FW公司設(shè)計制造的燃燒器前墻大風(fēng)箱集中布置的鍋爐存在幾個較大問題：低負(fù)荷下飛灰和底渣可燃物含量高；爐膛凝渣管出口煙溫高，較容易發(fā)生前煙道進(jìn)口堆渣；爐膛及煙道煙溫分布呈兩側(cè)高、中間低的M型，造成再熱器管超溫嚴(yán)重。本文就某電廠一直存在的低負(fù)荷下飛灰和底渣可燃物含量高，并在燃燒系統(tǒng)低氮改造后進(jìn)一步增大的問題，以及對2008年8月發(fā)生一次低負(fù)荷下堆渣現(xiàn)象進(jìn)行了一系列熱態(tài)對比試驗和煙道氧量分布試驗，并在冷態(tài)對磨煤機(jī)一次風(fēng)管和各燃燒器出口二次風(fēng)速進(jìn)行了測量，以分析燃燒器一、二次風(fēng)量分布的均勻性，查找上述問題產(chǎn)生的原因和解決方法。
1、鍋爐改造前后的設(shè)備運行狀況
    某電廠1號及2號爐是350 MW機(jī)組鍋爐，由FW公司生產(chǎn)的亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐。每臺鍋爐配有16只流量可調(diào)的雙調(diào)風(fēng)燃燒器，分4層全部布置于前墻，由上至下編號依次為A、B、C、D，燃燒器從B側(cè)到A側(cè)序號是1、2、3、4。所有燃燒器共用前墻的1個大二次風(fēng)箱。為了防止燃燒器區(qū)域高溫腐蝕和結(jié)渣，在前墻最下層燃燒器下部的兩端外側(cè)各設(shè)1只直徑為930 mm的邊界風(fēng)噴口。每只燃燒器配有電動的二次風(fēng)套筒擋板，套筒擋板有“關(guān)”、“點火”、“全開”等3個邏輯位置，對應(yīng)燃燒器停運、油槍運行和燃燒器運行方式。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(jī)、木屑顆粒機(jī)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。
    電廠分別于2005年和2007年在1號、2號爐上進(jìn)行了降低NO，的燃燒系統(tǒng)改造。改造的主要內(nèi)容是保留每只燃燒器原有的二次風(fēng)套筒擋板及控制邏輯和徑向調(diào)整的外調(diào)風(fēng)器葉片，將原有燃燒器一次風(fēng)和內(nèi)二次風(fēng)部分更換為具有更低NO。功能的Opti-Flow rM燃燒器。在燃燒器的上方增加4只燃盡風(fēng)(OFA)噴口，在上層燃燒器靠兩側(cè)墻處增加2只防止高溫腐蝕的側(cè)翼風(fēng)(WP)噴口，對原來的大二次風(fēng)箱增加了均流裝置，減小了中間兩列燃燒器通風(fēng)面積，并調(diào)小其調(diào)風(fēng)器邏輯全開的定位，以提高各燃燒器二次風(fēng)配風(fēng)的均勻性。
    燃燒器改造前后2臺磨煤機(jī)低負(fù)荷運行情況見表1。由表1可知，改造前后鍋爐均存在飛灰可燃物高的問題，下二層燃燒器運行時還出現(xiàn)底渣可燃物特別高的現(xiàn)象，尤其是燃燒系統(tǒng)低氮改造以后1號爐的問題更加突出。
    由表l可以看出，最下二層(CD)燃燒器運行時的灰和渣可燃物最高，最上二層(AB)燃燒器運行時飛灰可燃物和底渣可燃物相對較低。通過試驗還發(fā)現(xiàn)，下二層燃燒器(CD)運行時比上二層燃燒器(AB)運行時達(dá)到相同氧量所用二次風(fēng)量要大40 t／h，同樣高負(fù)荷時的下三層燃燒器運行時比上三層燃燒器運行時所用二次風(fēng)量要多用50—60t/h。在下二層和下三層燃燒器運行時鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)兩側(cè)氧量偏差較大，在工況小幅波動或稍做風(fēng)量調(diào)整會發(fā)生爐膛兩側(cè)氧量反向大幅度變化的燃燒器搶風(fēng)現(xiàn)象。1號爐運行中時常發(fā)生CO高、燃燒區(qū)黑煙多的燃燒惡化情況，在二層燃燒器運行的低負(fù)荷下發(fā)生了一次爐膛出口煙道堆渣故障，同時發(fā)現(xiàn)底渣可燃物高達(dá)50%。
2、鍋爐配風(fēng)及灰渣可燃物高的原因分析
    煤粉在爐內(nèi)燃燒的好壞、燃盡程度主要取決
