多功能生物质燃烧机的工业性试验研究
摘要 秦皇岛热电厂2#锅炉燃烧不稳定、燃烧效率低等问题丰要是由于燃烧器的一次风管道结构不合理造成的，本文采用多功能生物质燃烧机的设计思想对生物质燃烧机进行了技术改造和工业性试验研究。结果表明，改造后的生物质燃烧机其着火点提前，并且仅改造6只主力燃烧器就可以使锅炉在50Vo负荷时达到不投油而稳定燃烧，排烟温度、飞灰含碳量和NO。排放量明显下降。
采用生物质燃烧机的锅炉由于具有能避免过热器区热偏差、单独组织燃烧、对炉膛形状没有严格要求等特点而得到广泛的应用【1]。随着发电机组容量的增加，旋流煤粉燃烧技术的完善，生物质燃烧机必将会显示出其优越性并得到更大的发展[2]。由于我国的旋流煤粉燃烧技术还基本上处于引进、消化吸收国外技术的水平上，而国外的生物质燃烧机依据本困国情各有特点，要适应中国的国情必须进行恰当的改进。作者在总结国内外技术基础上提出了能满足稳燃、高效、低污染、防止结渣和高温腐蚀等要求的多功能生物质燃烧机[3]。本文基于对多功能旋流燃烧器进行的单相、气固两相冷态模化试验研究，将多功能生物质燃烧机应用到生产实践中并进行了较为深入的工业性试验，以进一步验证其性能。
2锅炉燃烧装置存在的问题及改造方案
秦皇岛热屯厂2#锅炉为北京B&W公刊的B&W B- 670／13.7-M型煤粉锅炉，采用EI-DRB型双调风生物质燃烧机，前后墙对冲各布置4层，每层6只共计24只燃烧器。该炉自1992年11月JF式投以来，主要存在以下问题： (1)低负荷稳燃能力差，助燃用油量大，多次出现因锅炉燃烧不稳定引起灭火保护动作进而影响锅炉及整个机组安全可靠运行的问题，通常在70Vo负荷时就必须投油助燃。
(2)锅炉燃烧效率低，飞灰可燃物含量大，约7(70左右。
对锅炉运行现场进行实地考察发现，2#锅炉采用的EI -DRB生物质燃烧机燃烧不稳定，严重脱火，在燃烧器出口形成一条黑龙，这是锅炉燃烧不稳定和燃烧效率低的主要原因。图1为这种生物质燃烧机结构的示意图，其原设计意图是用一次风管道中的均流器实现浓淡分离燃烧。但是技术资料表明，均流器距一次风出口约3.2 m，对煤粉气流的浓缩效果在一次风出口已经消失，导致燃烧器燃烧不稳定。对燃烧器技术资料的分析表明，这种燃烧器燃烧不稳定的关键是一次风管道结构不合理。受秦皇岛热电厂的委托， 1998年10月利用2#锅炉大修期间对其2#磨煤机的6只主力生物质燃烧机即前墙第二层Bi、B2、B3和后墙第二层Fi、F2和F3进行了技术改造。
针埘EI-DRB生物质燃烧机的特点和目前运行情况，在分析大量冷态模化试验结果的基础上，经过反复论证，提出了如图2所示的改造万案。从图中可以看出，改造方案的核心是在一次风管道内安装带有旋流叶片的中心管，在一次风出口处沿圆剧安装齿形煤粉增浓器，同时在一次风出口处增加一次风扩锥，以构成多功能生物质燃烧机，达到高效率和稳定燃烧的目的[4]
3改造前后生物质燃烧机的工业性试验
为了详细了解多功能生物质燃烧机的性能，对改造前后的生物质燃烧机分别进行了工业性试验。受秦皇岛热电厂生产情况的限制，2#锅炉改造前没有对其进行热态试验，只能以1#锅炉燃烧器（与2#锅炉完全相同，但未经改造）的试验结果作为改造前的结果进行比较。在秦皇岛热电厂的大力协助下，试验期间保持改造后的2#锅炉与未经改造的1#锅炉在基本相同的负荷（50Vo额定负荷）和相同的运行方式（2#和3#磨煤机运行）下运行，以便进行比较，并检验2#锅炉的稳燃能力。
图3所示为1#锅炉104 MWe负荷下Fi燃烧器在轴向不同截面燃烧器中心线上的炉膛温度分布。图中， z为测量截面距燃烧器出口的距离(mm)，d为燃烧器的直径(1012 mm)。从图中可以看出，由于煤粉浓度与高湿回流区的不匹配，在燃烧器出口根部烟气温度较低，直到x/d=0.8时，才达到llOOoC左右，导致着火推迟，这也是在燃烧器出口看到一条黑龙的原因之所在。在现场观察时还会发现，火焰闪动较大。
燃烧器在距燃烧器出口不同截面处沿其径向的烟气温度分布，r为燃烧器径向到中心线的距离(mm)。将】．社锅炉的测试结果（图3）与图4进行比较可以发现，1#锅炉采用的是EI-DRB生物质燃烧机，呈中心回流，燃烧器各截面中心线E的烟气温度表明了该截面的***高温度。2孝锅炉改造为多功能旋流燃烧528工程热物理学报器的测试结果图4则不然，此时形成的是环形回流区，各截面的***高温度并不是在燃烧器中心线上。在离燃烧器中心线一定距离处，由于有很多来自内二次风和外二次风的空气，使外二次风环绕火焰形成一个氧壳，使该区域的烟气温度也较低。因此，从图中各截面明显的温升可以很容易地辨别出着火点的位置，即煤粉气流在燃烧器中心线和外部氧壳之间的中部区域着火（这里温度达到***高值），并且着火点恰好位于齿形煤粉增浓器的后面、在距燃烧器出口200 mn1左右的地方(x/d=0.2)，截面温度峰值即达llOOoC左右。由此可见，改造后回流区位置适当，着火点的位置明显提前，且煤粉气流着火及时。可以从以下几方面来分析其机理：(1)在齿形煤粉增浓器后面有一个高浓度的煤粉区（冷态试验结果已经证实），可以降低煤粉气流的着火温度；(2)齿形煤粉增浓器与一次风扩锥的配合，使得齿形煤粉增浓器背后还存在一个高温的环形回流区，实现r煤粉浓度与高温回流区的良好配合，为保证煤粉气流的及时、稳定着火提供了条件。
(2)低负荷深庋调峰试验表明，即使仅改造2#锅炉全部燃烧器的四分之一，也可以使锅炉在50Vo负荷时达到不投油而依然稳定燃烧；
(3)排烟温度和飞灰含碳量由127。C和7%分别下降为1130C和4Vo，进而提高了锅炉效率和燃烧效率；
(4)排烟中NOx排放量明显减少，从396mg/Nm3降低300 mg/Nm3，下降近25Vo；
(5)到目前为止，尚未发现炉墙结渣和高温腐蚀现象。
上述结果表明，仅仅改造2#锅炉2#磨煤机的6只主力生物质燃烧机就可以解决该炉急待解决的问题，达到预期的目的。可以设想，如果把所有的燃烧器全部改造为多功能生物质燃烧机，锅炉的性能将会得到进一步的改善。
5结 论
(1)针对秦皇岛热电厂2#锅炉燃烧不稳定、燃烧效率低等问题，采用多功能生物质燃烧机的设计思想对生物质燃烧机进行了技术改造和工业性试验研究。
(2)将原来的生物质燃烧机改为多功能生物质燃烧机后，着火点提前，锅炉的低负荷稳燃能力提高，排烟温度、飞灰含碳量和N0。排放量明显下降。
