劉家利，張東旭，但漢鼎，李玉衡，王桂芳，方順利

(1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054;2.青海黃河水電公司西寧發(fā)電分公司，青海 西寧 810000)

0 引 言

煤樣的著火、燃盡以及結(jié)渣等燃燒性能是鍋爐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。在高原條件下，由于O2分壓降低，煤樣的著火和燃盡性能變差，而結(jié)渣性能沒有明顯變化[1-2]，因此高原地區(qū)鍋爐設(shè)計(jì)應(yīng)適當(dāng)考慮增加穩(wěn)燃和燃盡的措施。如果高原地區(qū)鍋爐設(shè)計(jì)不合理，易引起鍋爐滅火、飛灰和大渣含碳量高、排煙溫度高、廠用電率高等影響鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題[3-7]。袁穎等[8]給出了高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)的修正原則，并于2002版 《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》(本文簡稱“爐膛選型導(dǎo)則”)中明確了高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)的修正方法[9]。

近20年，我國大容量高參數(shù)機(jī)組迅猛發(fā)展，機(jī)組容量擴(kuò)大，蒸汽參數(shù)等級(jí)提高，同樣容量的機(jī)組，在相同負(fù)荷下需要的燃煤輸入熱量降低。另外，為了保證機(jī)組在低NOx燃燒條件下的燃燒經(jīng)濟(jì)性，大容量機(jī)組多選用了較大的爐膛容積，即較小的爐膛特征參數(shù)。因此，2015版《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》對(duì)平原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)選取進(jìn)行了修正，但高原地區(qū)爐膛特征參數(shù)修正原則仍沿用2002版，可能會(huì)導(dǎo)致爐膛容積增加過多，同時(shí)當(dāng)海拔達(dá)到一定高度時(shí)會(huì)給鍋爐設(shè)計(jì)帶來困難。范文斌等[10]提出焦炭的燃燒控制整個(gè)燃燒過程，在高原條件下，焦炭的燃盡時(shí)間增加?；谏鲜隼碚?，黃必重等[11]指出，為了達(dá)到與平原地區(qū)相同的煤粉燃盡度，高原地區(qū)鍋爐需提高煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間。張洪巖等[12]提出高原地區(qū)鍋爐輪廓修正主要是提高燃盡高度。李東鵬等[13]也提出適當(dāng)增加爐膛斷面，將燃盡高度提高更多，不僅可保證煤粉在爐內(nèi)燃盡，還可降低爐膛容積，節(jié)約鍋爐初期投資成本。

隨著大氣壓力降低和煙氣體積膨脹，爐膛內(nèi)煙氣流速增加，爐膛斷面若不進(jìn)行合理修正，保證煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間的情況下，將導(dǎo)致爐膛高度增加過多。因此，非常有必要提出優(yōu)化的高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)修正方法。本文通過考查高海拔條件對(duì)煤粉著火、燃盡、結(jié)渣性能的影響以及煙氣膨脹對(duì)鍋爐爐膛尺寸及受熱面設(shè)計(jì)的影響，提出了切圓燃燒鍋爐在高海拔條件下的熱負(fù)荷參數(shù)修訂新方法。按照新方法，鍋爐為瘦高爐型，爐膛燃盡高度及煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間增加，更有利于高原地區(qū)鍋爐的穩(wěn)燃和燃盡，且爐膛容積降低，有利于降低鍋爐設(shè)備成本。

1 爐膛結(jié)構(gòu)及用途

以四角切圓Π型煤粉鍋爐為樣本鍋爐，鍋爐爐膛輪廓尺寸如圖1所示。圖1中，H為爐膛高度，Π形爐是從爐底排渣喉口至爐膛頂棚管中心線間距離;W為爐膛寬度，左右側(cè)墻水冷壁管中心線間距離;D為爐膛深度，前后墻水冷壁管中心線間距離;h1為Π形爐為最上排燃燒器煤粉噴口與屏式過熱器最下緣管中心線間的垂直距離;h2為最上排燃燒器煤粉噴口(或乏氣噴口)與最下排燃燒器煤粉噴口中心線之間的垂直距離;h3為最下排燃燒器煤粉噴口中心線與冷灰斗上折點(diǎn)的垂直距離;h4為屏底到頂棚管的垂直距離;h5為冷灰斗高度;h6為最上層燃燒器中心距折焰角下折點(diǎn)垂直距離;d2為排渣喉口凈深度;β為冷灰斗斜坡與水平面夾角;α為折焰角下傾角。

