1、发电厂3、4号炉卫燃带改造方案0 引言由于煤质下降和卫燃带大面积脱落，电厂#3、4目前存在的主要问题是主、再汽温偏低，锅炉飞灰可燃物偏高等问题。卫燃带技术的作用不仅是稳燃，而且能够提高汽温，降低飞灰可燃物。在现燃用煤种和目前现有的卫燃带面积条件下，电厂锅炉稳燃问题并不十分突出，但如果煤质继续下降，将会存在稳燃问题；如果卫燃带仍然脱落，汽温偏低问题将仍然得不到解决。为此电厂准备恢复脱落的卫燃带面积，其主要目的有2点，1）提高炉膛火焰温度，提高锅炉的稳燃能力，缓解汽温偏低问题，增强其对难燃煤种的适应性；2）降低飞灰可燃物，提高锅炉的运行经济性。 从#3、4锅炉的结渣情况看，卫燃带上结渣虽然比较严重2、，但并未因此影响到锅炉的安全运行。其原因可能有两条：1）从渣型看，炉内的结渣并非熔融渣，其与卫燃带的结合力相对较小，在未形成足够大的渣块前就已脱落；2）卫燃带的质量问题，在渣块足够大时就已撕裂卫燃带脱落，并使卫燃带脱落。由上述分析可见，卫燃带的稳燃作用比较明确，但同时又是结渣的发源地。因此，在考虑恢复卫燃带时应特别慎重，要把防止炉内结渣放在首位1 设计原则稳燃并不是目前#3、4锅炉的主要问题，且锅炉原来设计有卫燃带，其炉内的销钉仍然存在，因此，从施工的难易程度考虑，卫燃带布置仍然布置在原有位置上。卫燃带的脱落很可能是因渣块脱落撕裂而起，此外，炉内存在比较严重的结渣，因此，卫燃带的布置应采用背火3、侧分块布置方式，即利用水冷壁上不结渣、背火侧结渣比较轻微的规律来合理布置卫燃带。这样不仅是为了防止卫燃带上结大块渣；同时，由于渣块体积减少、重量减轻，脱落时对卫燃带的撕裂作用减弱，可在一定程度上延长卫燃带的使用寿命。卫燃带面积对汽温影响比较大，从提高汽温考虑，卫燃带的面积应在原有基础上有所增加。卫燃带的总面积与炉内火焰温度有关，卫燃带面积越大，炉内火焰温度越高，高火焰温度对煤粉的燃尽有利，可在一定程度上降低锅炉飞灰可燃物。后者的降低程度一方面取决于燃煤特性（反应速度对温度的敏感程度）另一方面取决于火焰温度的提高幅度。但是，炉内结渣程度也与卫燃带面积有关。卫燃带面积越大，炉内火焰温度越高，结渣的4、趋势越严重。因此，本次卫燃带的设计主要把握2点，1）卫燃带的总面积，2）卫燃带的布置方式。相对于传统的（整块）卫燃带布置方式，采用背火侧分块布置方式，在卫燃带的总面积上可以有所增加。综上所述，本次卫燃带改进方案的设计主要是把持燃烧稳定性、汽温、飞灰与结渣程度之间的平衡，为安全起见，本次卫燃带改进方案的设计总原则确定为：宁可汽温偏低问题、飞灰偏高问题解决不到位（但有所缓解），也需确保炉内不出现影响锅炉安全运行程度的结渣现象发生。2 设计工作及其面对的问题a) 根据目前的炉内结渣情况、燃煤特性，确定采用背火侧分块布置方式下的卫燃带总面积。b) 根据目前的炉内结渣情况及其对传热的影响，燃煤情况，从汽5、温方面计算确定采用背火侧分块布置方式下的卫燃带总面积。c) 根据上述工作，按照总原则确定卫燃带的总面积和布置方式，根据布置方式，校核其对水动力方面的影响，确保水动力方面的安全。3 改进目的1）主要目的是解决因为渣块脱落造成的卫燃带脱落问题，并确保不因结渣问题影响锅炉的安全运行；2）在确保安全前提下，即在安全运行许可的条件下，可适当考虑在原有卫燃带面积的基础上增加一定的面积，以适当提高汽温；如条件不许可，则不作为追求的目标；3）同样，飞灰可燃物也不作为本次改造的追求目标。汽温和飞灰的改善程度以原有卫燃带面积不脱落所能达到的程度为基础。4 卫燃带形式说明如果增加卫燃带面积，其位置可灵活（因为稳燃不6、是主要目的），卫燃带的形式可为传统形式或红外涂料技术，两者各有优势。