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大型电站锅炉安全及优化运行技术一、启动和停炉1启动的分类根据启动前锅炉的状态分为冷态启动和热态启动。冷态启动时锅炉内没有压力，温度与环境相近。在热态启动时，锅炉内还具有一定的温度和压力，根据温度的高低，分为温态、热态和极热态启动。2无火启动是指用外来蒸汽加热锅炉，在不点火的情况下，使锅炉内的工质升温升压。外来蒸汽的压力为0.8～1.3MPa,一般从水冷壁的下联箱进入锅炉内。经过3～4小时无火启动，就可使锅炉压力升至0.5～0.7MPa,并在锅炉内产生大量的蒸汽。无火启动有下列优点•锅炉受热均匀，热应力小•由于用蒸汽推动水循环，点火后有利于迅速建立正常的水循环•可以避免点火时过热器和再热器干烧•由于补水量大，可保护省煤器•点火时炉膛内已有较高的温度，有利于点火燃烧稳定•可以同时对炉水进行除氧•可以缩短点火时间，节约用油•可以使锅炉有较长时间的热备用状态3启动过程的优化的原则与限制因素在允许的寿命损耗率下，以启动过程中的热损失最小为目标，优化启动过程，尽量缩短启动时间。优化的限制性因素1）允许的寿命损耗率，控制循环应力幅。2）锅炉的初始状态3）汽轮机的启动参数4）其他限制因素。4直流锅炉的启动特点•采用直流方式，从省煤器、蒸发受热面到过热器连成一串，工质一次通过，内部无循环系统，启动过程需维持一定的给水量（25-30%额定负荷）和压力，出口需设置启动旁路系统，回收工质。•锅炉压力主要靠水泵维持，启动过程实际上是一个升温过程。•启动速度快由于没有厚壁汽包，可以大大提高启动速度，一般45分钟即能达到额定参数。•启动时要保持一定的压力，防止水动力恶化。•给水量过小时，上升管屏中会出现停滞和倒流。•点火前需对受热面进行冲洗。•启动中有汽水膨胀现象，压力急剧增加，出口流量会大于进水量。5直流锅炉的滑参数启动直流锅炉的点火启动时间一般远小于汽轮机的暖机启动时间，采用滑参数启动可以很好地协调两者的启动过程，缩短机组的启动时间，减少启动损失。所谓滑参数启动，就是启动的蒸汽参数是滑动的，开始时较低，然后逐步增大。6汽包壁温差壁温差是启停时必须控制的安全指标之一，不同阶段会出现不同的温差•上水阶段，水进入汽包首先与下部接触，导致下部内壁温度高，外壁和汽包上部壁温低，进水温度越高，进水速度越快，温差就越大。•升压初期，汽包上部与蒸汽接触，下部与水接触，上部是凝结换热，换热强度大于下部，造成上部壁温高于下部。•停炉后，工质温度会降低，对内壁进行冷却，而外壁有保温，温度高于内壁。汽包上部的冷却条件不如下部，导致上部壁温高于下部。•汽包长度方向会由于各循环回路的差异存在温差，但影响不大，通常不予考虑。•实际运行表明，一般内外壁温差在20℃左右，上下温差在30℃左右，轴向10℃左右.要求不超过50℃.740oC的温差约有40MPa的压力。第2章四角切向燃烧锅炉的优化和燃烧调整1四角切圆燃烧（直流燃烧）的特征•四角射流相交于切圆，相互点燃，保证了煤粉的稳定着火燃烧，整个炉膛像一个大型的旋流燃烧器。•湍动强烈，质量、热量、动量交换强烈，有利于燃尽。•炉内火焰充满度好，热负荷均匀。•每组燃烧器均由一、二、三次风组成，负荷变化时调节灵活，煤种适应性强。•炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置。•可以采用摆动式燃烧器，方便调节过热汽温•便于实现分段燃烧，抑制NOx的产生。2实际切圆大小对炉内工况的影响切圆增大时火焰中心接近于一次风喷口，有利于着火稳定，旋转动量大，扰动强烈，有利于燃尽，炉膛充满度好，利用率高，水冷壁的传热得以强化。不利的因素在于：容易导致一次风冲墙，造成结渣，容易使喷口过热变形和烧坏，炉膛出口残余扭转较大，引起过热器和再热器出现热偏差。3加稳燃钝体的影响钝体就是一块三角体，加在一次风口上，它的作用是形成一个回流区，将高温烟气回流到一次风口改善着火和燃烧。