圖1 爐膛輪廓尺寸示意Fig.1 Schematic diagram of furnace profile

根據(jù)爐膛容積位置和作用不同，將爐膛容積分為5部分:① I為屏過區(qū)域，布置高溫過熱器和高溫再熱器，保證過熱器和再熱器的輻射吸熱量;② Ⅱ?yàn)殄仩t燃盡區(qū)域，布置燃盡風(fēng)噴口，保證煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，達(dá)到良好的燃燒效率，緩解屏區(qū)結(jié)渣，降低NOx生成濃度;③ Ⅲ為鍋爐的燃燒器區(qū)域，布置燃燒器，考慮穩(wěn)燃和防結(jié)渣;④ Ⅳ在最下層燃燒器和冷灰斗之間，主要考慮大渣的燃盡和冷卻，對(duì)于易結(jié)渣煤種，為防止冷灰斗結(jié)渣，需選用較大的h3值;⑤ Ⅴ為冷灰斗區(qū)域，用于冷卻和排出灰渣，冷灰斗斜坡與水平面傾角為50°～55°。

2 爐膛選型導(dǎo)則對(duì)高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)的修正

在爐膛選型導(dǎo)則中推薦了標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101.3 kPa)下的爐膛熱負(fù)荷特性參數(shù)，一般認(rèn)為適用于海拔不超過500 m(較難著火煤及中等著火煤)或700 m(較易著火煤)的平原地區(qū)，否則爐膛熱負(fù)荷特性參數(shù)值、爐膛輪廓尺寸應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)修正。

2.1 爐膛容積熱負(fù)荷修正

平原地區(qū)選定的爐膛容積熱負(fù)荷上限值為qV，則高原地區(qū)(海拔高于500(較難著火煤及中等著火煤)～700 m(較易著火煤)，下同)的爐膛容積熱負(fù)荷按燃燒產(chǎn)物等停留時(shí)間的原則修正為

qVG=qV(P/P0)

(1)

其中，qVG為高原地區(qū)爐膛容積熱負(fù)荷上限值，kW/m3;P為當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄髿鈮?，kPa;P0為參比大氣壓，取98(較難著火煤及中等著火煤)～96 kPa(較易著火煤)。式(1)說明高原地區(qū)鍋爐爐膛有效容積至少是平原地區(qū)鍋爐的P0/P倍。

2.2 爐膛斷面熱負(fù)荷修正

爐膛斷面熱負(fù)荷的修正為

qFG=qF(P/P0)2/3

(2)

其中，qFG為高原地區(qū)爐膛斷面熱負(fù)荷可用值，MW/m2;qF為平原地區(qū)選定的爐膛斷面熱負(fù)荷可用值，MW/m2。對(duì)于切向燃燒和墻式燃燒鍋爐，若P/P0>0.96，qF不做修正。

2.3 燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷修正

按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選定平原地區(qū)燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷上限值為qB，則高原地區(qū)仍沿用平原地區(qū)選定值。

2.4 爐膛燃盡區(qū)容積熱負(fù)荷修正

爐膛燃盡區(qū)熱負(fù)荷上限值采取與爐膛容積熱負(fù)荷相同的處理方法，即

qmG=qm(P/P0)

(3)

式中，qmG為高原地區(qū)爐膛燃盡區(qū)容積熱負(fù)荷上限值，kW/m3;qm為按標(biāo)準(zhǔn)選定的爐膛燃盡區(qū)容積熱負(fù)荷上限值，kW/m3。

