夾心風生物質燃燒機在電站鍋爐上的試驗研究及應用
開封火電廠2號爐系武漢鍋爐廠制造的WG2-230170-2型次高壓煤粉爐。由于生物質燃燒機結構和設缶缺陷等原因，燃燒不穩定，鍋爐呈正壓運行，鍋爐熱效率偏低．為改善燃燒，提高鍋爐的經濟性以及低負荷運行時的穩定性，河南省電力試驗研究所、開封火電廠、西安交通大學、武漢鍋爐廠共同進行了試驗研究，于1986年5月將2號爐生物質燃燒機改為“一次風不對稱夾心風式生物質燃燒機”。該爐經過以夾心風生物質燃燒機為主的綜合技術改造后，實現了負壓運行；鍋爐熱效率比改造前平均提高4%，鍋爐調峰性能得到了提高，在60%以上負荷時能實現穩定燃燒．
一、鍋爐存在的問題
該爐額定蒸發量為230t／h，過熱蒸汽壓力為7 0kgf/cm2，過熱蒸汽溫度為485℃。原設計配sOMW汽輪發電機組，后因汽輪機經常發生斷葉片等事故，只得降至出力40MW運行。
該爐原設計燃用新密貧煤，實際燃用以新密貧煤為主的新密貧煤和義馬煙煤的混煤。由于煤場設備等問題，不能做到按比例摻燃，甚至出現全燒新密貧煤或義馬煙煤的情況。該爐生物質燃燒機采用均等布風方式(見圖1)，一次風與二次風交錯布置，不適應新密貧煤的燃燒。投運韌期，燃燒很不穩定，經常滅火，后來經過調整，情況有所改善，但因鍋爐常在較低負荷下運行，燃燒仍不穩定，當負荷降至35MW及以下時，燃燒惡化，需投油助燃。此外，由于低溫段空氣預熱器磨損、腐蝕嚴重，以及除塵器積灰多，煙道阻力大，運行時爐膛呈正壓，一般為5mn7H：O，有時甚至高達lOmmH：O。由于送風加不上，爐內缺氧燃燒，爐膛出口過剩空氣系數僅為1.1左右(設計值為1.25)，加之一、二次風配風不合理，使得飛灰可燃物偏高，一般在10～15%。煙道漏風嚴重，排煙熱損失很大，約高達8%左右。因此，鍋爐運行經濟性較薹。該爐汽溫不易控制，特別是當一臺制粉系統運行，再啟動另一臺制粉系統時，汽溫極易偏高，控制不好，就造成汽溫急劇變化，多次因汽溫超限引起汽機打閘，嚴重影響了機組的安全運行。
二、燃煤特性試驗研究
根據該爐燃用的煤種，為了確定夾心風燃燒器的合理結構和空氣動力參數，通過示差熱天平研究了燃煤的燃燒特性，并在煤粉燃燒試驗臺上進行了試驗。圖2為燃煤的微分熱失重分析曲線。
從圖2可以得到如下主要結果：揮發分析出溫度<200℃；失重率0.62mg/min；燃燒放熱高峰時的溫度7:400℃；單位重量固定碳燃燼時間4.6min/mg。從上述試驗結果可以看出：以新密貧煤為主的燃燒圖中，存在著明顯的揮發分析出區及焦碳燃燼區。揮發分的析出是在比較低的溫度區內完成的，但是燃燼時間相對拖得較長，所以在組織燃燒時，要充分重視煤粉的后期燃燒工況的組織，以提高燃燼率．
在每小時耗煤量為lsOkg的煤粉燃燒試驗臺上，采用一次風不對稱布置的夾心風生物質燃燒機進行了模擬試驗。結果表明，夾心風生物質燃燒機能夠較好地適應以新密貧煤為主的燃燒，并有較好的燃燼率。當夾心風與一次風的動壓比從0增至1.89時，飛灰可燃物從3.04%降到2.07%，這說明夾心風在煤粉氣流著火后，從一次風內部適時地補氧，并加強了后期湍動，較好地組織了煤粉的后期燃燒工況，取得了顯著效果。因此，對這種燃燒特性的煤種，夾心風與一次風動壓的比值可以采用1.5～2．O。同時，從試驗爐的生物質燃燒機區觀察孔可以看到，在煤粉氣流著火前，向火側與背火側一次風射流之間存在一個明顯的未混合三角區。射流出口后，無因次距離I／B =1.0時（B為噴口寬度，Z為距噴口之距離），火焰溫度已達到893.5℃，因而當戈對距離Z／B≥1.0時，燃煤能實現穩定著火和然燒。
三、生物質燃燒機的設計與改進．，
根據對燃煤特性的試驗研究，并考慮到實際燃煤情況，在設計夾心風生物質燃燒機時，應使其在燃用新密貧煤時燃燒穩定，燃用義馬煙煤時爐膛不結大焦，為此，確定采用一次風不對稱布置的夾心風生物質燃燒機，這樣可以充分發揮向火側一次風的著火優勢，并在一次風著火后從內部及時供氧，加強湍流混合，強化燃燒，提高爐內溫度及煤粉燃燼度。一次風采用集中布置，每個生物質燃燒機有2個一次風口，其間分別不對稱布置一個夾心風口；4個二次風口，其中上二次風口向下傾斜3。；三次風放在最上層，向下傾斜5。。每個二次風管上都有調節擋板。圖3為改造后的夾心風生物質燃燒機布置示意圖。
改造設計時，鍋爐蒸發量按200t／h，熱風溫度為340℃，燃用貧煤時的鍋爐效率按88%計算，生物質燃燒機的特性如，附表，
生物質燃燒機的特性
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┃ 一次風 ┃ 23 ┃ 27.4 ┃ 226 ┃
