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1、發電廠3、4號爐衛燃帶改造方案0 引言由于煤質下降和衛燃帶大面積脫落，電廠#3、4目前存在的主要問題是主、再汽溫偏低，鍋爐飛灰可燃物偏高等問題。衛燃帶技術的作用不僅是穩燃，而且能夠提高汽溫，降低飛灰可燃物。在現燃用煤種和目前現有的衛燃帶面積條件下，電廠鍋爐穩燃問題并不十分突出，但如果煤質繼續下降，將會存在穩燃問題；如果衛燃帶仍然脫落，汽溫偏低問題將仍然得不到解決。為此電廠準備恢復脫落的衛燃帶面積，其主要目的有2點，1）提高爐膛火焰溫度，提高鍋爐的穩燃能力，緩解汽溫偏低問題，增強其對難燃煤種的適應性；2）降低飛灰可燃物，提高鍋爐的運行經濟性。 從#3、4鍋爐的結渣情況看，衛燃帶上結渣雖然比較嚴重2、，但并未因此影響到鍋爐的安全運行。其原因可能有兩條：1）從渣型看，爐內的結渣并非熔融渣，其與衛燃帶的結合力相對較小，在未形成足夠大的渣塊前就已脫落；2）衛燃帶的質量問題，在渣塊足夠大時就已撕裂衛燃帶脫落，并使衛燃帶脫落。由上述分析可見，衛燃帶的穩燃作用比較明確，但同時又是結渣的發源地。因此，在考慮恢復衛燃帶時應特別慎重，要把防止爐內結渣放在首位1 設計原則穩燃并不是目前#3、4鍋爐的主要問題，且鍋爐原來設計有衛燃帶，其爐內的銷釘仍然存在，因此，從施工的難易程度考慮，衛燃帶布置仍然布置在原有位置上。衛燃帶的脫落很可能是因渣塊脫落撕裂而起，此外，爐內存在比較嚴重的結渣，因此，衛燃帶的布置應采用背火3、側分塊布置方式，即利用水冷壁上不結渣、背火側結渣比較輕微的規律來合理布置衛燃帶。這樣不僅是為了防止衛燃帶上結大塊渣；同時，由于渣塊體積減少、重量減輕，脫落時對衛燃帶的撕裂作用減弱，可在一定程度上延長衛燃帶的使用壽命。衛燃帶面積對汽溫影響比較大，從提高汽溫考慮，衛燃帶的面積應在原有基礎上有所增加。衛燃帶的總面積與爐內火焰溫度有關，衛燃帶面積越大，爐內火焰溫度越高，高火焰溫度對煤粉的燃盡有利，可在一定程度上降低鍋爐飛灰可燃物。后者的降低程度一方面取決于燃煤特性（反應速度對溫度的敏感程度）另一方面取決于火焰溫度的提高幅度。但是，爐內結渣程度也與衛燃帶面積有關。衛燃帶面積越大，爐內火焰溫度越高，結渣的4、趨勢越嚴重。因此，本次衛燃帶的設計主要把握2點，1）衛燃帶的總面積，2）衛燃帶的布置方式。相對于傳統的（整塊）衛燃帶布置方式，采用背火側分塊布置方式，在衛燃帶的總面積上可以有所增加。綜上所述，本次衛燃帶改進方案的設計主要是把持燃燒穩定性、汽溫、飛灰與結渣程度之間的平衡，為安全起見，本次衛燃帶改進方案的設計總原則確定為：寧可汽溫偏低問題、飛灰偏高問題解決不到位（但有所緩解），也需確保爐內不出現影響鍋爐安全運行程度的結渣現象發生。2 設計工作及其面對的問題a) 根據目前的爐內結渣情況、燃煤特性，確定采用背火側分塊布置方式下的衛燃帶總面積。b) 根據目前的爐內結渣情況及其對傳熱的影響，燃煤情況，從汽5、溫方面計算確定采用背火側分塊布置方式下的衛燃帶總面積。