采用激光技术对燃烧器进行校正的试验研究

一些采用切圆燃烧方式的电厂，使用燃烧器测试、调整方法存在不足，在工程上应用不便。文章提出煤粉燃烧新的切圆概念，采用自动激光测量技术，结合燃烧器的实际结构，通过大镀锅炉检修的实践，总结出一套实用的燃烧器校正测量技术，对锅炉燃烧器的安装、检修、调试、改造具有重要作用。

引言

目前，由于入炉煤质变化较大等原因，锅炉燃烧稳定性变差。一些锅炉多次发生灭火事故。通过对大量试验、运行数据资料进行调查分析后，发现煤粉锅炉除了存在煤质变化的情况外。还存在燃烧火焰成型不理想的问题，主要表现为：煤粉气流着火距离不合理，炉膛温度不均匀，局部结焦、超温、磨损、高温腐蚀等。同时，由于气流紊乱，一些锅炉在运行中还存在掉粉的问题，影响了锅炉运行的安全性和经济性。

1 燃烧器检查与分析

    煤粉锅炉燃烧方式一般分为：切圆燃烧、对冲、W火焰。在实际运行时，发现一些锅炉的燃烧存在问题。如火焰偏斜、飞灰含碳量增加、高温腐蚀等，这主要由锅炉设计，制造质量，安装质量，煤质变化，运行方式。长期运行后喷口变形等问题造成。
    由于锅炉燃烧对煤质特性的变化十分敏感，必须采取相应的强化燃烧措施，对原燃烧器结构进行精确的校正和适应性改造，甚至增加适量的卫燃带。同时，须对锅炉运行调整进行深化试验研究。提高锅炉对煤质的适应性，保证锅炉设备生产运行的安全性。
    就锅炉关键设备燃烧器而言，需要严格按技术要求完成其设计、生产、安装和调试。但是，通过大量电厂锅炉燃烧器实际检查发现：
    (1)同组燃烧器各喷口水平、垂直方向的角度与设计相比存在差异。
    (2)对切圆燃烧锅炉假想切圆检查时，同组燃烧器的切圆都偏大或偏小。
    (3)燃烧器存在明显的磨损现象，这可能是：燃烧器设计缺陷，喷口与导粉管存在偏斜。
    (4)燃烧器存在明显的烧损现象，可能是煤质变化太大、风粉配比调节不合理，使煤粉着火距离发生变化而导致燃烧器烧损。

2 燃烧切圆现象研究

通常说的燃烧器切圆是指设计的假想切圆(几何切圆)，但是，这个概念并不能对锅炉煤粉火焰的燃烧、成型进行完全描述。研究发现：对切圆燃烧方式的锅炉而言，存在以下几个切圆的关键概念：(1)燃烧器的几何切圆，由锅炉厂设计决定(依据煤质、炉型等)；(2)燃烧器的动力切圆，由管道阻力、试验调整决定(锅炉处于冷态时进行处理)；(3)燃烧器的化学燃烧切圆，由煤粉的热力、化学燃烧特性、试验调整决定(由煤粉浓度、风速、温度等决定，锅炉处于热态时进行处理)。如果这3个切圆重合，燃烧就会按设计的方式进行。但是，实际锅炉的燃烧状况并不是这样，3个切圆的中心和边缘有时甚至偏差很大，严重影响锅炉的燃烧工况，造成结焦、爆管、超温、高温腐蚀、飞灰可燃物高等问题。
燃烧器切圆问题是燃烧的基础问题，如果在冷态上不能将(几何、动力)切圆进行有效控制，在热态时，通过有限的燃烧调整不可能将化学燃烧切圆(热力)、火焰中心调整好。因此，电厂必须在冷态下调整燃烧器，保证燃烧器几何切圆正常，然后通过冷态试验、热态试验，将锅炉的燃烧状态调整到合理的状态。

3 切圆的调整方法研究

经试验发现：从几何的角度而言。燃烧气流的轨迹对火焰的成形十分重要，关系到着火、燃烧、燃烬、排放、传热等过程。纯气流的轨迹与加入煤粉气流的轨迹动量存在差异，气流的射程和扩散变化较大。

