某热力厂有多台额定蒸发量为75 t/h，过热蒸汽压力3.82 MPa，温度450℃的中压煤粉锅炉。该煤粉锅炉前墙布置3只双蜗壳式燃烧器，两侧墙各布置1台马弗炉用于点火和助燃。长期以来由于实际使用的燃煤质量达不到设计要求，造成炉膛与过热器结焦严重，过热器烟温和主汽温偏高，且运行时燃烧器出口有黑烟，着火滞后，炉膛气流冲刷严重，水冷壁严重磨损，燃烧不稳定，影响了锅炉出力，锅炉蒸发量长期为40~50 t/h。通过综合分析论证，我们对其中1台锅炉实施了使用PW -I型煤粉燃烧器的改造。
1、改造分析与实施方案
通过对该锅炉进行热平衡测试与仿真优化研究，并结合生产实际进行充分论证分析，认为影响锅炉正常运行的主要原因是所使用的双蜗壳式旋流式燃烧器结构及布置与该型号锅炉不匹配。①该燃烧器在运行中火焰扩展度较大，难以调节，在燃烧器出口处，一、二次风旋流很强，粗颗粒煤粉容易被抛出空气区域，进入贫氧燃烧区，甚至旋至燃烧器附近壁面，从而产生炉膛结焦与水冷壁磨损。②在其前墙单线布置3只燃烧器，造成了火焰局部集中，燃烧器区域热负荷过高，使低熔点煤易在该区域内熔化结焦，同时它们离侧墙较近．扩展的火焰容易造成冲墙结焦，燃烧高挥发分煤时，火焰靠近喷嘴，喷口区温度较高，火焰也较长。③马弗炉区域结焦严重，并且用马弗炉点火和助燃扰乱了炉内空气动力场。因此采用了以下改造方案。
(1)采用重油电子点火技术替代原有马弗炉点火装置，并增设锅炉风粉与火焰强度在线监测系统。
(2)用4台PW -I型煤粉燃烧器代替原有双蜗壳式燃烧器，在两侧墙采用对冲布置方式各布置2台燃烧器，并使燃烧器安装高度适当下移，以便适应实际燃煤挥发分较高的特点，降低火焰高度，使燃烧稳定，火焰集中，减轻锅炉结焦，降低炉膛出口烟温，减轻过热器结渣现象。
PW -I型煤粉燃烧器的结构见图1，其结构和运行特点如下：一次风携带煤粉，经由蜗壳以旋流方式进入燃烧器内。三次风也经蜗壳进入，且产生的气流旋转方向与一次风相同。二次风分为两路，一路以直流方式进入燃烧通道，另一路则分为3排由喷嘴分别送人一、三次风所形成的旋转煤粉气流中，三排喷嘴每排4只，均顺着气流旋转的切线方向交错布置，两路二次风均可通过风门进行调节。这样煤粉气流经多级旋转，其旋流强度不断增强，同时因风温逐级升高，可使煤粉得到良好预热，较好地改善了煤粉气流的着火条件，同时火焰刚性也得到了增强，有利于煤粉的燃尽，从而减少了结焦的可能性。此外，该型燃烧器还具有较好的调节性能[3]。
2、改造前后参数对比
锅炉在改造前后所使用煤质相同，低热值为21 900 kj/ kg，挥发分为23. 9%，灰分为20. 8%。在锅炉进行燃烧器改造前后的运行记录中，各主要参数的平均值对比见表1，表中还列出了同期固体不完全燃烧损失和锅炉热效率的实测结果。
从表1可见，在燃用相同煤种时，改造后燃烧效率、热效率和锅炉蒸发量都有明显提高。经一年的运行证实，改造后虽然热风温度有所降低，但锅炉仍然能在70~ 75 t/h蒸发量下长期稳定运行，锅炉燃烧效率和热效率都保持在91%以上，过热器无超温现象，燃烧可控性好，结渣与结焦明显减轻。
3、燃烧区域动力场的测试分析
改用PW -I型燃烧器后，采用等温模化试验方法对该锅炉冷态动力场进行了试验测试，试验中遵循的主要原则是：气流运动状态进入模化区和边界条件相似。
此次燃烧器冷态动力场测试结果见图2，图中，x，y表示炉膛横截面平面坐标（单位为mm）；Vl，V2，V3分别表示第一、二、三排二次风管风速(单位为m/s);括号内外的数据，如1.1(0.8)，分别为炉膛标高8 700 mm和9 700 mm处气流速度（单位为m/s）；外曲线表示燃烧器喷出气体流动边界，内曲线表示燃烧器内气体回流区。气流方向均向上。从测试结果可以看出：
(1)4台燃烧器回流区回流速度较高，由于4台燃烧嚣为两侧墙布置，每侧2台燃烧器旋向相反，单个燃烧器的回流区受相邻燃烧器的气流影响较小，与试验前的理论预测基本一致。
(2)燃烧器出口处气流的回流区深入燃烧器喷口内，与燃烧器的冷态空气动力场的喷出口段相吻合。
(3)各燃烧器的射出气流充满炉膛截面，各气流相互干扰小。
(4)炉膛贴壁处气流上升速度为0.5~1.5 m/s，小于火焰开始冲刷炉墙一般气流速度(2 m/s)，故有效防止了锅炉壁面结焦。
炉膛中间部位，燃烧器射出气流仍维持一定的速度，这对炉膛充满度以及保证燃烧后期混合是有利的。
冷态空气动力场试验结果表明，更换PW -I型燃烧器并采用两侧墙对冲布置时，其燃烧器回流区基本理想，炉膛空气动力场分布比较均匀，充满度比较好，燃烧器出口气流没有冲墙现象，适于实际煤种燃烧。
4、结论
(1)改造后锅炉运行状态明显改善，锅炉蒸发量和热效率有较大提高，降低了蒸汽成本，减少了燃煤消耗量，每年可节约燃煤成本130×104元以上。
(2)采用4只PW -I型燃烧器沿两侧墙对冲布置方式，替代原设计的前墙布置3只双蜗壳燃烧器方式，明显改善了风煤混合状况，有利于稳定燃烧，并能提高炉膛内气流充满度，有效防止了水冷壁及过热器区域的结焦和积灰。这不仅有助于节能和提高热效率，而且提高了锅炉的运转率，减轻了工人的劳动强度。通过测算证实，该项年创经济效益在100×104元以上。
(3)该项技术的成功实施，不仅保证了锅炉在额定负荷下长期安全、稳定、经济运行，而且为同类型锅炉的改造提供了成功的经验，为锅炉燃用贫煤提供了可能。