于溫度和氧量（配風(fēng)）。低負(fù)荷運行時爐膛溫度相對較低，一般認(rèn)為影響煤粉在爐內(nèi)燃燒和燃盡程度的主要因素是爐膛溫度，那么就應(yīng)采用降低一次風(fēng)速、降低氧量、提高風(fēng)粉混合物溫度等運行調(diào)整手段。但是該鍋爐設(shè)計的容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷，以及單只燃燒器熱負(fù)荷很高，鍋爐設(shè)計容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷分別為165.8 kW/nf和5.8 MW／rrr2，單只燃燒器設(shè)計最大熱負(fù)荷82.4MW，所以低負(fù)荷運行中采用2臺磨煤機(jī)、8只燃燒器運行時，煤粉濃度較高，燃燒區(qū)域溫度相對較高。影響燃燒和燃盡程度的主要因素應(yīng)該是在配風(fēng)和氧量方面，煤粉燃燒時因為較嚴(yán)重的局部缺風(fēng)造成了燃燒惡化。
3、鍋爐燃燒器一、二次風(fēng)量分配
3.1熱態(tài)一、二次風(fēng)量的分配
    為了重點查找1號爐低負(fù)荷下鍋爐灰渣可燃物高和煙道堆渣的原因。進(jìn)行了不同二層燃燒器運行組合下變風(fēng)量以及運行中改變個別燃燒器風(fēng)量的試驗。通過在煙道內(nèi)實測氧量分布方法檢查，校核各種燃燒器組合方式在原調(diào)風(fēng)器套筒定位情況下的氧量分布均勻性和一氧化碳產(chǎn)生量。多次試驗表明，當(dāng)OFA正常參與再熱汽調(diào)溫時，保持調(diào)風(fēng)器套筒在原定位情況下沿爐膛寬度煙道中氧量偏差不是很大；CD、BC、AB 2臺磨煤機(jī)運行時最低氧量為4.32%，基本可以滿足正常運行要求。
通過對1號爐各磨煤機(jī)一次風(fēng)管風(fēng)量測量來檢查同層燃燒器之間一次風(fēng)和煤粉偏差情況，在大、小兩個風(fēng)量下測得的一次風(fēng)量相對偏差都滿足小于10%的要求，最大相對偏差7.17%，基本排除了一次風(fēng)量偏差大造成燃燒不完全的可能性。
3.2冷態(tài)測量各調(diào)風(fēng)器風(fēng)量
    冷態(tài)時檢查了1號爐調(diào)風(fēng)器套筒擋板邏輯全關(guān)位置對應(yīng)的實際開度。檢查發(fā)現(xiàn)，調(diào)風(fēng)器套筒擋板邏輯全關(guān)位置對應(yīng)的實際開度偏差較大，有7只超過設(shè)計的25.4 mm，最大的達(dá)到51mm。OFA邏輯全關(guān)位置的機(jī)械開度也偏大，在26～38 mm之間。
    為了檢查、確認(rèn)燃燒器之間配風(fēng)偏差和停運燃燒器冷卻風(fēng)量，在爐內(nèi)對燃燒器噴口的內(nèi)、外二次風(fēng)速進(jìn)行了測量，通過燃燒器噴口風(fēng)速反映燃燒器風(fēng)量（面積相同）的偏差。測量時總二次風(fēng)量控制在與鍋爐2臺磨煤機(jī)運行時相同的600 t/h，OFA保持全關(guān)，只通過冷卻風(fēng)。測量結(jié)果見表2。
    通過測量發(fā)現(xiàn)，從停運燃燒器進(jìn)入爐膛的冷卻風(fēng)過大，尤其是下二層燃燒器通風(fēng)時，上邊二層停運燃燒器進(jìn)入爐膛的冷卻風(fēng)份額最大。當(dāng)不考慮從OFA進(jìn)入的冷卻風(fēng)量和從側(cè)翼風(fēng)及邊界風(fēng)口進(jìn)入的風(fēng)量時，從AB二層停運燃燒器進(jìn)入的冷卻風(fēng)占所有燃燒器進(jìn)入爐膛二次風(fēng)量的37.1%。上二層燃燒器運行時，同樣不考慮從OFA進(jìn)入的冷卻風(fēng)量和側(cè)翼風(fēng)及邊界風(fēng)時，從CD二層停運燃燒器通過的冷卻風(fēng)占所有燃燒器進(jìn)入爐膛二次風(fēng)的28, 6%。