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┃ ┃上上二次風 ┃ ┃ 25 ┃ ┃52.4 ┃ ┃
┃ ┃上中二次風 ┃ ┃ 23 ┃ ┃51. 9 ┃ ┃
┃=次風 ┃中二次風 ┃ 45 ┃ 21 ┃ 50. 21 ┃51. 2 ┃ 330 ┃
┃ ┃下二次風 ┃ ┃ 22 ┃ ┃48.4 ┃ ┃
┃ ┃夾心風 ┃ ┃ ┃ ┃51. 2 ┃ ┃
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┃ 三次風 ┃ 28 ┃ 57 .12 ┃ 80 ┃
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┃ 漏 風 ┃ 4 ┃ ┃ ┃
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該夾心風生物質燃燒機的設計以燃用貧煤為主，同時也考慮到燃用混煤和全燒義馬煤的情況。義馬煙煤雖然容易著火，但由于灰熔點低．煤的結焦性強，因此在設計中又作了如下考慮：
( 1)縮小假想切圓直徑，即由原來的+700mm改為+540mm;(2)在兩個一次風口之
11間增加1個中二次風；(3)適當加大兩個一次風口的距離。與此同時，還更換了低溫段空氣預熱器，除塵器進口加裝斜棒柵，其出口由切向引出改為蝸殼引出，除塵器進、出口煙道作了適當改造，并對爐頂及四周爐墻密封進行了改進。
四、鍋爐冷態試驗
2號爐作了以夾心風生物質燃燒機為主的改進后，進行了冷態空氣動力場試驗。試驗時，啟動送、引風機，將各股射流的噴口速度按冷熱態相似原理調整到冷態?；担⒕S持一定的膛負壓，然后按投、停夾心風工況分別在爐內下一次風口中心平面的縱橫十字座標點上，用DF-VG型多通道電子風速儀進行速度場測量，并藉此描繪出爐內氣流所形成的切圓狀況。
試驗結果表明：四角氣流在爐內形成逆時針旋轉的切圓，形狀呈橢圓形，長軸在爐膛寬度方向。投夾心風時，氣流切圓直徑約2018mm;停夾心風時，氣流切圓直徑約2623mm，分析認為，投夾心風后，由于夾心風氣流的引射作用，加強了一次風射流的剛性，因而氣流切圓直徑較停夾心風時要小些，這不僅增加了燒調節的手段，而且對于減輕或避免氣流的貼壁都是有利的。
五、鍋爐熱態試驗
熱態試驗的重點在于：(1)研究夾心風對鍋爐燃燒經濟性的影響；(2)研究夾心風生物質燃燒機的低負荷穩燃性能。熟態試驗時，在一次風率調整試驗、二次風配風方式試驗及過量空氣系數試驗之后，確定了較好的二次風配風方式，一次風速及過量空氣系數數值，并進行了夾心風與一次風不同動壓比情況下的鍋爐效率試驗。試驗結果表明：
。1．通過以夾心風生物質燃燒機為主的綜合技術改造后，鍋爐效率可達91.46%，平均效率在91%左右，較改造前效率提高約4%。隨著夾心風與一次風動壓比的增加，熱效率是增加的，但夾心風過大，對鍋爐效率也有一定影響。試驗表明，投夾心風比停夾心風鍋爐效率約提高1.0%。
鍋爐在40MW負荷時，當夾心風與一次風動壓比（噴口處）在1.16～2.26的范圍時，鍋爐效率均可達到91%左右。當動壓比過大時，效率又略有降低，這主要是由于夾心風速的增加，對一次風的引射作用增加，使著火點距噴口的距離略有增加，致使離開爐膛的未燃成份有所回升。鑒于夾心風與一次風動壓比在較大范圍內均能保持較高的鍋爐熱效率，這對于運行調整是很方便的。
2．在夾心風與一次風動壓比的調節范圍內，投、停夾心風對爐膛溫度水平有一定影響，即投夾心風可使爐膛溫度上升約50℃。分析其主要原因在于：當射流著火后，夾心風能迅速地向已著火的煤粉氣流擴散，使燃燒逮度增加，從而也使爐膛溫度提高。一般情況下，燃燒速度與燃盡率相一致，從而表現為飛灰可燃物下降，鍋爐效率明顯提高。
3．該爐原來在35MW時，常需投油助燃，且汽溫、汽壓不穩；本次試驗，當負荷降至30MW時，不需投油助燃，汽溫、汽壓穩定。采用夾心風生物質燃燒機后具有良好的低負荷穩燃性能。
六、改進后的效果
1．通過以夾心風生物質燃燒機為主的綜合技術改造后，由于燃燒穩定并減少了煙道漏風和煙道阻力，在引風機擋板僅開so06左右的條件下，保證了爐膛負壓在- 2～- 5mrrjIzO間變化，實現了鍋爐負壓運行。
2．夾心風生物質燃燒機改造后，一、二次風配風合理，夾心風及時補氧，特別是后期擾動大，燃燒比較強烈，飛灰可燃物明顯下降，一般為
6～9%。加之煙道漏風減少，排煙熱損失降低，鍋爐效率由改前的87%提高到91%，每年可節約標準煤約5880t。
3．低負荷燃燒穩定。改造前，當負荷降至35MW或當兩臺給粉機跳閘時，燃燒惡化，必須投油助燃。
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