关于四角切圆锅炉燃烧器规律性吹损机理的分析

关于四角切圆锅炉燃烧器规律性吹损机理的分析

李旭峰1

（1.大唐巩义发电有限责任公司，河南 郑州 451200）

摘要：锅炉作为发电厂重要的主设备之一，燃烧器的可靠性直接影响锅炉的安全稳定运行。日常机组生产运行中，锅炉往往由于燃烧器的吹损导致产生一些安全隐患，本文结合机组等级检修期间检查发现的规律性吹损现象，就四角切圆左右浓淡分离燃烧器的吹损机理进行分析，为燃烧器的可靠性治理提升提供参考。

关键词：燃烧器；规律性；吹损；可靠性

Analysis of the regular blowing loss mechanism of the burner of the four-corner cut round boiler

（LI Xu-feng1）

（1. Datang Gongyi Power Generation Co., Ltd., Zhengzhou ,451200, China）

Abstract：As one of the important main equipment of the power plant, the reliability of the burner directly affects the safe and stable operation of the boiler. In this paper, combined with the regular blowing loss phenomenon found during the inspection of the unit level maintenance, the blowing loss mechanism of the four corners and the left and right shade separation burners is analyzed, so as to provide a reference for the reliability management and improvement of the burner.

Key word: Burner; Regularity; blow damage; reliability

0.前言

锅炉燃烧器的可靠性直接影响炉膛稳燃，同时，燃烧器吹损后，煤粉产生的涡流作用将进一步影响喷口处的煤粉燃烧工况，甚至引起燃烧器的喷口和本体的烧损。因此，分析燃烧器规律性吹损原因，采取科学有效的防控措施，将有效提升燃烧器的可靠性，同时，也有助于提升锅炉的稳燃效果。

1.概况

大唐巩义发电有限责任公司锅炉采用上海锅炉厂生产的2×660MW 超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、Π型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构。燃烧器采用高级复合左右浓淡分离式空气分级低NOx燃烧系统。其中，1、2号炉为侧煤仓布置。

每次机组等级检修期间，频繁发现两台炉1、3号角燃烧器入口淡粉侧侧壁偏上位置吹损严重，并且B、C层尤为严重（如图1），燃烧器侧板、底板吹损后，进一步造成水冷套受热面管的吹损减薄，进而严重影响锅炉的安全稳定运行。

图1 吹损的燃烧器

2.燃烧器吹损机理分析

为保障燃烧器的吹损问题得到有效治理，就其磨损规律性进行了研究讨论，查阅相关资料，最终就系统固有状态、设备材质性能和运行操作三个方面进行分析，具体如下：

2.1系统特性

2.1.1 粉管至燃烧器的流向

结合机组等级检修期间发现燃烧器1、3号角磨损量较大的客观实际，经通过燃烧器俯视平面图分析可以发现，燃烧器1、3号角进入燃烧器的流向一致，煤粉进入燃烧器所在水平段后，由于离心力产生的浓煤粉面向的主要是燃烧器的淡向侧和折向板，2、4号角主要是面向燃烧器的浓相侧进入。

图2 炉膛俯视图

以1、3号角燃烧器处的煤粉流向进行分析（仅以燃烧器入口的垂直和水平段为例），当煤粉管道由垂直段进入水平段时，煤粉由于离心力作用，大颗粒（浓侧）贴近管道上部（如图3局部1），当煤粉由水平段进入燃烧器前，煤粉由于离心力作用大颗粒（浓侧）贴近管道左侧（如图3局部2）。最终，在煤粉颗粒惯性的综合作用下，实际进入燃烧器的煤粉大颗粒主要位于粉管的左上部（如图3局部3），当浓煤粉气流进入燃烧器后，会在燃烧器中间位置向下偏转，最终随着气流走向从喷口进入炉膛。此分析与实际燃烧器前端弯头、插板门及其本体磨损位置一致（如图4），浓煤粉在燃烧器内部变向时，在涡流、惯性的综合作用下，分别在燃烧器入口的淡相左侧板、底板折向板根部位置出现吹损现象（如图3总图）。

图3 1、3号角燃烧器局部图

图4 1、3号角燃烧器吹损实物图

以2、4号角燃烧器处的煤粉流向进行分析（仅以燃烧器入口的垂直和水平段为例），当煤粉管道由垂直段进入水平段时，煤粉由于离心力作用，大颗粒（浓侧）先后贴近管道上部（如图5局部1）、右侧（如图5局部2）、右上部（如图5局部3），在进入燃烧器后，在燃烧器中间位置向下偏转，最终随着气流走向从喷口进入炉膛。此分析与实际燃烧器前端弯头、插板门及其本体磨损位置一致（如图6），浓煤粉在燃烧器内部变向时，在涡流、惯性的综合作用下，分别在燃烧器入口的浓相右侧板、底板折向板根部位置出现吹损现象（如图5总图）。

