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    湖南金信化工熱電廠擁有4臺(tái)35t/h中壓煤粉爐，為武漢鍋爐廠1972年產(chǎn)品，鍋爐設(shè)計(jì)燃用金竹山優(yōu)質(zhì)無煙煤，實(shí)際燃用金竹山混合無煙煤。自1975年投運(yùn)以后，一直存在燃燒不穩(wěn)定、發(fā)生滅火現(xiàn)象、飛灰含碳量高、熱效率低、過熱器超溫等問題。經(jīng)過多次局部改造后，鍋爐也只能在25t/h負(fù)荷下運(yùn)行（不能在額定負(fù)荷下長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行）。自1998年以來，對(duì)鍋爐進(jìn)行了綜合技術(shù)改造，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
1、鍋爐設(shè)備簡(jiǎn)介和燃料煤的特性
1.1鍋爐設(shè)備簡(jiǎn)介
    35t/h煤粉鍋爐系在WGZ - 35/25 -l型鍋爐的基礎(chǔ)上，按湖南金竹山無煙煤（本鍋爐設(shè)計(jì)煤種：干燥無灰基揮發(fā)分V=5.35qo，Q=6122×4.18kj/kg)修改設(shè)計(jì)制成的。鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)：p=3.82MPa，t=450C，D=35t/h，給水溫度為105qC，鍋爐效率87.27%。正方形爐膛，爐膛斷面尺寸為4360mm×4360mm，爐膛容積為189m3，爐膛容積熱負(fù)荷qv=0.161MW/m3。燃燒器四角布置，切圓燃燒，設(shè)計(jì)假想切圓直徑+500mm，上一次風(fēng)噴口、二次風(fēng)噴口、三次風(fēng)噴口分別下傾7°、5°、3°角。燃燒器的結(jié)構(gòu)與布置見圖1，燃燒器的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。鍋爐配備一臺(tái)出力為5t/h的DTWI2200/2600型鋼球磨煤機(jī)，中間儲(chǔ)倉(cāng)制粉系統(tǒng)。
1.2燃料煤的特性
1.2.1燃料煤的常規(guī)特性
    鍋爐實(shí)際燃用金竹山混合無煙煤，煤質(zhì)波動(dòng)大，收到基低位發(fā)熱量在15250一22372kvkg之間，干燥無灰基揮發(fā)分V在5,28。8.96之間。以收到基揮發(fā)分Var來表示可燃性，可在一定程度上成為煤質(zhì)特性單一的衡量尺度，而不用同時(shí)去看VdW和Qnct，兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)金竹山混合無煙煤中的煤種進(jìn)行著火穩(wěn)定性指數(shù)k和燃盡指數(shù)S；計(jì)算判別在燃用Q低的煤要比燃用Q高的煤時(shí)，向爐膛投入更多的燃料，因而帶入更多的灰分、水分，而它們?cè)谝欢ǔ潭壬细蓴_煤的可燃性和燃盡性。原煤水分增大時(shí)，著火熱也隨之增大，同時(shí)水分的加熱、汽化、過熱都要吸收爐內(nèi)的熱量，致使?fàn)t內(nèi)溫度水平降低，從而使煤粉氣流卷吸的煙氣溫度以及火焰對(duì)煤粉氣流的輻射熱也相應(yīng)降低。這對(duì)著火顯然也是更加不利的。原煤灰分在燃燒過程中不但不能放熱，而且還要吸熱。特別是當(dāng)燃用高灰分的劣質(zhì)煤時(shí)，由于燃料本身發(fā)熱量低，燃料的消耗量增大，大量灰分在著火和燃燒過程中要吸收更多熱量，因而使得爐內(nèi)溫度水平降低，同樣使煤粉氣流的著火推遲，而且也影響了著火的穩(wěn)定性，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    關(guān)于灰、水的影響按如下考慮：即V在相等或相近的條件下，(A+M)含量小者為相對(duì)易燃煤種，(A+M)含量大者為相對(duì)難燃煤種。