0、引言
    臺州發(fā)電廠4號爐自1985年12月投產(chǎn)以來，運行至今已達18年了，至最近一次大修停爐前（2003年11月開始）己累計運行時間為123 043h，其間累計升爐211次，停爐210次，并已經(jīng)過了5次大修。
    4號爐自從1989年12月大修中將下排2次風(fēng)噴咀改造預(yù)燃室后，燃燒工況一直不佳，鍋爐對煤種適應(yīng)性較差，易發(fā)生結(jié)焦與超溫，運行中汽溫一直偏高，曾多次對噴燃器角度進行了調(diào)整，并且將角度調(diào)整為負(fù)角（噴嘴朝下），但效果不佳。1999年上半年曾因汽溫高，負(fù)荷只能帶100~110 MW。分析原因主要是爐內(nèi)燃燒工況不佳，一、二次風(fēng)速四角不均、偏差大，并且二次風(fēng)速偏小，造成一、二次風(fēng)混合不好，火焰中心上移，爐膛中上部結(jié)焦嚴(yán)重。2000年加裝爐膛吹灰器后，通過吹灰汽溫超溫得到了控制，但再熱汽溫偏低較多。最近因所燃煤種熱值、揮發(fā)份較高，該爐表現(xiàn)出明顯不適應(yīng)，部分一次風(fēng)管靠噴口管段經(jīng)常發(fā)生燒紅、一次風(fēng)管靜壓表敲表及噴口噴火現(xiàn)象多次出現(xiàn)。
    鍋爐主要參數(shù)主汽壓、主汽溫度、蒸汽流量等基本正常，但再熱器汽溫偏低較多，再熱汽溫偏低約20~30℃左右，主汽溫度左右偏差也達10~20℃。在機組負(fù)荷低于100 MW時，再熱汽溫一般均較低，難以達到530℃以上。同時，檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐水冷壁噴燃器區(qū)域存在嚴(yán)重的高溫腐蝕現(xiàn)象。為此，在大修中提出對噴燃器進行改造，為了解決再熱器汽溫偏低、因空氣預(yù)熱器更換使排煙溫度升高等問題，決定更換全部低溫再熱器，新安裝的低溫再熱器增加受熱面積為8%。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、設(shè)備概況
    4號爐是由上海鍋爐廠制造的SG420/13. 7-M415型，超高壓自然循環(huán)、采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)、熱風(fēng)送粉固態(tài)排渣鍋爐。該爐爐膛截面（深×寬）為8 840 mm×9 600 mm，寬深比為1.085，燃燒器采用正四角切向燃燒布置，改造前一次風(fēng)切圓直徑為∮800／∮200，逆時針方向旋轉(zhuǎn)，噴嘴自上而下布置為三、二、二、一、二、一、一、二次風(fēng)。受熱面布置：鍋爐爐膛為膜式水冷壁，順煙氣流方向依次布置了前屏（6片）、后屏(14片)過熱器、高溫過熱器、側(cè)墻、后墻及爐頂包復(fù)管組成低溫過熱器，隔墻省煤器將后豎井分成主煙道和旁路煙道，主煙道設(shè)低溫再熱器（改造后增加了面積400 m2），旁路煙道設(shè)旁路省煤器，其后布置主省煤器及2臺容克式空氣預(yù)熱器（改造后為豪頓空預(yù)器）。
2、燃燒器燃燒工況分析
    2003年2月，臺州發(fā)電廠委托浙江大學(xué)熱能工程研究所對4號爐燃燒工況進行摸底試驗。試驗主要對鍋爐噴燃器的著火特性、不同煤種下的爐膛溫度場分布及汽溫調(diào)節(jié)特性進行觀察與分析，掌握了現(xiàn)有的燃燒工況及問題所在。
2.1給粉機特性試驗
    試驗發(fā)現(xiàn)在同樣的給粉機轉(zhuǎn)速下，各給粉機的下粉量差別很大，最大相差一倍以上。由于有一半左右的給粉機，在全速時，下粉量較小，造成機組滿負(fù)荷時，特別是煤質(zhì)較差，粉量較大時，其他的給粉機給粉量偏大，容易造成堵管，且由于參與壓力自動調(diào)節(jié)的給粉機數(shù)量較少，使?fàn)t內(nèi)局部煤粉量及溫度場波動極大，飛灰可燃物大幅度提高。