2.5 爐膛燃盡區(qū)高度修正

對(duì)于切向燃燒及墻式燃燒鍋爐，如采用爐膛燃盡區(qū)高度h1做爐膛選型輪廓特征參數(shù)之一，則高原地區(qū)的鍋爐h1G取值修正為

h1G=h1(P/P0)-1/3

(4)

其中，h1G為高原地區(qū)爐膛燃盡區(qū)高度，m;h1為按標(biāo)準(zhǔn)條件選定的爐膛燃盡區(qū)高度，m。h1增加，表示煤粉顆粒的燃盡時(shí)間加長，并使?fàn)t膛出口煙溫降低，防止?fàn)t膛出口處受熱面結(jié)渣。

2.6 其他參數(shù)修正

大氣壓降低，燃燒器一、二次風(fēng)出口參數(shù)(風(fēng)率、風(fēng)溫、風(fēng)速及旋流強(qiáng)度比)一般不變(除非由于一次風(fēng)粉管道的修正計(jì)算影響一次風(fēng)率變化)。為此，原則上，一、二次風(fēng)噴口面積按(P0/P)比率放大，相應(yīng)的燃燒器噴口尺寸和燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸按(P0/P)1/2比率放大，獨(dú)立布置的空氣噴口(二、三次風(fēng)及乏氣噴口)亦然。

3 現(xiàn)有修正方法存在的問題

3.1 660 MW高海拔機(jī)組鍋爐爐膛特征參數(shù)分析

國家電力投資集團(tuán)西寧分公司(以下簡稱“西寧火電”)2×660 MW 機(jī)組是目前國內(nèi)高原地區(qū)已投運(yùn)機(jī)組中容量最大、蒸汽等級(jí)參數(shù)最高且運(yùn)行性能最為優(yōu)良的機(jī)組，本文以該機(jī)組為樣機(jī)鍋爐，分析高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)的修正原則。

西寧火電廠海拔2 445 m，大氣壓為75.20 kPa。鍋爐設(shè)計(jì)煤(魚卡煤)的煤質(zhì)參數(shù)和鍋爐爐膛熱負(fù)荷設(shè)計(jì)參數(shù)以及實(shí)際用煤煤質(zhì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)見表1。爐膛特征參數(shù)根據(jù)實(shí)際用煤的煤質(zhì)參數(shù)、燃煤量以及爐膛幾何尺寸計(jì)算得出。煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間計(jì)算方法參照文獻(xiàn)[14]。高原地區(qū)鍋爐選取合適的爐膛特征參數(shù)和煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，可獲得與平原地區(qū)相同優(yōu)良的燃燒性能，也為高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)的優(yōu)選提供了依據(jù)。

3.2 不同海拔下660 MW高原機(jī)組爐膛特征參數(shù)的推導(dǎo)

表2為不同海拔高度對(duì)應(yīng)的爐膛特征參數(shù)，按照鍋爐爐膛選型導(dǎo)則規(guī)定的高原地區(qū)爐膛特征參數(shù)修訂原則推導(dǎo)出不同海拔下的鍋爐爐膛熱負(fù)荷。

3.2.1 斷面熱負(fù)荷的修正

由表2可見，將該實(shí)際鍋爐爐膛特征參數(shù)反推至平原地區(qū)(海拔高度700 m)，鍋爐爐膛斷面熱負(fù)荷為5.277 MW/m2，而爐膛選型導(dǎo)則規(guī)定對(duì)于著火溫度小于700 ℃的600 MW級(jí)Π型鍋爐，平原地區(qū)該參數(shù)最高可用值為5.0 MW/m2。因此，若根據(jù)爐膛選型導(dǎo)則規(guī)定的高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)修正原則，可能導(dǎo)致高原地區(qū)爐膛斷面過大，尤其是對(duì)于嚴(yán)重結(jié)渣煤種。

表1660MW機(jī)組鍋爐燃煤及爐膛特征參數(shù)
Table1Coalcharacterandfurnacecharacteristicparametersfor660MWboiler