实际运行表明，当钝体扩展角为50o—65o时，回流区的相对长度l/b=2—4.0,相对宽度b1/b=1.8—4.8.可以显著改善着火。安装钝体后会增大射流的扩展角，使实际切圆直径增大20%--25%，所以加钝体后应将假想切圆直径缩小至0.5—0.8倍。否则切圆过大，会引起结渣。钝体在一次风口外，温度高冷却条件差，容易烧坏和脱落。为了改善这种状况，可以将钝体缩入风管内，形成稳燃腔。稳燃腔可以消除上下两端的卷吸，增大回流区的尺寸和回流量。4周界风的影响紧贴一次风布置一周二次风，厚度一般为15—25mm,风速45—60m/s,占二次风量的10%左右。其作用可以冷却和保护一次风口，增加射流的刚度，减慢射流中心速度的衰减。周界风可以作为一种辅助调节手段适应负荷的变化，改变煤粉的着火距离，当燃用高挥发份煤时，周界风可以起到补充氧气，强化后期着火的作用。但燃用劣质煤时，周界风会延缓煤粉的加热，也会与煤粉混合，稀释煤粉浓度，对着火不利，故一般用于烟煤型燃烧器。夹心风是指在一次风口中间，竖直地插入一股高速二次风。夹心风可以提高一次风的刚度，减慢射流的衰减速度。通过合理放置夹心风在一次风口中的位置可以显著改善向火侧的着火特性。夹心风可以及时补充氧气，强化后期着火，提高炉膛温度，提高燃尽程度。5四角配风不均匀的影响四角切圆燃烧的优势完全取决于四角燃烧器的良好配合，当四角出现配风不均匀时就会恶化炉内空气动力工况，出现结渣和水冷壁爆管。6反切：二次风与一次风成一定的角度，从相反的方向喷入炉膛。二次风的动量大，将一次风裹在炉膛中心，形成风包粉，有效减低了一次风冲刷水冷壁现象，也对防止结渣有利。一、二次风反切，可以控制燃烧初期的供氧量，降低NOx的生成量。二次风反切有利于削弱烟气的旋转强度，减少热偏差。7二次风反切时的炉内温度分布二次风反切后会改变炉内的温度状况，具体情况是，炉内烟温略有降低些，由1500℃降至1400℃，炉内最高温度的区域由炉膛中央向水冷壁有所移动，燃烧器附近的温度有所提高，但水冷壁区域的温度有所降低。这与空气动力场的变化是一致的。对于炉膛出口的温度分布也有所改善，最大温度偏差可以降低30℃左右。8一次风反切就是一次风按照反切圆的方向送入炉膛，而二次风沿与假想切圆一致的方向射入炉膛。这种燃烧方式是美国CE公司发明的。与二次风反切时相似，通过一次风的反切也可以改善炉内空气动力和温度场，改善着火，稳定燃烧，防止结渣，降低NOx。一次风反切射入炉膛时，逆顶上游吹来的气流，使一次风射流在AB段形成减速过程，煤粉颗粒不断减速直至不动，在此过程中颗粒不断升温，着火，燃烧，增强了该段的高温环境有利于煤粉的煤粉的稳定着火燃烧。当煤粉着火稳定后转向主旋气流BC方向，与二次风混合及时造成补氧条件能更充分地进行着火与燃尽，从而达到稳燃的目的。根据NOx的生成机理，降低燃烧初期的氧浓度，是控制NOx的重要手段，一次风的反切可以有效地减少燃烧初期的供氧量，同时反切后也形成了风包粉的局面，也起到分级燃烧的作用，达到了控制NOx生成目的。一次风反切需要严格控制风速，风率及反切角度，否则效果会变差。8三次风反切的影响布置在燃烧器组的最上层，含有约15%--20%的入炉煤粉量，风速高，温度低，其旋转方式对炉膛上部的气体动力场有直接的影响，是通过燃烧器调节炉膛旋流的最后一道手段。如果采用与一、二凤相同的旋转方向，就会增大炉膛出口的残余扭转，增大水平烟道的速度和温度分布偏差，严重时引起过热器和再热器频繁爆管。实践证明采用适当的三次风反切角度，可以显著改善炉膛出口的速度和温度分布，避免过热器和再热器爆管。三次风反切时，不会对下层燃烧器的实际切圆产生影响，但会使本层的实际切圆变小。9摆动对气体动力场的影响下摆时会使切圆直径增大，而上摆时影响不大，主要原因是下摆时下部烟气进入冷灰斗，使切圆增大，反过来又影响了上层切圆，切圆增大的同时，近壁区的气流速度也就增大了。对扭转残余的影响下摆和水平时，炉膛出口残余扭转较大，而上摆时会有所降低，这主要是炉膛下部的冷灰斗的影响。对煤粉流动和结渣的影响当大角度下摆时煤粉会冲到冷灰斗区，会使冷灰斗部分结渣严重。