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双通道煤粉燃烧器

......................STF型燃烧器的优点.....................

   1、该燃烧器具有特殊的调节方式,能够适用于多煤种
   已经在燃用烟煤、褐煤、贫煤、无烟煤及劣质烟煤等煤种的锅炉上得以验证,很好地解决了锅炉因煤种变化而导致的燃烧不稳定,飞灰可燃物高,结焦等问题,为保证锅炉安全运行,降低运行成本,提供了有利条件。
   2、大幅度降低了低负荷稳燃投油极限
   电网容量的增加至使大机组调峰势在必行,倍压机组的热电联产夏季需要低负荷运行,因此低负荷稳燃则是一大难题。目前,多数机组只能采用投油助燃,以达到低负荷时稳燃,使运行成本增加.sTF型燃烧器在燃用挥发份4.6%的无烟煤矿,50%负荷运行不需投油助燃仍能稳定的燃烧。
   3、提高锅炉效率1~2.5%
   由于煤粉燃烬度的提高,降低了大渣含碳量和飞灰可燃物。经测试,不同的煤种、炉型改造后,其锅炉效率均有不同程度的提高。
   4、提高了环保质量
   与一般类型燃烧器相比较,其排烟中NOx含量可降低17~25%,并明显降低了排烟黑度。
   5、系统简单,改造十分容易
   对旧炉改造时,只需换一次风喷咀即可,无需增加辅助设备。根据煤种、锅炉容量、燃烧器布置形式,一般改造1~2层(一次风咀为4~8只)安装时间不超过一周。
   6、操作容易
   当燃用煤种或锅炉负荷变化时,只需适当调整燃烧器的腰风蝶形风门,即可达到在所用煤种和运行工况条件下的稳定燃烧。
   7、不结焦
   对于高热值、高挥发份的煤种和有些地区的短渣易结焦煤种,可根据具体情况,采取有效的防渣措施,在STF型燃烧器的设计上增加防结焦气流风束,合理调节风门,有效地防止了燃烧器本身和炉膛结焦。
   8、STF型燃烧器采用耐高温、耐磨损材料制造,使用寿命长。1992年改造的锅炉运行至今状况完好如初。
   9、冷炉点火可节油60~90%
   STF型燃烧器自身配备一只100~200Kg/h的油枪,点火后在喷口区域很快形成一个高温稳定区(相对炉膛而言),煤粉进入该区即可稳定燃烧。因此,可较其它类型燃烧器提前投粉、撤油。
               ......................sTF型燃烧器的产生.....................
   燃烧器是燃煤锅炉的主要部件,其运行好坏直接影响到锅炉的各项指标。以往燃烧器的设计是根据用户提供的主要煤种为依据,锅炉投入运行后,必须按照与设计相近的煤种供煤,否则将会出现出力不足、达不到运行参数、结焦、燃烧不稳定等一系列问题。事实上,确保按设计煤种供煤(除少数大型电站或坑口电站)是很难做到的。为此不少锅炉不能正常运行,使有些厂矿陷入了一定困境。长期以来,许多厂矿企业都渴望有一种能适应多煤种稳定燃烧,系统简单、操作容易、调节手段灵活的主燃烧器,以达到增产降耗,安全运行的目的。为此经许多专家多年来不懈的努力,先后研制出:A预燃室型、B钝体型、C船体型、D偏置射流型、E扁平射流型、F浓淡分离型、G大速差型等燃烧器。为燃烧器理论研究与发展做出了贡献。经多年运行结果表明上述燃烧器仍存在一些问题:
   可调节特性差,燃烧器煤种通用问题仍没解决。
   脱油稳燃负荷极限较高,低负荷幅度不大,尤其是难燃煤种更是如此。
   结焦、烧损均有不同程度存在,甚者影响运行。
   有的做为辅助燃烧器,势必增加了管道、给粉机设备。
   为此,清华大学张恩仲博士承担了“八五”燃烧器科研课题。他总结了三十年来锅炉燃烧方面的理论和实践经验,研制成功了“双通道、自稳式、多煤种主燃烧器”。于1992年通过国家鉴定认为:“结构新颖、调峰幅度极大,属国内外首创。具有国际先进水平。在煤质适应性,火焰可控性及对四角切向燃烧无烟煤的稳燃性能方面具有国际领先水平,”几年来在35T/h~1025T/h燃粉燃烧锅炉上应用了几十台。受到用户的承认和好评。为达到用户在安全运行低耗多发,提高环保质量的目标上创造了有利条件。
   多年实践结果表明,由于小容量锅炉抗干扰能力差,35T/h、65T/h级锅炉采用STF-Ⅰ型、STF-Ⅱ型燃烧器受到限制。我们经过二年的研究,在原基础上研究成功一种“双向稳燃燃烧器。”其控制能力倍增,经过二年运行考验,效果极佳。现已列为我公司的第三代产品。至此,从35T/h~670T/h煤粉燃烧器已形成系列。
   STF-Ⅲ型燃烧器比STF-Ⅰ型和STF-Ⅱ燃烧器性能更为优越,适用范围更广。可用于不同炉型,不同煤种及各类不同制粉系统。在STF型燃烧器问世以来的7年时间里,此发明专利项目荣获过多项嘉奖。
               ......................sTF型燃烧器的结构及工作原理.....................
   该燃烧器本体是由上、下一次风口、两侧腰风、射流孔和中心小油枪组成,结构见(图一)。
   该燃烧器工作原理与特点:
   由于上、下一次风的射流流动作用产生了一个高温回流区见(图一)。上、下一次风的流速大小直接影响到回流区的形状和回流量,根据所燃煤粉种类,确定突扩空间大小,用以调整回流区形状及回流量,以满足煤粉所需着火热量。本燃烧器对于防止结焦和稳定燃烧是十分有利的,也是其它类型燃烧器所无法比拟的。