2.2噴嘴著火情況
    噴嘴帶火嚴(yán)重的是下排4只一次風(fēng)噴嘴，增加一次風(fēng)速度、投壓力冷風(fēng)、適當(dāng)減少煤粉濃度均不能使其明顯改善。分析原因，主要是由于下層噴燃器的結(jié)構(gòu)與其他不同，下層噴嘴內(nèi)有鋸齒型的鈍體，使其回火量增加，且局部煤粉濃度很高，火炬明顯呈帶狀。可以認(rèn)為，噴燃器結(jié)構(gòu)是影響噴嘴著火狀況的主要因素。而給粉機特性試驗也表明：由于煤粉混合器結(jié)構(gòu)不合理造成的下粉不均，也是造成噴嘴著火不穩(wěn)定、粉管堵塞的主要原因。
2.3 CO濃度測量
    爐膛內(nèi)的CO濃度極不均勻，后墻4號角附近CO濃度嚴(yán)重超標(biāo)，甚至超出了儀器的測量范圍，而氧量幾乎為零；對應(yīng)的前墻2號角附近正好相反，CO為零、氧量10%以上（大修檢驗時對水冷壁管測量：后墻4號角一3號角第12至39根低氧腐蝕較嚴(yán)重，最小壁厚4.1 mm,遠(yuǎn)小于原壁厚7mm）。結(jié)焦特性也差別很大，爐膛氣流有刷壁現(xiàn)象，原因可能為：鍋爐安裝切圓偏移、二次風(fēng)速度不均勻、噴燃器結(jié)構(gòu)不合理等。
2.4飛灰可燃物偏高
    不同煤種燃燒試驗表明，燃用混煤時，飛灰可燃物為6%~9%；富動32煤時，2%~5%；富動39煤時，1.5%~4%。同時，爐膛氧量及給粉機給粉量波動劇烈、下粉不暢等，使噴嘴的濃度波動較大，也會引起局部缺氧，飛灰可燃物大幅提高。在滿負(fù)荷時，氧量往往偏小，造成飛灰可燃物偏大，特別是在燃用大混煤時，由于一次風(fēng)壓較低，二次風(fēng)門往往不變（電廠習(xí)慣運行），結(jié)果是為了增加一次風(fēng)壓而減少送風(fēng)量，導(dǎo)致氧量偏低、飛灰可燃物明顯上升。
2.5旁路煙道擋板試驗
機組125 MW時，煙道擋板開度由0%~100%變化時，主汽溫度降低3.5℃，再熱器溫度降低21℃；省煤器出口溫度增加7℃；給水流量增加約10 t；排煙溫度上升3.5℃。由于煙道擋板開度增加，再熱汽溫下降，鍋爐為了維持出力必須增加蒸發(fā)量，使高溫過熱器、高溫再熱器吸熱量增加，煙氣溫度下降；但由于低溫再熱器側(cè)煙氣流速下降使低溫再熱器吸熱量的減少量遠(yuǎn)大于旁路省煤器側(cè)煙氣流速增加使其吸熱量的增加量（因為低溫再熱器比旁路省煤器受熱面積大10倍，而旁路省煤器換熱系數(shù)及溫壓僅比低溫再熱器大1.2倍和2.8倍），因此，煙道擋板開度增加時，排煙溫度將上升。同時，當(dāng)空預(yù)器改造后，預(yù)計漏風(fēng)率將從18%降至5%，排煙溫度將上升10~14℃。
3、燃燒器及低溫再熱器的改造
    (1)將下層一次風(fēng)噴嘴改成濃稀相燃燒器，呈上淡、下濃布置。濃稀相分離利用爐前彎管將粉、氣分離，利用分叉分離裝置將濃稀兩相分開，噴嘴布置有周界風(fēng)。濃稀相噴嘴采用擺動方式安裝。
    (2)改造后噴嘴布置仍采用大小雙切圓布置，一次風(fēng)假想切圓直徑∮800改為∮400，∮200改為反切∮200，中下二次風(fēng)噴口改為正切150，上二次風(fēng)噴口改為反切110，其它二次風(fēng)噴口不變。一、二次風(fēng)同心反切布置有利于削弱爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強度和爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)，并能在爐壁區(qū)形成富氧區(qū)，有利于防止和減少水冷壁的結(jié)渣，同時有效地削弱爐膛出口的煙速和煙溫偏差。改造后噴嘴布置方式：自下而上布置為二、濃稀、一、二、一、二、三、二。將上二次風(fēng)和三次風(fēng)對調(diào)，目的是降低飛灰含碳量。上層和中層一次風(fēng)、三次風(fēng)、中下二次風(fēng)、上二次風(fēng)噴嘴同時進行改造。
