0、引言
廣西來賓電廠420 t/h鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG - 420/13.7一M417型超高壓中間一次再熱自然循環(huán)煤粉爐。該爐設(shè)計(jì)煤種為貴州盤江縣火鋪混洗煤，屬典型的煙煤煤種，其揮發(fā)份Vdaf=33.14%，低位發(fā)熱量Qnet,ar=20 465 kj/kg。鍋爐采用四角切圓燃燒，中間儲(chǔ)倉式乏氣送粉，均等配風(fēng)燃燒系統(tǒng)。
機(jī)組投運(yùn)以來，燃燒狀況尚可，但由于近年煤炭資源短缺，來賓電廠不得不從鄰近的貴州引進(jìn)無煙煤及貧瘦煤，以解燃眉之急和保證機(jī)組穩(wěn)定的煤炭供應(yīng)。由于無煙煤、貧瘦煤與煙煤燃燒特性相差極大，因此采用原有煙煤型燃燒系統(tǒng)來燃燒無煙煤及貧瘦煤，給鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性帶來了諸多問題。主要表現(xiàn)在：燃燒不夠穩(wěn)定，低負(fù)荷穩(wěn)燃性能差，在額定負(fù)荷的75%左右就需投助燃油；飛灰可燃物增加；助燃油耗上升；積灰結(jié)渣加劇；鍋爐效率降低等。針對(duì)上述問題，結(jié)合該鍋爐的具體情況，經(jīng)過研究分析，對(duì)該鍋爐燃燒器進(jìn)行低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)改造，著重解決鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃性能及煤粉燃盡性能，使機(jī)組能夠長時(shí)間安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，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、存在的問題及原因分析
來賓電廠420 t/h鍋爐運(yùn)行中燃燒不夠穩(wěn)定，低負(fù)荷穩(wěn)燃性能差，由于煤源不穩(wěn)定，煤質(zhì)變化大，對(duì)于單機(jī)容量較小，國內(nèi)許多承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的機(jī)組，都存在著低負(fù)荷穩(wěn)燃性能難以滿足目前機(jī)組調(diào)峰要求，加上近幾年燃油價(jià)格的大幅上漲，運(yùn)行的成本提高，促使很多電站鍋爐不得不進(jìn)行低負(fù)荷穩(wěn)燃性能技術(shù)改造。絕大部分鍋爐經(jīng)改造后達(dá)到了低負(fù)荷不投油穩(wěn)定燃燒要求，例如，焦作萬方SG - 420/13.7- M419鍋爐改造前80%負(fù)荷下需投助燃油，改造后燃用難著火的無煙煤，最低不投油負(fù)荷達(dá)到40%。
對(duì)于四角切圓燃燒鍋爐，強(qiáng)化煤粉氣流的著火過程，保證燃燒穩(wěn)定，最有效的手段就是采用濃淡穩(wěn)燃型燃燒器，國內(nèi)目前進(jìn)行的鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃改造中大都采用了這一技術(shù)。根據(jù)燃燒理論，為了保證煤粉火焰的穩(wěn)定，應(yīng)該組織良好的爐內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)，使之形成煤粉著火有利區(qū)，這一區(qū)域一般定義為“三高區(qū)”的有效裝置，即具有高煤粉濃度、高溫?zé)煔夂透叩臍饬鲾_動(dòng)等特點(diǎn)的局部區(qū)域。理論和實(shí)驗(yàn)表明“三高區(qū)”是煤粉著火并穩(wěn)定燃燒的理想?yún)^(qū)域。