图5 2、4号角燃烧器局部图

图6 2、4号角燃烧器吹损实物图

由于浓煤粉进入2、4号角燃烧器时，折向板形成的流道过渡平缓，产生的涡流作用远小于1、3号角，所以，整体上，煤粉气流对2、4号角燃烧器入口侧板的吹损要远小于对1、3号角燃烧器的吹损。B、C层燃烧器吹损严重，主要是由于作为主力磨投运时间相对较长所致。因此，粉管至燃烧器的流向是主要影响因素之一。

2.1.2磨煤机至燃烧器的布置位置

设备安装时，磨煤机以侧煤仓为中心线对称成列布置，各磨煤机4个角的出口粉管相对于炉膛的实际位置不同（如图7），那么粉管长度产生的阻力必然不同，理论上可能对一次风速产生影响，但由于实际生产过程中定期进行一次风风量、风速标定，燃烧器各层的一次风速几乎一致，产生的细微偏差，不足以导致1、3号角与2、4号角产生巨大的吹损差别。所以，磨煤机至燃烧器的布置位置影响不是主要因素。

图7 燃烧器四角粉管侧视图

2.2燃烧器特性

由于燃烧器采购、加工、安装均为同批次产品，规格型号、材质硬度均一致，所以燃烧器特性不是主要影响因素。

2.3运行操作

2.3.1 风煤比

因不同负荷段，风煤比为常规控制，且由于机组检修后一般全部进行调平试验，所以风煤比的影响不是主要因素。

2.3.2 煤粉颗粒度（硬度）

因燃煤在磨煤机研磨时为均匀状态，相关颗粒度（硬度）等指标在出口位置为均匀状态，所以煤粉颗粒度（硬度）不是主要影响因素。

综上所述，燃烧器规律性吹损的主要原因为粉管至燃烧器的流向吹损所致。

3.防止燃烧器规律性吹损的措施

结合以上对燃烧器规律性吹损的机理分析，做好粉管至燃烧器的流向优化，将是提高燃烧器可靠性的关键。下面，分别从优化流向和减少吹损的角度就防控措施进行分析。

3.1优化煤粉流向

3.1.1 折向板流道平稳过渡

参考2、4号角燃烧器折向板流道平稳过渡产生较小的涡流和惯性作用力，将1、3号角燃烧器进行改向（如图8）。虽然此方法能够减小1、3号角燃烧器的吹损，但是将扩大整个锅炉四角的钢架结构，从成本上来讲，投入较多。

图8 燃烧器四角流向优化

3.1.2 减弱燃烧器入口前的煤粉浓淡偏差

此种方案主要是参照相关流速试验原理进行，将燃烧器入口前的弯头至燃烧器之间的直管段加强至2m以上（如图9），保障煤粉气流进入燃烧器前有一个充分的均流阶段，消除煤粉浓淡偏差，从而以一个相对理想的均匀状态进入燃烧器，切实发挥折向板流道的平稳过渡作用，减弱吹损作用。虽然此方法能够减弱4个角燃烧器的流道吹损，但是将扩大整个锅炉纵向的钢架结构，从成本上来讲，投入较多。

图9 燃烧器入口弯头优化

3.2 提升燃烧器耐磨性能

3.2.1 升级燃烧器的材质

当前，锅炉燃烧器材质主要有2520高镍奥氏体不锈钢、Cr26Ni4Mn3NRe、Cr25Ni9Si2NRe、稀土（ZG40CrMnMoNiSiRe）、碳化硅等，随着耐高温、耐磨损性能的逐步提升，燃烧器的使用寿命也逐步得到延长，可由相应的30000h增加至50000h以上，目前，主流采用稀土、碳化硅新型材质较多。

3.2.2 增加防护涂层

为进一步提高燃烧器的使用寿命，当前技术一般是在提升燃烧器本体材质的同时，并在其内表面增加陶瓷片、碳化硅涂层等作为强化防护，从而，让燃烧器的使用寿命得到进一步的延长（如图10）。

图10 燃烧器内部涂层防护

综合以上两种方式对比，采用升级燃烧器材质、增加防护涂层以此来提升燃烧器耐磨性能的技术手段较为普遍，一是成本相对较低，二是后期检修维护相对便捷。

4.结论

锅炉燃烧器由于煤粉管道走向等系统设计原因导致出现规律性吹损，一般采用升级燃烧器材质、增加防护涂层的防护措施相对经济高效，同时，燃烧器本体材质和防护涂层材质的选择也直接影响燃烧器的使用寿命。从燃烧器可靠性、炉膛稳燃重要性角度来讲，建议综合采取以上方法进行科学防护，从而保障锅炉的运行可靠性。

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