一、鍋爐概況
主要的研究對(duì)象是某電廠2#機(jī)組35t/h鍋爐，該鍋爐是某鍋爐廠生產(chǎn)的中溫中壓鍋爐機(jī)組，原設(shè)計(jì)燃用淮南大通煙煤，拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)鏈條爐排燃煤鍋爐，配6MW發(fā)電機(jī)組。鍋爐爐膛尺寸約為4x4x8米，爐膛四周布置光管水冷壁。原鍋爐有三股風(fēng)量：爐排風(fēng)、播煤風(fēng)和二次風(fēng)，鍋爐原基本設(shè)計(jì)參數(shù)見附錄A、鍋爐原結(jié)構(gòu)參數(shù)見附錄B、鍋爐受熱面換熱參數(shù)見附錄C。鍋爐原爐膛和風(fēng)口如圖2.1和2.2所示，噴口數(shù)量和尺寸參數(shù)見表2.1。
表2.1原鍋爐風(fēng)量分配與結(jié)構(gòu)尺寸表
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名稱 |
噴口數(shù)量（個(gè)） |
布置位置 |
截面尺寸（mm） |
距爐排高度（mm） |
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前二次風(fēng) |
7 |
前墻 |
Ø54 |
1900 |
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播煤風(fēng) |
3 |
前墻 |
600×150 |
1150 |
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后二次風(fēng) |
7 |
后墻 |
Ø54 |
800 |
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爐排風(fēng) |
8（風(fēng)室數(shù)） |
爐排面 |
4000×4000 |
0 |
原設(shè)計(jì)鍋爐由于使用拋煤機(jī)燃燒方式，較好地適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐牧淤|(zhì)煤的燃燒特點(diǎn)，但是由于拋煤機(jī)的一些固有燃燒特點(diǎn)，比如燃燒效率對(duì)煤的粒度分布極其敏感，實(shí)際煤種的粒度偏細(xì)時(shí)，有可能造成鍋爐熱效率的大幅度下降和煤耗的急劇上升。
二、燃燒特性計(jì)算與改造中的問題
鍋爐改造項(xiàng)目的實(shí)施目標(biāo)是：在燃料轉(zhuǎn)換之后，能夠維持鍋爐的過熱汽溫，能夠維持鍋爐的額定負(fù)荷或略低于額定負(fù)荷以保證正常運(yùn)行，進(jìn)一步的目標(biāo)是追求高的熱效率。
生物質(zhì)除了表觀物理性質(zhì)與煤有顯著差異之外，燃燒特性也與煤有所不同。附錄D中計(jì)算并列出了生物質(zhì)與原設(shè)計(jì)煤種燃燒性能的對(duì)比數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)可以分析生物質(zhì)燃燒的一些基本特點(diǎn)和燃燒過程組織的一些基本原則。
（1）揮發(fā)分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤炭
這個(gè)特征使得生物質(zhì)燃料具有容易著火和燃盡的優(yōu)點(diǎn)，通常不必考慮低負(fù)荷穩(wěn)燃
措施。只要組織合理，生物質(zhì)的燃燒效率要遠(yuǎn)高于燃煤。
由于揮發(fā)分高，因此燃燒特征是爐膛空間內(nèi)的均相燃燒過程的放熱份額要大于燃煤，因此要求在爐膛內(nèi)組織足夠多的助燃空氣，同時(shí)大幅度減少爐排風(fēng)量，爐內(nèi)混合條件也應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化，以避免造成較大的q
3（氣體化學(xué)不完全燃燒熱損失）。
（2）燃燒功率相等時(shí)，燃燒過程需要的空氣量和生成的煙氣量要略高于煙煤
同樣負(fù)荷下，生物質(zhì)燃燒需要消耗更多的（約多0. 3%～8%）空氣，同時(shí)也產(chǎn)生出更多（約多3.8%～11.3%）的煙氣，這主要是由于生物質(zhì)含氧量和折算水分特別高的緣故。
進(jìn)行燃料置換時(shí)，既要考慮流量增加時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓頭是否能滿足要求，又要考慮煙氣量的增加帶來的對(duì)流受熱面煙氣流速的增加，以而在其他條件不變時(shí)，可能造成過熱器超溫的問題。
（3）生物質(zhì)灰分組成與煤有很大差別
灰分組成中，Si0
2和Al
20
3是酸性氧化物，其余的金屬氧化物是堿性氧化物，酸性氧化物與堿性氧化物的比例決定了灰熔點(diǎn)。生物質(zhì)的灰分特征是堿性氧化物比例高、灰熔點(diǎn)低。以上特征是生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電系統(tǒng)的最大障礙，尤其是堿性氧化物中大量存在的氧化鉀和氧化鈉屬于升華組分，800～850℃以上升華，容易在受熱面的冷壁面上凝結(jié)造成水冷壁結(jié)渣，如果爐膛出口煙溫高于其升華溫度，可能會(huì)出現(xiàn)高溫段過熱器管束入口處因?yàn)榻Y(jié)渣而堵塞煙氣通道的嚴(yán)重后果。
