1、前言
    廣州鋼鐵股份有限公司熱電廠2#鍋爐是從ABB公司進(jìn)口的高溫高壓自然循環(huán)鍋爐。鍋爐前墻上分A、B、C三層配有4個切向旋流式煤粉燃燒器和2個高爐煤氣燃燒器，在這6個燃燒器中心配有6支輕油槍。鍋爐額定負(fù)荷為142 t/h，蒸汽壓力10MPa，蒸汽溫度528℃。鍋爐存在效率低、點火成功率低等問題，影響鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文論述了燃燒器存在的問題和改造過程。
2、原燃燒器存在的問題
2.1  原點火槍存在的問題
    原有的點火過程較為復(fù)雜，采用多級點火方式。其過程是：首先由點火槍產(chǎn)生電弧，點燃由液化氣和壓縮空氣混合而成的可燃?xì)怏w，產(chǎn)生火焰，此時經(jīng)蒸汽霧化的輕油從輕油槍噴出，與燃燒器的二次風(fēng)形成一個錐形的可燃霧狀物，接觸到點火槍火焰后，輕油槍著火燃燒，繼而再點燃煤粉氣流或高爐煤氣。
    原有點火槍要與輕油槍同步進(jìn)出爐膛，故不可避免地會造成槍頭積炭、黏附油污等，甚至結(jié)焦，最終導(dǎo)致點火槍打不出電火花，也就使點火失敗。同時，點火槍容易受潮，導(dǎo)致點火回路出現(xiàn)接地或短路現(xiàn)象，即導(dǎo)致點火失敗。另外，液化石油氣與壓縮空氣的混合比例也是影響點火槍的因素。點火槍產(chǎn)生電火花效果好壞，取決于槍頭處電火花桿與端面的間隙大小，而這一間隙很容易改變，須經(jīng)常調(diào)整，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。
2.2  原煤粉燃燒器存在的問題
    (1)該燃燒器的中心煤粉管道由于受磨損而導(dǎo)致煤粉積聚在燃燒器中心管與外套管之間，在高溫下易燒壞燃燒器。投產(chǎn)至今中心管曾經(jīng)過多次補(bǔ)焊，曾在1999年12月15日出現(xiàn)B，煤粉燃燒器燒壞的事故，把燃燒器中心管以及油槍、點火槍全部燒壞，給生產(chǎn)帶來較大影響。
    (2)該煤粉旋流燃燒器的中心回流區(qū)小，不利于煤粉的著火燃燒。
    (3)該燃燒器的一、二次風(fēng)混合點太靠前，火焰長度不夠，爐膛火焰充滿度差；如若燃用高揮發(fā)分的煤種時，由于著火較快，噴口處溫度高，容易結(jié)焦，甚至燒壞噴口。
    (4)該燃燒器的旋流強(qiáng)度還可以，但其大部分能量消耗在旋轉(zhuǎn)上，不能旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，即火焰的軸向速度小，火焰在燃燒器噴口處停留時間過長（見圖1）。
    (5)該燃燒器本來可以通過調(diào)整二次風(fēng)旋流葉片（即切向調(diào)風(fēng)器）的開度來調(diào)整旋流強(qiáng)度的大小，但其調(diào)節(jié)作用不夠明顯，所以很難發(fā)揮其作用。
3、改造方案
3.1  點火槍的改造
    我們對影響鍋爐點火較大的點火槍進(jìn)行了如下改造：使用新型的長脈沖高能點火器，并于2001年年初在A層燃燒器上試驗成功。然后經(jīng)過一段時間的運(yùn)行檢驗，分別對三層點火槍做了改造，針對原點火過程復(fù)雜、以及新點火槍的特點，決定由長脈沖高能點火器直接點燃輕油，省去液化汽這一中間環(huán)節(jié)，排除了由于液化氣與壓縮空氣混合不好而引起點不著火的情況。不過，由于新點火裝置中沒有設(shè)置火花及點火火焰監(jiān)測回路，（因該點火裝置的點火成功率高達(dá)99%，即使在水中都可以打得著，所以不需要設(shè)置。）這與原點火控制程序不符，同時，如果按原來的控制程序，新電火花雖然比較大，但達(dá)不到可以監(jiān)測得到火花及點火火焰的程度，故必須對原來點火邏輯進(jìn)行修改。另外，由于該點火槍不宜長期留在火焰中，點著油槍后必須退出，所以必須給點火槍單獨(dú)配一個氣缸，而且要修改點火控制程序。