而當(dāng)兩者(A+M)的含量差大于10%一20%以上時(shí)，(A+M)含量大者其難燃程度要向下浮動(dòng)一級(jí)。但在我國(guó)燃燒低揮發(fā)分煤的長(zhǎng)期研究中發(fā)現(xiàn)，即使是V完全相同的兩種煤，其燃燒的穩(wěn)定性和燃盡性也會(huì)相差甚遠(yuǎn)。
1.2.2燃料煤的非常規(guī)特性
    以熱重分析法測(cè)得煤的燃燒分布曲線及煤的反應(yīng)指數(shù)，金竹山煤的反應(yīng)指數(shù)RI= 435℃和著火溫度IT= 836℃均較高，說明煤的反應(yīng)特性相對(duì)較差，可燃性和燃盡性均差。從揮發(fā)分熱解試驗(yàn)，金竹山煤較其它煤種的H2、CO、CH4等可燃性氣體產(chǎn)物偏低。燃料煤的非常規(guī)特性試驗(yàn)進(jìn)一步說明，該煤種屬極難燃燒穩(wěn)定和極難燃盡的煤種。
1.2.3燃料煤的結(jié)渣特性
    若將煤的結(jié)渣性能分為嚴(yán)重、高、中、低4個(gè)等級(jí)，金竹山煤為中等結(jié)渣性能煤。
2、鍋爐技術(shù)改造措施
2.1爐膛提高3m，以滿足煤粉粒子燃盡及鍋爐出力的要求
    針對(duì)實(shí)際燃用低揮發(fā)分無煙煤屬極難燃燒穩(wěn)定和極難燃盡的煤種，必須使燃料顆粒在爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)間。煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間主要取決于爐膛容積、爐膛截面積、爐膛高度及煙氣在爐內(nèi)的流動(dòng)速度，這都與爐膛容積熱負(fù)荷和爐膛截面熱負(fù)荷有關(guān)，即要在鍋爐設(shè)計(jì)中選擇合適的數(shù)據(jù)。
    爐膛截面熱負(fù)荷qF值同時(shí)影響到燃燒器區(qū)域水冷壁結(jié)渣的傾向和煤粉著火的穩(wěn)定性，推薦值為1.48。l.78MW/m2。本鍋爐設(shè)計(jì)爐膛截面熱負(fù)荷gF為l. 61 MW/m2，符合實(shí)際要求。爐膛容積熱負(fù)荷的數(shù)值是從燃料燃燒的角度，保證燃料在爐膛內(nèi)有足夠的燃燒空間，使燃料得以完全燃盡而推薦的，推薦值為0.109·0.140MW/m3。為了保證鍋爐在MCR工況下能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，避免爐膛及高溫受熱面的嚴(yán)重結(jié)渣，需要有足夠的爐膛空間和爐膛受熱面冷卻燃燒生成的燃燒產(chǎn)物，爐膛容積熱負(fù)荷應(yīng)選擇較低的數(shù)值。此外，鍋爐設(shè)計(jì)總應(yīng)考慮到設(shè)計(jì)燃料變化的可能性，特別是要求能適應(yīng)燃料變劣的情況，這就需要將爐膛盡可能設(shè)計(jì)得大一點(diǎn)。本鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷qv=0.161MWtm3，高于設(shè)計(jì)推薦值的上限值。為降低爐膛容積熱負(fù)荷，延長(zhǎng)煤粉粒子群在爐內(nèi)的停留時(shí)間，在工程實(shí)施上采用增大爐膛高度的方法來解決，如圖2所示。
2.2增加一組空氣預(yù)熱器，提高熱風(fēng)溫度
