1、鍋爐設(shè)備簡介和燃料煤的特性
1.1鍋爐設(shè)備簡介
35t/h煤粉鍋爐系在WGZ - 35/25 -l型鍋爐的基礎(chǔ)上，按湖南金竹山無煙煤（本鍋爐設(shè)計煤種：干燥無灰基揮發(fā)分V=5.35qo，Q=6122×4.18kj/kg)修改設(shè)計制成的。鍋爐設(shè)計參數(shù)：p=3.82MPa，t=450C，D=35t/h，給水溫度為105qC，鍋爐效率87.27%。正方形爐膛，爐膛斷面尺寸為4360mm×4360mm，爐膛容積為189m3，爐膛容積熱負荷qv=0.161MW/m3。燃燒器四角布置，切圓燃燒，設(shè)計假想切圓直徑+500mm，上一次風噴口、二次風噴口、三次風噴口分別下傾7°、5°、3°角。燃燒器的結(jié)構(gòu)與布置見圖1，燃燒器的設(shè)計參數(shù)如表1。鍋爐配備一臺出力為5t/h的DTWI2200/2600型鋼球磨煤機，中間儲倉制粉系統(tǒng)。
1.2燃料煤的特性
1.2.1燃料煤的常規(guī)特性
鍋爐實際燃用金竹山混合無煙煤，煤質(zhì)波動大，收到基低位發(fā)熱量在15250一22372kvkg之間，干燥無灰基揮發(fā)分V在5,28。8.96之間。以收到基揮發(fā)分Var來表示可燃性，可在一定程度上成為煤質(zhì)特性單一的衡量尺度，而不用同時去看VdW和Qnct，兩個指標，對金竹山混合無煙煤中的煤種進行著火穩(wěn)定性指數(shù)k和燃盡指數(shù)S；計算判別在燃用Q低的煤要比燃用Q高的煤時，向爐膛投入更多的燃料，因而帶入更多的灰分、水分，而它們在一定程度上干擾煤的可燃性和燃盡性。原煤水分增大時，著火熱也隨之增大，同時水分的加熱、汽化、過熱都要吸收爐內(nèi)的熱量，致使爐內(nèi)溫度水平降低，從而使煤粉氣流卷吸的煙氣溫度以及火焰對煤粉氣流的輻射熱也相應(yīng)降低。這對著火顯然也是更加不利的。原煤灰分在燃燒過程中不但不能放熱，而且還要吸熱。特別是當燃用高灰分的劣質(zhì)煤時，由于燃料本身發(fā)熱量低，燃料的消耗量增大，大量灰分在著火和燃燒過程中要吸收更多熱量，因而使得爐內(nèi)溫度水平降低，同樣使煤粉氣流的著火推遲，而且也影響了著火的穩(wěn)定性，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壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
關(guān)于灰、水的影響按如下考慮：即V在相等或相近的條件下，(A+M)含量小者為相對易燃煤種，(A+M)含量大者為相對難燃煤種。而當兩者(A+M)的含量差大于10%一20%以上時，(A+M)含量大者其難燃程度要向下浮動一級。但在我國燃燒低揮發(fā)分煤的長期研究中發(fā)現(xiàn)，即使是V完全相同的兩種煤，其燃燒的穩(wěn)定性和燃盡性也會相差甚遠。
1.2.2燃料煤的非常規(guī)特性
以熱重分析法測得煤的燃燒分布曲線及煤的反應(yīng)指數(shù)，金竹山煤的反應(yīng)指數(shù)RI= 435℃和著火溫度IT= 836℃均較高，說明煤的反應(yīng)特性相對較差，可燃性和燃盡性均差。從揮發(fā)分熱解試驗，金竹山煤較其它煤種的H2、CO、CH4等可燃性氣體產(chǎn)物偏低。燃料煤的非常規(guī)特性試驗進一步說明，該煤種屬極難燃燒穩(wěn)定和極難燃盡的煤種。
1.2.3燃料煤的結(jié)渣特性
若將煤的結(jié)渣性能分為嚴重、高、中、低4個等級，金竹山煤為中等結(jié)渣性能煤。
2、鍋爐技術(shù)改造措施
2.1爐膛提高3m，以滿足煤粉粒子燃盡及鍋爐出力的要求
針對實際燃用低揮發(fā)分無煙煤屬極難燃燒穩(wěn)定和極難燃盡的煤種，必須使燃料顆粒在爐內(nèi)有足夠的停留時間。煤粉在爐內(nèi)的停留時間主要取決于爐膛容積、爐膛截面積、爐膛高度及煙氣在爐內(nèi)的流動速度，這都與爐膛容積熱負荷和爐膛截面熱負荷有關(guān)，即要在鍋爐設(shè)計中選擇合適的數(shù)據(jù)。