采用红外涂料费用仅为正规卫燃带的1/3左右（与采用的原料有关），且无需在水冷壁管上焊销钉，不用担心对水冷壁管的损伤，这是其优势；但该涂料的使用寿命比传统卫燃带短，其使用寿命为1-2年（与布置位置有关），且其热阻小于传统卫燃带。5 承诺卫燃带设计目前只对解决因掉大块渣造成的卫燃带脱落、炉内不出现比目前严重的结渣程度、不出现水动力方面的问题等进行承诺；对卫燃带施工质量造成的脱落问题不负责任；对汽温和飞灰不做指标承诺，但尽力做到最好。卫燃带新型布置方式的开发研究及工程应用摘要：针对现有卫燃带技术应用中存在的结渣问题，分析了卫燃带表面7、结渣的实质，并由此得出了预防卫燃带结渣的一种技术途径，即利用切圆燃烧锅炉的炉内结渣规律和水冷壁带的隔离作用，提出了旨在预防结渣的切圆燃烧锅炉燃烧器背火侧卫燃带分块布置方式，并简述了该新型布置方式在某台360MW燃煤锅炉的应用效果。理论与实践表明：切圆燃烧锅炉背火侧卫燃带分块布置技术能够有效解决卫燃带上的严重结渣问题，非常值得在电站切圆燃烧锅炉上推广应用。关键词：卫燃带，稳燃，结渣，切圆燃烧锅炉， 燃烧器向火侧，背火侧， 0 引言我国电站燃用难燃煤种的锅炉大都存在着燃烧稳定性差的问题。其主要表现为：1）锅炉的低负荷稳燃能力比较差，助燃油用量大；2）锅炉真灭火事故时有发生，严重地影响了锅炉的安全运8、行。提高锅炉燃烧稳定性的技术措施较多，其中一条重要的技术措施就是卫燃带。卫燃带的稳燃效果非常明显；但负作用也特别明显。在使用不恰当时，卫燃带上将形成严重结渣，并进而引起炉内严重结渣，影响锅炉的安全运行；且不时因大量掉渣引发锅炉假灭火事故发生，同样给机组的安全运行带来很大的影响。正因为如此，人们对卫燃带技术总是心存顾忌；但因稳燃需要，有时又不得不采用卫燃带技术。对于难燃煤种，卫燃带技术仍然是非常需要的，关键在于如何控制卫燃带及炉内的结渣问题，这是卫燃带技术工程应用中必须解决的一大技术难题。因此，很有必要根据各种燃烧方式锅炉的炉内结渣特性研究开发相适应的新型卫燃带布置方式，以便由此改进有效解决卫燃9、带及炉内的严重结渣问题，最大限度地发挥卫燃带的稳燃作用。切圆燃烧锅炉结渣有着明显的规律，利用该规律合理布置卫燃带，并由此来解决卫燃带技术派生的炉内结渣问题，对于卫燃带技术的发展及其在切圆燃烧锅炉的应用是非常重要的。1 卫燃带技术稳燃的实质在切圆燃烧锅炉的煤粉气流加热过程中，20%左右的吸热量来自燃烧器出口区域以外的燃烧产物（以下简称为火焰）；80%左右的吸热量则来自燃烧器出口区域的燃烧产物。前者以纯辐射方式加热煤粉气流；后者以对流方式（即热质交换）为主加热煤粉气流。由此可见，燃烧器出口区的火焰温度水平对煤粉气流的加热过程更为重要，燃烧器出口区域火焰温度水平越高，越有利于煤粉气流的稳定燃烧；反之10、亦然。卫燃带的面积与炉内辐射面积相比通常都比较小，300MW机组以上大容量切圆燃烧锅炉的卫燃带面积一般不超过炉内辐射面积的10%。由于卫燃带并非完全绝热，因此，其对水冷壁总吸热量的影响通常不到5%，且其减少的热量大部分被燃烧产物携带出炉膛，所以，卫燃带对炉内火焰温度水平的影响实际上并不大。以300MW机组锅炉为例，假定其炉膛出口烟气温度为1200，其燃烧理论温度为1980。由炉内传热计算可得：在炉内水冷壁辐射吸热量减少5%时，炉膛出口烟气温度提高大约37，炉内火焰平均温度提高约22。按此计算，煤粉气流的辐射换热量相对提高了约5.3%。由于辐射换热量仅占煤粉气流加热过程吸热量的20%左右，该影响11、仅相当于煤粉气流总吸热量增加了约1%。