煤粉锅炉卫燃带的布置

贾洪彬

（中国石油大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆163714）

以某电厂400 MW锅炉机组的热负荷分布曲线为依据，选取卫燃带的敷设位置，卫燃带被分割为大块与小块2种形状，科学敷设在下层燃烧器水冷壁上，有效提高燃烧器喷口附近的温度，使炉膛内煤粉燃烧稳定。下层燃烧器附近敷设卫燃带能减少结焦［1］。按照四角切圆锅炉的燃烧特性，火焰由上层煤粉向下层传递，在燃烧器的背火侧敷设更多的卫燃带，向火侧敷设的卫燃带相应减少，降低卫燃带结焦，起到提高煤粉燃烧稳定性作用［2］。

1 卫燃带布置分析

决定卫燃带布置形式的因素中最主要的是炉内温度和煤粉燃烧情况，在温度较低的位置多敷设卫燃带，阻挡热量过多进入水冷壁，保持炉内温度，在温度较高位置少敷设卫燃带，避免结焦［3］。

1.1 炉内水冷壁热负荷

切圆燃烧锅炉炉膛的形状呈长方体，炉膛的横截面为正方形，炉膛的4角分别布置有燃烧器，燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛内燃烧的同时向上流动，气流呈螺旋状，导致4周水冷壁所接触的热气流的量差别很大，与气流接触越密切位置温度越高，不同位置水冷壁所吸收热量有很大不同［4］。

1.2 基于热负荷曲线的布置新思路

在炉膛内铺设卫燃带适用于燃料质量差，使用劣质煤的锅炉，敷设卫燃带能显著提高炉内温度，当卫燃带降低水冷壁吸收的热量后，炉内温度上升，促进煤粉燃烧稳定性。假如卫燃带均匀的敷设在水冷壁上，虽然也能起到提高炉内温度的作用，但会导致水冷壁的中心位置因较高的热负荷使卫燃带产生局部高温，高温烟气与煤粉与之接触会结焦，因此水冷壁中心位置应减少卫燃带的敷设，在燃烧器喷口附近的低温区域增加卫燃带敷设。国内锅炉改造中常采取敷设卫燃带的方式，通常将大面卫燃带分成若干小块，每小块卫燃带间隔一定的距离，即使卫燃带结渣也无法连成一片，从而起到防止大面积结渣的作用［5］。

2 卫燃带布置方案及验证分析

2.1 锅炉概况

此次研究对象为某电厂400 MW锅炉机组，采取单炉膛、自然循环、全钢架、全悬吊结构，燃烧方式为平衡通风状态下1次中间再热，露天布置，炉膛容积9 230 m3。容积热负荷qv为78.06 kW/m3。断面热负荷qF为3.59 MW/m2。

2.2 实施结果分析

未敷设卫燃带前，该锅炉机组在70%负荷运行时出现燃烧不稳定现象，并需投油助燃，再热蒸汽温度与设计指标相差15℃。

敷设卫燃带后该锅炉基础燃烧稳定性明显提升，再热蒸汽温度也达到到标准，但大面积敷设在高热负荷区域，燃带发生大面积结焦，给锅炉机组带来了严重的安全隐患。

对该锅炉机组进行2次重新敷设卫燃带，此次敷设中减少了高热负荷区域卫燃带的面积，经运行测试，2次改造后该锅炉机组再热汽温度提升10℃，检测飞灰与炉渣中的可燃物发现分别下降4%与13%，整体燃烧效率提升5%，炉膛内煤粉燃烧稳定，锅炉机组的经济性有所提升，但运行一段时间后卫燃带区域仍产生了中度结焦。

在总结前2次改造经验的基础上，决定对该锅炉机组进行第3次改造，此次改造进一步降低卫燃带总面积，在炉厂内敷设的卫燃带总面积下降到46 m2。此次改造后，该锅炉机组未发生明显的结焦现象，炉底渣排出量进一步降低，捞渣系统的负荷大大降低，锅炉的再热汽温提升5℃，锅炉机组性能基本达到设计要求。

3 数值模拟结果

3.1 数值模拟方法

此次研究中采用Gambit 2.4.6对锅炉进行了建模和有限元分析，为了提高分析效率，对模型进行了简化处理，用平面代替膜式水冷壁及过热器，将燃烧器简化为喷口平面，忽略卫燃带厚度的影响，主燃烧区域采取扇形划分网格，网格数130×104，使计算精度与计算效率达到平衡［6］。

采用ANSYS 15.0对炉内燃烧情况进行模拟，此次模拟采用k-e模型进行气流分析，采用P-1模型进行辐射分析，采用壁面函数法单独模拟分析了壁面附近流体，采用随机轨道模型对煤粉流动进行分析，采用双匹配速率模型对炉内的会发特性进行分析，采用混合分数/概率密度函数PDF模型对炉内挥发分燃烧进行分析，采用动力/扩散控制反应速率方程模型对炉内焦炭燃烧进行模拟分析，为了保障计算效率与计算结果准确，此次研究采用SIMPLE算法求解。

3.2 卫燃带变化对温度场的影响

通过对比可以发现改造前炉内温度偏低，高温度范围也较为狭窄；1次改造后温度明显提高，原因是卫燃带的敷设对炉温起到了很好的保护作用，高温区范围也得到了拓宽；2次与3次都采取了适当减少卫燃带面积的办法，导致炉内温度有所降低，高温区范围也相应变窄，印证了卫燃带的敷设面积对炉温的影响非常明显。

3.3 卫燃带的变化对稳燃和结焦的影响

低温区位于喷口附近的背火面，高温区位于喷口附近的向火面，为了使喷口附近温度分度更加合理，提高背火面区域温度，选择在背火面敷设更大面积的卫燃带可以使喷口附近炉温更加合理，实现稳燃的目的。

4 结论

通过模拟分析和现场分析证明，按照锅炉的水冷壁热负荷曲线科学选择卫燃带敷设方案，采取分块式敷设能够起到稳定燃烧的作用。建模分析结果与现场实际测得数据相吻合，说明在锅炉改造中采用敷设卫燃带方案时，通过模拟分析能够得到精确设计方案，不仅可提高锅炉改造效率，也能降低改造成本。在某电厂400 MW锅炉机组的卫燃带改造中采用了分块敷设，参照水冷壁热负荷曲线，在低负荷区域增加卫燃带面积的办法，能够起到稳定燃烧、提高再热蒸汽温度、提高锅炉热效率、炉内无明显结焦的效果。