次煙煤對沖燃燒鍋爐對煤粉細度和運行氧量的適應(yīng)性研究

谷延宏，李 冰，邱長偉

(國電康平發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 康平 110507)

1 鍋爐設(shè)備簡介

2號600 MW發(fā)電機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司根據(jù)英國MITSUI BABCOCK公司新技術(shù)設(shè)計制造的一次中間再熱、變壓運行、帶內(nèi)置式循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、固態(tài)排渣、單爐膛平衡通風(fēng)、П型布置、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、全封閉布置的超臨界直流鍋爐，型號為HG－1900/25.4－YM3，燃用鐵法次煙煤。鍋爐設(shè)計參數(shù)、鍋爐設(shè)計煤質(zhì)特性參數(shù)見表1和表2。

制粉系統(tǒng)為中速磨煤機正壓直吹式系統(tǒng)，配置6臺HP1063型中速磨煤機，燃用設(shè)計煤種時，BMCR工況下5臺磨煤機運行，1臺備用。燃燒方式為前、后墻對沖燃燒，采用30只低NOx軸向旋流燃燒器 (LNASB)，前、后墻各15只，分3層對稱布置，前墻從下到上布置順序為B、D、C，后墻與之對應(yīng)的燃燒器分別是E、A、F。B和E層燃燒器采用等離子點火器，共計10臺。設(shè)計煤粉細度R90為18%。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 鍋爐設(shè)計煤質(zhì)特性

煙氣依次流經(jīng)上爐膛的屏式過熱器、末級過熱器、水平煙道中的高溫再熱器，然后至尾部雙煙道中分成兩路，一路流經(jīng)前部煙道中的立式和水平低溫再熱器、省煤器;另一路流經(jīng)后部煙道中的水平低溫過熱器、省煤器，最后流經(jīng)布置在下方的2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

2 煤粉細度及運行氧量的選擇

根據(jù)DL/T 831—2002《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》中對運行氧量和煤粉細度的推薦，600 MW容量直吹式對沖燃燒鍋爐爐膛出口過?？諝庀禂?shù)宜選擇1.2～1.3，設(shè)計爐膛出口過量空氣系數(shù)為1.19，接近標準推薦值的下限。

推薦煤粉細度:

R90=K+0.5*n*Vdaf

式中 Vdaf——煤質(zhì)干燥無灰基揮發(fā)分，%;

K——常數(shù)，當 Vdaf＜15%，K=0;當 Vdaf在 15%～25%，K=2，當 Vdaf＞25%，K=4;

n——煤粉均勻性指數(shù)，由分離器型式?jīng)Q定，離心式分離器取1.1。

由上式計算得出，推薦R90為28%，設(shè)計R90為18%，設(shè)計值明顯低于標準推薦值。

根據(jù)上面的分析，過?？諝庀禂?shù)基本符合標準，而煤粉細度R90的取值偏小。下面通過試驗對比的方法觀測鍋爐對過?？諝庀禂?shù)和煤粉細度R90的適應(yīng)性。

3 機組對過?？諝庀禂?shù)的適應(yīng)程度

爐膛出口過剩空氣系數(shù)通過運行氧量來換算，過量空氣系數(shù)1.19對應(yīng)的運行氧量為3.35%。通過改變運行氧量，測量鍋爐在不同氧量下運行時鍋爐效率的高低，來確定目前鍋爐運行的最適合氧量。

負荷為500 MW，T－1、T－2、T－3和T－4分別為最佳氧量的4種工況，對應(yīng)的運行氧量分別控制在2.0% ～2.5%、2.5% ～3.0%、3.0% ～3.5%和3.5%～4.0%。

運行氧量的變化主要影響鍋爐熱效率η中的排煙熱損失q2、氣體未完全燃燒熱損失q3和固體未完全燃燒熱損失q4，而各工況中測得排煙中CO含量幾乎為零，即q3=0，所以在此處忽略該項熱損失的影響。