10劣质烟煤的燃烧•一次风集中布置可以增加煤粉浓度，燃烧中心集中，容易形成高温区，降低了过量空气系数，减少了煤粉气流的加热量，容易快速着火。但也要注意及时补氧问题，夹心风是解决方法之一。•控制一次风量适当控制一次风率，可以减少煤粉气流的热容量，有利于升温。一般取20-30%，挥发分愈低，一次风率也愈低。•一次风速的控制过高时易造成着火推迟，燃尽受影响，过低时，会在煤粉输送管道内产生分层和分布不均，也会使着火点距喷口过近。应控制在24—28m/s.•一、二次风速的比例控制根据经验统计，挥发分降低时，二次风速与一次风速的比例应提高，一般大于1.4—2.0。•三次风的控制燃用劣质煤时，三次风量会增大，对正常燃烧的影响也更大。应采取措施降低三次风量，这可以通过改进制粉系统的密封性，减少漏风，提高干燥煤粉的热风温度，及设立三次风再循环等方式解决。•增加煤粉细度，随挥发分的降低，应提高煤粉的细度。•适当的卫燃带布置一定数量的卫燃带可以提高着火区的温度，改善着火与稳定燃烧。但要慎用，注意结渣问题。11无烟煤的燃烧着火和燃尽困难，应采取各种措施改善燃烧•一次风量和一次风速适当降低一次风量和一次风速，一次风率为20—22%，一次风速选20—24m/s。•提高煤粉细度和热风温度R90应小于10%，甚至4—6%。热风温度380—430℃。•设置卫燃带卫燃带能改善燃烧，但也容易导致结渣，较成功的经验是将卫燃带分割成许多小块，避免结大块的渣。12褐煤的燃烧褐煤可燃基挥发分高，水分高，灰熔点低，易结渣。可以采用下列措施改进燃烧•一、二次风间隔布置，并增大一、二次风的间隔距离，燃烧器分组布置，拉开组间距离，控制燃烧区温度不宜过高。•一次风量和一次风速，一次风率控制在20—40%，一次风速12—20m/s，随水分增大而减低。•制粉系统和干燥介质，可采用风扇磨直吹系统，引用炉烟作为干燥剂的一部分，既提高了干燥剂的温度又降低了氧气的浓度，改善了制粉系统的安全性。•采用煤粉浓缩燃烧器在喷口前加浓缩器（分离器），将一部分含水大的风分到三次风中。•采用十字风，用十字风增强一次风的刚度和动量，使一次风不易偏斜。第三章旋流和W型火焰的优化燃烧1旋流燃烧器的特点与直流相比旋流燃烧器具有下列特点•炉膛出口残余扭转小，热偏差小。•燃烧器均匀布置于炉内，热负荷均匀，对防止结渣有利。•各燃烧器单独组织燃烧，相互影响较小。•对炉膛的形状不敏感，不一定要求接近正方形，有利于下游对流受热面的布置。•随锅炉容量的增加，单只燃烧器的的功率不必成比列地增大，只需增大炉膛宽度和燃烧器数量。2旋流强度（单通道的）旋转动量矩与轴向动量的比值3旋转射流扩展角通常把轴向速度为本截面轴向最大速度的10%的连线定义为外边界线。边界线的夹角定义为旋转射流扩展角。扩展角的大小与旋流器的结构和旋流强度有关，随旋流强度的增大，扩展角增大，一般在30—1000.。过大会会造成飞边，燃烧不稳，过小，回流不充分，对着火不利。4决定烟气回流量的因素有，煤粉气流着火温度，挥发分含量，一次风量和一次风温等。5旋流与直流组合时的特性通过一、二次风分别灵活采用不同旋流形式，可以获得不同的燃烧特性，达到不同的目的。主要组合形式有：一次风直流+二次风为旋流；一次风直流+部分二次风旋流+部分二次风直流；一次风旋流+二次风直流；一次风旋流+部分二次风旋流+部分二次风直流；二风皆为旋流，可以同向旋转也可以反向旋转运行特性•一次风直流+二次风旋流一次风不旋转，以直流的形式射入炉膛，主要靠二次风的旋转形成回流区来保证着火和燃烧的稳定。需要注意一、二风的质量流量配比，一次风量过大时会造成回流区变小甚至消失。与一、二风同为旋流相比，可以推迟一、二风的混合，也可以适当控制回流强度。•一次风旋流+二次风直流通过控制一次风的旋流强度，可以有效控制一、二风的混合进程，旋流强度增大时，混合会在很短的距离内完成。•一次风直流+内二次风旋流+外二次风直流是一种双调风旋流燃烧器。为方便，定义直流二次风量占总二次风量的比例为直流二次风率。通过调节直