在使用卫燃带技术前后，煤粉射流在其着火前卷吸的燃烧产物量与其初始流量不变，假定煤粉气流的初始温度为200，未使用卫燃带时，燃烧器出口区域火焰温度水平1000；使用卫燃带后，该区域火焰温度分别了提高22、60、100和150。以此计算，煤粉气流从燃烧器区域以对流方式吸收的热量分别增加了约3.3%、5.0%、8.3%和12.5%，相当于煤粉气流总吸热量分别增加了约1.8%、4%、6.7%和10%。其增加幅度至少是前述辐射吸热量增加幅度的1.8倍。在实际中，尽管卫燃带面积通常只占其炉内辐射面积的10%左右，但其稳燃作用却非常明显，这意味着煤粉气流在其加热过程中所12、吸热量相对增加绝不至3%左右（1%+1.8%）。由此可见，卫燃带技术使燃烧器出口区火焰温度水平有很大的提高。事实上，卫燃带主要敷设在燃烧器区域，在很大程度上阻隔了燃烧器区域燃烧产物放热，从而使燃烧器区域（包括其出口区域）的火焰温度水平得到较大提高；同时，由于着火距离的相对提前，燃烧器出口区域火焰温度得到进一步提高。此两者的作用使燃烧器出口区域火焰温度水平往往提高100以上，甚至200。以提高150计算，煤粉气流加热过程的对流吸热增加幅度应是辐射吸热的10倍左右。由此可见，卫燃带技术的稳燃效果主要来自于燃烧器出口区域火焰温度水平的较大幅度提高。需要说明的是，煤粉气流吸收的对流热是在假定着火前卷吸13、的燃烧产物量与其初始流量相同的条件下得出的。在实际中，煤粉气流卷吸的燃烧产物量与其射流距离相关，其着火距离越远，着火前卷吸的燃烧产物量越大。在未敷设卫燃带时，由于着火距离相对较远，其着火前卷吸的燃烧产物量将大于敷设卫燃带后着火前的对应卷吸量。卷吸量减少而着火距离提前，说明煤粉气流加热过程的吸热量是增加的，由此可见，在使用卫燃带后，燃烧器出口区域火焰温度水平确实有较大幅度的提高。综上分析可见，卫燃带技术能够有效起到稳燃作用的关键或实质是其燃烧器出口区域火焰温度有较大幅度的提高。由此可知，卫燃带布置在燃烧器出口区域效果最好，这样，在煤粉气流获得相同加热速率的情况下，可以相对减少卫燃带的敷设面积。214、 卫燃带上结渣的原因分析在使用卫燃带的锅炉上经常可观察到这样的现象，水冷壁上干干净净，部分卫燃带上则存在着相当严重的结渣，有时结渣厚度可达300mm以上。这表明，卫燃带表面是燃烧灰粒形成结渣的温床；而水冷壁管表面则具有很好的防结渣作用。之所以如此，其实质是卫燃带表面的温度远高于水冷壁的管壁温度，当燃烧灰粒冲刷到卫燃带表面时，燃烧灰粒得不到足够的冷却，粘结在卫燃带继续燃烧。由于此种燃烧是缺氧燃烧，且换热条件差，燃烧放热主要加热灰粒自身，从而使灰粒熔融（高温+还原性气氛），牢固地粘结在卫燃带上。 相反，水冷壁管壁对燃烧灰粒的冷却作用很强，使灰粒急剧冷却，且中止其燃烧。急剧冷却的灰粒为比较坚硬的固体15、，粘结性差，通常不会粘结到水冷壁上。即便煤灰本身的粘结性比较强，能够粘结在水冷壁上，其与水冷壁的结合也比较松疏（与熔融灰粒相比），在渣块稍大时会因自重而脱落；在吹灰器吹扫时更容易脱落。因此，水冷壁上一般不会形成严重结渣。由以上实际现象及分析可知，水冷壁管表面具有很好的抗结渣作用，因此，可以用作卫燃带来技术的隔离带来预防大面积结渣。现代卫燃带分块布置方式正是利用这一特性在传统卫燃带的基础上改进而成的。具体措施是：利用裸露水冷壁管带将卫燃带分割成许多小块，并按照一定的排列方式将这些小块卫燃带布置在水冷壁管上。3 预防卫燃带上结渣的途径卫燃带表面温度高是其结渣的重要原因之一，也是其能够起到稳燃作用的16、主要原因，因此，降低卫燃带表面温度来缓解其表面结渣的途径是行不通的。