從表3所列各工況結(jié)果對比可以看出，鍋爐運行的最佳氧量為2.0%～2.5%。根據(jù)計算結(jié)果繪制曲線如圖1所示，從圖1及表3可以看出，隨運行氧量升高，q4呈下降趨勢，運行氧量由2.5%～3.0%增至3.0%～3.5%時，q4下降比較明顯，下降幅度為0.1個百分點;q2呈升高趨勢，運行氧量由2.0% ～2.5%增至3.5% ～4.0%時，q2升高約0.54個百分點。

表3 運行氧量變化前后各工況主要數(shù)據(jù)及鍋爐效率計算結(jié)果

圖1 鍋爐效率及熱損失與運行氧量對應(yīng)曲線

隨運行氧量的升高，η呈下降趨勢，運行氧量由2.0% ～2.5%增至3.5% ～4.0%使η下降約0.47個百分點。運行氧量在2.0%～2.5%區(qū)間運行時鍋爐效率最高，修正前為93.51%，修正后達到93.86%。

由于運行氧量低于設(shè)計值，說明送風(fēng)量低于設(shè)計值，隨運行氧量下降，廠用電率也呈下降趨勢，機組供電煤耗呈下降趨勢。

通過上述結(jié)果可以看出，機組經(jīng)濟性最佳工況為T－1，運行氧量2.0% ～2.5%為500 MW負荷最佳運行氧量。該鍋爐在燃用設(shè)計煤種時過?？諝庀禂?shù)從1.24降至1.10對燃燒效率的影響并不明顯，說明在鍋爐不發(fā)生嚴重結(jié)焦等情況時適當降低運行氧量可提高鍋爐熱效率。

4 機組對煤粉細度的適應(yīng)性

煤粉較細時雖然燃燒效率較高，但是磨煤機的磨損及單耗也相對增大，增加了維護成本，并且煤粉細度過細還會造成著火點靠近燃燒器，引起噴口燒損或燃燒器區(qū)域結(jié)焦;煤粉細度偏粗又會使著火點推遲，燃盡率下降，因此實際中應(yīng)該采用相對合適的煤粉細度。

分離器擋板不同開度下對應(yīng)的煤粉細度測量結(jié)果見表4。HP磨煤機的分離器全開指示為0，關(guān)至最小指示為10。

表4 不同分離器擋板開度下各磨煤機煤粉細度R90值 %

負荷為500 MW，T－5、T－1和T－6分別代表分離器開度為3、4和5時的各工況。從表5可以看出，隨分離器開度增大，鍋爐效率呈下降趨勢，分離器開度從5開至3，鍋爐效率下降0.1個百分點，使供電煤耗上升約0.3 g/kWh。說明煤粉細度在這一范圍內(nèi)變化對鍋爐效率的影響很小。

分離器擋板開大有利于減少磨煤機內(nèi)循環(huán)量、制粉系統(tǒng)阻力，這些影響會使磨煤機及一次風(fēng)機的電耗下降，有利于提高機組運行經(jīng)濟性。

從表6所列磨煤機及一次風(fēng)機運行參數(shù)可以看出，隨分離器擋板開大，磨煤機和一次風(fēng)機運行電流均有一定幅度的下降。分離器擋板開度從5開至3后，總電耗下降約134.1 kW，相當于廠用電率下降約0.027個百分點，使供電煤耗下降約0.08 g/kWh。

表5 煤粉細度變化前后各工況主要數(shù)據(jù)及鍋爐效率計算結(jié)果

表6 各工況磨煤機和和一次風(fēng)機運行參數(shù)

綜合鍋爐熱效率和廠用電率兩方面對供電煤耗的影響，分離器擋板開度由5開至3后機組供電煤耗僅升高約0.22 g/kWh，說明分離器擋板開度對機組經(jīng)濟性影響較小。從計算結(jié)果來看，分離器開度為5時機組供電煤耗最低，經(jīng)濟性能最佳。考慮到煤粉長時間維持在較細的水平上，使磨煤機內(nèi)循環(huán)量大、內(nèi)部損量增加、檢修周期縮短、維護成本增加，所以煤粉細度R90提高后經(jīng)濟性并不一定會降低。

5 結(jié)束語

該鍋爐在燃用設(shè)計煤種時煤粉細度和運行氧量對鍋爐熱效率的影響均不明顯，運行中可以通過適當降低運行氧量和提高煤粉細度來提高機組經(jīng)濟性能。

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