c) 根據上述工作，按照總原則確定衛燃帶的總面積和布置方式，根據布置方式，校核其對水動力方面的影響，確保水動力方面的安全。3 改進目的1）主要目的是解決因為渣塊脫落造成的衛燃帶脫落問題，并確保不因結渣問題影響鍋爐的安全運行；2）在確保安全前提下，即在安全運行許可的條件下，可適當考慮在原有衛燃帶面積的基礎上增加一定的面積，以適當提高汽溫；如條件不許可，則不作為追求的目標；3）同樣，飛灰可燃物也不作為本次改造的追求目標。汽溫和飛灰的改善程度以原有衛燃帶面積不脫落所能達到的程度為基礎。4 衛燃帶形式說明如果增加衛燃帶面積，其位置可靈活（因為穩燃不6、是主要目的），衛燃帶的形式可為傳統形式或紅外涂料技術，兩者各有優勢。采用紅外涂料費用僅為正規衛燃帶的1/3左右（與采用的原料有關），且無需在水冷壁管上焊銷釘，不用擔心對水冷壁管的損傷，這是其優勢；但該涂料的使用壽命比傳統衛燃帶短，其使用壽命為1-2年（與布置位置有關），且其熱阻小于傳統衛燃帶。5 承諾衛燃帶設計目前只對解決因掉大塊渣造成的衛燃帶脫落、爐內不出現比目前嚴重的結渣程度、不出現水動力方面的問題等進行承諾；對衛燃帶施工質量造成的脫落問題不負責任；對汽溫和飛灰不做指標承諾，但盡力做到最好。衛燃帶新型布置方式的開發研究及工程應用摘要：針對現有衛燃帶技術應用中存在的結渣問題，分析了衛燃帶表面7、結渣的實質，并由此得出了預防衛燃帶結渣的一種技術途徑，即利用切圓燃燒鍋爐的爐內結渣規律和水冷壁帶的隔離作用，提出了旨在預防結渣的切圓燃燒鍋爐燃燒器背火側衛燃帶分塊布置方式，并簡述了該新型布置方式在某臺360MW燃煤鍋爐的應用效果。理論與實踐表明：切圓燃燒鍋爐背火側衛燃帶分塊布置技術能夠有效解決衛燃帶上的嚴重結渣問題，非常值得在電站切圓燃燒鍋爐上推廣應用。關鍵詞：衛燃帶，穩燃，結渣，切圓燃燒鍋爐， 燃燒器向火側，背火側， 0 引言我國電站燃用難燃煤種的鍋爐大都存在著燃燒穩定性差的問題。其主要表現為：1）鍋爐的低負荷穩燃能力比較差，助燃油用量大；2）鍋爐真滅火事故時有發生，嚴重地影響了鍋爐的安全運8、行。提高鍋爐燃燒穩定性的技術措施較多，其中一條重要的技術措施就是衛燃帶。衛燃帶的穩燃效果非常明顯；但負作用也特別明顯。在使用不恰當時，衛燃帶上將形成嚴重結渣，并進而引起爐內嚴重結渣，影響鍋爐的安全運行；且不時因大量掉渣引發鍋爐假滅火事故發生，同樣給機組的安全運行帶來很大的影響。正因為如此，人們對衛燃帶技術總是心存顧忌；但因穩燃需要，有時又不得不采用衛燃帶技術。對于難燃煤種，衛燃帶技術仍然是非常需要的，關鍵在于如何控制衛燃帶及爐內的結渣問題，這是衛燃帶技術工程應用中必須解決的一大技術難題。因此，很有必要根據各種燃燒方式鍋爐的爐內結渣特性研究開發相適應的新型衛燃帶布置方式，以便由此改進有效解決衛燃9、帶及爐內的嚴重結渣問題，最大限度地發揮衛燃帶的穩燃作用。切圓燃燒鍋爐結渣有著明顯的規律，利用該規律合理布置衛燃帶，并由此來解決衛燃帶技術派生的爐內結渣問題，對于衛燃帶技術的發展及其在切圓燃燒鍋爐的應用是非常重要的。