缪佳静
华能国际电力股份有限公司南通电厂
摘要：酸雨的危害极大，而其与大型电厂物料燃烧后产生的硫化物、氮氧化物等物质息息相关。这些物质随尾气排放至大气中，在一定高度会与分布在空气中的小水滴结合，进而使雨水酸化。本文中分析了锅炉燃烧器结构与布置对生成污染物的影响，并在控制污染物排放以及优化锅炉燃烧效率方面提出了有效的解决措施。
关键词：锅炉结构；污染物；燃烧器结构；燃烧器布置
一、锅炉燃烧器整体结构简介
型号序列为AG-35/3.82-M的锅炉是一类锅炉的型号总称，代表固态物质自动排放煤粉锅炉（具有中温中压和自然循环的特性），35t/h固态物质排放煤粉炉是其中具有代表性的一种，各种技术参数的选择和设计过程和其他型号大体相当。其具体结构形式如图1：
1-锅炉筒 2-锅炉燃烧室 3-燃烧器 4-废料排放口 5-过热保护器（温度保护特性）
6-省煤器（温度保护特性） 7-气体预热器（温度保护特性）
图1 35t/h煤粉燃烧锅炉设计图
这种型号的锅炉具有很多特性，具体表现如下：
（1）此种型号锅炉一般采用SDNCS（单锅筒自动循环结构）的设计方式，使弹簧支吊架（VS系列）前后布置，壁炉膛体采用模式壁，使其看起来像大写的“П”。
（2）锅炉燃烧器的布置方式是切圆燃烧（TC方式）、四角喷烧（COF模式）。这样设计可以提升低挥发煤的燃烧稳定性，在锅炉整体负荷较低时点火，其燃烧稳定性可媲美WR燃烧器，但此种设计也有其自身的局限性。此种类型锅炉排放的废料一般呈固体块状或粉末状，在通风时可以自动调节参数使其平衡。在燃烧器中突出粉末制造系统的重要性，采用钢球打磨中间位置，然后选择仓储的方式，并且在送出粉末过程中，降低气体排放量（ETP模式）。
（3）点火方式为轻油着火（LLO模式），可提高点火质量，解决不易点燃、火势不平稳以及燃烧不全面的问题，保证锅炉的高效平稳运行。
二、锅炉燃烧过程产生的污染物分析
大部分锅炉使用的燃料均为煤炭，这种典型的矿石燃料在燃烧时会产生大量的污染物，这些污染物种类不同，对空气以及周边农作物和人类的危害也不同。锅炉中可燃物燃烧首先会产生大量粉尘，这些粉尘一般指飞灰和炭黑，除此之外，燃烧产生的硫化物和氮化物会严重影响大气质量，例如氮氧化物、雾霾、二氧化硫或者一氧化碳等。这些物质如果未经专业净化设备的处理就排放到空气中，会使其周围环境的指标超出规定数十倍。因此，在燃烧前应该对燃烧物进行处理，并且使用更为先进的燃烧技术，在除尘、脱硫以及减少硝化物燃烧等方面做出改进。
三、燃烧器改造前存在的问题分析以及相应改进措施
（一）四角喷燃燃烧器的不足
图2 改进前的燃烧器的结构与布置
如图2所示，这种燃烧器在燃烧结渣方面考虑较多，在结构上有所让步，使其不能很好地解决着火过程中出现的问题，并且锅炉中的煤不能得到完全燃烧。燃烧器运行中的主要问题体现在如下方面：
（1）一次风速设计太低。
使用这种比较低的单次风速和单次风率可以保障低挥发煤的燃烧物质火苗稳定（这里风速值一般推荐为20~25m/s）一次风速应避免太小，过小的单次风速会改变风射流的运转状态，使其偏转加剧。而且在设计了内钝体的燃烧器中，一次风速过小，会使燃烧器的交换能力降低，影响湍流物质回流进钝体尾痕迹的相应区域。
（2）一次风喷嘴内部规格设计太小
这会造成钝体尾迹回流区过小，而中心回流区的空气温度过低，难以形成局部高温，并且会影响燃烧煤粉的浓度，使得氧气浓度也发生不规律的变化，从而不会出现“三高区”。
（3）侧二次风和一次风的间距只有燃烧壁的厚度，此种间距太小。
（4）燃烧器喷口炉膛的横截面规格有问题。如图3所示：这种结构会妨碍外汇流区域的形成，容易使得左右侧水冷管路的管壁结焦，并会出现炉管异常冲刷的现象。
图3 燃烧器喷口横截面结构
（5）燃烧器的布置使用的是两侧墙方式，导致切圆问题突出。
这种布置方式使左前、右后方的两股气流的实际切圆直径比理论要求的直径要大一些；而左后、右前方的气流的实际直径却比理论直径小很多。所以，气流的旋转强度会偏离理论值，扰动减轻，使燃烧末期物料的混合进程减弱，阻碍了物料的最终燃尽。
（二）燃烧器结构和布置的改进
经过以上问题的深入探究可知，在锅炉设计过程中，应依据锅炉炉膛的具体结构改进相应燃烧器的内部结构，并优化各零部件的位置。燃烧火焰避免冲刷墙壁，管路内燃烧也不能结渣，这样可以保证燃烧火焰在燃烧炉内部有合适的充满状态。从而减少激流在燃烧炉膛内的漩涡区，并可以非常有效地缩小气流的死滞区。与此同时，结构优化之后的燃烧器可以稳定安全地燃烧本土出产的无烟煤。具体改进措施如下：
（1）加快一次风速的速度（一般改进后风速为25m/s）。
为了提升尾迹区域燃烧物的整体问题，使尾迹区域的湍流置换能力显著提高，应该选取一次风速的设计最大值。
（2）改变一次风喷口的形态，选择直立式狭长型。
为了提升燃烧器卷吸高温尾气的能力，使燃烧物的气流横截面积边界变大，应在加大一次风喷口的高度和宽度比值的同时，加大燃烧物气流和高温尾气之间的接触面积。
（3）使三次风喷口的角度向下调整10度。
这样可以降低燃烧物中飞灰的含量，使得三次风中的燃烧物可以高效的燃尽。并且这样调整之后会加长三次风气流在燃烧炉内的滞留时间，压住燃烧火焰，从而使其对主要燃烧物气流的燃烧影响降到最低。
（4）使二次风喷口的角度向下调整5度，同时加大上二次风喷口规格（这里主要指的是横截面积）。
这样可使燃烧物在燃烧时火焰不过高，不会出现过分上飘的现象。在燃烧器正常工作中，燃烧物燃烧和燃尽的风源主要是分级配置风速和气流中的上二次风，其占比较高。
（5）修改理论假想切圆直径。由于使燃烧口沿两侧墙体分开布置，喷口中的轴线和两侧墙体形成的夹角差别较大，射流的气体补充条件会出现较大差别，因此应将两对燃烧器的射流和直径各异的假想切圆相切。基于此可改善气流的倾斜程度，并避免实际切圆的椭圆度超过理论值（实际情况往往偏离过大）。
四、结束语
总之，通过研究锅炉燃烧器结构与布置对生成污染物的影响，可以对燃烧器的结构与布置做出比较合理的设计与改变。分析本土燃烧物的特性和产生的污染物，适当改变燃烧器的内部结构从而降低污染物的排放，解决各类无烟煤燃烧火焰不稳定、燃烧时长不合理等问题。其中，优化喷然燃烧器的内部结构起到了关键作用，无论是调整风喷口的角度还是结构设计形态，都旨在提高锅炉的燃烧热效率，减少飞灰等有害污染物的排放。
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