1 概述
　　拔都里斯克机器制造股份公司(зпо)是俄国大型电站锅炉制造厂家之一。于20世纪70年代初就已建制了燃用厄奇巴斯图斯克（以下简称“厄”煤）高灰分煤、功率500 MW的П－57型固态排渣煤粉炉。当今，计有16台该型炉在运转，其中2台装在特罗伊茨克电厂，4台装在里弗钦斯克电厂，8台在厄奇巴斯图斯克1号电厂(ЭГPЭC－1)，2台在厄奇巴斯图斯克2号电厂（ЭГPЭC－2）。此外，还为南哈萨克地区电厂研制了相同的锅炉机组。
　　首台П－57（П－57－1）型样品炉于1972年设计制成，装在特罗伊茨克电厂 ，1974年投产。　　
    首台炉取得经验后^［1，2］，在它基础上接着又开发了П－57－2及П－57－3型系列锅炉。这些炉的炉膛水冷壁在结构上作了改进，把“上辐射部”的下垂竖直段水冷壁合并到上辐射部水平受热面内。2台П－57－2型炉装在里弗钦斯克电厂。另外，第3台的П－57－3改进型炉把“再生”式换成多管式空气预热器 。ЭГPЭC－1电厂的3号至8号炉安装了П－57－3改进型炉，见图1(a)，该炉把“走廊”区取消，而在此处装第Ⅱ级省煤器，加大“下辐射”部和“中辐射”部受热器，焊口在7 m以上，以提高它的工作可靠性。