1 衛燃帶技術穩燃的實質在切圓燃燒鍋爐的煤粉氣流加熱過程中，20%左右的吸熱量來自燃燒器出口區域以外的燃燒產物（以下簡稱為火焰）；80%左右的吸熱量則來自燃燒器出口區域的燃燒產物。前者以純輻射方式加熱煤粉氣流；后者以對流方式（即熱質交換）為主加熱煤粉氣流。由此可見，燃燒器出口區的火焰溫度水平對煤粉氣流的加熱過程更為重要，燃燒器出口區域火焰溫度水平越高，越有利于煤粉氣流的穩定燃燒；反之10、亦然。衛燃帶的面積與爐內輻射面積相比通常都比較小，300MW機組以上大容量切圓燃燒鍋爐的衛燃帶面積一般不超過爐內輻射面積的10%。由于衛燃帶并非完全絕熱，因此，其對水冷壁總吸熱量的影響通常不到5%，且其減少的熱量大部分被燃燒產物攜帶出爐膛，所以，衛燃帶對爐內火焰溫度水平的影響實際上并不大。以300MW機組鍋爐為例，假定其爐膛出口煙氣溫度為1200，其燃燒理論溫度為1980。由爐內傳熱計算可得：在爐內水冷壁輻射吸熱量減少5%時，爐膛出口煙氣溫度提高大約37，爐內火焰平均溫度提高約22。按此計算，煤粉氣流的輻射換熱量相對提高了約5.3%。由于輻射換熱量僅占煤粉氣流加熱過程吸熱量的20%左右，該影響11、僅相當于煤粉氣流總吸熱量增加了約1%。在使用衛燃帶技術前后，煤粉射流在其著火前卷吸的燃燒產物量與其初始流量不變，假定煤粉氣流的初始溫度為200，未使用衛燃帶時，燃燒器出口區域火焰溫度水平1000；使用衛燃帶后，該區域火焰溫度分別了提高22、60、100和150。以此計算，煤粉氣流從燃燒器區域以對流方式吸收的熱量分別增加了約3.3%、5.0%、8.3%和12.5%，相當于煤粉氣流總吸熱量分別增加了約1.8%、4%、6.7%和10%。其增加幅度至少是前述輻射吸熱量增加幅度的1.8倍。在實際中，盡管衛燃帶面積通常只占其爐內輻射面積的10%左右，但其穩燃作用卻非常明顯，這意味著煤粉氣流在其加熱過程中所12、吸熱量相對增加絕不至3%左右（1%+1.8%）。由此可見，衛燃帶技術使燃燒器出口區火焰溫度水平有很大的提高。事實上，衛燃帶主要敷設在燃燒器區域，在很大程度上阻隔了燃燒器區域燃燒產物放熱，從而使燃燒器區域（包括其出口區域）的火焰溫度水平得到較大提高；同時，由于著火距離的相對提前，燃燒器出口區域火焰溫度得到進一步提高。此兩者的作用使燃燒器出口區域火焰溫度水平往往提高100以上，甚至200。以提高150計算，煤粉氣流加熱過程的對流吸熱增加幅度應是輻射吸熱的10倍左右。由此可見，衛燃帶技術的穩燃效果主要來自于燃燒器出口區域火焰溫度水平的較大幅度提高。需要說明的是，煤粉氣流吸收的對流熱是在假定著火前卷吸13、的燃燒產物量與其初始流量相同的條件下得出的。在實際中，煤粉氣流卷吸的燃燒產物量與其射流距離相關，其著火距離越遠，著火前卷吸的燃燒產物量越大。在未敷設衛燃帶時，由于著火距離相對較遠，其著火前卷吸的燃燒產物量將大于敷設衛燃帶后著火前的對應卷吸量。