拋煤機鍋爐具有煤種適應性好，符合調節范圍大，調節靈活等優點…，一直被廣泛地應用于我國的工業和民用的各種領域。但是，目前國內生產的拋煤機鍋爐由于大多采用開式爐膛結構，在設計時爐膛容積熱負荷取值偏小，爐膛水冷度大，使實際運行的鍋爐爐膛溫度水平偏低，加之煤質變化較大，燃料中細煤顆粒份額大，導致該型鍋爐的運行狀況并不良好，存在飛灰含碳量可高達50%以上；q4熱損失在20%一30%以上，熱效率低；煙塵濃度大，煙囪冒黑煙嚴重，污染環境等問題。同時，該型鍋爐燃燒不穩定，出力變化幅度可高達50%左右，煤種適應性差等。
2004年，國家發改委出臺的《節能中長期專項規劃》中將燃煤鍋爐列為十大重點改造項目之首，使得目前在用拋煤機鏈條爐的生存空間越來越小，其改造優化設計已成為一項十分緊迫的任務，富通新能源銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。
近年來，國內外的學者對于拋煤機鏈條爐的技術改造升級進行了很多研究和有成果的嘗試。國外方面，G.P．Starley、D.M．Slaughter等分別對拋煤機鏈條爐的NO和SO，生成規律和控制方法做了深入的研究；Mason.H．B等在165000Lb/h拋煤機鏈條爐加裝了天然氣燃燒器，實現煤一天然氣混燃，結果表明鍋爐效率增加2%—3%，飛灰含碳量降低35% ~40%，過量氧氣降低2%．3%；Scon Q．TLIm等對46. 5t/h拋煤機鏈條爐燃燒煤、石油及甘蔗渣和高纖維藤莖等生物質三種燃料的對比研究，得出了有用的數據和結論。國內方面，分別對拋煤機鏈條爐的配風系統、燃燒室、飛灰回收系統等做了改造；郭召勝、常少卿、諶玉良等主要從改造燃燒方式人手，直接改變鍋爐的層燃方式為懸浮燃燒方式甚至是循環流化方式。
綜合國內外拋煤機鏈條爐改造技術的研究，從技術改造成本的角度出發，認為不改變層燃燃燒方式的改造方案是最經濟的。但是，從相關文獻和報道來看，各種改造升級技術或者只是局部改造，或者基于燃燒機理、經驗數據等，都沒有對改造后的鍋爐進行速度場和溫度場等分析，缺乏普遍的指導作用。
本文利用CFD軟件對10t/h反轉拋煤機鏈條爐在不改變層燃燃燒方式基礎上的全面改造前后的速度場和穩定場進行模擬計算，直觀地考察分析所采用的改造技術對爐子氣體動力場、溫度場的影響，并以改造前后的運行參數作比較，希望能對以后的拋煤機鏈條爐改造起到一定的參考作用。110t/h SZDIO - 13 -AⅡ型倒轉爐排拋煤機鍋爐的運行概況
根據某公司能源部動力科提供的資料，該鍋爐房的1#鍋爐SZD10 - 13 -AⅡ倒轉爐排拋煤機鏈條爐是由濟南鍋爐廠于1980年按照20世紀80年代的技術生產，燃用淮南煙煤2號。
該鍋爐的結構如圖1所示。
現對存在的問題，分析如下。
(1)燃用的煤種粒徑過細，以至于懸浮燃燒無法完全燃盡。該爐子長期燃燒粒徑1mm左右的煤種，在現有的開式爐膛空間內很難完全正常燃盡。
(2)由于采用了開式爐膛，沒有前后拱，使得爐膛內的過量空氣系統過大，但煤粒與空氣卻沒有充分混合，著火性能和化學燃燒反應進程都很差，有不完全燃燒現象。若人工操作稍有不慎，即有未燃燒的大量細煤飛出爐膛，飛灰含碳量高，對燃料不利，對環境造成嚴重影響。
(3)沒有二次風，使得煙氣在爐膛內得不到充分混合，煤粒在爐膛的停留時間短，水冷度高，爐膛溫度低，q3損失增大。
