2.1鍋爐概況
    本課題主要的研究對象是某電廠2#機組35t/h鍋爐，該鍋爐是無錫鍋爐廠生產的中溫中壓鍋爐機組，原設計燃用淮南大通煙煤，拋煤機倒轉鏈條爐排燃煤鍋爐，配6MW發電機組。鍋爐爐膛尺寸約為4x4x8米，爐膛四周布置光管水冷壁。原鍋爐有三股風量：爐排風、播煤風和二次風，鍋爐原基本設計參數見附錄A、鍋爐原結構參數見附錄B、鍋爐受熱面換熱參數見附錄C。鍋爐原爐膛和風口如圖2.1和2.2所示，噴口數量和尺寸參數見表2.1。
 
    原設計鍋爐由于使用拋煤機燃燒方式，較好地適應了當地的劣質煤的燃燒特點，但是由于拋煤機的一些固有燃燒特點，比如燃燒效率對煤的粒度分布極其敏感，實際煤種的粒度偏細時，有可能造成鍋爐熱效率的大幅度下降和煤耗的急劇上升。
2.2燃燒特性計算與改造中的問題
    鍋爐改造項目的實施目標是：在燃料轉換之后，能夠維持鍋爐的過熱汽溫，能夠維持鍋爐的額定負荷或略低于額定負荷以保證正常運行，進一步的目標是追求高的熱效率。
    生物質除了表觀物理性質與煤有顯著差異之外，燃燒特性也與煤有所不同。附錄D中計算并列出了生物質與原設計煤種燃燒性能的對比數據。通過這些數據可以分析生物質燃燒的一些基本特點和燃燒過程組織的一些基本原則。
1)揮發分含量遠遠高于煤炭（見附錄D中第7項）
    這個特征使得生物質燃料具有容易著火和燃盡的優點，通常不必考慮低負荷穩燃措施。只要組織合理，生物質的燃燒效率要遠高于燃煤。
    由于揮發分高，因此燃燒特征是爐膛空間內的均相燃燒過程的放熱份額要大于燃煤，因此要求在爐膛內組織足夠多的助燃空氣，同時大幅度減少爐排風量，爐內混合條件也應當強化，以避免造成較大的q3（氣體化學不完全燃燒熱損失）。
2)燃燒功率相等時，燃燒過程需要的空氣量和生成的煙氣量要略高于煙煤
    從附錄D中第35、36、37、38項的數據中，可以看出，同樣負荷下，生物質燃燒需要消耗更多的（約多0. 3%-8%）空氣，同時也產生出更多（約多3.8%～l1.3%）的煙氣，這主要是由于生物質含氧量和折算水分特別高的緣故（見附錄D中第4項）。
    進行燃料置換時，既要考慮流量增加時，風機風量和壓頭是否能滿足要求，又要考慮煙氣量的增加帶來的對流受熱面煙氣流速的增加，以而在其他條件不變時，可能造成過熱器超溫的問題。
3)生物質灰分組成與煤有很大差別
    灰分組成中，S102和Al203是酸性氧化物，其余的金屬氧化物是堿性氧化物，酸性氧化物與堿性氧化物的比例決定了灰熔點。生物質的灰分特征是堿性氧化物比例高、灰熔點低，具體數據比較見附錄D中第10 -20項。以上特征是生物質直接燃燒發電系統的最大障礙，尤其是堿性氧化物中大量存在的氧化鉀和氧化鈉屬于升華組分，800～850℃以上升華，容易在受熱面的冷壁面上凝結造成水冷壁結渣，如果爐膛出口煙溫高于其升華溫度，可能會出現高溫段過熱器管束入口處因為結渣而堵塞煙氣通道的嚴重后果。
    水冷壁結渣會減少其吸熱量，而原鍋爐的結構設計中，水冷壁的吸熱量偏低而省煤器的設計吸熱量偏高，改燒生物質后可能陷入水冷壁結渣、爐膛溫度走高、水冷壁結渣趨于嚴重、爐膛溫度更高的惡性循環，并進一步影響到過熱汽溫。