2 П－57改型锅炉的结构特点
　　以上所述的П－57改进型锅炉均配置带锤击磨炉膛侧墙二层上的24只对冲布置的旋流式燃烧器（每套制粉系统供同一层上的3只毗连燃烧器），锅炉燃用干基灰分39%的“厄”煤。
　　除里弗钦斯克电厂锅炉外，其它炉子都配置装在空预器“冷”侧的一次风机，把干燥－通风剂输进锤击磨。一次风在单独的（8台空预器中的3台）的“列”型管式空预器内加热。而里弗钦斯克电厂锅炉的制粉系统则采用单独装在空预器出口“热”侧的热风机，把空气输进磨煤机。
　　在首台П－57型炉［3，4］烧“厄”煤经验基础上研制了改进型的П－57Р型炉，见图1(b)。设计燃用煤种的干基灰分为48%，最高为55%(纯属劣质燃料)。炉顶结构作了重大改进。双面裸露的水冷壁与炉膛侧墙相连以消除结焦和积灰，撤除沸斯登管，在水平烟道下水冷化。装用6台中速磨直吹式制粉系统。煤粉输至燃烧器系统略作改进(每套制粉系统供4只燃烧器)。П－57P型样品炉装在ЭГPЭC－2厂 ，1990年投产。同型的第2台炉1993年投产。第2台炉和第1台炉不同，把炉膛改成配置槽形直流式燃烧器的“双旋绕”切圆燃烧炉膛，空气按不同层燃烧分段输入并从炉膛不同高度分段给进，目的是降低NOx生成。
3 制粉系统的配置
3.1 带锤击磨的制粉系统
　　20世纪70年代初期，燃用“厄”煤大型炉(300 MW)广泛应用中间储仓式或直吹式制粉系统^［5，6］。在这期间，由于锤击磨技术上的突破，提高了击锤和易磨损元件的寿命，所以，在П－57型锅炉上都配置MMT－2600/2550－590型锤击磨直吹式制粉系统（П－57P型炉除外）。
　　全俄热工研究院乌拉尔分部等有关单位^［7～9］对配该型磨的制粉系统进行检验，试验结果表明：在设计通风量Qm″＝75 000 m3/h，磨煤出力50 t/h时的单位磨煤电耗为16～17 k W·h/t，煤粉细度R90为15%～18%，磨煤机—粗粉分离器—煤粉分配器的阻力为1.8～2.0 kPa，在磨煤出力变化范围内，煤粉质量优异(分散性系数n为1.0～1.5)。
3.2 中速磨的应用
　　国外大型发电机组大量使用带中速磨的直吹式制粉系统，磨煤构件的使用期相当长（5 000～15 000 h），显现出该制种粉系统的优点。于是俄方向德国“BaBcoke AG”公司申购了生产MPS2650型中速磨专利，制作该型磨，样机装在ЭГPЭC－1电厂5号锅炉机组上磨制“厄”煤，作工业试验性检验，俄中央机炉研究院科技生产部等单位^［10］参与了该磨的长期运行试验。ЭГPЭC－2电厂头2台П－57Р型炉，安装了该型磨磨制高灰分“厄”煤。运行经验结果表明：尽管该型磨在结构上还有些缺陷，但从磨的使用寿命和磨煤经济看总体是好的。
　　制粉系统试验结果得：磨出力为75 t/h，煤粉细度R90＝18%，磨煤单耗为11～12 k W·h/t，带粗粉分离器磨煤机阻力不超过5．3 kPa^［11］。
　　磨灰分w(Ad)＞48%煤，在推荐通风量输进磨时，漏煤量极少(20～60 kg/h)，石子煤的灰分w(Ad)为70%～75%，发热量Qnet，daf为2 100～3 800 kJ/kg。
　　MPS－2650型中速磨弧形磨盘和辊子抱箍用4 X8H4特殊合金制作，抱箍最初厚度120 mm。弧形磨盘均匀磨损，相应抱箍也磨损均一。制粉系统初期运作所取得的易磨件的磨损数据：2台试验磨在磨煤出力约57 t/h下，平均运作8 084 h后，辊子抱箍的磨损量为20 mm，弧形磨盘为14 mm，磨损率分别为17%及12%。对于这些易磨元件的磨损，尚待进一步深入研究，它的使用寿命还欠缺具有足够代表性的数据。
4 煤粉分配器的应用
　　输进燃烧器煤粉和干燥剂的分配技术是保证炉内工况合理的关键，煤粉分配器结构型式的选择，显得至关紧要。对于装设锤击磨炉，采用结构十分简单的煤粉分配器能满意解决煤粉和干燥剂分配。而对于安装中速磨的П－57Р型炉，烧高灰分“厄”煤时，需加大通风量，这时，需装煤粉分配器－浓聚器装置。但在采用旋流燃烧器的П－57Р型炉上，这种煤粉分配器－浓聚器倘若不作专门改进，将难以保证初期运行时煤粉和干燥剂得到满意的分配。于是，对煤粉分配器内的煤粉排放管做了切断处理，使煤粉分配的不均度得到改进，不均度Δδmax＝30%。这时，煤粉管的断面积和燃烧器流道需作相应修正。
　　对装直流燃烧器的П－57Р型炉配置的煤粉分配器－浓聚器进行试验，结果得 ：靠边侧的制煤系统输进“乏气”燃烧器的干燥剂为34%，煤粉为13%。而装在中间的制粉系统输进“乏气”燃烧器的干燥剂为24%，煤粉为5%。输进主燃烧器煤粉和干燥剂的分配相当均匀(Δδmax＝20%)。
5 一次风系统的应用
　　在空预器“冷”侧装设一次风机时，在1台炉上风机台数可减少到仅需2台，而且是在合适温度下运作，并能布置得恰到好处。
　　另一种方式是在空预器后为每台磨单独装配1台一次风机(下称“热风机”)。由于热风机可采用导向器达到高质量调节风量，因而便于实现制粉系统和风道的自动调控。在这种情况下，还能消除在空预器前装一次风机系统所固有的缺点，即风道的压力高，空预器需分成一次加二次风区，使调控系统复杂化等弊端。
　　安装单独热风机的制粉系统不足之处是需配8台风机，且在高温空气条件下运作，风机本体质量和运行可靠性要求高。对于中速磨采用这种系统时，还需制作“非标”热风机。
　　在空预器“冷”或“热”侧装设一次风机，对于它们的应用前景，判据是经济性对比。这可用消耗于全部风机上的计算电耗评估，虽然有部分电量被制粉系统耗用(克服磨煤机阻力)。
　　表1示出处理1 t原煤消耗在通风上的计算单耗。
                    
