0、引言
采用中間貯倉式熱風(fēng)送粉、下2層一次風(fēng)集中布置的配125（或135）MW機(jī)組的鍋爐在我國電廠中占有較大比例。由于目前燃用煤種的揮發(fā)分和熱值普遍高于設(shè)計(jì)煤種，一次風(fēng)噴口帶火、燒壞，噴口附近結(jié)渣等現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。一般采用在一次風(fēng)摻人大量冷風(fēng)的方法來降低風(fēng)粉混合物溫度，推遲煤粉氣流的著火，避免燒壞噴嘴，但大量冷風(fēng)的摻入使鍋爐排煙溫度升高，降低鍋爐效率1qo左右。通過重新設(shè)計(jì)燃燒器，采用濃稀相，加大周界風(fēng)面積，減小鈍體，調(diào)整一次風(fēng)切圓等措施可做到在一次風(fēng)不摻入冷風(fēng)的條件下噴口不帶火，本技術(shù)已在半山電廠、溫州電廠、臺(tái)州電廠、天生港電廠等十幾臺(tái)鍋爐進(jìn)行實(shí)施并取得成功，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)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
1、設(shè)備概況
天生港發(fā)電有限公司10號(hào)爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-420/13.7-M417A型自然循環(huán)煤粉鍋爐，采用中間倉儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)采用四角布置直流燃燒器，噴嘴布置順序自下而上為：二、一、一、二、一、二、三、二次風(fēng)燃燒器，燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)見表l。
近年來，該爐燃用煤種的揮發(fā)分和熱值一直高于設(shè)計(jì)煤種（見表2），一次風(fēng)噴口帶火嚴(yán)重，即使壓力冷風(fēng)門全開，依然無法消除帶火現(xiàn)象。不得已采用加大壓力冷風(fēng)管直徑的方法來增加冷風(fēng)的流量，維持一次風(fēng)煤粉氣流的正常燃燒，但效果并不理想，仍有多只一次風(fēng)噴口帶火，燃燒器使用壽命僅la。
2、改造方案
2.1 將中、下2層一次風(fēng)改造成濃稀相燃燒器
改造前一次風(fēng)噴嘴結(jié)構(gòu)如圖1所示，噴口有很好的穩(wěn)燃效果，噴嘴中間鈍體高度達(dá)130 mm，并且內(nèi)縮，鈍體上面作鋸齒形布置，這樣增大了鈍體附近的回流效果，加大了煤粉氣流的擾動(dòng)，強(qiáng)化其初期傳熱。另外，噴口作45。擴(kuò)口，降低一次風(fēng)噴嘴出口煤粉氣流平均速度，加大煤粉氣流擴(kuò)散角和鈍體附近回流區(qū)，減小了周界風(fēng)的冷卻效果。這樣布置，一次風(fēng)噴嘴的穩(wěn)燃效果有了很大提高，卻降低了煤種的適應(yīng)范圍。
改造后一次風(fēng)噴嘴結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用上下布置的濃稀相結(jié)構(gòu)，即：上稀下濃，濃相和稀相中間保留鈍體，以適合低負(fù)荷和劣質(zhì)煤燃燒。改造后取消了噴嘴擴(kuò)口，有助于減少一次風(fēng)的擴(kuò)散，縮小中間回流區(qū)，消除噴口帶火。周界風(fēng)采用偏置式，加大背火側(cè)面積，縮小向火側(cè)面積，并增加周界風(fēng)總面積。如此設(shè)計(jì)除了可保護(hù)噴口，還能有效加強(qiáng)一次風(fēng)剛性，防止煤粉氣流刷墻。
此種結(jié)構(gòu)的燃燒器既能保證滿負(fù)荷時(shí)噴嘴不被燒壞，又能通過關(guān)小周界風(fēng)，保證低負(fù)荷及燃用劣質(zhì)煙煤時(shí)的穩(wěn)燃，具有較廣的煤種適應(yīng)性和負(fù)荷適應(yīng)能力。而且一次風(fēng)穩(wěn)燃能力主要靠濃相煤粉氣流來實(shí)現(xiàn)，不存在由噴嘴結(jié)構(gòu)決定的局部高溫穩(wěn)焰區(qū)。
