0、引言
    某熱力廠有多臺額定蒸發(fā)量為75 t/h，過熱蒸汽壓力3.82 MPa，溫度450℃的中壓煤粉鍋爐。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1臺馬弗爐用于點(diǎn)火和助燃。長期以來由于實(shí)際使用的燃煤質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，造成爐膛與過熱器結(jié)焦嚴(yán)重，過熱器煙溫和主汽溫偏高，且運(yùn)行時燃燒器出口有黑煙，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)量長期為40~50 t/h。通過綜合分析論證，我們對其中1臺鍋爐實(shí)施了使用PW -I型煤粉燃燒器的改造。
1、改造分析與實(shí)施方案
    通過對該鍋爐進(jìn)行熱平衡測試與仿真優(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)及布置與該型號鍋爐不匹配。①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。②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)荷過高，使低熔點(diǎn)煤易在該區(qū)域內(nèi)熔化結(jié)焦，同時它們離側(cè)墻較近．?dāng)U展的火焰容易造成沖墻結(jié)焦，燃燒高揮發(fā)分煤時，火焰靠近噴嘴，噴口區(qū)溫度較高，火焰也較長。③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)空氣動力場。因此采用了以下改造方案。
    (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)粉與火焰強(qiáng)度在線監(jiān)測系統(tǒng)。
    (2)用4臺PW -I型煤粉燃燒器代替原有雙蝸殼式燃燒器，在兩側(cè)墻采用對沖布置方式各布置2臺燃燒器，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，減輕過熱器結(jié)渣現(xiàn)象。
    PW -I型煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)見圖1，其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)如下：一次風(fēng)攜帶煤粉，經(jīng)由蝸殼以旋流方式進(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)入燃燒通道，另一路則分為3排由噴嘴分別送人一、三次風(fēng)所形成的旋轉(zhuǎn)煤粉氣流中，三排噴嘴每排4只，均順著氣流旋轉(zhuǎn)的切線方向交錯布置，兩路二次風(fēng)均可通過風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣煤粉氣流經(jīng)多級旋轉(zhuǎn)，其旋流強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，同時因風(fēng)溫逐級升高，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)性能[3]。
2、改造前后參數(shù)對比
    鍋爐在改造前后所使用煤質(zhì)相同，低熱值為21 900 kj/ kg，揮發(fā)分為23. 9%，灰分為20. 8%。在鍋爐進(jìn)行燃燒器改造前后的運(yùn)行記錄中，各主要參數(shù)的平均值對比見表1，表中還列出了同期固體不完全燃燒損失和鍋爐熱效率的實(shí)測結(jié)果。
    從表1可見，在燃用相同煤種時，改造后燃燒效率、熱效率和鍋爐蒸發(fā)量都有明顯提高。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70~ 75 t/h蒸發(fā)量下長期穩(wěn)定運(yùn)行，鍋爐燃燒效率和熱效率都保持在91%以上，過熱器無超溫現(xiàn)象，燃燒可控性好，結(jié)渣與結(jié)焦明顯減輕。
3、燃燒區(qū)域動力場的測試分析
    改用PW -I型燃燒器后，采用等溫�；�試驗(yàn)方法對該鍋爐冷態(tài)動力場進(jìn)行了試驗(yàn)測試，試驗(yàn)中遵循的主要原則是：氣流運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)入�；瘏^(qū)和邊界條件相似。
    此次燃燒器冷態(tài)動力場測試結(jié)果見圖2，圖中，x，y表示爐膛橫截面平面坐標(biāo)（單位為mm）；Vl，V2，V3分別表示第一、二、三排二次風(fēng)管風(fēng)速(單位為m/s);括號內(nèi)外的數(shù)據(jù)，如1.1(0.8)，分別為爐膛標(biāo)高8 700 mm和9 700 mm處氣流速度（單位為m/s）；外曲線表示燃燒器噴出氣體流動邊界，內(nèi)曲線表示燃燒器內(nèi)氣體回流區(qū)。氣流方向均向上。從測試結(jié)果可以看出：
    (1)4臺燃燒器回流區(qū)回流速度較高，由于4臺燃燒囂為兩側(cè)墻布置，每側(cè)2臺燃燒器旋向相反，單個燃燒器的回流區(qū)受相鄰燃燒器的氣流影響較小，與試驗(yàn)前的理論預(yù)測基本一致。
    (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)空氣動力場的噴出口段相吻合。
    (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為0.5~1.5 m/s，小于火焰開始沖刷爐墻一般氣流速度(2 m/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，這對爐膛充滿度以及保證燃燒后期混合是有利的。
    冷態(tài)空氣動力場試驗(yàn)結(jié)果表明，更換PW -I型燃燒器并采用兩側(cè)墻對沖布置時，其燃燒器回流區(qū)基本理想，爐膛空氣動力場分布比較均勻，充滿度比較好，燃燒器出口氣流沒有沖墻現(xiàn)象，適于實(shí)際煤種燃燒。
4、結(jié)論
    (1)改造后鍋爐運(yùn)行狀態(tài)明顯改善，鍋爐蒸發(fā)量和熱效率有較大提高，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130×104元以上。
    (2)采用4只PW -I型燃燒器沿兩側(cè)墻對沖布置方式，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，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。通過測算證實(shí)，該項(xiàng)年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益在100×104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。