卷吸量減少而著火距離提前，說明煤粉氣流加熱過程的吸熱量是增加的，由此可見，在使用衛燃帶后，燃燒器出口區域火焰溫度水平確實有較大幅度的提高。綜上分析可見，衛燃帶技術能夠有效起到穩燃作用的關鍵或實質是其燃燒器出口區域火焰溫度有較大幅度的提高。由此可知，衛燃帶布置在燃燒器出口區域效果最好，這樣，在煤粉氣流獲得相同加熱速率的情況下，可以相對減少衛燃帶的敷設面積。214、 衛燃帶上結渣的原因分析在使用衛燃帶的鍋爐上經常可觀察到這樣的現象，水冷壁上干干凈凈，部分衛燃帶上則存在著相當嚴重的結渣，有時結渣厚度可達300mm以上。這表明，衛燃帶表面是燃燒灰粒形成結渣的溫床；而水冷壁管表面則具有很好的防結渣作用。之所以如此，其實質是衛燃帶表面的溫度遠高于水冷壁的管壁溫度，當燃燒灰粒沖刷到衛燃帶表面時，燃燒灰粒得不到足夠的冷卻，粘結在衛燃帶繼續燃燒。由于此種燃燒是缺氧燃燒，且換熱條件差，燃燒放熱主要加熱灰粒自身，從而使灰粒熔融（高溫+還原性氣氛），牢固地粘結在衛燃帶上。 相反，水冷壁管壁對燃燒灰粒的冷卻作用很強，使灰粒急劇冷卻，且中止其燃燒。急劇冷卻的灰粒為比較堅硬的固體15、，粘結性差，通常不會粘結到水冷壁上。即便煤灰本身的粘結性比較強，能夠粘結在水冷壁上，其與水冷壁的結合也比較松疏（與熔融灰粒相比），在渣塊稍大時會因自重而脫落；在吹灰器吹掃時更容易脫落。因此，水冷壁上一般不會形成嚴重結渣。由以上實際現象及分析可知，水冷壁管表面具有很好的抗結渣作用，因此，可以用作衛燃帶來技術的隔離帶來預防大面積結渣。現代衛燃帶分塊布置方式正是利用這一特性在傳統衛燃帶的基礎上改進而成的。具體措施是：利用裸露水冷壁管帶將衛燃帶分割成許多小塊，并按照一定的排列方式將這些小塊衛燃帶布置在水冷壁管上。3 預防衛燃帶上結渣的途徑衛燃帶表面溫度高是其結渣的重要原因之一，也是其能夠起到穩燃作用的16、主要原因，因此，降低衛燃帶表面溫度來緩解其表面結渣的途徑是行不通的。造成衛燃帶上結渣現象發生的另一前提條件（即原因）是燃燒灰粒沖刷到衛燃帶壁面上，因此，防止衛燃帶結渣的根本途徑就是防止燃燒灰粒沖刷到衛燃帶上。很顯然，最佳途徑就是將衛燃帶布置在燃燒灰粒不易沖刷到的區域。對于切圓燃燒鍋爐而言，煤粉氣流沖刷位置與主氣流旋轉方向有著明顯的聯系。研究結果表明：在切圓燃燒鍋爐高度方向上，燃燒產物能夠沖刷到的區域主要在燃燒器區域及其上高約3m的范圍內。在水平方向上，燃燒產物能夠沖刷到的區域也有著非常明顯的規律。其沖刷部位為每個角燃燒器向火側的大半側，燃燒器背火側的爐墻上，特別是背火側靠近燃燒器噴口的少半側爐17、墻則基本沖刷不到。其示意圖如圖1所示。圖1中帶箭頭的粗線1所覆蓋的爐墻為燃燒產物易沖刷到的區域，細線條2表示的爐墻為燃燒產物不易沖刷到的區域。a D 1 2 C 2 1 1 2 A B 2 1 圖1：爐內結渣位置示意圖(fig.1 The areas of slag on furnace)上述規律完全是由切圓燃燒鍋爐的爐內流動特性所決定的，是切圓燃燒鍋爐的共同特性。在敷設衛燃帶的難燃煤種鍋爐上，常常可觀察到這樣的事實。