2.2將上層一次風(fēng)燃燒器結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)
考慮中、下2層一次風(fēng)采用濃稀相燃燒器，具有足夠的穩(wěn)燃能力，為節(jié)省費(fèi)用，上一次風(fēng)噴嘴結(jié)構(gòu)與中、下一次風(fēng)基本相同，但不采用濃稀相技術(shù)。
2.3調(diào)整一次風(fēng)假想切圓直徑
切圓大有利于爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，但煤粉氣流及火焰容易沖刷水冷壁造成結(jié)渣和高溫腐蝕。因此爐內(nèi)一次風(fēng)假想切圓由D800/D200mm改為D400/反切D200 mm（見圖3）。
2.4調(diào)整部分二次風(fēng)
對(duì)二次風(fēng)噴嘴進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將中下二次風(fēng)噴口改造為正切15。，以便在水玲壁附近形戚保護(hù)作用的氧化性氣氛，將上二次風(fēng)噴口改造為反切110，起到消旋作用。由于一次風(fēng)的周界風(fēng)面積有所增加，需適當(dāng)減小這2層二次風(fēng)噴口面積，以保持二次風(fēng)速不變。
3、改造前后對(duì)比試驗(yàn)及分析
改造前后進(jìn)行了滿負(fù)荷工況對(duì)比試驗(yàn)，并進(jìn)行了改造后的低負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)煤種為天生港電廠的常用煤種（見表2），試驗(yàn)工況（工況l為改造前；工況2為改造后；工況3為改造后低負(fù)荷）及主要運(yùn)行參數(shù)見表3。
在燃燒系統(tǒng)改造的同時(shí)，進(jìn)行了汽輪機(jī)和空氣預(yù)熱器的改造，因此改造前后鍋爐最大發(fā)電功率和空氣預(yù)熱器漏風(fēng)有所不同，燃燒系統(tǒng)改造對(duì)鍋爐熱效率的影響只能估算。
3.1 改造前后一次風(fēng)噴口附近煤粉氣流著火情況及溫度對(duì)比
采用紅外高溫儀測(cè)量煤粉氣流及爐膛溫度，圖4為改造前后一次風(fēng)噴口附近煤粉氣流溫度的對(duì)比。改造前壓力冷風(fēng)門全開，一次風(fēng)集箱內(nèi)的溫度只有約190℃，經(jīng)估算一次風(fēng)冷風(fēng)比例超過40010，但仍有3只噴口帶火，一次風(fēng)氣流溫度普遍高于改造后。改造后在試驗(yàn)煤質(zhì)揮發(fā)分和熱值大幅提高的情況下，把壓力冷風(fēng)全部關(guān)掉，噴口仍無帶火現(xiàn)象，各一次風(fēng)噴口附近煤粉氣流溫度在600～700℃，一次風(fēng)煤粉氣流著火位置正常。
3.2改造前后爐膛溫度場(chǎng)及水冷壁結(jié)渣情況對(duì)比
在鍋爐四側(cè)取28個(gè)觀測(cè)孔（見圖5），對(duì)爐膛溫度進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果如下：
(1)改造前后爐膛最高溫度和平均溫度變化不大，最高溫度分別為1509℃和1503℃，平均溫度分別為1312℃和1 318℃。
(2)改造后14.4 m層溫度分布較改造前均勻、對(duì)稱（見圖6），其他層面無明顯變化。
(3)改造后靠近水冷壁的2、4、5、6、7、8和10、12、13、14、15、16測(cè)點(diǎn)溫度相比改造前整體上有所降低（見圖7），主要原因是一次風(fēng)噴口不帶火，煤粉氣流著火位置正常，這對(duì)于防止水冷壁結(jié)渣有積極作用。
改造后燃燒器附近水冷壁結(jié)渣情況有較大改善，只有部分地方有少量的點(diǎn)狀或鰭片狀渣，鍋爐運(yùn)行安全性增加。
3.3壓力冷風(fēng)對(duì)鍋爐效率的影響及對(duì)q2的影響估測(cè)