水冷壁結(jié)渣會(huì)減少其吸熱量，而原鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，水冷壁的吸熱量偏低而省煤器的設(shè)計(jì)吸熱量偏高，改燒生物質(zhì)后可能陷入水冷壁結(jié)渣、爐膛溫度走高、水冷壁結(jié)渣趨于嚴(yán)重、爐膛溫度更高的惡性循環(huán)，并進(jìn)一步影響到過熱汽溫。
由于對(duì)高鉀鈉組分的灰的玷污性缺乏基礎(chǔ)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，上述過程的影響程度目前無法判別。從國(guó)外熱衷于發(fā)展昂貴的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)來看，高鉀鈉組分的灰在大型生物質(zhì)直接燃燒系統(tǒng)中仍然是一個(gè)難題，而解決問題的關(guān)鍵在于控制爐膛出口煙溫。
由于生物質(zhì)的含氧量高、熱僮低、煙氣量大，所以其絕熱火焰溫度要低于煤炭（通常要低100～200℃），其他條件不變時(shí)爐膛出口煙溫要較燃煤時(shí)低，爐膛出口煙溫下降也影響到過熱器傳熱溫差使之下降。
綜合考慮以上各個(gè)方面，可以認(rèn)為能否順利實(shí)現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于兩個(gè)方面：能否避免水冷壁和過熱器嚴(yán)重結(jié)渣，以及能否在噴水減溫器工作上下限的范圍內(nèi)維持過熱汽溫。這兩個(gè)問題都指向爐膛出口煙溫這個(gè)關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)，所以在改造中對(duì)該參數(shù)應(yīng)特別重視。
燃料轉(zhuǎn)換后過熱汽溫的變化趨勢(shì)受到一些因素的復(fù)雜影響，如水冷壁玷污程度，有些與采用的控制爐膛出口煙溫的措施有關(guān)。
燃料特性計(jì)算與
燃料更換后鍋爐的主要運(yùn)行參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，以下分析參數(shù)變化的影響因素：
1）爐膛出口煙溫
由于爐膛出口煙溫是生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)的核心參數(shù)，目標(biāo)是改造后將它控制在800℃左右。原來系統(tǒng)缺乏對(duì)該參數(shù)的調(diào)節(jié)手段，因此改造的重點(diǎn)是建立可以調(diào)節(jié)爐膛出口煙溫的機(jī)制。在不改動(dòng)爐膛結(jié)構(gòu)的前提下，控制爐膛出口煙溫的可能的技術(shù)措施有：①調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度：如在空氣預(yù)熱器的空氣流程上增加一個(gè)冷風(fēng)旁路降低爐膛出口煙溫，但鍋爐熱效率會(huì)下降。這是以犧牲鍋爐的經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)的，一般不采用。②增加入爐風(fēng)量：入爐風(fēng)量增加，過量空氣系數(shù)也會(huì)增加，可以降低爐膛出口煙溫，同時(shí)鍋爐熱效率下降。顯然這也是以犧牲鍋爐經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)，但是換取了一個(gè)方便有效的調(diào)節(jié)手段。③調(diào)整爐內(nèi)溫度分布：通過改變爐膛內(nèi)的配風(fēng)模式詞整火焰中心的位置，從而達(dá)到改變爐內(nèi)換熱量的效果，爐膛出口煙溫也隨之改變。它在不影響排煙熱損失q
2前提下完成了調(diào)節(jié)任務(wù)，與爐內(nèi)流場(chǎng)的組織相結(jié)合，還可能降低化學(xué)不完全燃燒熱損失q
3和機(jī)械不完全燃燒熱損失q
4。這是一種理想的模式，它在提高鍋爐熱效率的同時(shí)，獲取了一個(gè)爐膛出口煙溫的調(diào)節(jié)手段。
2）過熱汽溫
過熱汽溫的影響因素極其復(fù)雜，除了負(fù)荷波動(dòng)的影響之外，其他可能的相關(guān)因素分析如下：
更換燃料后引起的過熱汽溫超溫的因素有：煙氣流量增加、爐膛出口煙溫上升、水冷壁結(jié)渣、減溫器換熱量不足；引起過熱汽溫不足的因素有：煙氣流量下降、爐膛出口煙溫下降、過熱器結(jié)渣。
3）鍋爐出力
更換燃料后，燃燒系統(tǒng)本身對(duì)出力的影響不大，主要影響因素在于煙氣流量和結(jié)渣。煙氣流量大幅度增加和過熱器嚴(yán)重結(jié)渣會(huì)造成過熱汽溫不足，同時(shí)煙氣阻力上升，引風(fēng)量不足；水冷壁嚴(yán)重結(jié)渣造成蒸發(fā)量不足或過熱器嚴(yán)重超溫，誘發(fā)過熱器和省煤器爆管。
4）鍋爐熱效率
更換燃料后，熱效率的主要影響因素有：
①煙氣流量：煙氣流量的增加造成排煙溫度和排煙量上升，加大了q
2熱損失，造成鍋爐熱效率下降；
②配風(fēng)：如果配風(fēng)合理，將有效提高燃燒效率；但是如果運(yùn)行中配風(fēng)失調(diào)-可能造成大量的可燃?xì)怏w不能燃盡，q3將增加，鍋爐熱效率下降：
③殘?zhí)迹荷镔|(zhì)燃料容易著火和燃盡，灰渣和飛灰的含碳量將下降，q
4將減小，鍋爐熱效率上升；
④結(jié)渣和積灰。
三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)也銷售生物質(zhì)鍋爐。