在向火側的衛燃帶上結渣非常嚴重，而背火側的衛燃帶上結渣輕微，甚至不結渣。其結渣部位與圖1所示的燃燒產物沖刷部位完全吻合。這些事實充分證明：在切圓燃燒鍋爐的部分爐墻上，即圖1中細線18、2所表示的區域是燃燒產物不易沖刷到的部位。很顯然，這些區域是敷設衛燃帶的最佳部位。4 衛燃帶新型布置方式衛燃帶的傳統布置方式通常是在燃燒器區域水冷壁上敷設一圈衛燃帶，這種布置方式無法避免燃燒器向火側衛燃帶上的嚴重結渣。目前，整塊衛燃帶已為衛燃帶分塊布置方式所代替，這種衛燃帶在預防大面積結渣上具有一定的作用；但在其間隔帶距離不夠時，收效通常也比較小。切圓燃燒鍋爐燃燒器背火側衛燃帶上基本不結渣的特性目前仍尚未被應用到衛燃帶技術上。很顯然，這一特性可利用來設計衛燃帶的新型布置方式，即“切圓燃燒鍋爐背火側衛燃帶分塊布置方式”。該新型布置方式在爐內燃燒器背火側的四面水冷墻上對稱布置4大塊衛燃帶，以解決衛19、燃帶上的嚴重結渣問題；如果必要，也可以條形或分塊方式向燃燒器向火側延伸。圖2和圖3所示為該衛燃帶新型布置方式的一種實施例。AA 2 3 1 圖2 衛燃帶布置方式主視圖(fig.2 The main diagram of the arrangement of burner bands) A-A向 2 1 2 2 1 4圖2 b 2 圖3 衛燃帶布置方式A-A視圖(fig.3 The A-A diagram of the arrangement of burner bands)在圖中，數字1代表衛燃帶，2代表水冷壁，3代表燃燒器，4表示切圓旋轉方向。衛燃帶主要布置在燃燒器背火側區域（見圖3），目的20、正是為了有效提高燃燒器出口區域的火焰溫度；同時，解決其表面上的結渣問題。以字母a表示灰粒不易沖刷到區域的寬度（見圖1），以b表示衛燃帶的寬度（見圖3）。在實際應用中，如果：1）ba，每塊衛燃帶1的寬度為b，高度為h，在a寬度之內，其形狀為矩形，在寬度b-a內，形狀為條形。每條衛燃帶的高度為1m，中間間隔1-2m水冷壁帶；如果b-a的數值比較大，該條形衛燃帶也可分割為幾塊，使每塊衛燃帶面積比較適中，且各塊之間設置一定距離的水冷壁防渣帶。2）ba，燃燒器背火側的衛燃帶為1整塊（即無條形延伸部分），其面積為bh。由上述介紹可見，“切圓燃燒鍋爐背火側衛燃帶分塊布置方式”在利用水冷壁帶防結渣作用的基礎上21、，又進一步利用了切圓燃燒鍋爐的爐內結渣位置特性。由于衛燃帶主要布置在燃燒器背火側，距離燃燒器位置近，穩燃效果較好，可以相對減少衛燃帶的面積，更重要的是能夠有效解決衛燃帶上結渣這一技術難題。5 實例分析廣西來賓B電廠No1鍋爐為360MW等級的貧煤鍋爐，在改造前，No1爐內布置了約50m2的衛燃帶，衛燃帶布置在每個角燃燒器的兩側（見圖4）。近年來，由于該廠燃煤質量逐年下降，鍋爐燃燒不穩問題日益突出，為保證低負荷運行時的燃燒穩定性，有時不得不采取投油助燃措施來穩定爐內燃燒，從而導致助燃油用量明顯增加。此外，在運行中，燃燒器向火側衛燃帶出現嚴重結渣現象，而背火側衛燃帶上則比較輕微。