項(xiàng)目負(fù)荷/MWMt/%Aar/%Vdaf/%Qnet,ar/(MJ·kg-1)理論燃燒溫度/℃燃煤量/(t·h-1)固體未完全燃燒熱損失q4/%修正后排煙溫度/℃鍋爐效率/%燃煤輸入熱量/(GJ·h-1)設(shè)計(jì)參數(shù)66014.5023.3943.3817.5601 760326.670.7012294.185 696實(shí)際運(yùn)行66014.3815.9636.2021.6451 950285.200.5111394.236 142項(xiàng)目爐膛過?？諝庀禂?shù)qV/(kW·m-3)qF/(MW·m-2)qB/(MW·m-2)煙氣在爐內(nèi)上升速度v/(m·s-1)煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間τ/s爐膛寬/m爐膛深/mh2/mh1/m爐膛總體積V/m3設(shè)計(jì)參數(shù)1.2069.814.2421.54410.292.1519.82418.81610.25823.48422 665實(shí)際運(yùn)行1.1275.274.5741.66511.342.07

表2海拔高度對(duì)660MW機(jī)組爐膛特征參數(shù)的影響
Table2Effectofaltitudeonfurnacecharacteristicparametersfor660MWboiler

海拔高度/m對(duì)應(yīng)大氣壓力/kPaqV/(kW·m-3)qF/(MW·m-2)qB/(MW·m-2)h2/mh1/m爐膛總體積V/m3爐膛平均溫度θp/℃煙氣在爐內(nèi)上升速度/(m·s-1)煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間/s70093.1796.115.2771.66511.24121.86518 2931 33110.612.061 50084.5487.214.9461.66510.78822.58520 1601 32710.942.072 44575.2077.574.5741.66510.2623.48422 6651 32311.342.073 50065.7767.854.1841.6659.68224.55625 9131 31911.832.084 50057.7559.573.8361.6659.14425.64529 5141 31412.322.08

3.2.2 高原地區(qū)燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷的修正

根據(jù)爐膛選型導(dǎo)則規(guī)定，高原地區(qū)鍋爐選取了與平原地區(qū)相同的燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷。高原條件下，煤樣的著火性能變差，因此高原地區(qū)鍋爐應(yīng)適當(dāng)提高燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷以提高鍋爐的燃燒穩(wěn)定性。另一方面，由于高原地區(qū)斷面熱負(fù)荷降低，爐膛斷面尺寸增加，即使燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷不變，h2減少。

此外，根據(jù)爐膛選型導(dǎo)則規(guī)定，燃燒器噴口含二次風(fēng)噴口需按照(P0/P)1/2比例放大，也將影響燃燒器間距。按照西寧火電660 MW鍋爐燃燒器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，燃燒器之間的總間隔(燃燒器高度h2扣除中間的一次風(fēng)噴口和二次風(fēng)噴口高度總和)為1.2 m左右。當(dāng)海拔高到一定程度時(shí)，需降低燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷以滿足燃燒器噴口設(shè)計(jì)和布置。對(duì)于有嚴(yán)重結(jié)渣傾向的煤種，為了防止燃燒器區(qū)結(jié)渣，一般選取較小的燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷參數(shù)，即拉開燃燒器間距。相對(duì)于四角切圓燃燒鍋爐和前后墻對(duì)沖鍋爐，由于燃燒器層數(shù)少，上下層燃燒器間隔大，在高原地區(qū)可適當(dāng)提高燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷。

3.2.3 燃盡高度h1的修正

根據(jù)爐膛選型導(dǎo)則規(guī)定，結(jié)合爐膛斷面熱負(fù)荷修正，高原地區(qū)h1的修正最終保證了煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間與平原地區(qū)地區(qū)接近。煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間是影響煤粉燃盡的關(guān)鍵因素之一，在高原地區(qū)，低氣壓導(dǎo)致煤樣燃盡性能變差，因此應(yīng)適當(dāng)增加煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，以保證煤粉的燃盡性能。另外，不同燃燒性能煤種的燃盡性能受海拔高度的影響不同，通常情況下，燃燒性能優(yōu)良的煤種受影響程度小于燃燒性能較差的煤種。對(duì)于燃燒性能優(yōu)良但具有嚴(yán)重結(jié)渣傾向的煤種，應(yīng)考慮采用足夠的燃盡高度作為有效的防渣措施之一，高原條件下可不必過多考慮增加煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間。因此，燃盡高度的修正應(yīng)充分考慮煤種燃燒性能及其在平原地區(qū)的鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