爐膛截面熱負荷qF值同時影響到燃燒器區(qū)域水冷壁結(jié)渣的傾向和煤粉著火的穩(wěn)定性，推薦值為1.48。l.78MW/m2。本鍋爐設(shè)計爐膛截面熱負荷gF為l. 61 MW/m2，符合實際要求。爐膛容積熱負荷的數(shù)值是從燃料燃燒的角度，保證燃料在爐膛內(nèi)有足夠的燃燒空間，使燃料得以完全燃盡而推薦的，推薦值為0.109·0.140MW/m3。為了保證鍋爐在MCR工況下能長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，避免爐膛及高溫受熱面的嚴重結(jié)渣，需要有足夠的爐膛空間和爐膛受熱面冷卻燃燒生成的燃燒產(chǎn)物，爐膛容積熱負荷應(yīng)選擇較低的數(shù)值。此外，鍋爐設(shè)計總應(yīng)考慮到設(shè)計燃料變化的可能性，特別是要求能適應(yīng)燃料變劣的情況，這就需要將爐膛盡可能設(shè)計得大一點。本鍋爐爐膛容積熱負荷qv=0.161MWtm3，高于設(shè)計推薦值的上限值。為降低爐膛容積熱負荷，延長煤粉粒子群在爐內(nèi)的停留時間，在工程實施上采用增大爐膛高度的方法來解決，如圖2所示。
2.2增加一組空氣預(yù)熱器，提高熱風溫度
鍋爐改造前，熱風溫度低（約350℃），這樣，一方面增加了煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱；另一方面二次風溫度低，不利于煤粉后期的燃燒。對燃用低揮發(fā)分無煙煤的鍋爐，通常要求熱風溫度高于380~ 430℃。為此，在鍋爐尾部空氣預(yù)熱高溫段，增設(shè)一組空氣預(yù)熱器，這樣，高溫段空氣預(yù)熱器的面積增加了40%，將熱風溫度提高到390~ 420℃水平，提高了理論燃燒溫度，給煤粉氣流的著火和燃燒創(chuàng)造了良好的條件。
2.3改進燃燒器的結(jié)構(gòu)與布置
低揮發(fā)分無煙煤燃燒存在的主要問題是：著火
溫度高、著火困難；燃燒不穩(wěn)定、燃盡度差；爐膛結(jié)
渣。為此，設(shè)計燃燒器時采取如下措施。
(1)增大一次風噴口高寬比，加大了煤粉射流截面的周界，增大煤粉射流與高溫煙氣間的接觸面積，增強卷吸高溫煙氣的能力。
(2)增大一、二次風噴口間距，由300mm增大到350mm，以推遲二次風過早混入，有利于一次風煤粉氣流著火的穩(wěn)定。
(3)-次風噴口下傾7。角，其余噴口均水平布置。這樣既不會對主煤粉氣流的燃燒造成明顯影響，又可起到壓火作用，增加三次風氣流在爐內(nèi)逗留的時間，有利于三次風中細煤粉的燃盡，減少飛灰可燃物。
(4)-次風噴嘴管設(shè)計成漸縮型。為了避免煤粉沉積，一次風噴嘴設(shè)計成漸縮型，在噴嘴內(nèi)的氣流可逐漸加速，均化噴口氣流分布，提高一次風煤粉濃度。
(5)采取穩(wěn)燃技術(shù)措施。在煤粉氣流出口處設(shè)置鈍體。
(6)一、二、三次風設(shè)計風速分別為23、45、50m/S。
(7)設(shè)計假想切圓直徑為∮400mm。改進后的燃燒器結(jié)構(gòu)與布置如圖3所示。
2.4降低煤粉細度，提高制粉出力
制粉系統(tǒng)原設(shè)計粗粉分離器為∮2500型離心式粗粉分離器，容積太小，容積強度大，不能滿足無煙煤經(jīng)濟煤粉細度和制粉出力要求。運行中要得到較細的煤粉，必須大幅度限制系統(tǒng)通風量，降低制粉出力。對燒用無煙煤的鍋爐來說，煤粉越細，對燃燒越有利。為此，將鍋爐制粉系統(tǒng)∮2500型離心式粗粉分離器改為軸向式(∮2800)，直徑增大，降低粗粉分離器容積強度，使制粉系統(tǒng)出力大為提高，煤粉細度及細度調(diào)節(jié)性能也相應(yīng)得到改善。
3、改造效果
35t/h煤粉鍋爐經(jīng)綜合技術(shù)改造后，著火條件和燃盡條件顯著改善。解決了鍋爐燃煤煤質(zhì)偏好時爐內(nèi)結(jié)渣嚴重，煤質(zhì)偏差時燃燒不穩(wěn)定，造成滅火的問題，能保證鍋爐在40t/h負荷下長周期穩(wěn)定運行。鍋爐效率比改造前提高了6%~9%，飛灰可燃物降低了10%～15%，特別是在高負荷時，效果更為顯著，當鍋爐負荷為35t/h時，鍋爐效率由改造前的76.85%提高到了85.78%。