    (3)將三層一次風(fēng)的周界風(fēng)風(fēng)門操作改為電動執(zhí)行機構(gòu)，目的是為了加強對周界風(fēng)的調(diào)整。周界風(fēng)的作用主要用于調(diào)整一次風(fēng)煤粉氣流的著火點，因此要根據(jù)負(fù)荷大小和煤種的好壞來調(diào)節(jié)周界風(fēng)的大小。試驗中發(fā)現(xiàn)周界風(fēng)的大小對噴口著火有明顯的影響，當(dāng)噴口著火距離太近時，開大周界風(fēng)后著火明顯推遲。在正常煤種時，70 MW負(fù)荷以下周界風(fēng)門開10%，70MW以上周界風(fēng)門開60%~70%。周界風(fēng)開多大的原則是噴口不帶火。
    (4)在下二次風(fēng)噴口和下一次風(fēng)噴口間增設(shè)小油槍，目的是為了節(jié)約鍋爐點火和助燃用油。
    (5)根據(jù)旁路煙氣擋板試驗，旁路煙氣擋板全關(guān)時，低溫再熱器側(cè)煙氣流速將增加39%，煙氣流速達13 m/s，使低溫再熱器磨損量大幅提高，為了兼顧再熱器汽溫的調(diào)節(jié)性及低溫再熱器的磨損速率，必須使煙氣擋板在正常情況下保證30%~ 50%的開度，此時再熱器汽溫將下降10℃左右，改造后增加低溫再熱器面積約8%，將使其工質(zhì)出口溫度上升10℃，低溫再熱器出口的煙氣溫度下降約18℃，排煙溫度下降1—2℃。
4、改造效果分析
    (1)鍋爐燃燒工況得到改善，飛灰可燃物含量明顯降低，固體未完全燃燒熱損失q。從大修前的
2.47%降至1.87%。
    (2)鍋爐效率提高了1.36%，從大修前的90.44%提高到大修后的91. 80%。
    (3)空預(yù)器漏風(fēng)己得到有效控制，兩臺空預(yù)器的排煙溫度差有所改善（見表4）。由于漏風(fēng)率大大降低，排煙熱損失q2從大修前的6.49%減少至大修后的5.74%，但排煙溫度有所提高。
    (4)鍋爐在燃用目前煤種工況下，不再發(fā)生一次風(fēng)噴嘴帶火現(xiàn)象，鍋爐基本不結(jié)焦。燃用Vdaf> 28%煤種，能保證40%負(fù)荷不投油穩(wěn)定燃燒。
    (5)135 MW時，鍋爐主汽溫度A/B為538.7/539.6℃，再熱汽溫A/B為539.1/542.3℃。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
5、結(jié)論
    在鍋爐燃煤達不到設(shè)計要求，特別是燃用揮發(fā)份較高易著火的煙煤時，容易導(dǎo)致燃燒器噴口帶火結(jié)焦燒壞，燃燒器附近水冷壁結(jié)焦超溫或水冷壁管高溫腐蝕等問題。通過減少燃燒切圓直徑，一二次風(fēng)同心反切布置、下排一次風(fēng)噴口布置濃稀相燃燒器、開大一次風(fēng)周界風(fēng)來增加一次風(fēng)射流的剛性以及上排二次風(fēng)與三次風(fēng)噴口對調(diào)等措施，有利于防止和減少水冷壁的結(jié)渣，同時有效地消弱爐膛出口的煙速和煙溫差，同時可以減少燃燒器及水冷壁附近還原性氣氛，避免噴口帶火結(jié)焦燒壞現(xiàn)象，從而避免水冷壁的高溫腐蝕。通過增加低溫再熱器的受熱面積，可以提高再熱器汽溫，降低排煙溫度。