    冷態(tài)進(jìn)行1號爐燃燒器二次風(fēng)速測量時發(fā)現(xiàn)，在CD層燃燒器通風(fēng)工況下，通風(fēng)運行的C2、C3和D2、D3燃燒器外二次風(fēng)風(fēng)量就小于停運的A4、Bl燃燒器的外二次風(fēng)冷卻風(fēng)量。停運的Bl燃燒器通過的冷卻風(fēng)比通風(fēng)運行的D3燃燒器的風(fēng)速還高40.51%。同時發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)運行燃燒器之間的二次風(fēng)速偏差也較大，在CD層燃燒器通風(fēng)工況下，運行燃燒器的C4外二次風(fēng)風(fēng)速是D2燃燒器的2.63倍，最大和最小外二次風(fēng)速分別比平均值高40. 37%和低31. 97%。
    為了進(jìn)行對比，在2號爐小修時也進(jìn)行了冷態(tài)測量。測量后發(fā)現(xiàn)，2號爐停運燃燒器漏風(fēng)小于l號爐。
    冷態(tài)測量中還發(fā)現(xiàn)，調(diào)風(fēng)器開度與通過的二次風(fēng)量不成正比。試驗時將CD層燃燒器運行時風(fēng)速最低的C2和D2開大，再進(jìn)行風(fēng)速測量，在其他條件均不改變情況下將這2只調(diào)風(fēng)器手動開大了30 mm，但測量后發(fā)現(xiàn)這2只燃燒器的風(fēng)速反而由原來的11. 38 m/s和12, 13 m/s降低到9.9m/s和9.8m/s，這也和熱態(tài)運行中有時開大氧量偏低區(qū)域?qū)��?yīng)燃燒器調(diào)風(fēng)器時，反而造成該區(qū)域氧量進(jìn)一步的降低相呼應(yīng)。這可能是因為大風(fēng)箱配風(fēng)使各燃燒器調(diào)風(fēng)器處風(fēng)壓不同，稍做調(diào)整時會使各燃燒器風(fēng)的靜壓和動壓波動，在慣性作用下反而使開大的調(diào)風(fēng)器的燃燒器風(fēng)量變小。
4、試驗結(jié)果分析
    通過對熱態(tài)進(jìn)行的煙道氧量分布測量和冷態(tài)進(jìn)行的燃燒器噴口風(fēng)速測量證明，造成鍋爐低負(fù)荷二層燃燒器運行時灰渣可燃物高的原因是運行燃燒器二次風(fēng)量偏小，運行燃燒器之間的二次風(fēng)量偏差大，煤粉燃燒區(qū)域氧量過低，煤粉燃盡程度低。以1號爐為例，最下二層燃燒器運行時，通過運行燃燒器進(jìn)入的二次風(fēng)量只占鍋爐總二次風(fēng)量的42. 5%，上層停運燃燒器進(jìn)入的冷卻風(fēng)和OFA及側(cè)翼風(fēng)距離煤粉燃燒中心區(qū)較遠(yuǎn)，風(fēng)的有效利用率低，造成煤粉燃燒中心區(qū)域嚴(yán)重缺氧或部分區(qū)域嚴(yán)重缺氧，同時產(chǎn)生大量的還原性CO氣體，未完全燃燒的焦碳粒通過由停運燃燒器和OFA及側(cè)翼風(fēng)風(fēng)在上部形成的富氧區(qū)時，因為溫度和時間原因仍有較多部分不能燃盡，這樣鍋爐飛灰可燃物含量會較高。最下層燃燒器下部沒有補充風(fēng)，對灰粒沒有托浮作用，下層燃燒器燃燒不完全時，含有大量可燃物的煤灰顆粒就落入底渣斗內(nèi)，同樣造成底渣可燃物含量會較高。因缺氧產(chǎn)生的還原性CO氣體能使灰熔點降低，配風(fēng)和燃燒很差時，灰熔點的下降和燃燒惡化會使灰粒通過凝渣管后溫度仍高于灰熔點，造成低負(fù)荷下爐膛凝渣管出口的煙道堆渣，同時灰渣可燃物含量大幅升高。華能日照電廠在查找水冷壁高溫腐蝕原因時，在爐膛后墻對應(yīng)下二層燃燒器標(biāo)高處加裝了兩排多個測點，也發(fā)現(xiàn)在下二層燃燒器運行時所有測點測得的CO含量均超過2.4%。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
    與該電廠另外2臺配350 MW機(jī)組的3號、4號鍋爐相比，同樣是燃燒器前墻布置，不同的是每層燃燒器一個小風(fēng)箱，小風(fēng)箱進(jìn)口有二次風(fēng)量調(diào)整擋板，沒有設(shè)置邊界風(fēng)。以同樣方式進(jìn)行冷態(tài)燃燒器噴口風(fēng)速測量中發(fā)現(xiàn)，下二層燃燒器通風(fēng)和上二層燃燒器通風(fēng)運行時，通過運行燃燒器進(jìn)入的二次風(fēng)量分別占鍋爐總二次風(fēng)量的89, 4%和89. 7%，而且運行燃燒器之間的風(fēng)量也較均勻，最高（或最低）風(fēng)速與平均風(fēng)速的偏差在10%之內(nèi)。雖然3號、4號爐的容積熱負(fù)荷、斷面熱負(fù)荷以及單只燃燒器熱負(fù)荷均比l號、2號爐低，相比之下燃燒器著火情況也不及1號、2號爐，但灰渣可燃物含量卻比1號、2號爐小得多，這也間接說明了燃燒器配風(fēng)對煤粉燃燒的重要性。