                    
    由表1所列的计算数据可以看出，两种系统消耗于通风的总单位电耗相近。
6 装旋流式燃烧器П－57型炉的运行经验
　　配置旋流式燃烧器的П－57型炉试验及运行经验表明：设计的工况及结构参数能最终保证要求条件(具有绕炉膛中心线的反向旋流，气粉混合物和空气强烈掺和)是烧“厄”煤粉能提早和稳定着火并有效燃烧的前提。燃烧器保持确定的参数诸如 ：一、二次风旋流强度（n1为1.1～1.5，n2为2.5～3.0），一、二次风流速（w1为15～20 m／s，w2为25～30 m／s），它对保证锅炉基本工况运行极为重要。倘若这些参数低于极限值，燃烧器的空气动力特性将变差，直至绕炉膛中心轴线旋流区消失为止。一旦缺少旋流燃烧将延迟着火，燃尽恶化。这种要求与二次风为单通道或双通道的燃烧器有关系。
　　分析ЭГPЭC－1及ЭГPЭC－2电厂装旋流燃烧器的П－57－3 M和П－57Р型炉，不同型式磨煤机试验结果表明：П－57Р炉在低负荷时的固体不完全燃烧损失(q4)较高，原因是一次风率αI较大，燃烧器机构偏离设计工况运作，全部气粉混合物都输进燃烧器的主流道，未能取得改进最终效果。这时，燃烧器出口流速增大到21～23 m/s(П－57－3 M炉为15～18 m/s)，在锅炉额定负荷(DN)的70%时，二次风与一次风的速比w2/w1降低到不许可值(17－57－3 M炉改前为1.1，现降到0.55)。
　　П－57型炉的炉膛为矩形断面，深21 840 mm，宽9 840 mm。炉墙为整片水冷壁，炉膛容积热强度qV＝481 MJ/(m3·h)，断面面积热强度qA＝21MJ/(m2·h)，炉膛出口烟温θl″＝1 208℃(П－57－3 M炉额定负荷时的计算参数)。
　　ЭГPЭC－1电厂П－57－3M炉烧平均特性Qnet，daf为12 730～16 950 kJ/kg且w(Adaf)为31%～41%的“厄”煤，ЭГPЭC－2电厂П－57Р炉烧Qnet，daf为10 300～17 460 kJ/kg且w(Adaf)为56.7%～35.5%的“厄”煤，燃烧器和炉膛运行工况参数保持接近设计值。可保证着火、燃烧相当稳定(在(0.6～0.65)DN时)，燃料燃烧经济性高，q4为1.0%～1.5%。由炉膛的空气平衡观察到能达到这种效果时的数值为：
　　a）省煤器进口的过量空气系数α′sm为1．15～1．25；
　　b）一、二层燃烧器的过量空气系数αr为1．0～1．05；
　　c）不运作冷燃烧器中心流道的空气份额Δαl＝0．07；
    d）炉膛漏风率Δαt为0．5～0．07。
　　ЭГPЭC－1电厂П－57－3 M炉强燃烧区的温度水准为1 430～1 570℃，位于离第二层燃烧器高1．5～2．0 m处，而ЭГPЭC－2电厂П－57Р炉则离5～7m。这主要决定于炉内的过量空气系数，与煤粉细度关系不大。这些参数对炉膛出口烟温影响甚微［11］。ЭГPЭC－2电厂П－57Р炉高温区移向炉膛高位地带，这是由于一次风份额过大导致气粉混合物着火延迟、燃尽拖后的结果。两炉的炉膛出口烟温大致相同，保持在1 150～1 200℃水准。
　　ЭГPЭC－1电厂П－57炉调试经验说明：运作中的燃烧器燃料和空气载荷分配较均匀是合理的，对燃料的经济燃烧和辐射受热面的运转条件均有利。
7 装直流式燃烧器П－57Р型炉的运行经验
　　ЭГPЭC－2电厂П－57Р炉装用竖槽直流式燃烧器(图2(a))从一侧把气粉混合物射入炉。燃烧器切向安装，气粉混合物流道装在使炉膛气流产生旋绕的一侧(图2(b))，各燃烧器二次风从2个流道射入，其中一个流道和气粉混合物流道平行 ，另一个偏向炉墙一侧。该炉把燃烧机构改成切圆燃烧系统，从一侧把气粉混合物通过竖槽直流喷嘴射入炉，实质上已构成了“分段”燃烧(即旁侧燃烧器，三次风,按层分配燃料)。这种燃烧系统比传统系统(装旋流燃烧器)具有一定优点。在燃料稳定着火燃烧以及燃烧经济性实际相同条件下，炉温水准较高，NOx生成较少。
                      