  STF 型燃烧器腰风的作用与调节
  “腰风”是本燃烧器的关键技术,也是该项发明专利的保护权项之一。其性能独特,烟气回流量、着火点的可调节性,使该燃烧器的调节灵活,调节幅度增大。
  a .腰风的调温与控制着火点距离作用
  
在冷态启炉时,燃用着火性能差的煤种及低负荷运行时,此时由于环境温度低,煤粉不易着火及燃烧不稳定。从试验曲线上可知,当关小或关闭腰部风时,烟气回流量有所减少,环境温度反而升高,煤粉提前着火,燃烧器喷口及附近局部区域温度急剧提高,使稳定燃烧得以保证。这是由于腰风减少导致环境的上升温度,大于由于回流量减少而导致的降温温度。因此,减少腰风,环境温度升高,有利益于着火和稳燃。
   由此可以得出:当燃用易着火煤或煤质更好的煤粉,应开大腰风,推迟着火;燃用难燃煤和劣质煤应关小腰风。当锅炉满负荷时,应开大腰风;当低负荷时,应关小腰风,提高环境温度,创造着火稳燃条件。
  b .腰风的防焦作用
  
当有结焦现象时,适当开大腰风,对燃烧器起到降温、清洁作用,腰风的增加同时可使 CO 降低,确保氧化气氛的形成,对防止结焦是很有利的。另外,腰风冲刷侧壁起到吹焦防焦作用。
   由于上、下一次风的冲刷作用也对结焦起到了抑制作用。
   传统的燃烧器只是一个喷口,同样量的煤粉从一个喷口喷出,热量较集中,极易形成局部高温区,导致了结焦形成,而 STF 型燃烧器由上、下两个喷口喷出,同样量的煤粉上、下一次风口各承担了 50% ,提高了温度均匀程度,抑制了结焦形成和 NOx 的减少。
  ?在下一次风道两侧设计了二个高速射流管,见(图一)其流速可在 0~300m/s 音速之间调节,它所产生的烟气回流与下一次风射流产生的烟气回流重合,增大了烟气回流量,根据不同煤种着火热的要求,调节射流量也可改变炉膛烟气回流量,增大了烟气回流量的调节范围,同时,也起到冷却冲刷燃烧器的作用,防止燃烧器温度过高和结焦。
  ?冷、热态试验结果
  
为拓宽燃烧器对煤种的适应范围,防止燃烧器两侧面结焦,在燃烧器燃烧空间内两侧设计有两股扁平二次风,我们称为腰部风见(图一),该二次风参数的设计合理与否对整个燃烧器的性能影响至关重要。
  1 .冷态试验

  由图二可见,随腰部风的增加,回流量增加,同时在边侧也形成一个正流区,这股正流风保护了燃烧器不过热,不产生结焦。
  从图三可知,单开腰部风和单开蒸汽射流均使回流量增加。
  冷态试验结果表明:
  
