某熱力廠有多臺額定蒸發量為75 t/h，過熱蒸汽壓力3.82 MPa，溫度450℃的中壓煤粉鍋爐。該煤粉鍋爐前墻布置3只雙蝸殼式燃燒器，兩側墻各布置1臺馬弗爐用于點火和助燃。長期以來由于實際使用的燃煤質量達不到設計要求，造成爐膛與過熱器結焦嚴重，過熱器煙溫和主汽溫偏高，且運行時燃燒器出口有黑煙，著火滯后，爐膛氣流沖刷嚴重，水冷壁嚴重磨損，燃燒不穩定，影響了鍋爐出力，鍋爐蒸發量長期為40~50 t/h。通過綜合分析論證，我們對其中1臺鍋爐實施了使用PW -I型煤粉燃燒器的改造。
1、改造分析與實施方案
通過對該鍋爐進行熱平衡測試與仿真優化研究，并結合生產實際進行充分論證分析，認為影響鍋爐正常運行的主要原因是所使用的雙蝸殼式旋流式燃燒器結構及布置與該型號鍋爐不匹配。①該燃燒器在運行中火焰擴展度較大，難以調節，在燃燒器出口處，一、二次風旋流很強，粗顆粒煤粉容易被拋出空氣區域，進入貧氧燃燒區，甚至旋至燃燒器附近壁面，從而產生爐膛結焦與水冷壁磨損。②在其前墻單線布置3只燃燒器，造成了火焰局部集中，燃燒器區域熱負荷過高，使低熔點煤易在該區域內熔化結焦，同時它們離側墻較近．擴展的火焰容易造成沖墻結焦，燃燒高揮發分煤時，火焰靠近噴嘴，噴口區溫度較高，火焰也較長。③馬弗爐區域結焦嚴重，并且用馬弗爐點火和助燃擾亂了爐內空氣動力場。因此采用了以下改造方案。
(1)采用重油電子點火技術替代原有馬弗爐點火裝置，并增設鍋爐風粉與火焰強度在線監測系統。
(2)用4臺PW -I型煤粉燃燒器代替原有雙蝸殼式燃燒器，在兩側墻采用對沖布置方式各布置2臺燃燒器，并使燃燒器安裝高度適當下移，以便適應實際燃煤揮發分較高的特點，降低火焰高度，使燃燒穩定，火焰集中，減輕鍋爐結焦，降低爐膛出口煙溫，減輕過熱器結渣現象。
PW -I型煤粉燃燒器的結構見圖1，其結構和運行特點如下：一次風攜帶煤粉，經由蝸殼以旋流方式進入燃燒器內。三次風也經蝸殼進入，且產生的氣流旋轉方向與一次風相同。二次風分為兩路，一路以直流方式進入燃燒通道，另一路則分為3排由噴嘴分別送人一、三次風所形成的旋轉煤粉氣流中，三排噴嘴每排4只，均順著氣流旋轉的切線方向交錯布置，兩路二次風均可通過風門進行調節。這樣煤粉氣流經多級旋轉，其旋流強度不斷增強，同時因風溫逐級升高，可使煤粉得到良好預熱，較好地改善了煤粉氣流的著火條件，同時火焰剛性也得到了增強，有利于煤粉的燃盡，從而減少了結焦的可能性。此外，該型燃燒器還具有較好的調節性能[3]。
2、改造前后參數對比
鍋爐在改造前后所使用煤質相同，低熱值為21 900 kj/ kg，揮發分為23. 9%，灰分為20. 8%。在鍋爐進行燃燒器改造前后的運行記錄中，各主要參數的平均值對比見表1，表中還列出了同期固體不完全燃燒損失和鍋爐熱效率的實測結果。
從表1可見，在燃用相同煤種時，改造后燃燒效率、熱效率和鍋爐蒸發量都有明顯提高。經一年的運行證實，改造后雖然熱風溫度有所降低，但鍋爐仍然能在70~ 75 t/h蒸發量下長期穩定運行，鍋爐燃燒效率和熱效率都保持在91%以上，過熱器無超溫現象，燃燒可控性好，結渣與結焦明顯減輕。
3、燃燒區域動力場的測試分析
改用PW -I型燃燒器后，采用等溫模化試驗方法對該鍋爐冷態動力場進行了試驗測試，試驗中遵循的主要原則是：氣流運動狀態進入模化區和邊界條件相似。
此次燃燒器冷態動力場測試結果見圖2，圖中，x，y表示爐膛橫截面平面坐標（單位為mm）；Vl，V2，V3分別表示第一、二、三排二次風管風速(單位為m/s);括號內外的數據，如1.1(0.8)，分別為爐膛標高8 700 mm和9 700 mm處氣流速度（單位為m/s）；外曲線表示燃燒器噴出氣體流動邊界，內曲線表示燃燒器內氣體回流區。氣流方向均向上。從測試結果可以看出：
(1)4臺燃燒器回流區回流速度較高，由于4臺燃燒囂為兩側墻布置，每側2臺燃燒器旋向相反，單個燃燒器的回流區受相鄰燃燒器的氣流影響較小，與試驗前的理論預測基本一致。
(2)燃燒器出口處氣流的回流區深入燃燒器噴口內，與燃燒器的冷態空氣動力場的噴出口段相吻合。
(3)各燃燒器的射出氣流充滿爐膛截面，各氣流相互干擾小。
(4)爐膛貼壁處氣流上升速度為0.5~1.5 m/s，小于火焰開始沖刷爐墻一般氣流速度(2 m/s)，故有效防止了鍋爐壁面結焦。
爐膛中間部位，燃燒器射出氣流仍維持一定的速度，這對爐膛充滿度以及保證燃燒后期混合是有利的。
冷態空氣動力場試驗結果表明，更換PW -I型燃燒器并采用兩側墻對沖布置時，其燃燒器回流區基本理想，爐膛空氣動力場分布比較均勻，充滿度比較好，燃燒器出口氣流沒有沖墻現象，適于實際煤種燃燒。
4、結論
(1)改造后鍋爐運行狀態明顯改善，鍋爐蒸發量和熱效率有較大提高，降低了蒸汽成本，減少了燃煤消耗量，每年可節約燃煤成本130×104元以上。
(2)采用4只PW -I型燃燒器沿兩側墻對沖布置方式，替代原設計的前墻布置3只雙蝸殼燃燒器方式，明顯改善了風煤混合狀況，有利于穩定燃燒，并能提高爐膛內氣流充滿度，有效防止了水冷壁及過熱器區域的結焦和積灰。這不僅有助于節能和提高熱效率，而且提高了鍋爐的運轉率，減輕了工人的勞動強度。通過測算證實，該項年創經濟效益在100×104元以上。
(3)該項技術的成功實施，不僅保證了鍋爐在額定負荷下長期安全、穩定、經濟運行，而且為同類型鍋爐的改造提供了成功的經驗，為鍋爐燃用貧煤提供了可能。
