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[摘要] 结合淮阴电厂2×50 MW机组技改工程锅炉生物质燃烧机的选型需要，应用理论力学、燃烧动力学及燃烧空气动力学原理，着重对WR型和XWD型（双通道）浓淡生物质燃烧机的设计思路进行分析，并对结构特点和使用效果分别加以简述。
为了淮阴电厂2×50 MW供热技改工程中锅炉本体设备（生物质燃烧机）选型需要，针对淮阴电厂提供的设计煤种和校核煤种，要求制造厂在锅炉生物质燃烧机设计中，不投油稳燃最低负荷不小于45 %M CR,同时应满足变负荷调峰需要，并且应考虑设计煤种和校核煤种在煤质允许变化范围内的适应性。
从80年代末期始，我国几大锅炉厂分别采用了从美国ABB- CE公司引进的宽调节比生物质燃烧机(WR生物质燃烧机)和从前苏联塔干洛戈红色工作者公司引进的rIK3型双锅壳旋流生物质燃烧机。其中1K3型生物质燃烧机在煤种多变、煤质下降情况下，随着运行时间增长，蜗壳极易磨漏，低负荷稳燃性能逐渐下降，不能适应机组参与调峰要求。为克服上述缺陷，山东黄岛电厂、哈尔滨工业大学、山东工业大学等共向研制开发了XWD型旋流浓淡生物质燃烧机（双通道生物质燃烧机），已在不少电厂中得到试验应用。这种生物质燃烧机在着火稳定、低负荷稳燃及适应煤种变化等方面均效果较好。结合淮阴电厂2×50 MW供热技改工程中锅炉主设备选型招标工作，本文拟从理论力学、燃烧动力学及燃烧空气动力学等方面，分析WR和XWD型浓淡生物质燃烧机的设计思路，以便供锅炉主设备招标参考。
1 WR浓淡型生物质燃烧机设计原理分析
1.1WR型浓淡生物质燃烧机结构特点
WR型生物质燃烧机结构示意见图1。主要由生物质燃烧机直段、喷口、阻挡板、V形钝体、隔板、周界风通道和90”急转弯头等部件组成。喷口是WR生物质燃烧炉的关键部分，煤粉管道自上而下通过急转弯进入煤粉喷口，形成下半部浓煤粉气流和上半部淡煤粉气流。出口处有一水平置放的V形钝体，使煤粉气流在下游形成一个稳定的回流区，起稳燃作用。煤粉喷口在出口端成扩口，以增加外回流。周界风喷口布置在一次风喷口四周，其作用是增加一次风的刚性，使一次风动量和二次风动量不致相差过大而造成一次风被牵引贴壁，及时补充氧气，防止结焦，同时起到保护喷口作用。周界风上、下部分面积大一些，而两侧部分小些，使主气流向火面很快与高温烟气接触，易于着大。
1.2 WR生物质燃烧炉设计的基本思路
WR生物质燃烧炉主要设计思路有三个方面：(1)经过进口管道的急转弯进行煤粉气流的浓淡分离，有利于稳定着火。(2)在喷口出口处装有一个水平钝体，增加炉内炽热烟气的回流，使其能迅速与主气流进行强烈的质交换与热交换，并使主气流能达到着火温度。(3)设置燃料风（周界风），其风量在运动中可以调节，以适应煤种变化并增加气流的刚性。有了这3种功能，就能使煤粉喷嘴能适应较大范围内的煤种变化及低负荷稳燃的需要。
1.3 WR型生物质燃烧炉设计原理
1.3.1利用转弯进行浓淡分离的力学分析
假定煤粉喷嘴前的弯头如图2所示，若弯头取R/ D-1时，计算剖面线处面积为全部面积的85%左右，见图2中所示。分界线上40至A io的运动时间为t-0. 032 16 s，将运动线路分为10个区间，则每一区间的运动时间为0. 003 216 s。以第一区间为例，煤粉质点Ao离心加速度按a-旷／加计算（∥——管道中煤粉气流速度，取25 m/s; ro-初始运动半径，取385mm)，最终计算结果为：ai=1 740m/s2……“10一1 283ffllS20 Ao点运动半径为：r1_402.6mm．．rlo=535.0mm。因而可知，Ao点的径向速度使Ao点沿前进方向，向管外缘内壁移动，并使其远离转弯中心，区间内每点离心加速度都不一样，且逐渐减小。由图2可知，40点及剖面线内的煤粉全部进入弯头外侧半圆部分。一般下半部气流占84%的煤粉，而上半部气流占育16%的煤粉。
图2锅炉生物质燃烧炉前弯管图
1. 3.2 WR型生物质燃烧炉的燃烧动力学分析
根据燃烧动力学的基本原理及电站锅炉燃烧实践可知，煤粉气流的着火温度并非常数，而在一定范围内随着混合物中煤粉浓度的增加而降低。
因为WR型浓淡生物质燃烧炉在喷口出口形成两股浓度不同昀煤粉气流，按照上列方程组对低挥发分煤粉气流经过浓缩以后着火温度与煤粉气流未经浓缩时着火温度进行计算比较可知：由于转弯浓缩了煤粉，使浓煤粉气流的着火温度比原来着火温度下降约70℃～100℃这对着火是十分有利的。
1.3.3水平放置V钝体的设计分析
水平放置钝体简图如图3所示。波形扩锥（水平锥体）横向布置，在扩锥出口外有翻边。一次风煤粉气流绕流扩锥后，由于一次风的卷吸作用，在锥后方造成一定的负压梯度，使高温烟气反向回流喷口根部，从而在一次风气流内形成一个高温烟气回流区，一次风煤粉气流在出口处受到回流区内回流热烟气的加热，使煤粉气流迅速达到着火温度。