腰部风与蒸汽射流同时打开时回流量最大,单开腰部风要比单开蒸汽射流对回流区的影响大,腰部风的合 理运用,对 STF 型燃烧器的燃烧状态起着决定性的作用。

   2 .热态试验
  
(图四)中的曲线是不同腰部风开度对燃烧器内的温度影响。
  a 腰部风全开
  此时, STF 型燃烧器内部温度就是一次风粉混合的温度( 210 ℃左右)温度梯度很小,着火点在燃烧器外 930mm 处形成。见(曲线 1 )
  b 腰部风开度 50%
  STF 型燃烧器内温度有所增加,煤粉在燃烧器喷口处受到加热,在距喷口 400mm 处形成火焰。见(曲线 2 )
  c 腰部风全开
  燃烧器内温度大幅度增加,燃煤在燃烧器内受到高温回流烟气加热,在喷口处形成稳定火焰。见(曲线 3 )

  试验结果表明: STF 型燃烧器,上、下一次风设计参数确定后,其着火点的位置与腰部风的大小有直接重要的关系。通过调节腰部风可使一次风着火点在 0~950mm 的范围内变化。

......................部分应用实例.....................

  例 1 亮子河发电厂
  亮子河发电厂 HG-220/100-6 型锅炉,配风扇磨直吹系统,燃用劣质烟煤。该厂频繁调峰,锅炉稳定性不好,低负荷时安全经济性更差,低于 80% 负荷时,就要投 2 只 1.5T/h 油枪助燃。
  1991 年 8 月 10 日,对该厂 2 台 HG-220/100-6 型锅炉采用 STF- Ⅰ型燃烧器实行改造。在频繁调峰工作中, 50% 负荷时,不须投油稳燃。见下表