3.2.4 容積熱負(fù)荷的修正

根據(jù)爐膛選型導(dǎo)則高原地區(qū)鍋爐熱負(fù)荷參數(shù)修訂原則，爐膛寬、深和高度需同比例增加，由于燃燒器距離h2降低，h1及h5和爐膛寬、深同比例增加，則要求h4+h3的增加幅度更大。h3主要是保證灰渣的燃盡以及防止冷灰斗的結(jié)渣，可不必升高，則h4需增加較多，而h4能滿足受熱面布置即可，因此結(jié)合截面熱負(fù)荷，容積熱負(fù)荷尚有優(yōu)化的空間。

4 高原地區(qū)熱負(fù)荷參數(shù)修正新方法

4.1 高原地區(qū)熱負(fù)荷修正新方法

根據(jù)前述分析，高原地區(qū)鍋爐的熱負(fù)荷參數(shù)的選取應(yīng)綜合考慮海拔、原煤燃燒性能、平原地區(qū)鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)、煙氣流速及煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，為此，本文提出優(yōu)化的高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)修正方法。

4.2 高原地區(qū)熱負(fù)荷修正新方法的優(yōu)點(diǎn)

以燃燒性能優(yōu)良的平原地區(qū)660 MW煙煤機(jī)組為例，考慮低結(jié)渣和嚴(yán)重結(jié)渣2種情況，具體爐膛特征參數(shù)參見表4。按照表3中的修正方法進(jìn)行了爐膛特征參數(shù)的計(jì)算，并將新方法的計(jì)算結(jié)果和爐膛選型導(dǎo)則的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，圖2為2種計(jì)算方法得出的斷面熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷、燃盡高度、爐膛容積熱負(fù)荷、煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間、爐膛內(nèi)煙氣流速、爐膛容積、爐膛折算高度及爐膛高寬比的計(jì)算結(jié)果，圖中“新修訂”和“導(dǎo)則”分別表示按照新方法和爐膛選型導(dǎo)則修正方法得出的計(jì)算結(jié)果。

表3高原地區(qū)四角切圓660MW機(jī)組鍋爐爐膛特
征參數(shù)的修正
Table3Revisionoffurnacecharacteristicparametersinhighaltitudeareafor660MWfourangletangentialcirclecombustionboiler

參數(shù)結(jié)渣性能海拔高度/m修正公式qFG低—中不限qFG=qF(P0/P)k1高—嚴(yán)重不限qFG=qF(P0/P)-0.4qBG低—中高—嚴(yán)重≤2 500qBG=qB>2 500qBG=qB(P0/P)k2不限qBG=qBh1G低—中不限h1G=h1(P0/P)k3高—嚴(yán)重不限h1G=h1(P0/P)0.433qVG低—中不限qVG=qV(P0/P)k4高—嚴(yán)重不限qVG=qV(P0/P)-0.66

表4平原地區(qū)典型660MW機(jī)組鍋爐爐膛特征參數(shù)
Table4Furnacecharacteristicparametersoftypical660MWinplainarea

煤種海拔/m大氣壓力/kPa燃煤輸入熱量/(GJ·h-1)qV/(kW·m-3)qF/(MW·m-2)qB/(MW·m-2)h2/mh1/m爐膛總體積/m3煙氣在爐內(nèi)上升速度v/(m·s-1)煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間/s低結(jié)渣70093.176 14287.005.01.611.4262119 61010.272.05嚴(yán)重結(jié)渣70091.376 14273.774.51.511.5992323 1289.182.51

爐膛折算高度Hz=V/F,爐膛高寬比HW=Hz/Wz,其中,V為爐膛體積，按照DL/T 831—2002《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》計(jì)算得到，m3;F為爐膛斷面面積，F(xiàn)=WD，m2;Wz為折算爐膛深度，Wz=F1/2,m。HW反映了爐膛的形狀特性，該值越大，表明爐膛為瘦高型。