    有利的一點是：新點火槍的直徑只有18mm，而原點火槍的直徑比較大，可以采用原點火槍的槍管作為新點火槍的套筒，用來保護(hù)新點火槍，同時又可以在不改動原燃燒器中心管的結(jié)構(gòu)而不導(dǎo)致漏風(fēng)，也給推動氣缸的的安裝提供方便。
    我們依照上面所提到的要求進(jìn)行改造，重新編寫PLC程序使其適合新點火槍的要求，加上點火槍點火后的退出功能。
3.2煤粉燃燒器的改造
    通過冷態(tài)空氣動力場試驗，將現(xiàn)有燃燒器改為“大風(fēng)箱型軸流進(jìn)風(fēng)”燃燒器。改造的主要目的是：提高燃燒器的高溫回流區(qū)和高溫回流量，使煤粉的著火和燃燒更加穩(wěn)定和完善，以便擴(kuò)大對煤種的適應(yīng)性。
    經(jīng)篩選，最后決定采用北京鍋爐廠生產(chǎn)的“美國拔撥葛大風(fēng)箱型”SRB型燃燒器。這種形式的燃燒器具有以下特點：
    (1)燃燒器的旋流強(qiáng)度除通過改變?nèi)~片位置可
較大范圍調(diào)節(jié)外，還可通過二次風(fēng)的進(jìn)風(fēng)量來調(diào)節(jié)。
    (2)軸流式燃燒器二次風(fēng)道阻力比切向燃燒器低，因而可以適當(dāng)提高二次風(fēng)量。
    (3) -次風(fēng)管仍布置中心管，其端部布置穩(wěn)燃擴(kuò)散錐。
3.2.1  新煤粉燃燒器的燃料要求及主要設(shè)計參數(shù)
    (1)本燃燒器適用于燃燒煙煤，其設(shè)計的煤種成分見表1。
    煤粉燃燒器布置在鍋爐前墻，原燃燒器的開孔位置上，其水冷壁彎管及耐火混凝土旋口不變。分A、B兩層共四臺，同一層的兩臺燃燒器旋流方向相反，即A，、B7為逆時針旋轉(zhuǎn)，A：、B．為順時針旋轉(zhuǎn)。
3.2.2  新燃燒器的主要結(jié)構(gòu)改進(jìn)
    (1)將原燃燒器一次風(fēng)噴口的擴(kuò)散式旋流器去掉，一次風(fēng)和煤粉噴口處加一火焰穩(wěn)定器，其擴(kuò)角比原燃燒器旋流式的擴(kuò)角大為減小。這樣一、二次風(fēng)的混合點向后推移，對較差的煤種也可以很好地組織燃燒。
    (2)把切向調(diào)風(fēng)器改為軸向調(diào)風(fēng)器，二次風(fēng)噴口由切向旋流進(jìn)風(fēng)改為軸向旋流進(jìn)風(fēng)，在二次風(fēng)噴口中裝設(shè)軸向進(jìn)風(fēng)旋流葉片，使氣流沿軸向旋轉(zhuǎn)，其旋流強(qiáng)度可由一推拉手把的進(jìn)退來調(diào)節(jié)。這樣可以在保證足夠的旋流強(qiáng)度下，煤粉流的射程夠長，使?fàn)t膛的火焰充滿度較好，有利于燃燒。
    (3)本燃燒器在設(shè)計中，中心煤粉管采用耐磨的錳鋼代替原碳鋼管道，提高中心管的耐磨性，延長中心管的使用壽命，繼續(xù)保留原燃燒器的點火槍、點火器以及火焰檢測器(見圖2)。
    采取以上改進(jìn)后，燃燒器的火焰形狀比以前切向旋流的燃燒器的火焰瘦長一些，其旋流強(qiáng)度有所增強(qiáng)，火焰的穩(wěn)定性也將大大改善。
3.2.3SRB型燃燒器的調(diào)節(jié)特點
    (1)在燃燒器運(yùn)行時要嚴(yán)格控制一次風(fēng)份額ri<28%。
    (2)二次風(fēng)量的大小，是由燃燒器調(diào)風(fēng)盤的推拉式調(diào)節(jié)桿的進(jìn)出來決定的(見圖2);必須配好各層的二次風(fēng)量。
    (3)火焰的長短及旋流強(qiáng)度的大小由燃燒器旋流葉片的推拉式調(diào)節(jié)桿的進(jìn)出來確定。正常運(yùn)行一段時間后，就可以將調(diào)節(jié)桿的位置確定下來，不用頻繁調(diào)整，此時將鎖緊螺栓鎖緊。
    (4)當(dāng)煤種發(fā)生較大改變時，如煤的揮發(fā)含量較低時，必須對調(diào)風(fēng)盤和旋流葉片的推拉式調(diào)節(jié)桿進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。
