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1、引言
    某集團(tuán)公司熱力廠有多臺(tái)額定蒸發(fā)量為75t／h，過(guò)熱蒸汽壓力3 .82MPa，過(guò)熱溫度450℃的中壓煤粉鍋爐，均是哈爾濱鍋爐有限公司制造的早期產(chǎn)品，其主要任務(wù)是為生產(chǎn)提供蒸汽，部分用于發(fā)電。該煤粉鍋爐前墻布置3只雙蝸殼式燃燒器，兩側(cè)墻各布置一臺(tái)馬弗爐用于點(diǎn)火和助燃。長(zhǎng)期以來(lái)由于實(shí)際使用的燃煤質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)所規(guī)定的要求，造成該型號(hào)鍋爐長(zhǎng)期存在爐膛與過(guò)熱器結(jié)焦嚴(yán)重，過(guò)熱器煙溫和主汽溫偏高，且運(yùn)行時(shí)燃燒器出口有黑煙，著火滯后，爐膛氣流沖刷嚴(yán)重，水冷壁嚴(yán)重磨損，燃燒不穩(wěn)定，影響了鍋爐出力（鍋爐蒸發(fā)量長(zhǎng)期在40～50t/h之間）。因此，對(duì)其進(jìn)行分析改造，對(duì)提高鍋爐燃燒的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和安全性都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)綜合分析論證，我們對(duì)其中一臺(tái)鍋爐實(shí)施了使用普華PW-I型煤粉燃燒器的改造。
    富通新能源主要生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，這種生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、改造分析與實(shí)施方案
    通過(guò)對(duì)該鍋爐進(jìn)行綜合熱平衡測(cè)試與仿真優(yōu)化研究，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行充分論證分析，認(rèn)為影響鍋爐正常運(yùn)行的主要原因是所使用的雙蝸殼式旋流式燃燒器結(jié)構(gòu)與布置與該型號(hào)鍋爐不匹配。首先，該燃燒器在運(yùn)行中火焰擴(kuò)展度較大，難以調(diào)節(jié)，在燃燒器出口處，一、二次風(fēng)旋流很強(qiáng)，粗顆粒煤粉容易被拋出空氣區(qū)域，進(jìn)入貧氧燃燒區(qū)，甚至旋至燃燒器附近壁面，從而產(chǎn)生爐膛結(jié)焦與水冷壁磨損。其次，在其前墻單線布置3只燃燒器，造成了火焰局部集中，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過(guò)高，使低熔點(diǎn)煤易在該域內(nèi)熔化結(jié)焦，同時(shí)它們離側(cè)墻較近，擴(kuò)展的火焰容易造成沖墻結(jié)焦，燃燒高揮發(fā)分的煤時(shí)，火焰靠近噴嘴噴口區(qū)溫度較高，火焰也較長(zhǎng)。再者，馬弗爐區(qū)域結(jié)焦嚴(yán)重，并且用馬弗爐點(diǎn)火和助燃擾亂了爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，因此采用了以下實(shí)施方案：
    (1)采用重油電子點(diǎn)火技術(shù)替代原有馬弗爐點(diǎn)火裝置，并增設(shè)鍋爐風(fēng)粉在線與火焰強(qiáng)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
    (2)用四臺(tái)PW-I型煤粉燃燒器代替原有雙蝸殼式燃燒器，在兩側(cè)墻采用對(duì)沖布置方式各布置兩臺(tái)燃燒器，并使燃燒器安裝高度適當(dāng)下移，以便適應(yīng)實(shí)際燃煤揮發(fā)分較高的特點(diǎn)，降低火焰高度，使燃燒穩(wěn)定，火焰集中，減輕鍋爐結(jié)焦，降低爐膛出口煙溫，減輕過(guò)熱器結(jié)渣現(xiàn)象。
    (3)作為配套措施，采用4根西219×10 -次風(fēng)管送粉，由于鍋爐制粉系統(tǒng)為鋼球磨中儲(chǔ)倉(cāng)乏氣送料，故使用4根∮219×6三次風(fēng)管為制粉系統(tǒng)送風(fēng)，同時(shí)為提高風(fēng)壓，保證燃燒器二次風(fēng)在規(guī)定的設(shè)計(jì)風(fēng)速內(nèi)，進(jìn)行了送風(fēng)機(jī)更換選型。
    普華PW-I型粉煤燃燒器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。該型燃燒器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)如下：一次風(fēng)攜帶煤粉，經(jīng)蝸殼以旋流方式進(jìn)入燃燒器內(nèi)，三次風(fēng)也經(jīng)蝸殼進(jìn)入，且產(chǎn)生的氣流旋轉(zhuǎn)方向與一次風(fēng)相同。二次風(fēng)分為兩路：一路以直流方式進(jìn)入燃燒坑道；另一路則分為三級(jí)由噴嘴分別送入一、三次風(fēng)所形成的旋轉(zhuǎn)煤粉氣流中。三級(jí)噴嘴每級(jí)4只，均順著氣流旋轉(zhuǎn)的切線方向交錯(cuò)布置，兩路二次風(fēng)均可通過(guò)風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣煤粉氣流經(jīng)多級(jí)旋轉(zhuǎn)，其旋流強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，同時(shí)因風(fēng)溫逐級(jí)升高，可使煤粉得到良好預(yù)熱，較好地改善了煤粉氣流的著火條件，同時(shí)火焰剛性也得到了增強(qiáng)，有利于煤粉的燃盡，從而減少了結(jié)焦的可能性。此外，該型燃燒器還具有較好的調(diào)節(jié)性髓。