(4)飛灰回收裝置存在嚴重問題，該裝置在煙道上分離中溫飛灰，分離器下部連接灰斗收集飛灰到爐排后部進行“復燃”。此時的中溫灰，稱之為“死灰”，其物理特性以及爐排后部的低溫區都無法實現復燃的要求，只是隨著煤渣排走。
2、改造技術及數值模擬分析
針對以上問題，本文提出了以下幾點改造措施，并以Fluent軟件對改造方案做出數值模擬分析。數值模擬在近20年來得到了飛速發展，在給定參數下做數值模擬計算相當于做了一次數值試驗，而近年的研究表明，數值模擬計算是可以比較準確地模擬和預測實際工程現象的。
2.1改造爐膛結構，強化爐內燃燒
2.1.1理論分析
爐膛改造采用前后拱組合的半開式爐膛形式。形成q形火焰燃燒．高溫火焰的沖刷、灼熱碳粒的分離與新煤三者之間進行著強烈的動量、質量和熱量的交換，因此能形成極為有利的著火條件。
同時a形火焰的回流對細灰的帶出有封鎖作用，增長加碳粒在爐內的路徑，增加停留時間，改善了充滿度，而增加的折焰拱也就是進一步延長了未燃盡顆粒的停留時間與其跟熱流的接觸時間，因此能很好地增強燃燒。
2.1.2數值模擬分析
增加了拱組后的溫度分布如圖2所示。可見氣流開始向后墻偏轉，出現了擾動，但隨著偏轉程度的增加，前墻的充滿度在下降，高溫區被很好地壓縮在爐排面與爐拱之間的空間，這將有利于煤層的引燃和懸浮細煤顆粒的燃燒。
圖3描述了點( lOO，100，o)到點(lOO，100，4492)之間的速度變化曲線。可見，改造前的爐膛速度變化緩慢，只在煙氣出口處的速度有波動，這表明煙氣在開式爐膛中產生的擾動很少，氣流直接沖出出口。而改造后的半開式爐膛，在(100，100，1500)左右處有一速度零點，此處正是爐拱的安裝位置，這表明爐拱組合能有效地封鎖煙氣的直線運動行程，極大地增加了氣流的擾動。
2.2增加二次風擾流，強化懸浮燃燒
2.2.1理論分析
爐內煙氣流場組織也是影響拋煤機鏈條爐的燃燒優劣的關鍵，因此在爐膛中引入二次風。如圖4所示，使用二次風與前爐拱的組合能使爐膛空間分隔為燃燒室和燃盡室兩部分，從而使爐膛輻射傳熱的格局發生變化。燃燒室中，體積小、受熱面少，爐溫明顯提高，這對引燃和燃燒十分有利；燃盡室中，雖然系統黑度有所減少，但溫度提高了，傳熱并未減弱，而總的受熱面未變，因此總的傳熱量有所增加。
其中，根據西安交通大學的冷模試驗，采用二次風與一次風的動量流率比m=5，前后墻對沖布置，角度為水平±50可調。為了配合原8 -18 -101型二次風機，經計算，采用∮200mm的風管，單面送風，簡化管道系統結構。二次風管道如圖5所示。
2.2.2數值模擬分析
由圖6所示速度矢量可以看到，二次風對燃燒室往上升的氣流產生十分明顯封鎖的作用，把整個爐膛分成了燃燒室和燃盡室兩部分，且兩者的速度比較均勻，由此影響了整個爐膛的燃燒過程。從圖7的溫度分布可看出，復合改造技術的使用，使得整個爐膛即燃燒室及燃盡室的溫度水平趨向均勻，煙氣充滿度也更加均勻化，這都十分地有利于傳熱。圖8描述的是點(0，1500，1500)到點(3650，1500 ,1500)之間的速度曲線圖，可以看出，改造前的爐膛內氣流變化不大，爐排的猛烈燃燒區(x=1000—2500)基本上是斜率很小的線性曲線，表明改造前該區域的氣流擾動很小，煙氣直接由爐膛排出；經過改造后的爐膛，煙氣的速度曲線很明顯地出現了“S”型曲線，這表明氣流在爐膛內受到了很大的擾動，往上流動時，xy截面上的速度分布很不均勻；這種變化可以從圖9跡線分布中看出，煙氣跡線從煤層面往上明顯地走了一個“之”字形的軌跡后，再從煙氣出口排出，此流動特性十分有利于保持煤粉在爐膛內的懸浮狀態，增加其在爐膛內的行程，可以很好地強化煤末的燃燒。