由圖2(a)可見，2個(gè)煤種的斷面熱負(fù)荷均隨海拔升高而降低，且新方法修正后的斷面熱負(fù)荷高于導(dǎo)則修訂結(jié)果。對(duì)于嚴(yán)重結(jié)渣煤種，由于在平原地區(qū)已考慮選取較小的斷面熱負(fù)荷作為有效的防渣措施，爐膛煙氣流速較低，隨海拔升高，選取較低的斷面熱負(fù)荷降低幅度，仍可保證爐膛內(nèi)的煙氣流速。

由圖2(b)可見，按照導(dǎo)則修訂結(jié)果，海拔高度對(duì)燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷無影響，新修訂方法充分考慮了煤種結(jié)渣特性、海拔高度以及燃燒器設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷的影響。對(duì)于嚴(yán)重結(jié)渣煤種，由于平原地區(qū)鍋爐已考慮選取較小的燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷，即更高的燃燒器高度作為有效的防渣措施，隨著海拔的增加，爐膛斷面增加，燃燒器高度進(jìn)一步降低仍可滿足燃燒器布置要求。而對(duì)于低結(jié)渣煤種，由于爐膛斷面和燃燒器高度均較小，當(dāng)海拔高度在一定范圍內(nèi)時(shí)，燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷保持不變可滿足燃燒器布置要求，而當(dāng)海拔高到一定程度時(shí)，由于燃燒器布置要求需降低燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷。

由圖2(c)可見，2個(gè)煤種的燃盡高度均隨海拔的升高而下降，且按照新方法修正后的燃盡高度高于導(dǎo)則修訂結(jié)果，低結(jié)渣煤種隨海拔升高，燃盡高度增加幅度更大。一方面是新方法修訂后的爐膛斷面更小，煙氣流速相對(duì)較高;另一方面，高海拔條件下煤粉的燃盡性能變差，需要更高的煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間保證煤粉的燃盡。對(duì)于嚴(yán)重結(jié)渣煤種，由于平原地區(qū)鍋爐已考慮選取較高的燃盡高度作為有效的防渣措施，燃盡高度的增幅可適當(dāng)降低。

圖2 爐膛斷面熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷、燃盡高度、爐膛容積熱負(fù)荷、煙氣流速、停留時(shí)間、爐膛容積、爐膛折算高度、爐膛高深比修正結(jié)果Fig.2 Comparison of the furnace cross-section heat release rate revision,burner zone wall heat release rate,furnace burn-out height，furnace volume heat release，flue gas velocity,pulverized coal residence time in furnace,furnace volume，furnace height,ratio of the furnace height and depth results

由圖2(d)可見，2個(gè)煤種的爐膛容積熱負(fù)荷均隨海拔的升高而下降，且按照新修訂方法修正后的爐膛容積熱負(fù)荷高于導(dǎo)則修訂結(jié)果，也即按照新修訂方法，可采用更小的爐膛容積，節(jié)約鍋爐成本。另外，由于結(jié)渣煤種選取更低的容積熱負(fù)荷作為有效的防渣措施，隨著海拔升高，爐膛容積熱負(fù)荷可考慮更低的降低幅度，仍可保證煤粉在爐內(nèi)的燃盡。

由圖2(e)可知，2個(gè)煤種爐膛內(nèi)的煙氣流速均隨海拔的升高而升高，且按照新修訂方法修正后的煙氣流速高于導(dǎo)則修訂結(jié)果，該參數(shù)主要受爐膛斷面尺寸影響，采用更高的煙氣流速有利于降低爐膛斷面尺寸。由于嚴(yán)重結(jié)渣煤種平原地區(qū)的煙氣流速已較低，因此隨著海拔升高可選取更高的增幅，仍可保證煙氣流速在正常范圍內(nèi)。