另外，由于出口处扩锥回流区的尺寸和回流的烟热力发电。增强了生物质燃烧炉的稳燃性能，使回流区边界的紊流交换系数提高80%～100%，强化了一次风与回流区的热量和质量交换，对着火极为有利。
1. 3.4燃料凤（周界风）配置的分析
燃料风布置在喷口外侧，从热力性能分析可知：由于一次风喷口下部煤粉浓度高，着火温度低，一旦着火后，燃料风立即能补充进去，使燃烧趋于强化，温度急剧升高，起到稳燃作用，而向火侧燃料风少，这样不影响卷吸热烟气而能急剧加热一次风主气流。
1.4 WR型生物质燃烧炉基本特点及使用效果
1.4.1特点
WR型生物质燃烧炉归纳其几大特征为：切圆燃烧、浓淡分离、钝体及可布置分级燃烧系统。
(1)可布置切圆燃烧燃料系邻角点火，切圆大小可视煤种特点而定，使燃料在炉内形成螺旋上升，增长了火焰长度，对燃尽有利。
(2)利用转弯来进行浓淡分离，使煤粉气流分成浓煤粉气流和淡煤粉气流，从而使浓煤粉气流降低着火温度而利于稳定着火。对煤种适应性广，可燃用可燃基挥发分小于14%的煤质，低负荷稳燃能达到额定负荷50%运行。
(3)-、二次风与周界风同时存在。由于周界风与一次风间速度梯度大，而二次风与一次风间速度梯度小．大部分二次风在喷口较远处才能混合。因此具有分级配风和燃烧的特点。另外，周界风可视煤质变化情况来进行调节。
1.4.2使用情况
WR型燃烧器己在武汉阳逻电厂1、2号1025 t/h锅炉上使用。从1993年7月份运行迄今运行安全可靠，煤种适应性强及低负荷稳燃效果均较好。
2 XWD型旋流浓淡燃烧器（双通道）
设计原理分析
2.1 XWD型燃烧器结构特点
XWD型旋流燃烧器，由一次风管、旋流二次风管、直流二次风管、中心风管和浓淡分离器等部件组成，其结构见图4。
1-浓淡分离器2-中心风管3-直流■次风管4-旋流—：次风管5- -次风管
图4 XWD型旋流浓淡燃烧器结构图
该型燃烧器将一次风通过浓淡分离器分成浓煤粉和淡煤粉两股气流。浓煤粉气流从燃烧器中心直流喷入炉膛，淡煤粉气流在浓煤粉气流外围喷入炉膛，二次风在最外围旋转喷入炉膛。另外，为增加回流量，满足低负荷稳燃要求，在一、二次风管及中心风管出口处，均装设扩流锥。
2.2 XWD型旋流浓淡燃烧器设计原理
2. 2.1二次凤旋流作用
高温烟气的回流位于旋流中心，浓煤粉气流可最大限度地接受着火热，煤粉浓度高，可增大火焰传播速度，加快煤粉着火，从而可提高稳燃性能。在回流区内，燃烧在还原气氛下进行，可抑制NO。的生成。回流区着火燃烧后与淡煤粉气流混合，可提高煤粉燃尽率。由于淡煤粉气流包住浓煤粉气流，减少煤粉冲刷水冷壁几率，从而可防止结焦。浓煤粉以直流方式喷入炉膛，可防止煤粉颗粒受离心力作用被抛向外边，防止火焰中心上移。
2.2.2二次风采用双通道
分内旋流、外直流两个通道，内旋流通道中设置固定叶轮产生旋流，旋流风与直流风的大小通过各自风道中的调节挡板进行调节。但在锅炉的实际运行中，二次风的动量较一次风大，在旋流燃烧器的一、二次风组合时，二次风对回流区大小、形状及与一次风的混合影响很大。因此，改变二次风的旋流强度将直接影响一坎风的射流性态。若能通过合理调节，保持适宜的回流区大小、位置，从而可有利于组织良好的燃烧工况。因此，XWD型燃烧器从设计原理分析可知，可以增强锅炉的煤种适应性和低负荷稳燃能力。
2.2.3煤粉气流浓淡分离装置
在一次风喷口的通道内设有组合叶片，当风粉气流流经组合叶片日寸，由于叶片的导向作用，一部分风粉气流改变方向，惯性小的空气和细粉从叶片的间隙中流过，进入一次风管的外围成为淡煤粉气流；惯性大的粗煤粉受叶片阻挡折回浓缩，处在一次风管的内周，成为浓煤粉气流进入炉膛，从而形成浓淡分离。
2.3 XWD型旋流浓淡分离器基本特点及使用效果
(1)XWD型燃烧器采用二次风内旋流、外直流的双通道通过内、外通道的调节挡板调节旋流强度及回流区大小，是一种有效的燃烧调节方法。
(2)XWD型燃烧器的一次风管道中设置浓淡分离器，能适当提高一次风煤粉浓度，对着火有利。
(3 )XWD型燃烧器出口加装扩流锥能增加回流量，提高低负荷的稳燃能力。
(4)XWD型燃烧器也具有低负荷稳燃及煤质适应范围广的优点，适用于可燃基挥发分大于14%的贫煤，低负荷稳燃理想状态可达到额定负荷60%左右。其缺点是结构较复杂，维护工作量相对大，且～但浓淡分离器磨损严重时，低负荷稳燃能力将大大降低。另外，燃烧器只能在锅炉侧墙上对冲布置，形成双“L”型火炬，炉内燃烧动力工况不如切圆布置燃烧时状况。
(5 )XWD型燃烧器在山东黄岛发电厂3、4号670Uh锅炉上应用，效果比较理想。
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