煤粉锅炉燃烧器分级配风设计

煤粉锅炉燃烧器分级配风设计是优化燃烧过程、降低污染物排放、提高锅炉效率的关键技术。其核心在于通过合理分配燃烧器各区域的空气量，实现燃料与空气的分级混合和燃烧，从而控制燃烧温度、抑制热力型NOx生成，并确保煤粉充分燃尽。以下是煤粉锅炉燃烧器分级配风设计的详细介绍：

一、分级配风设计原理

分级配风设计基于以下原理：

1. 燃料与空气的分级混合：将燃烧所需的空气分成多级送入炉膛，使燃料在缺氧或富氧条件下分阶段燃烧。

2. 燃烧温度控制：通过分级配风，降低燃烧区域的氧浓度和温度，抑制热力型NOx的生成。

3. 燃尽优化：在燃烧后期补充足够的空气，确保煤粉充分燃尽，减少飞灰可燃物含量。

二、分级配风设计方法

1. 确定分级配风比例

• 一次风：携带煤粉进入炉膛，提供煤粉初始燃烧所需的氧气。一次风量通常占燃烧总风量的20%~30%，其风速和风量需根据煤种特性、煤粉细度等因素进行调整。

• 二次风：在煤粉着火后送入，提供煤粉进一步燃烧所需的氧气。二次风量占比较大，通常为50%~70%，其送入方式和时机对燃烧效果有重要影响。

• 燃尽风（OFA）：在燃烧后期送入，确保煤粉充分燃尽。燃尽风量占10%~20%，其送入位置需根据炉膛结构和燃烧特性进行优化。

2. 设计分级配风结构

• 燃烧器喷口布置：根据分级配风原理，设计燃烧器喷口的位置、形状和尺寸。例如，将一次风喷口集中并排布置，二次风喷口部分集中布置于一次风的两侧，形成一次风与二次风分离、二次风分成两级逐步携带一次风粉下行的结构。

• 风道设计：设计独立的一次风道、二次风道和燃尽风道，确保各风道的风量、风速和风温可独立调节。风道内可设置导流板、缩孔等装置，以改善气流分布和混合效果。

3. 优化配风方式

• 水平浓淡燃烧技术：通过特殊设计的燃烧器喷口，将煤粉气流分成浓淡两股。浓相煤粉气流在向火侧，富燃料、贫氧，燃烧温度较低，有利于抑制NOx生成；淡相煤粉气流在背火侧，富氧，有利于煤粉的快速燃尽。

• 垂直浓淡燃烧技术：在垂直方向上实现煤粉气流的浓淡分离，使上部为浓相、下部为淡相，或反之。这种配风方式可适应不同煤种的燃烧特性，提高燃烧稳定性。

• 径向浓淡燃烧技术：在燃烧器径向方向上实现煤粉气流的浓淡分离，使中心为浓相、周围为淡相，或反之。这种配风方式可改善炉膛内的气流分布，提高燃烧效率。

三、分级配风设计关键参数

1. 风量分配：根据煤种特性、锅炉负荷和燃烧特性，合理分配一次风、二次风和燃尽风的风量。通常，一次风量需满足煤粉输送和初始燃烧的需求；二次风量需确保煤粉充分燃烧；燃尽风量需保证煤粉在燃烧后期完全燃尽。

2. 风速控制：一次风速需根据煤粉细度、煤种挥发分含量等因素进行调整，以确保煤粉顺利输送和着火；二次风速需与一次风速相匹配，以形成良好的气流混合和燃烧条件；燃尽风速需适中，以避免对炉膛内气流造成过大扰动。

3. 风温调节：一次风温需根据煤种特性进行调整，以提高煤粉的着火稳定性；二次风温和燃尽风温需根据锅炉负荷和燃烧特性进行调节，以优化燃烧过程。

四、分级配风设计优化措施

1. 采用低氮燃烧器：低氮燃烧器通过特殊设计的喷口结构和配风方式，可实现燃料与空气的分级混合和燃烧，从而降低NOx排放。例如，采用浓淡分离燃烧器、旋流煤粉浓缩燃烧器等。

2. 优化燃烧器布置：根据炉膛结构和燃烧特性，优化燃烧器的布置方式和间距，以改善炉膛内的气流分布和混合效果。例如，采用前后墙对冲布置、四角切圆布置等。

3. 安装燃尽风装置：在燃烧后期安装燃尽风装置，补充足够的空气，确保煤粉充分燃尽。燃尽风装置的位置、风量和风速需根据炉膛结构和燃烧特性进行优化。

4. 采用智能控制系统：安装智能控制系统，实时监测锅炉的运行参数（如燃烧温度、氧浓度、烟气成分等），并根据监测结果自动调节燃烧器的运行参数（如燃料供应量、空气流量、燃尽风比例等），以实现低氮燃烧的精准控制。

五、分级配风设计案例

以某W型火焰锅炉为例，其分级配风设计如下：

• 一次风：采用浓淡分离燃烧器，将煤粉气流分成浓淡两股。浓相煤粉气流在向火侧，富燃料、贫氧；淡相煤粉气流在背火侧，富氧。一次风量占燃烧总风量的25%，风速为22m/s。

• 二次风：分为底部二次风和偏置二次风两部分。底部二次风在煤粉着火后送入，提供煤粉进一步燃烧所需的氧气；偏置二次风在燃烧过程中逐步送入，与一次风粉混合燃烧。二次风量占燃烧总风量的60%，风速为35m/s。

• 燃尽风（OFA）：在下炉膛出口上方布置燃尽风，距离分隔屏一定距离（如3m）。燃尽风喷口采用内直流与外旋流风相结合的方式，中心直流风轴向速度高、刚性大；外圈气流是旋转气流，离开喷口后向四周扩散。燃尽风量占燃烧总风量的15%，风速为45m/s。

通过该分级配风设计，该W型火焰锅炉的NOx排放浓度显著降低，同时燃烧效率得到提高。