2.3增加高溫飛灰復燃裝置，加強飛灰燃盡，減少飛灰損失
本次改造采用的是西安交通大學趙欽新教授提出的一種高溫飛灰分離及流化復燃技術，該技術已申請了國家發明專利。此技術發明首次實現了在爐膛出口水冷凝渣管束受熱面設置高溫分離器的禁區設置組合式水冷分離器以實現高溫飛灰分離（見圖10），可以全面實現溫度、時間和擾動混合等三個燃盡的基本條件，高溫飛灰經過組合式水冷分離器分離后以重力自然回送到爐膛高溫區循環流化燃盡。高溫飛灰分離可使50%一60%的飛灰在氣流中分離開來，減少飛灰不完全燃燒損失2.5%一3. 5%，最大程度地降低飛灰含碳量，提高了煤的燃燒效率和鍋爐熱效率。
2.4改造方案的確定
根據SZD10 - 13 -AⅡ倒轉爐排拋煤機鏈條爐的實際運行參數及理論研究，將本次的改造方案歸納為以下6條，爐膛的改造結構如圖11所示。
(1)采用較短的前拱與二次風組合，延長前拱的實際效果：
(2)增加爐膛出口前的折焰拱，避免煙氣形成短路；
(3)后拱采用銳角出口，防止煙氣過早進入燃盡室；
(4)后拱上部布置二次風，封鎖煙氣出口，延長飛灰停留時間；
(5)采用前后墻二次風交叉氣流混合方式，提高燃盡效率；
(6)在爐膛出口的凝渣管束上布置百頁窗式高溫飛灰分離器。
3、經濟性分析
從一次性投資成本來看，本次SZDIO - 13 -AⅡ倒轉爐排拋煤機鏈條爐的改造計劃，主要包括材料費、材料加工費以及現場安裝費，總共花費為7萬余元，相比于購買并安裝l臺新的lOt/h層燃鍋爐所需的價錢起碼要低50%以上。并且通過改造時新部件的安裝、舊部件的刷新，其改造后的安全可運行時間不會比新爐子短。
從燃料節省上看，該型拋煤機鍋爐的煤耗量為1541kg/h；改造后，若按平均熱效率提高5%計算，改造后鍋爐運行每小時可節約用煤77. 05kg，按采暖期為4個月，每天平均12h，則每年供暖期節約用煤量可達110952kg。
煙煤的價格按400元／t計算，結合節約用煤量，改造后運行一個采暖期可節約燃料消耗費為44380元。
綜上兩方面，采暖期前完成工程改造，運行第一個采暖期可綜合節約的費用P按兩方面計算：一是改造比新購置所節約的費用；二是運行周期所節約的費用。則P =114380元。
該技術改造要比購置新鍋爐所需成本要低，也比摻燃、循環流化床等燃燒方式改造要低。而改造所需成本，在鍋爐運行一個采暖期即可實現回收。
改造前后的參數對比如表l所示。
4、結語
(1)理論上，運用上述技術進行改造，從燃燒學和氣體動力學上來說是可行的，同時使用了Fluent軟件進行了數值計算，實踐證明這是行之有效的方法；
(2)經濟上，對于鍋爐用戶來說，改造的成本比較低，投資回報期較短。對于老式拋煤機鍋爐，技術改造能有效地延長鍋爐的使用壽命，使其的經濟效益能得到最大化的實現；
(3)除了文中所述的改造技術以外，還有其他的技術也可以達到提高鍋爐效率等作用。比如使用機器鑄造的爐排以減少漏煤率；采用復合燃燒技術提高燃燒狀態以及增加或改進尾部煙道的省煤器和空預器等以提高煙氣利用降低煙氣溫度等，這些技術都切實可行，可根據鍋爐用戶的要求，具體問題具體分析。