    根據(jù)試驗結(jié)果可以認(rèn)為，造成運行燃燒器二次風(fēng)量小、氧量低的原因是：
    (1)停運燃燒器邏輯全關(guān)的開度大，造成停運燃燒器冷卻風(fēng)量過大。
    (2)燃燒器改造后增的的OFA和側(cè)翼風(fēng)占去15%～20%份額的二次風(fēng)。
    (3)邊界風(fēng)量在低負(fù)荷時占去總二次風(fēng)的21. 7%。因為邊界風(fēng)在最下層燃燒器下方的外側(cè)靠兩側(cè)墻處，邊界風(fēng)對燃燒器煤粉燃燒不產(chǎn)生直接影響，風(fēng)的有效利用率低，降低了燃燒器區(qū)域的燃燒用風(fēng)。
    (4)該鍋爐所有燃燒器集中布置在前墻的大風(fēng)箱中，因風(fēng)箱內(nèi)風(fēng)壓分布不均勻，燃燒器的配風(fēng)不均勻，不同的氧量就會造成燃燒偏差。
5、改  進(jìn)
    根據(jù)冷態(tài)風(fēng)速測量試驗結(jié)果，征求了設(shè)計人員意見后將1號爐OFA電氣全關(guān)零位向下進(jìn)行了調(diào)整，對冷卻風(fēng)最大的AB層的6只和D層的1只調(diào)風(fēng)器套筒擋板的邏輯全關(guān)位置進(jìn)行了關(guān)小的調(diào)整，其他調(diào)風(fēng)器因為機(jī)械的原因，下調(diào)的范圍很小，難度很大，不再進(jìn)行調(diào)整。將C2、D2調(diào)風(fēng)器邏輯全開位置定位開大了150 mm。重新調(diào)整、定位后，運行情況有了一定的好轉(zhuǎn)，OFA調(diào)整風(fēng)量的范圍增大，控制再熱器金屬溫度的能力有較大的提高．1號爐再熱器金屬超溫的時間有很大幅度的降低，分別比前三個月降低了32.6%、52. 3%和78,5%。下二層燃燒器運行和下三層燃燒器運行時CO含量有了一定程度的下降，爐膛下部黑煙沒有了，底渣可燃物含量有了一定幅度的下降。熱態(tài)測量煙道內(nèi)氧量分布的均勻性較好，基本排除了低負(fù)荷煙道堆渣的可能。
6、結(jié)語
    通過熱態(tài)試驗和冷態(tài)風(fēng)速測量找到了鍋爐低負(fù)荷下二層燃燒器運行時灰渣可燃物含量高、煙道’堆焦的原因。在1號爐上對OFA和部分燃燒器調(diào)風(fēng)器零位進(jìn)行了關(guān)小的調(diào)整，減小了上層停運燃燒器冷卻風(fēng)量，取得了一定的效果。但因為該鍋爐大風(fēng)箱的結(jié)構(gòu)特點和邊界風(fēng)噴口沒有改變，各燃燒器配風(fēng)均勻性不能得到徹底改善，加之燃燒系統(tǒng)低氮改造后增加了OFA和側(cè)翼風(fēng)，其風(fēng)量占去較大份額的二次風(fēng)，而燃燒器調(diào)風(fēng)器零位過大，造成停運燃燒器冷卻風(fēng)量偏大。因為結(jié)構(gòu)原因沒有得到根本性改觀，所以要使鍋爐灰渣可燃物含量大幅度降低困難較大。雖然通過提高總風(fēng)量，增加鍋爐過量空氣系數(shù)來降低鍋爐灰渣可燃物含量，但會造成鍋爐排煙熱損失增大，使鍋爐效率下降。減小邊界風(fēng)對于提高運行燃燒器二次風(fēng)率有益，但調(diào)節(jié)幅度受爐膛結(jié)渣限制。多次試驗證明，目前設(shè)備狀況下邊界風(fēng)關(guān)得過小會造成爐膛頻繁結(jié)渣、掉渣。要使鍋爐運行工況有一個全面的改觀，筆者認(rèn)為可以考慮將大風(fēng)箱分層改為小風(fēng)箱，調(diào)整和檢修調(diào)風(fēng)器和OFA機(jī)械裝置，將冷卻風(fēng)量再進(jìn)一步降低；同時將2只大噴口的邊界風(fēng)改為多只小噴口布置在燃燒器下方，并降低其風(fēng)量比例。