目前采用的濃淡穩(wěn)燃型燃燒器就是致力于實(shí)現(xiàn)“三高區(qū)”，如圖1所示的穩(wěn)燃腔煤粉燃燒器，在一次風(fēng)的直管段內(nèi)安裝煤粉濃淡分離裝置，實(shí)現(xiàn)煤粉的水平濃淡分離，煤粉濃度的提高將提高單位容積煤粉氣流中的揮發(fā)份含量，從而降低著火溫度，著火性能將大大提高，此外濃淡燃燒將顯著降低NOx生成量。圖2所示為穩(wěn)燃腔煤粉燃燒器的噴口流場圖。圖2顯示，由于穩(wěn)燃腔煤粉燃燒器的特殊結(jié)構(gòu)，當(dāng)流體流過噴口時(shí)，在燃燒器噴口的局部區(qū)域形成較強(qiáng)的煙氣回流，高溫?zé)煔獾幕亓鲗?shí)現(xiàn)“三高區(qū)”的另外兩項(xiàng)要求：局部高溫與高的煙氣擾動(dòng)，這將有利于煤粉在局部高溫環(huán)境下的著火，而著火后的火焰氣流將逐步擴(kuò)散到淡的煤粉氣流中。因此，穩(wěn)燃腔煤粉燃燒器將為煤粉的著火穩(wěn)定燃燒，提供良好的環(huán)境。10多年來，該穩(wěn)燃腔燃燒器廣泛應(yīng)用于全國30多個(gè)電廠不同型號(hào)的鍋爐上，為廠家創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
提高鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃性能，除了采用先進(jìn)的濃淡穩(wěn)燃燃燒器外，還應(yīng)考慮以下問題：
①合理的一次風(fēng)速及風(fēng)粉比，合理的煤粉細(xì)度；
②合理的一次風(fēng)、二次風(fēng)噴口布置；
③合理的二次風(fēng)速；
④合理布置的衛(wèi)燃帶。
對(duì)于來賓電廠SG - 420/13.7 - M417型鍋爐，我們認(rèn)為，上述問題同樣不可忽視。
燃煤鍋爐爐膛結(jié)渣的原因較多，一般認(rèn)為爐膛結(jié)渣不僅與燃料特性、爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，還受燃燒器的布置，運(yùn)行因素等的影響。根據(jù)對(duì)M417型鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況分析，造成該型鍋爐爐膛嚴(yán)重結(jié)渣的原因主要有以下幾點(diǎn)：
①熱強(qiáng)度選取偏高為結(jié)渣提供了條件；
②衛(wèi)燃帶的敷設(shè)方式是掛渣的主要因素；
③爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性不良是引發(fā)結(jié)渣的根本原因。
爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性不良是造成氣流刷墻、爐內(nèi)結(jié)渣的根本原因。爐內(nèi)假想切圓的大小直接影響著實(shí)際切圓的直徑，過大，易產(chǎn)生氣流刷墻。實(shí)際切圓偏大，煤粉被甩到水冷壁或衛(wèi)燃帶上，在燃燒器區(qū)域較高的溫度水平下，處于熔融狀態(tài)的煤灰就會(huì)粘到水冷壁或衛(wèi)燃帶上，逐漸堆積，形成嚴(yán)重的結(jié)渣。
2、燃燒器改造技術(shù)方案
鑒于上面的分析，對(duì)于來賓電廠SG-420/13.7- M417型鍋爐采取如下主要技術(shù)改造措施：
①下層一次風(fēng)和中層一次風(fēng)的噴口處安裝穩(wěn)燃腔煤粉燃燒器，增加高溫?zé)煔饣亓骱蜌饬鲾_動(dòng)，增強(qiáng)穩(wěn)燃性能。
②在一次風(fēng)的直管段內(nèi)安裝煤粉濃淡分離裝置，在綜合考慮低負(fù)荷穩(wěn)燃和防止結(jié)渣兩方面因素的基礎(chǔ)上，采用了水平濃淡燃燒方式，使?jié)饷悍蹥饬鞒蚧饌?cè)，淡煤粉氣流朝向背火側(cè)，這將大大改善劣質(zhì)煤粉的著火性能，并有利降低NOx生成量。
③減小中二次風(fēng)口的面積，降低供風(fēng)量，體現(xiàn)煤粉集中布置。
④調(diào)整下層一次風(fēng)和中層一次風(fēng)的噴口標(biāo)高，達(dá)到煤粉集中布置的目的。
⑤將原有燃燒器噴口的向上傾斜角度由8°～104改為0°。
⑥調(diào)整切圓直徑，避免煤粉氣流刷墻。