由圖2(f)可見，按照導(dǎo)則修訂結(jié)果，2個(gè)煤種的煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間基本保持不變。按照新修訂方法，平原條件下低結(jié)渣煤種的煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間低于嚴(yán)重結(jié)渣煤種，因此在高海拔條件下，應(yīng)適當(dāng)增加煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間;而對(duì)于嚴(yán)重結(jié)渣煤種，平原地區(qū)鍋爐設(shè)計(jì)已考慮足夠的煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，在高原條件下保持不變或小幅降低，仍可獲得優(yōu)良的燃盡性能。

由圖2(g)可見，2個(gè)煤種的爐膛容積隨海拔升高而升高，且按照新方法修正后的爐膛容積低于導(dǎo)則修訂結(jié)果，采用更小的爐膛容積有利于降低鍋爐制造成本。

由圖2(h)可見，2個(gè)煤種的爐膛折算高度隨海拔升高而增加，且新方法修訂后的爐膛折算高度增加幅度較導(dǎo)則偏高，爐膛為瘦高型，有利于高原條件下煤樣的穩(wěn)燃和燃盡。

由圖2(i)可見，按照導(dǎo)則修訂后的爐膛高深比不變，即爐型不變，而新方法更多地考慮煤樣結(jié)渣性能、原鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)及海拔高度的影響。根據(jù)新修訂原則，對(duì)于低結(jié)渣煤種，隨著海拔的升高，爐膛高深比增加，即采用瘦高爐型可保證高海拔條件下煤樣的穩(wěn)燃和燃盡，而當(dāng)海拔高到一定程度時(shí)，為了保證爐膛內(nèi)的煙氣流速在規(guī)定范圍，須增加爐膛斷面，因此爐膛高深比有所降低。

相對(duì)于爐膛選型導(dǎo)則修正結(jié)果，新修正方法確定的高原地區(qū)鍋爐的特點(diǎn)有:① 考慮了煤種燃燒性能差異帶來的對(duì)爐膛特征參數(shù)選取的影響。② 爐膛斷面熱負(fù)荷下降幅度較低，即更高的斷面熱負(fù)荷有利于保證高原地區(qū)鍋爐的燃燒穩(wěn)定性。③ 在保證燃燒器合理設(shè)計(jì)和布置的條件下盡量增加燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷或保持不變，而當(dāng)海拔高到一定程度時(shí)，必要時(shí)可適當(dāng)降低燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷以滿足燃燒器設(shè)計(jì)要求。④ 按照新方法修正后的爐型為瘦高型，更有利于高原地區(qū)煤粉鍋爐的穩(wěn)燃和燃盡。

4.3 其他參數(shù)

平原地區(qū)不同燃燒性能煤種的鍋爐爐膛特征參數(shù)有較大偏差，且著火和燃盡性能受海拔高度的影響程度也不同，為了給高原地區(qū)新建機(jī)組提供最準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)，建議燃煤進(jìn)行高原燃燒性能測試。

對(duì)于平原地區(qū)煤粉氣流著火溫度>650 ℃的燃燒性能中等偏差的煤種，不建議在海拔3 000 m以上的地區(qū)燃用，此時(shí)煤樣的著火性能變差，且鍋爐熱負(fù)荷參數(shù)較低，可能產(chǎn)生滅火、飛灰含碳量升高等問題，需采用敷設(shè)衛(wèi)燃帶等強(qiáng)化燃燒的方法，且衛(wèi)燃帶敷設(shè)面積較平原地區(qū)偏多。

5 結(jié) 論

1)充分考慮煤種燃燒性能差異以及海拔高度對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)的影響，提出了新的高原地區(qū)鍋爐爐膛特征參數(shù)修正方法。

2)與爐膛選型導(dǎo)則規(guī)定的高原地區(qū)爐膛特征參數(shù)修訂結(jié)果比較，按照新方法修訂后的爐膛斷面熱負(fù)荷、爐膛燃盡高度及煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間增加，鍋爐為瘦高爐型，有利于高原地區(qū)鍋爐的穩(wěn)燃和燃盡，且爐膛容積降低，有利于降低鍋爐設(shè)備成本。