    由于對高鉀鈉組分的灰的玷污性缺乏基礎經驗數據積累，上述過程的影響程度目前無法判別。從國外熱衷于發展昂貴的生物質氣化發電技術來看，高鉀鈉組分的灰在大型生物質直接燃燒系統中仍然是一個難題，而解決問題的關鍵在于控制爐膛出口煙溫。
    由于生物質的含氧量高、熱值低、煙氣量大（見附錄D中第1、4、40項），所以其絕熱火焰溫度要低于煤炭（通常要低100～200℃），其他條件不變時爐膛出口煙溫要較燃煤時低，爐膛出口煙溫下降也影響到過熱器傳熱溫差使之下降。
    綜合考慮以上各個方面，可以認為能否順利實現燃料轉換的關鍵在于兩個方面：能否避免水冷壁和過熱器嚴重結渣，以及能否在噴水減溫器工作上下限的范圍內維持過熱汽溫。這兩個問題都指向爐膛出口煙溫這個關鍵的運行參數，所以在改造中對該參數應特別重視。
  燃料轉換后過熱汽溫的變化趨勢受到一些因素的復雜影響，如水冷壁玷污程度，有些與采用的控制爐膛出口煙溫的措施有關。
  燃料更換后鍋爐的主要運行參數會發生變化，以下分析參數變化的影響因素：
1)爐膛出口煙溫
    由于爐膛出口煙溫是生物質燃燒系統的核心參數，目標是改造后將它控制在800℃左右。原來系統缺乏對該參數的調節手段，因此改造的重點是建立可以調節爐膛出口煙溫的機制。在不改動爐膛結構的前提下，控制爐膛出口煙溫的可能的技術措施有：
①調節熱風溫度：如在空氣預熱器的空氣流程上增加一個冷風旁路降低爐膛出口煙溫，但鍋爐熱效率會下降。這是以犧牲鍋爐的經濟性為代價的，一般不采用。
②增加入爐風量：入爐風量增加，過量空氣系數也會增加，可以降低爐膛出口煙溫，同時鍋爐熱效率下降。顯然這也是以犧牲鍋爐經濟性為代價，但是換取了一個方便有效的調節手段。
③調整爐內溫度分布：通過改變爐膛內的配風模式調整火焰中心的位置，從而達到改變爐內換熱量的效果，爐膛出口煙溫也隨之改變。它在不影響排煙熱損失q2前提下完成了調節任務，與爐內流場的組織相結合，還可能降低化學不完全燃燒熱損失q3和機械不完全燃燒熱損失q4。這是一種理想的模式，它在提高鍋爐熱效率的同時，獲取了一個爐膛出口煙溫的調節手段。
2)過熱汽溫
    過熱汽溫的影響因素極其復雜，除了負荷波動的影響之外，其他可能的相關因素分析如下：
    更換燃料后引起的過熱汽溫超溫的因素有：煙氣流量增加、爐膛出口煙溫上升、水冷壁結渣、減溫器換熱量不足；引起過熱汽溫不足的因素有：煙氣流量下降、爐膛出口煙溫下降、過熱器結渣。
3)鍋爐出力
    更換燃料后，燃燒系統本身對出力的影響不大，主要影響因素在于煙氣流量和結渣。煙氣流量大幅度增加和過熱器嚴重結渣會造成過熱汽溫不足，同時煙氣阻力上升，引風量不足；水冷壁嚴重結渣造成蒸發量不足或過熱器嚴重超溫，誘發過熱器和省煤器爆管。
4)鍋爐熱效率
   更換燃料后，熱效率的主要影響因素有：
①煙氣流量：煙氣流量的增加造成排煙溫度和排煙量上升，加大了q2熱損失，造成鍋爐熱效率下降；
②配風：如果配風合理，將有效提高燃燒效率；但是如果運行中配風失調-可能造成大量的可燃氣體不能燃盡，q3將增加，鍋爐熱效率下降：
③殘碳：生物質燃料容易著火和燃盡，灰渣和飛灰的含碳量將下降，q4將減小，鍋爐熱效率上升；
④結渣和積灰。
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