3、改造前后參數(shù)對(duì)比
    從鍋爐燃燒器改造前后的運(yùn)行記錄中，各取5組數(shù)據(jù)，對(duì)比如表1所示，表中還列出了同期未燃炭損失和鍋爐熱效率的實(shí)測(cè)結(jié)果。
    鍋爐改造前后所使用的實(shí)際煤質(zhì)相同，其主要指標(biāo)為：低位發(fā)熱值為21900kj/kg，揮發(fā)分含量為23.9%，灰分含量為20.8%。
    從表1中可見(jiàn)，在燃用相同煤種時(shí)，改造后燃燒效率、熱效率和鍋爐出力都有明顯提高。經(jīng)一年的運(yùn)行證實(shí)，改造后雖然熱風(fēng)溫度有所降低，但鍋爐仍然能在額定參數(shù)為70～75t/h負(fù)荷下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，鍋爐燃燒效率和熱效率都保持在91%以上，過(guò)熱器無(wú)超溫現(xiàn)象，燃燒可控性好，結(jié)渣與結(jié)焦明顯減輕，未發(fā)生危及鍋爐正常運(yùn)行的結(jié)焦現(xiàn)象。
4、燃燒區(qū)域動(dòng)力場(chǎng)的測(cè)試分析
    改用普華PW-I型燃燒器后，采用等溫模化實(shí)驗(yàn)方法對(duì)該鍋爐冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)中遵循的主要原則是：氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入模化區(qū)和邊界條件相似。
    此次燃燒器冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如圖2所示，從測(cè)試結(jié)果可以看出：
    (1)4臺(tái)燃燒器回流區(qū)回流速度較高，由于4臺(tái)燃燒器為兩側(cè)墻布置，每側(cè)2臺(tái)燃燒器旋向相反，單個(gè)燃燒器的回流區(qū)受相鄰燃燒器的氣流影響較小，與實(shí)驗(yàn)前的理論預(yù)測(cè)基本一致。
    (2)燃燒器出口處氣流的回流區(qū)深入燃燒器噴口內(nèi)，與燃燒器的冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)的噴出口段相吻合。
    (3)各燃燒器的射出氣流充滿爐膛截面，各氣流相互干擾小。
    (4)爐膛貼壁處氣流上升速度在0.5—1.5m／s之間，小于火焰開始沖刷爐墻一般氣流速度2m/s，故有效防止了鍋爐壁面結(jié)焦。
    爐膛中間部位，燃燒器射出氣流仍維持一定的速度，這對(duì)爐膛充滿以及保證燃燒后期混合是有利的。
    冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，更換PW-I型燃燒器并采用兩側(cè)墻對(duì)沖布置時(shí)，其燃燒器回流區(qū)基本理想，爐膛空氣動(dòng)力場(chǎng)分布比較均勻，充滿度比較好，燃燒器出口氣流沒(méi)有沖墻現(xiàn)象，適于實(shí)際煤種燃燒。
5、結(jié)論
    (1)按改造方案對(duì)該型號(hào)煤粉鍋爐實(shí)施技術(shù)改造后，鍋爐運(yùn)行狀態(tài)明顯改善，鍋爐出力和熱效率有了較大的提高，大大降低了蒸汽成本，減少了燃煤消耗量，每年可節(jié)約燃煤成本130萬(wàn)元以上。
    (2)采用4只普華PW-I型燃燒器沿兩側(cè)墻對(duì)沖布置方式，替代原設(shè)計(jì)的前墻布置3只雙蝸殼燃燒器方式，明顯改善了風(fēng)煤混合狀況，有利于穩(wěn)定燃燒，并能提高爐膛內(nèi)氣流充滿度，有效防止了水冷壁及過(guò)熱器區(qū)域的結(jié)焦和積灰，這不僅有助于節(jié)能和提高熱效率，而且提高了鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)率和減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，通過(guò)測(cè)算證實(shí)，該項(xiàng)技改年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益在100萬(wàn)元以上。
    (3)該項(xiàng)技術(shù)的成功實(shí)施，不僅保證了鍋爐在額定負(fù)荷下長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且為同類型鍋爐的改造提供了成功的經(jīng)驗(yàn)，為鍋爐燃用貧煤提供了可能，也為國(guó)內(nèi)同類型的鍋爐改造提供了一種可行的途徑。