    试验得到的锅炉运行技术经济指标如下：在折算锅炉热负荷(0.77～0.97)DN范围变化、省煤器进口最佳过量空气系数α′sm为1.15～1.18及煤粉细度R90为12%～18%时，热损失为2.0%～2.5%。改炉调试得到的数据如下：标高25 m处火焰温度最高，它和装旋流式燃烧器炉膛火焰中心位置相应。改后锅炉最高火焰和炉出口温度比装旋流燃烧器炉低约100℃^［11］。以双切圆旋绕气流烧“厄”煤水冷壁受热面的运作效率极高。在负荷接近额定值(0.91～0.97)DN、投5套制粉系统且靠边侧制粉系统乏气煤粉管切断、α′sm＝1.18时，炉膛出口烟温为1 200℃，接近于额定负荷的计算烟温1 211℃。
　　投用乏气煤粉管，燃烧器速度工况额定时，炉出口烟温约降低40℃。低负荷(0.77 DN)时，投靠边侧4套制粉系统，第一、第二层燃烧器出口温度比负荷在0.7 DN的温度1 110℃低约60℃。5套制粉系统联合运行时，沿炉膛高度基本上是均等输入燃料，这时，炉膛上部的温度变化25～50℃。
　　该型炉膛机构的特征之一(在调试时观察到)：2套制粉停用1套，会影响燃烧器层火炬形态，特别是下层区间。在负荷(0.93～0.94)DN，α′sm为1.15～1.25且边侧制粉乏气切断时，炉膛计算的平均热有效系数ΨPJ＝0.41～0.43，比制造厂作热力计算时取用的ΨPJ(J)＝0.4略高。投乏气煤粉管，α′sm为1.15～1.18时，在整个运行负荷范围内，炉膛热有效利用系数实际为一常量，ΨPJ＝0.45。
　　在负荷为(0.77～0.96)DN时，投4或5套制粉系统，炉内空气平衡及燃烧器流道 、喷嘴流速特性如表2。
                       
                       
8 氮氧化物(NO_x)生成的抑制
　　表征炉室特性除了经济指标和受热面运作条件下的温度外，另项是排烟的氮氧化物(NOx)含量水准。所以ЭГPЭC－1，ЭГPЭC－2电厂在开发应用和调试所有П－57型炉时，特别注意这个问题，对排烟的NOx质量浓度进行了实测 。ЭГPЭC－1电厂П－57－3型炉在负荷(0.6～1.0)DN下，制粉系统以不同组合方式运作，得：NOx质量浓度为700～1 100 mg/m³(标准状态)。伊尔玛柯夫斯克电厂ПK－39－11炉所测结果与上相同。
　　对ЭГPЭC－1电厂装二次风为双流道旋流式燃烧器的П－57－3 M炉进行了该问题的详细探讨。试验结果(图3)表明：负荷0．7 DN，α′sm为1．15～1．25时，NOx质量浓度为1 100 mg/m³。应指出：若把燃烧器主流道内旋流导叶装置角从55°关小到35°，则NOx质量浓度将减少30%，把通经燃烧器中间流道的二次风流量减少约40%(与主流道风量相比)，则NOx质量浓度可降低15%。借制粉系统不同组合方式运作，检验各层燃烧器燃料负载量变化对NOx生成影响，得：把下层燃烧器的燃料量加大2倍，可降低NOx质量浓度约40%。总过量空气系数α′sm降到1.1～1.15时，会使CO含量明显升高。锅炉不允许在这样工况下运作，燃烧器主流道内的二次风旋流又不能降低，造成烧高灰分“厄”煤燃料稳定性下降。
                            

                             
                           
β—燃烧器主流道旋流导叶的装置角；Bs—输入下层燃烧器的燃料量；B—总燃料量；Q_2J—输进燃烧器中间流道的二次风量；Q_2Z—输进燃烧器主流道的二次风量
　　
    图4示出ЭГPЭC－2电厂П－57Р炉负荷在0.7及1.0 DN时，实测NOx质量浓度与α′sm的关系。由图可以看出：在负荷1.0 DN、经济性最高的过量空气系数(α′sm＝1．17)时，NOx质量浓度为1 540 mg／m³。在低负荷(D＝0.7 DN)、α′sm＝1．17(αr＝0．95)、第一层燃料和一次风量较高时，NOx的质量浓度降至980 mg／m³。
　　由取得的数据可知：装旋流燃烧器的П－57Р炉之NOx质量浓度比ЭГPЭC－1电厂配锤击磨的П－57炉略高，比标准值高出多倍。对于这种炉，倘若不对炉膛和燃烧机构作重大改进，要降低NOx排放将十分有限。
　　在保留原旋流燃烧器(双通道空气流道，先进的通流部分)下，可借燃料射流范围或炉膛高度方向组织成“分段”燃烧(在强燃烧区上、下部射进三次风)来进一步降低NOx。
　　ЭГPЭC－2电厂П－57Р炉的改进情况则不同。它的主要改进措施(切圆炉膛分段燃烧)是针对降低NOx的生

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