大量摻入冷風(fēng)會(huì)增加排煙損損失q2和固體不完全燃燒損失，降低鍋爐效率。摻入壓力冷風(fēng)后會(huì)使通過空氣預(yù)熱器的風(fēng)量減少，降低空氣預(yù)熱器的吸熱量，從而造成排煙溫度升高。另外，壓力冷風(fēng)摻入后，一次風(fēng)溫度降低，在一次風(fēng)速不變的情況下，一次風(fēng)率必然升高，造成二次風(fēng)速降低，導(dǎo)致其穿透和混合能力降低，燃燒效果變差，飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大。
燃燒器改造的同時(shí)進(jìn)行了空氣預(yù)熱器漏風(fēng)改造，為評(píng)估壓力冷風(fēng)對(duì)排煙熱損失的影響，在工況2試驗(yàn)后，維持煤種和運(yùn)行參數(shù)不變，短時(shí)間全開壓力冷風(fēng)門，排煙溫度上升24.1℃，未進(jìn)行飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等其他參數(shù)的測(cè)量，假定這些參數(shù)與工況2一樣，則排煙損失比工況2增加1.17%。
3.4改造前后鍋爐經(jīng)濟(jì)性對(duì)比
改造后鍋爐經(jīng)濟(jì)性有較大提高，飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)由改造前的6.08%降到3.530/0；排煙溫度由156.6℃降低到13 6.1℃；固體未完全燃燒損失和排煙熱損失分別下降1.69%和3.13%，鍋爐反平衡熱效率由87.55%提高到92.37%，超過了鍋爐的設(shè)計(jì)效率90.18%。
燃燒器改造后對(duì)鍋爐效率的影響表現(xiàn)在2個(gè)方面：一是改造后良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)和濃稀相燃燒對(duì)煤粉燃盡的正面影響；二是關(guān)掉壓力冷風(fēng)。所以燃燒器改造對(duì)鍋爐效率的影響應(yīng)包括q4下降的1.69%加上壓力冷風(fēng)對(duì)q：的影響（估算時(shí)僅取1010）。
3.5改造后蒸汽參數(shù)與低負(fù)荷穩(wěn)燃性
由表3可見改造前后蒸汽參數(shù)變化不大。改造后進(jìn)行了低負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)機(jī)組負(fù)荷為60 MW，主蒸汽流量193 t/h，一次風(fēng)周界風(fēng)開度約20010。對(duì)爐膛溫度進(jìn)行了測(cè)量，平均溫度為1 203℃，僅比滿負(fù)荷工況2約低100℃，超過1 300℃的點(diǎn)有8個(gè)，最高溫度達(dá)1 335℃。爐膛負(fù)壓波動(dòng)范圍+30 Pa，鍋爐燃燒穩(wěn)定。從觀火孔也可觀察到，煤粉氣流離開噴口后著火正常、燃燒穩(wěn)定。
4、結(jié)語
(1)125 MW機(jī)組采用熱風(fēng)送粉、下2層一次風(fēng)集中布置的鍋爐，在燃用煤種的揮發(fā)分和熱值高于設(shè)計(jì)煤種時(shí)，普遍出現(xiàn)噴口帶火、燒壞，噴口附近結(jié)渣等問題。通過重新設(shè)計(jì)：采用濃稀相燃燒器，取消擴(kuò)口，合理調(diào)整周界風(fēng)可解決此類問題，擴(kuò)大鍋爐煤種適應(yīng)能力，同時(shí)能保證低負(fù)荷穩(wěn)燃性能，防止鍋爐高溫腐蝕等。
(2)對(duì)天生港電廠10號(hào)爐改造后，鍋爐運(yùn)行中關(guān)掉壓力冷風(fēng)，一次風(fēng)煤粉氣流著火位置正常，爐內(nèi)溫度分布均勻，無結(jié)渣現(xiàn)象。鍋爐反平衡熱效率由87.55%提高到92_37%，其中由于燃燒器改造的原因使鍋爐效率提高大于2.69%，由此每年節(jié)省燃料10 kt以上，直接經(jīng)濟(jì)效益超過400萬元（按鍋爐煤耗量56t/h，煤價(jià)400元／t，鍋爐年運(yùn)行7 000h估算）。
(3)改造前燃燒器使用壽命僅為la，改造后消除噴口帶火，預(yù)計(jì)燃燒器使用壽命至少可達(dá)4a。
富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)我們還大量銷售木屑顆粒機(jī)壓制的楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