改 造 前 后 对 比 表

时 间

燃烧器型号

锅炉编号

灭火次数

1991 年 1 月 ~5 30 日

原燃烧器

1 #

6

2 #

15

1992 年 1 月 ~5 月 30 日

改造选用 STF- Ⅰ型燃烧器

1 #

2 #

2

  节油经济效果:改前发电油耗为 11.3g/KW.h ,采用 STF- Ⅰ型燃烧器改造后发电油耗为 4.9g/KW.h 。改造后对五个月耗油统计,单台锅炉节油效益为人民币 103433.00 元。此次工程通过了验收鉴定,得到了有关专家的高度评价
  注: 1 # 炉燃烧器为我公司设计,设备由厂家外委加工(材料与原设计要求不符)。由于钢材问题,燃烧器喷口处有开裂,但不影响运行,自 91 年下半年至今仍在运行中。
  例 2 焦作电厂
  河南省焦作电厂 1 # 、 2 # 炉为 HG-670/140-2 型锅炉,系我国首台 200MW 无烟煤炉,该炉运行燃烬度差,而引起过热器爆管,炉内及燃烧器口结焦,大渣含碳量 12% ,飞灰可燃物高达 16% ,电厂曾多次改造,收效甚微。 91 年采用 STF- Ⅰ型燃烧器后,彻底解决了上述问题,在燃用 V f =5~11.65% 无烟煤时, 50% 负荷脱油运行十分稳定,飞灰可燃物降至 10% 以下,大渣含碳量降至 8% 以下, NOx 排放量降低 25% ,炉效提高 2% 。 91 年采用 STF- Ⅰ型燃烧器从未发生结焦和烧坏,该成果分别获河南省电力局和华东网局科技进步二等奖。
  以上两例是张恩仲博士在完成博士论文和国家科研项目期间负责的两项工程,均采用Ⅰ型燃烧器。
  随后其它单位将Ⅰ型燃烧器原型比例尺寸缩小,用于其它小容量锅炉上,在用于 35t/h 、 65t/h 锅炉上之后,发现一些问题,使用效果平平。有的甚至因效果不佳而拆掉。造成人力、物力的浪费及不良影响。分析认为:小容量锅炉燃烧室容积小,敏感性强,抗干扰能力差。当采用双通道燃烧器时,应特殊考虑诸多因素,不能简单按比例尺寸缩放。锅炉是系统工程,相关联系紧密,若想获得最佳效果,必须系统考虑诸多问题。
  为此,我们在双通道Ⅰ型燃烧器的基础上,研制了双向稳燃 STF- Ⅲ型燃烧器。
  该型燃烧器冷热试验表明效果极佳,见下例实例介绍:
  例 1 应城盐矿自备电厂
  湖北省应城盐矿 WG-35/29 型锅炉 3 台,自 86 年投运一直存在燃烧不稳定、灭火、打炮现象,蒸汽参数低,出力不够,锅炉效率低直接影响到盐的产量,为了生产只得投油助燃运行。根据现场的炉况,我公司 1995 年对其中条件最差的 1 # 炉实施改造,首例采用 STF- Ⅲ型双通道双向稳燃通用煤粉燃烧器,改造后效果极为显著。
  a 出力由原来的 28T/h 提高到 35T/h ,最高可达 38~40T/h ;蒸汽温度由 400 ℃提高到 430 ℃,蒸汽压力由原来的 3.2Mpa 提高到 3.8Mpa 。
  b 当煤质 V f =7~13% , A y =42% , Q f dw =17.37MJ/Kg 时 , 燃烧十分稳定, V f =4.05% 时, 60% 负荷运行,燃烧十分稳定。
  c 飞灰可燃物由改前的 16% 降低到 4~8% 。
  d 节油效果显著,单从节油上计算,该炉 4 只 STF- Ⅲ型燃烧器投资改造后,运行 38 天可收回成本。
  e 燃烧器的改造成功使当月盐产量增加 1000 余吨,由于效果明显,该矿职工集资筹款于 96 年、 97 年相继对 3 # 炉、 2 # 炉实行了改造,全部采用了 STF- Ⅲ型燃烧器,针对实际情况我们对 3 # 炉、 2 # 炉的 STF- Ⅲ型燃烧器参数再次合理修改,使其效果好于前一次,即: 2 # 炉好于 3 # 炉, 3 # 炉好于 1 # 炉。
  长春第二热电厂
  该厂共有 2 台 HG-670T/H 煤粉锅炉,现已拆除原有的浓淡燃烧器,全部改成“双向 稳燃 STF- Ⅲ型燃烧器”。 98 年 5 月投入运行,改造后 40% 电负荷不投油,飞灰大渣含碳量降低,锅炉效率提高 1% 以上。
  例 3 烟台发电厂
  该厂共有 2 台 HG-220T/H 煤粉锅炉,自 96 年 6 月改成“双向稳燃 STF- Ⅲ型燃烧器”,燃用淄博贫煤,飞灰可燃物大幅度降低,飞灰含碳量为 3% 左右。 锅炉效率提高 1% 以上,大幅度节省点火用油。现正着手改造另外一台。
  例 4 江苏宜兴发电厂
  该厂共有 2 台 HG-220T/H 煤粉锅炉已于 1997 年中将 2 # 炉改成一台“双向稳燃 STF- Ⅲ型燃烧器”,效果良好,飞灰可燃物大幅度降低,以达 2~3% 之间, 99 年 5 月份又改造了 1 # 炉。
  海口发电厂
  该电厂 2 # 炉 HG-220T/H 煤粉锅炉改成双向稳燃 STF- Ⅲ型燃烧器。
  经北京华北电力科技服务中心推荐,海口火电厂对 2 # 炉采用了清华大学张恩仲博士发明的“双向稳燃 STF- Ⅲ型燃烧器”,于 1999 年 3 月 6 日启动后,试验与运行结果表明锅炉运行情况良好,经济效果显著。已达到改造前的预期目的。通过测量数据的归纳分析,得到如下结论:
  锅炉流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度等参数均达到设计值,运行平稳。该燃烧器采用灵活的调节措施。大大改善着火与燃烬 ,着火区温度提高并趋向均匀,着火距离适中。扩大了使用范围,既可以满负荷运行,又可在 45% 锅炉出力下稳定运行。提高煤种适应能力。扩大煤种使用范围。说明该燃烧器具有良好的通用性能。
  以 2 # 炉 1998 年全年锅炉效率、飞灰可燃物平均值(见表)为依据。与燃烧器改造后实测锅炉效率、飞灰可燃物对比可以看出,锅炉效率提高 1.54% ,按此计算全年节煤
  B=28T/h × 1.54% × 7000 小时 =3018.4 吨 / 年

-?