⑦頂二次風(fēng)反切，消除殘余扭轉(zhuǎn)，消除爐膛出口煙溫偏差。
⑧調(diào)整衛(wèi)燃帶敷設(shè)面積，依據(jù)煤質(zhì)特性，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，減少衛(wèi)燃帶面積76mz，并進(jìn)行重新劃塊分割。
⑨采用小油槍直接點(diǎn)火。
以上技術(shù)方案的中心思想是：增加高溫?zé)煔饣亓�，提高煤粉濃度，采用分�?jí)燃燒，同時(shí)，合理配合一次風(fēng)、二次風(fēng)及三次風(fēng)，使?fàn)t內(nèi)保持合理的流場。改造后燃燒器系統(tǒng)噴口布置示意圖如圖3所示。
3、改造效果與結(jié)論
在理論分析基礎(chǔ)上，采用上述技術(shù)方案，對(duì)來賓電廠鍋爐進(jìn)行了燃燒器技術(shù)改造，改造完成后，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，包括各風(fēng)門標(biāo)定試驗(yàn)、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場冷態(tài)試驗(yàn)、熱態(tài)鍋爐效率試驗(yàn)、低負(fù)荷穩(wěn)燃性能試驗(yàn)等，試驗(yàn)結(jié)果表明：
①改造前，鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷約90 MW;改造后鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷60 MW，并可穩(wěn)定長時(shí)間運(yùn)行。這說明該濃淡穩(wěn)燃型燃燒器達(dá)到了低負(fù)荷穩(wěn)燃的要求，燃燒系統(tǒng)改造是成功的。改造后鍋爐擴(kuò)大了煤種適應(yīng)范圍，更適合低揮發(fā)份煤種燃燒，著火迅速，燃燒穩(wěn)定。
②爐內(nèi)空氣動(dòng)力場試驗(yàn)表明燃燒器出口處有一個(gè)寬為1.2～1.4 m，長約2.5 m的高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，這對(duì)煤粉氣流快速著火是非常有利的，能改善著火的穩(wěn)定性。
③燃燒器改造完成至今，燃用煤質(zhì)時(shí)有變化，但爐膛未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，這說明燃燒器布置夾角是合理的。冷態(tài)空氣動(dòng)力場試驗(yàn)顯示，貼墻風(fēng)速比改造前大幅降低，假想切圓直徑明顯縮小，這為避免爐膛結(jié)焦提供了保證。
④改造前水平煙道兩側(cè)煙溫偏差150～160℃，排煙煙溫偏差20℃左右；改造后水平煙道煙溫偏差縮小為80—90℃，排煙煙溫偏差基本消除，有利于鍋爐的安全運(yùn)行。
⑤改造前由于燃燒不穩(wěn)，須經(jīng)常投油助燃，增加了助燃油耗；改造后即使煤種揮發(fā)份達(dá)到Vad=10%左右，負(fù)荷低至60MW，也不需投油助燃。同時(shí)由于著火條件改善，點(diǎn)火用油也明顯下降，改造前冷態(tài)啟動(dòng)每次用油16t左右，改造后冷態(tài)啟動(dòng)每次用油減為11t左右。改造后增大了燃燒穩(wěn)定性，擴(kuò)大了鍋爐的變負(fù)荷能力，啟動(dòng)用油明顯下降，助燃油幾乎停用。
⑥統(tǒng)計(jì)分析顯示，改造前飛灰可燃物含量12%，改造后鍋爐飛灰可燃物含量降低至6.5%，鍋爐效率明顯提高，燃燒經(jīng)濟(jì)性提高，年節(jié)約煤3×104t左右。
長期的運(yùn)行情況表明，該機(jī)組燃燒系統(tǒng)改造獲得圓滿成功，保證了該廠鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)也銷售木屑顆粒機(jī)壓制的楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
