空氣分級燃燒技術(shù)改造的技術(shù)路線
煤粉鍋爐的燃燒過程缺乏細(xì)化的計算方法，在相關(guān)資料和規(guī)程中對于燃燒器通過一些經(jīng)驗參數(shù)的選取進(jìn)行的設(shè)計，利用空氣分級燃燒改造的時候也應(yīng)該遵守這些原則。空氣分級燃燒改造的技術(shù)路線圖是從 5 臺次燃燒器改造的實踐工作中總結(jié)出的，能夠適用于燃燒器改造，有利于低 NOX燃燒技術(shù)在改造工程上的推廣應(yīng)用。四角切圓煤粉鍋爐應(yīng)用低 NOX燃燒技術(shù)的技術(shù)路線圖見圖 4。
主燃區(qū)空氣過量系數(shù)的確定方法
當(dāng)主燃區(qū)空氣過量系數(shù)為0.7時,NOX減排效果*佳，但過低的空氣過量系數(shù)會影響到爐內(nèi)空氣動力場的組織，同時在采用棗核型二次后，能夠形成徑向分級，緩解一二次風(fēng)在燃燒初期的混合，降低一次燃燒的空氣量。爐型的大小也影響到空氣過量系數(shù)選擇，鍋爐容量大，燃燒器層數(shù)多，爐內(nèi)空氣動力場組織靈活，能夠選擇較低的主燃區(qū)空氣過量系數(shù)，反之小型鍋爐需要選擇較高的空氣過量系數(shù)。因此爐內(nèi)空氣過量系數(shù)在綜合各方面影響后選擇。經(jīng)過本次研究推薦420t/h以下的鍋爐選取0.9～1.0，420t/h以上的鍋爐選取0.8～0.9。
式中：
Wy——煙氣在爐內(nèi)的平均上升速度
Bj——鍋爐計算燃料消耗量，kg/s;
Vy——煙氣體積，計算值，m3/kg(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))；
l1,l2——爐膛截面的深度與寬度，單位為m；
P——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ琍a；
ϑ ′——爐膛出口溫度，℃；
ϑa——理論燃燒溫度，℃。
SOFA高度的選取
經(jīng)分析煤粉燃燒的氮氧化物轉(zhuǎn)化曲線，前0.5秒是控制氮氧化物生成的關(guān)鍵時間。選取的SOFA原則上應(yīng)保證*上層一次風(fēng)至*下層SOFA的煙氣停留時間大于0.5s。在停留時間保證的基礎(chǔ)上為了保證噴入SOFA后燃燒充分，SOFA高度又應(yīng)低于*上層燃盡風(fēng)與折焰角的中心線。煙氣速度應(yīng)用式3計算。
τ=l3/Wy （3）
式中： l3——燃燒器上排一次風(fēng)噴嘴中心至燃盡風(fēng)中心距離
SOFA 風(fēng)量、風(fēng)速、尺寸、層數(shù)的設(shè)計
SOFA 的風(fēng)量按式 4 計算
Q SOFA=Q LL×(1.2-a1) （4）
QSOFA——燃盡風(fēng)的質(zhì)量流量
QLL——理論空氣質(zhì)量
a1——主燃區(qū)空氣過量系數(shù)
計算質(zhì)量流量后換算成體積流量，為使燃盡風(fēng)具有穿透力，設(shè)計燃盡風(fēng)風(fēng)道時應(yīng)盡量減少彎頭的設(shè)計，減少從風(fēng)箱引入燃盡風(fēng)噴口的距離，風(fēng)道的面積大于 SOFA 噴口的面積 1.2 倍以上。選取 SOFA風(fēng)速為 50m/s（由于風(fēng)壓原因，一般無法實現(xiàn)更高的風(fēng)速），根據(jù)體積流量與選取的風(fēng)速計算 SOFA 總尺寸。即使鍋爐容量小于 420t/h，一般也將設(shè)計為兩層以上，這樣在低負(fù)荷下，只投入一層 SOFA,保持 SOFA 高風(fēng)速，具有強(qiáng)穿透力。
SOFA 噴口可設(shè)計成上下左右擺動的形式，對調(diào)節(jié)主蒸汽溫度偏差，控制火焰高度能起到一定的作用，但通常設(shè)計成固定形式的即可。采用可擺動形式的噴口宜設(shè)計成正方形，固定形式的噴口宜設(shè)計成圓形，可提高氣流剛度和穿透力，提高燃盡效果。
SOFA 安裝角度的設(shè)計
SOFA 選擇與氣流旋轉(zhuǎn)方向反切安裝，安裝切圓初步選取與原二次風(fēng)切圓大小一致或略大于原切圓大小，計算過平衡度之后做調(diào)整。
爐內(nèi)空氣動力場的平衡度
計算方法見式 5，該式的意義是所有正切與反切的空氣動量之比，應(yīng)用導(dǎo)流板改造后，計算時將被改造的噴口分成部分計算。
式中：
jiff,——分別代表與動力場方向相同和相反的氣流流量，m3/s;
A,B——分別代表爐膛寬度和深度，m；
α1,α2——分別代表與動力場方向相同和相反的燃燒器角度。
原二次風(fēng)角度面積的改造
對原二次應(yīng)縮小一定的面積，使改造后二次風(fēng)的總面積接近改造前的水平，彌補(bǔ)引出 SOFA 后風(fēng)量減小帶來的風(fēng)速減小的問題，但*上兩層不宜縮小，*上兩層起到壓制火焰、初步分級效果，若縮小面積不利于 NOX減排和煤粉的燃盡。
縮小各二次風(fēng)噴口面積時，應(yīng)注意二次風(fēng)與一次風(fēng)的間距不能因為縮小面積而變得過大，過大會引起一次風(fēng)卷吸熱煙氣，造成噴口結(jié)焦。
原二次的改造還應(yīng)注意防止鍋爐因主燃區(qū)缺氧燃燒引起的爐膛結(jié)焦，通常可在二次風(fēng)內(nèi)加裝導(dǎo)流板，使一部分二次風(fēng)以 15°至 20°大角度的方向噴出，達(dá)到使水冷壁區(qū)域富氧，防止結(jié)焦，導(dǎo)流板形式如圖 5 所示。
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