波动幅度，提高旋流燃烧器“火焰内NOX还原”的控制水平，实现分级供风、低氮燃烧的效果。