造成卫燃带上结渣现象发生的另一前提条件（即原因）是燃烧灰粒冲刷到卫燃带壁面上，因此，防止卫燃带结渣的根本途径就是防止燃烧灰粒冲刷到卫燃带上。很显然，最佳途径就是将卫燃带布置在燃烧灰粒不易冲刷到的区域。对于切圆燃烧锅炉而言，煤粉气流冲刷位置与主气流旋转方向有着明显的联系。研究结果表明：在切圆燃烧锅炉高度方向上，燃烧产物能够冲刷到的区域主要在燃烧器区域及其上高约3m的范围内。在水平方向上，燃烧产物能够冲刷到的区域也有着非常明显的规律。其冲刷部位为每个角燃烧器向火侧的大半侧，燃烧器背火侧的炉墙上，特别是背火侧靠近燃烧器喷口的少半侧炉17、墙则基本冲刷不到。其示意图如图1所示。图1中带箭头的粗线1所覆盖的炉墙为燃烧产物易冲刷到的区域，细线条2表示的炉墙为燃烧产物不易冲刷到的区域。a D 1 2 C 2 1 1 2 A B 2 1 图1：炉内结渣位置示意图(fig.1 The areas of slag on furnace)上述规律完全是由切圆燃烧锅炉的炉内流动特性所决定的，是切圆燃烧锅炉的共同特性。在敷设卫燃带的难燃煤种锅炉上，常常可观察到这样的事实。在向火侧的卫燃带上结渣非常严重，而背火侧的卫燃带上结渣轻微，甚至不结渣。其结渣部位与图1所示的燃烧产物冲刷部位完全吻合。这些事实充分证明：在切圆燃烧锅炉的部分炉墙上，即图1中细线18、2所表示的区域是燃烧产物不易冲刷到的部位。很显然，这些区域是敷设卫燃带的最佳部位。4 卫燃带新型布置方式卫燃带的传统布置方式通常是在燃烧器区域水冷壁上敷设一圈卫燃带，这种布置方式无法避免燃烧器向火侧卫燃带上的严重结渣。目前，整块卫燃带已为卫燃带分块布置方式所代替，这种卫燃带在预防大面积结渣上具有一定的作用；但在其间隔带距离不够时，收效通常也比较小。切圆燃烧锅炉燃烧器背火侧卫燃带上基本不结渣的特性目前仍尚未被应用到卫燃带技术上。很显然，这一特性可利用来设计卫燃带的新型布置方式，即“切圆燃烧锅炉背火侧卫燃带分块布置方式”。该新型布置方式在炉内燃烧器背火侧的四面水冷墙上对称布置4大块卫燃带，以解决卫19、燃带上的严重结渣问题；如果必要，也可以条形或分块方式向燃烧器向火侧延伸。图2和图3所示为该卫燃带新型布置方式的一种实施例。AA 2 3 1 图2 卫燃带布置方式主视图(fig.2 The main diagram of the arrangement of burner bands) A-A向 2 1 2 2 1 4图2 b 2 图3 卫燃带布置方式A-A视图(fig.3 The A-A diagram of the arrangement of burner bands)在图中，数字1代表卫燃带，2代表水冷壁，3代表燃烧器，4表示切圆旋转方向。卫燃带主要布置在燃烧器背火侧区域（见图3），目的20、正是为了有效提高燃烧器出口区域的火焰温度；同时，解决其表面上的结渣问题。以字母a表示灰粒不易冲刷到区域的宽度（见图1），以b表示卫燃带的宽度（见图3）。在实际应用中，如果：1）ba，每块卫燃带1的宽度为b，高度为h，在a宽度之内，其形状为矩形，在宽度b-a内，形状为条形。每条卫燃带的高度为1m，中间间隔1-2m水冷壁带；如果b-a的数值比较大，该条形卫燃带也可分割为几块，使每块卫燃带面积比较适中，且各块之间设置一定距离的水冷壁防渣带。2）ba，燃烧器背火侧的卫燃带为1整块（即无条形延伸部分），其面积为bh。由上述介绍可见，“切圆燃烧锅炉背火侧卫燃带分块布置方式”在利用水冷壁带防结渣作用的基础上21、，又进一步利用了切圆燃烧锅炉的炉内结渣位置特性。