4、鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗
    我廠于2002年6月15日完成上述改造后，為摸清鍋爐燃燒器改造后爐內(nèi)氣流的流動工況，供運(yùn)行人員熱態(tài)調(diào)整時參考，對鍋爐進(jìn)行丁冷態(tài)空氣動力場試驗。采用煙花示蹤法進(jìn)行試驗，通過攝像機(jī)和照相機(jī)錄下各種工況下鍋爐爐內(nèi)的空氣動力場形狀。經(jīng)過試驗調(diào)整后，初步把二次風(fēng)調(diào)風(fēng)盤拉桿調(diào)整在100%位置處，把二次風(fēng)旋流調(diào)節(jié)拉桿定在50%處。該狀態(tài)下，燃燒器煤粉氣流的射程、旋流強(qiáng)度、回流區(qū)尺寸等都處于接近最佳狀況（見圖3）。與原來的情況對比，有足夠長的火焰長度，爐膛充滿度好，火焰中心有明顯的回流區(qū)，運(yùn)行時可以卷吸大量的高溫?zé)煔猓�有利于煤粉的燃燒和燃盡。
5、鍋爐熱態(tài)調(diào)整試驗
    2002年11月11日~ 20日進(jìn)行鍋爐的熱態(tài)調(diào)整試驗，本次試驗總共做了8個不同工況，分別進(jìn)行熱效率測試，在試驗的不同工況下進(jìn)行必要的調(diào)整。具體結(jié)果如下：
6、改造效果
    (1)點火槍的改造十分成功，點火成功率高，維護(hù)量小，一改以前鍋爐復(fù)產(chǎn)時由于點火槍故障而導(dǎo)致復(fù)產(chǎn)延后四、五個小時的情況。
    (2)煤粉燃燒器改造從冷態(tài)試驗的結(jié)果可以看出是成功的，達(dá)到預(yù)期的目的：提高煤粉的著火和燃燼，減弱一、二次風(fēng)的早期混合，對煤粉的著火有利，鍋爐效率可提高到87%~89%，飛灰含碳量及爐渣的殘?zhí)剂看蠓�度下降，爐膛溫度有所提高。
    (3)因爐膛火焰溫度提高了，所以對煤種的適應(yīng)性也相應(yīng)提高。爐膛出口溫度雖然偏高，但仍在設(shè)計值以下，不會造成爐膛結(jié)焦。
7、效益估算
    根據(jù)統(tǒng)計2000年底至2001年，我廠142t/h鍋爐正常停爐及故障停爐的次數(shù)為30次，即鍋爐復(fù)產(chǎn)次數(shù)為30次。按最保守估計，每年正常停爐及故障停爐的次數(shù)應(yīng)不下15次，按低限計算每次復(fù)產(chǎn)可縮短鍋爐點火時間1小時，每年可多發(fā)電量為：34MW×15次×1小時／次=510MW h，為公司節(jié)約外購電費(fèi)用：510MW. h/年×(0.60 -0.28)元/kW  h=16. 32萬元／年。
    煤粉燃燒器改造后，鍋爐效率可提高2%以上，每年可節(jié)約燃料費(fèi)用70萬元左右。兩項合計每年可以節(jié)省費(fèi)用約86萬元。
    另外，鍋爐點火槍的點火成功率提高后，在鍋爐出現(xiàn)磨煤機(jī)跳閘等情況下，可以及時投入油槍助燃，降低鍋爐跳閘的幾率，以往當(dāng)鍋爐出現(xiàn)磨煤機(jī)突然跳閘或鍋爐負(fù)荷突變的情況下，有時由于油槍投入后點不著火而導(dǎo)致鍋爐跳閘的情況時有發(fā)生。在鍋爐點火槍改造后，鍋爐在抗突發(fā)事故方面的能力有較大的提高，保證了鍋爐運(yùn)行的安全性。
8、結(jié)論
    (1)新型長脈沖高能點火器在鍋爐上的應(yīng)用是成功的，有利于提高鍋爐的點火成功率。
    (2)煤粉燃燒器的改造是成功的，除了結(jié)構(gòu)上改造工程量較小外，其氣流特性也達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，即燃燒器出口氣流旋流強(qiáng)度得到加強(qiáng)，從而增大回流量，對燃燒有利。
    (3)從改造后鍋爐大負(fù)荷運(yùn)行情況看，燃燒情況有所改善，煤粉著火較好，爐膛煙氣溫度有所提高。爐膛的火焰充滿度較好，而且沒有出現(xiàn)火焰貼墻、沖刷水冷壁的現(xiàn)象。