    鍋爐改造前，熱風(fēng)溫度低（約350℃），這樣，一方面增加了煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱；另一方面二次風(fēng)溫度低，不利于煤粉后期的燃燒。對(duì)燃用低揮發(fā)分無煙煤的鍋爐，通常要求熱風(fēng)溫度高于380~ 430℃。為此，在鍋爐尾部空氣預(yù)熱高溫段，增設(shè)一組空氣預(yù)熱器，這樣，高溫段空氣預(yù)熱器的面積增加了40%，將熱風(fēng)溫度提高到390~ 420℃水平，提高了理論燃燒溫度，給煤粉氣流的著火和燃燒創(chuàng)造了良好的條件。
2.3改進(jìn)燃燒器的結(jié)構(gòu)與布置
  低揮發(fā)分無煙煤燃燒存在的主要問題是：著火
溫度高、著火困難；燃燒不穩(wěn)定、燃盡度差；爐膛結(jié)
渣。為此，設(shè)計(jì)燃燒器時(shí)采取如下措施。
    (1)增大一次風(fēng)噴口高寬比，加大了煤粉射流截面的周界，增大煤粉射流與高溫?zé)煔忾g的接觸面積，增強(qiáng)卷吸高溫?zé)煔獾哪芰Α?br />     (2)增大一、二次風(fēng)噴口間距，由300mm增大到350mm，以推遲二次風(fēng)過早混入，有利于一次風(fēng)煤粉氣流著火的穩(wěn)定。
    (3)-次風(fēng)噴口下傾7。角，其余噴口均水平布置。這樣既不會(huì)對(duì)主煤粉氣流的燃燒造成明顯影響，又可起到壓火作用，增加三次風(fēng)氣流在爐內(nèi)逗留的時(shí)間，有利于三次風(fēng)中細(xì)煤粉的燃盡，減少飛灰可燃物。
    (4)-次風(fēng)噴嘴管設(shè)計(jì)成漸縮型。為了避免煤粉沉積，一次風(fēng)噴嘴設(shè)計(jì)成漸縮型，在噴嘴內(nèi)的氣流可逐漸加速，均化噴口氣流分布，提高一次風(fēng)煤粉濃度。
    (5)采取穩(wěn)燃技術(shù)措施。在煤粉氣流出口處設(shè)置鈍體。
  (6)一、二、三次風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)速分別為23、45、50m/S。
    (7)設(shè)計(jì)假想切圓直徑為∮400mm。改進(jìn)后的燃燒器結(jié)構(gòu)與布置如圖3所示。
2.4降低煤粉細(xì)度，提高制粉出力
    制粉系統(tǒng)原設(shè)計(jì)粗粉分離器為∮2500型離心式粗粉分離器，容積太小，容積強(qiáng)度大，不能滿足無煙煤經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度和制粉出力要求。運(yùn)行中要得到較細(xì)的煤粉，必須大幅度限制系統(tǒng)通風(fēng)量，降低制粉出力。對(duì)燒用無煙煤的鍋爐來說，煤粉越細(xì)，對(duì)燃燒越有利。為此，將鍋爐制粉系統(tǒng)∮2500型離心式粗粉分離器改為軸向式(∮2800)，直徑增大，降低粗粉分離器容積強(qiáng)度，使制粉系統(tǒng)出力大為提高，煤粉細(xì)度及細(xì)度調(diào)節(jié)性能也相應(yīng)得到改善。
3、改造效果
    35t/h煤粉鍋爐經(jīng)綜合技術(shù)改造后，著火條件和燃盡條件顯著改善。解決了鍋爐燃煤煤質(zhì)偏好時(shí)爐內(nèi)結(jié)渣嚴(yán)重，煤質(zhì)偏差時(shí)燃燒不穩(wěn)定，造成滅火的問題，能保證鍋爐在40t/h負(fù)荷下長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。鍋爐效率比改造前提高了6%~9%，飛灰可燃物降低了10%～15%，特別是在高負(fù)荷時(shí)，效果更為顯著，當(dāng)鍋爐負(fù)荷為35t/h時(shí)，鍋爐效率由改造前的76.85%提高到了85.78%。