飞灰可燃物 V f ( %)

锅炉效率η (%)

2 # 炉 98 年平均值

8.15

89.80

2 # 炉燃烧改造后实测平均值

6.30

91.34

  低负荷时 45% 出力不投油。
  2 # 炉调峰可为 20~25MW 。改造前若不投油,达不到该调峰幅度。即使调到 30MW ,应投 800Kg/h ,容量油枪 2~3 支。按 5 小时投 3 支油枪计算油量为 800 × 3 × 5 = 12000 Kg/ 日 相当于 24 吨煤,每天节约合人民币 2.2 万元。节省锅炉启动点火用油,该燃烧器内装 100~200Kg/h 小油枪,可实现提前投粉。达到节油目的。其它采用此装置平均节油在 50% 以上。
  丹东化纤集团自备电厂
该厂有 WG-150t/h 、 WG-90t/h × 2 三台煤粉锅炉,燃用当地的烟煤、山西烟煤和沈北褐煤三种混煤。该炉采用乏气钢球磨,中储系统。现采用 STF- Ⅲ型燃烧器后,改烧当地烟煤和当地无烟煤混烧。燃烧稳定,飞灰可燃物由原来的 11% 降到 6% ,由于改烧低灰份煤种节省了灰场用地,减少了锅炉受热面的磨损。由于当地的煤价较低,改后每年节省燃料费用大约在一千四百万元左右,经济效益可观。

        ......................? STF 型燃烧器的鉴定与推广 .....................
  国家鉴定认为, STF 双通道通用煤粉燃烧器构思新颖,属国内外首创,具有国际先进水平,在煤质适应性、火焰可控性,稳燃防结焦性及四角切向燃烧无烟煤的稳燃性能方面具有国际领先水平。
  目前,哈尔滨锅炉有限责任公司将此燃烧器做为定型设计应用在 220T/h~1025T/h 锅炉上,取代石门电厂 1025T/h 锅炉原设计的“浓淡分离燃烧器”。德州电厂将 1025T/h 锅炉原来的浓淡分离燃烧器改为 STF- Ⅰ型燃烧器,运行至今效果理想。
  对于 35T/h~75T/h 锅炉,由于其 相 对热容量小而敏感性强,经不住外界条件的变化,单纯用大容量锅炉应用的 STF- Ⅰ型燃烧器图纸按比例缩小制造应用是不妥的,有的单位这样做了,结果是效果不佳,只得拆下,即浪费人力、物力,又影响了生产。这并非是 STF 燃烧器不适应小容量锅炉,而是小容量锅炉自身特点不同,要采取相应的措施和手段。自 1991 年 STF 燃烧器鉴定应用以来,我们不断完善改进以适应不同情况的锅炉。如今已研制出 STF- Ⅰ、 STF- Ⅱ、 STF- Ⅲ系列产品,针对不同容量,不同问题,选配合适的产品,既要稳定燃烧,又要防止结焦,这是锅炉燃烧的一对矛盾,合理的设计与参数选择以达到理想的状态,这正是 STF 燃烧器的独到之处。

  在改造过程中,各厂矿企业单位对 STF 型燃烧器能否达到预定效果,存有一定疑虑是可以理解的,当调研证实其效果或第一台改造成功后, 用户自然会确信无疑 ,因而在我公司承担的烟台发电厂、长春第二热电厂、宜兴发电厂、丹东化纤自备电厂、应城盐矿自备电厂均属于全改或多台改造单位。
  经检索证明,锅炉多煤种通用问题国际上至今未有解决,我们研制的 STF- Ⅲ型实属世界领先水平。现已有数十台采用本燃烧器改造投入运行,运行时间已长达三年之久。锅炉容量 35T/h~670T/h ;供粉系统有风扇磨直吹、中储热风送煤、乏气送粉;燃用煤种有褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤。运行效果良好已得到公认。为此先后获得多项殊荣。

...................... STF 型燃烧器得以公认 多次获奖 .....................

  ?获国家发明专利
  ?本专利被国家评为十三项专利金奖之一(见九五年九月二十九日人民日报第四版报导)

  多次获奖
  九三年 获黑龙江省科技进步二等奖
  九四年 获华东网局科技进步奖
  九五年 获国家教委科技进步奖
  九五年 获国家科技进步奖
  九五年 人民日报、黑龙江日报、哈尔滨日报、科技导报、经济导报、黑龙江省电台、哈尔滨电台均就该项研制工作及其情况作了较为详细的报导。
  锅炉燃烧涉及学科广泛,是系统工程,实践性很强,并且有各异性。为此必须具体问题具体分析。我们集团具有理论研究、产品试验开发、生产配套、安装调试的一系列工作条件和能力。另外,我集团公司与国外同行业有着密切的合作关系,对我们及时了解国际先进技术,发展适合于我国国情的燃烧设备奠定了坚实的基础。公司的宗旨是:应用先进技术,全心全意的为用户服务。着眼社会效益。
  诚恳的希望能与各位同仁建立良好的合作关系和技术交流,使我公司产品在设计、制造工艺上更上一层楼。

 
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