3.1 激光测量和校准切圆
    气流几何轨迹的测量十分重要.本文采用激光仪代替原来的拉线方法对燃烧器进行校正。原来的拉线方法工作量大、误差大、工期长，现在电厂一般都不采用。采用激光测量技术对气流的几何轨迹进行测量，可以清晰地观察气流的轨迹，调整切圆。
    激光仪原理：德国自动水平垂直光束激光器.可以在倾斜5。的平面进行自动平衡。超过50将发出声音报警，并关闭射出的激光束，通过垫平(50以内)对激光器底部进行处理，即可得到水平、垂直激光束，该仪器还可以分别选择射出水平和垂直激光束。测量炉膛垂直中心线与燃烧器轴线方向射出的激光束垂直的距离.即可得到切圆的半径。
    采用先进的激光技术，通过对燃烧器切圆进行检查、计算，对假想切圆进行调整。实际上，一些锅炉由于原安装的切圆偏差较大，只能通过采用调整燃烧器导粉连接管的方法进行调整。

3.2 炉膛垂直中心线的安装
    炉膛垂直中心线的安装方法有以下2种：
    (1)在炉膛高于燃烧器区域的同一平面内，在炉膛四角安装铁丝，在炉膛中心的交叉处系上带有重锤的细线.细线通过燃烧器区域。
    (2)在炉膛高于燃烧器区域的同一平面内，在炉膛四壁的中心安装铁丝。在炉膛中心的交叉处系上带有重锤的细线，细线通过燃烧器区域。
    由于炉膛可能存在变形，所以推荐第2种方法确定炉膛垂直中心线。同时，还可以用这2种方法测量炉膛水平面中心位置，判断炉膛变形的程度。nextpage

3.3 对单个喷口轴中心线的确定
由于燃烧器的喷口形状各异，以下分2种情况进行说明：
3.3.1 喷口中心位置有隔板(图1)
可以采用平行线的原理测量切圆直径。图2中虚线为喷口轴线，由于激光的射出位置不能与喷口轴线重合(遮挡)，将射线相对中间隔板平移L(mm)。

图1 喷口中心位置有隔板

图2 激光切圆测量喷口平移

测量炉膛垂直中心线与燃烧器轴线方向射出的激光束垂直的距离，即偏移切圆半径，然后扣除偏移的L，即可得到喷口实际切圆半径。
3.3.2 喷口中心空置(图3)

图3 喷口中心空置

    在燃烧器水平和垂直方向找出一个平面，对该平面沿燃烧器轴线方形进行平分，并标记出2个平分点。将激光发生器安置在燃烧器水平面上，打开激光，调整激光器方向，使激光器的垂直光束通过燃烧器水平面上的2个平分点。测量炉膛垂直中心线与燃烧器轴线方向射出的激光束垂直的距离，该距离即为燃烧器假想切圆半径。
    燃烧器的调整方法为：
    (1)调整燃烧器导粉管(可调角度大，工作量大，需要解体燃烧器箱体来调整导粉管角度，效果好)。
    (2)单独调整燃烧器喷口，来改变切圆(可调角度小，容易造成喷口磨损，不能达到长期的使用效果)。

4 应用实践

    采用激光测量技术，对大量240，670，1025t/h锅炉燃烧器切圆进行调整，均取得满意的效果，锅炉燃烧的稳定性、经济性明显提高。
    大量的实践经验表明：采用德国激光测量技术和试验方法，对一、二、三次风燃烧器切圆按设计进行调整。以及一、二、三次风喷口校正等措施。可大大改善燃烧火焰的成型，强化燃烧、减小结焦、高温腐蚀、磨损、温度分布不均等现象的发生。
    本文采用自动激光测量技术.结合燃烧器的实际结构，通过大量锅炉检修的实践。总结一套实用、简单、可靠的燃烧器校正测量技术。对锅炉燃烧器的安装、检修、调试、改造具有重要作用.对进一步的热态调试打下基础。锅炉燃烧器通过激光校正，能有效改善锅炉燃烧条件与火焰成型，减小锅炉局部结焦、高温腐蚀、磨损、熄火、超温、烟温偏差等问题出现的可能性。

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采用激光技术对燃烧器进行校正的试验研究

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