由于卫燃带主要布置在燃烧器背火侧，距离燃烧器位置近，稳燃效果较好，可以相对减少卫燃带的面积，更重要的是能够有效解决卫燃带上结渣这一技术难题。5 实例分析广西来宾B电厂No1锅炉为360MW等级的贫煤锅炉，在改造前，No1炉内布置了约50m2的卫燃带，卫燃带布置在每个角燃烧器的两侧（见图4）。近年来，由于该厂燃煤质量逐年下降，锅炉燃烧不稳问题日益突出，为保证低负荷运行时的燃烧稳定性，有时不得不采取投油助燃措施来稳定炉内燃烧，从而导致助燃油用量明显增加。此外，在运行中，燃烧器向火侧卫燃带出现严重结渣现象，而背火侧卫燃带上则比较轻微。为了提高锅炉的稳燃22、能力，经电厂与热工研究院有限公司充分讨论后，决定采用背火侧卫燃带分块布置方式来增加该台锅炉的卫燃带面积；同时，去掉部分原有卫燃带，使其中间为水冷壁管带，以解决燃烧器向火侧原卫燃带上结渣严重的问题。以后墙为例（其它墙相类似），该炉改造前后的卫燃带布置方式图4和5所示，图中方块代表卫燃带。背火侧卫燃带向火侧卫燃带 图4 改造前卫燃带示意图 图5 改造后卫燃带示意图(fig.4 The arrangement of burner band ) (fig.5 The improved arrangement of burner bands )卫燃带的设计从两方面考虑了结渣问题以及其对锅炉运行特性的影响23、。在总卫燃带面积的确定上，根据国内同煤种的实践经验，避免因卫燃带总面积选取过大而造成炉内结渣、蒸汽温度偏高以及排烟温度升高等问题。同时，利用背火侧卫燃带分块布置方式的思想，合理选择了每块卫燃带的大小及其间隔距离。06年10月份大修期间在该贫煤锅炉上实施了上述改进措施。大修后，燃煤发热量下降了近3MJ/kg，其煤灰的结渣趋势有所增强。在这样的燃煤及卫燃带总面积增加的情况下，在150MW负荷下，燃烧器区域火焰温度比大修前还提高了30多，比同型炉（No2，未增加卫燃带）170MW负荷下的燃烧器区域火焰温度还略高一些。这表明，No1锅炉的低负荷稳燃能力得到了很大提高。从大修后投运至今，No1锅炉的燃烧24、稳定明显提高，其助燃油用量明显下降，锅炉未出现锅炉因燃烧不稳造成的灭火事故；相反，No2锅炉出现过2次因燃烧不稳造成的锅炉灭火事故。此外，No1锅炉新增加的卫燃带上基本无结渣现象，而原有卫燃带上的结渣现象则明显减轻。由此可见，No1锅炉的卫燃带面积虽然增加，但炉内结渣现象反而减轻。这表明，该炉的卫燃带设计与改造是成功的；同时也表明，燃烧器背火侧卫燃带分块布置技术在预防结渣方面具有明显的作用。需要说明的是：由于是改造项目，该方案的设计在一定程度上迁就原有的卫燃带布置；但在稳燃和预防结渣方面仍然取得了比较明显的效果。由此可见，“切圆燃烧锅炉背火侧卫燃带分块布置方式”非常值得在燃用难燃煤种的切圆燃烧25、锅炉上推广应用。6 结束语1、 切圆燃烧锅炉燃烧器背火侧卫燃带分块布置方式是一种卫燃带的新型布置方式，该方式根据切圆燃烧锅炉的结渣规律将卫燃带分块布置在燃烧产物不易冲刷到的燃烧器背火侧水冷壁上，在稳燃的同时解决了卫燃带上严重结渣的问题，较好地解决了卫燃带技术工程应用中的结渣问题。2、 在采用传统卫燃带技术的切圆燃烧锅炉上，普遍存在的背火侧卫燃带上结渣轻微和基本不结渣的事实早已经证明了切圆燃烧锅炉背火侧卫燃带分块布置技术的合理性与有效性。来宾B电厂的运行效果表明；切圆燃烧锅炉背火侧卫燃带分块布置技术能够有效控制卫燃带上的结渣程度。因此，该技术非常值得在燃用难燃煤种的切圆燃烧锅炉上推广应用；当然，也需在应用中不断完善，以便形成适应不同煤种稳燃需要的系列新型卫燃带实用技术。