為了提高鍋爐的穩燃22、能力，經電廠與熱工研究院有限公司充分討論后，決定采用背火側衛燃帶分塊布置方式來增加該臺鍋爐的衛燃帶面積；同時，去掉部分原有衛燃帶，使其中間為水冷壁管帶，以解決燃燒器向火側原衛燃帶上結渣嚴重的問題。以后墻為例（其它墻相類似），該爐改造前后的衛燃帶布置方式圖4和5所示，圖中方塊代表衛燃帶。背火側衛燃帶向火側衛燃帶 圖4 改造前衛燃帶示意圖 圖5 改造后衛燃帶示意圖(fig.4 The arrangement of burner band ) (fig.5 The improved arrangement of burner bands )衛燃帶的設計從兩方面考慮了結渣問題以及其對鍋爐運行特性的影響23、。在總衛燃帶面積的確定上，根據國內同煤種的實踐經驗，避免因衛燃帶總面積選取過大而造成爐內結渣、蒸汽溫度偏高以及排煙溫度升高等問題。同時，利用背火側衛燃帶分塊布置方式的思想，合理選擇了每塊衛燃帶的大小及其間隔距離。06年10月份大修期間在該貧煤鍋爐上實施了上述改進措施。大修后，燃煤發熱量下降了近3MJ/kg，其煤灰的結渣趨勢有所增強。在這樣的燃煤及衛燃帶總面積增加的情況下，在150MW負荷下，燃燒器區域火焰溫度比大修前還提高了30多，比同型爐（No2，未增加衛燃帶）170MW負荷下的燃燒器區域火焰溫度還略高一些。這表明，No1鍋爐的低負荷穩燃能力得到了很大提高。從大修后投運至今，No1鍋爐的燃燒24、穩定明顯提高，其助燃油用量明顯下降，鍋爐未出現鍋爐因燃燒不穩造成的滅火事故；相反，No2鍋爐出現過2次因燃燒不穩造成的鍋爐滅火事故。此外，No1鍋爐新增加的衛燃帶上基本無結渣現象，而原有衛燃帶上的結渣現象則明顯減輕。由此可見，No1鍋爐的衛燃帶面積雖然增加，但爐內結渣現象反而減輕。這表明，該爐的衛燃帶設計與改造是成功的；同時也表明，燃燒器背火側衛燃帶分塊布置技術在預防結渣方面具有明顯的作用。需要說明的是：由于是改造項目，該方案的設計在一定程度上遷就原有的衛燃帶布置；但在穩燃和預防結渣方面仍然取得了比較明顯的效果。由此可見，“切圓燃燒鍋爐背火側衛燃帶分塊布置方式”非常值得在燃用難燃煤種的切圓燃燒25、鍋爐上推廣應用。6 結束語1、 切圓燃燒鍋爐燃燒器背火側衛燃帶分塊布置方式是一種衛燃帶的新型布置方式，該方式根據切圓燃燒鍋爐的結渣規律將衛燃帶分塊布置在燃燒產物不易沖刷到的燃燒器背火側水冷壁上，在穩燃的同時解決了衛燃帶上嚴重結渣的問題，較好地解決了衛燃帶技術工程應用中的結渣問題。2、 在采用傳統衛燃帶技術的切圓燃燒鍋爐上，普遍存在的背火側衛燃帶上結渣輕微和基本不結渣的事實早已經證明了切圓燃燒鍋爐背火側衛燃帶分塊布置技術的合理性與有效性。來賓B電廠的運行效果表明；切圓燃燒鍋爐背火側衛燃帶分塊布置技術能夠有效控制衛燃帶上的結渣程度。因此，該技術非常值得在燃用難燃煤種的切圓燃燒鍋爐上推廣應用；當然，也需在應用中不斷完善，以便形成適應不同煤種穩燃需要的系列新型衛燃帶實用技術。