鍋爐改燒大同煙煤的技術(shù)方案與效果

張雙城

（華能國際電力股份有限公司上海分公司，上海 200120）

0 引言

華能上海石洞口第一電廠目前裝機(jī)容量為130萬kW（4×325MW），1985年7月破土動工，1987年12月1號機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，到1990年5月，4臺機(jī)組全部投產(chǎn)。鍋爐為20世紀(jì)80年代亞臨界壓力中間一次再熱直流燃煤鍋爐（SG－1025－170.5－540／540），設(shè)計煤種為貧瘦煤。由于鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)快速發(fā)展，對貧瘦煤的需求量越來越大，因此供給電廠的貧瘦煤越來越少，加上煤價大幅增長，市場采購非常困難。另外，4臺機(jī)組運(yùn)行時間均已超過20年，鍋爐效率由原設(shè)計的91.77%降至改造前的89.90%，致使供電煤耗居高不下，無法完成各項生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也無法滿足目前節(jié)能減排的要求。為此，電廠決定將鍋爐改燒煙煤，以擴(kuò)大鍋爐適燒煤種范圍。

1 改造方案

考慮到改造成本和改造工程的工期，鍋爐貧煤改燒煙煤，必須保證在原鍋爐本體結(jié)構(gòu)尺寸、鋼架結(jié)構(gòu)及鍋爐輔機(jī)廠房結(jié)構(gòu)維持不變的前提下進(jìn)行方案設(shè)計，主要是對制粉系統(tǒng)、燃燒器系統(tǒng)及鍋爐局部受熱面的調(diào)整。在充分考慮了煤炭市場的發(fā)展走勢，改造后燃用的設(shè)計煙煤采用大同煙煤。根據(jù)大同煙煤的特性，制粉系統(tǒng)由原中間倉儲式熱風(fēng)制粉系統(tǒng)改為直吹式制粉系統(tǒng)，燃燒器系統(tǒng)采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)（LNCFS）。通過對鍋爐重新進(jìn)行熱力和水動力核算，省煤器改用肋片管，增加50%的換熱面積。

2 改造內(nèi)容

鍋爐從原設(shè)計煤種貧瘦煤（干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf為15%～16%）改為燃燒大同煙煤（Vdaf為35.30%），煤種特性變化較大。由于原鍋爐尺寸和各部件受熱面積及燃燒系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)都是根據(jù)貧瘦煤燃料特性設(shè)計的，因此在維持原有鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸及輔機(jī)主廠房結(jié)構(gòu)不變的前提下，必須從燃燒方式、爐膛熱負(fù)荷、燃燒結(jié)焦特性、受熱面布置、輔助系統(tǒng)配套改造和現(xiàn)場布局等方面綜合考慮。改造既要考慮鍋爐安全、可靠、高效和清潔，還要考慮盡量節(jié)約改造費(fèi)用。

2.1 燃燒器系統(tǒng)改造

燃燒器改用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)，通過建立早期著火和使用控制氧量的燃料／空氣分段燃燒技術(shù)達(dá)到減少揮發(fā)分氮轉(zhuǎn)化成NOx的目的。燃燒器共設(shè)置5層煤粉噴嘴，根據(jù)設(shè)計、校核煤種的著火特性，采用強(qiáng)化著火（EI）技術(shù)。在煤粉噴嘴四周布置周界風(fēng)，在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置1層輔助風(fēng)噴嘴（CFS），其中包括上下2只偏置的CFS噴嘴，1只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有1層CCOFA（緊湊燃盡風(fēng)）噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有1層UFA（火下風(fēng)）噴嘴。在煤種允許的變化范圍內(nèi)確保煤粉及時著火，提高鍋爐不投油低負(fù)荷穩(wěn)燃能力。

低NOx燃燒系統(tǒng)通過在爐膛的不同高度布置CCOFA和分離燃盡風(fēng)（SOFA），將爐膛分成3個相對獨(dú)立的部分：初始燃燒區(qū)、NOx還原區(qū)和燃料燃盡區(qū)。在每個區(qū)域的過量空氣系數(shù)由3個因素控制：總的燃盡風(fēng)（OFA）風(fēng)量，CCOFA和SOFA風(fēng)量的分配以及總的過量空氣系數(shù)。采用空氣分級方式可以通過優(yōu)化每個區(qū)域的過量空氣系數(shù)，在有效降低NOx排放的同時，最大限度地提高燃燒效率。

低NOx燃燒系統(tǒng)采用預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴設(shè)計，在燃燒區(qū)域及上部四周水冷壁附近形成富空氣區(qū)，能有效防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣和高溫腐蝕。

2.2 受熱面改造

鍋爐改燒大同煙煤后，燃燒特性和受熱面的吸熱特性均發(fā)生了變化，為此對鍋爐重新進(jìn)行了整體熱力計算。經(jīng)核算，水冷壁管和分離器具有較大的安全裕度，可以保證運(yùn)行安全。過熱器和再熱器各部件因煙氣溫度和介質(zhì)溫度與原鍋爐相當(dāng)，無需進(jìn)行改造。低壓過熱器側(cè)和低壓再熱器側(cè)省煤器受熱面積由原每側(cè)2 103m2增加至每側(cè)3 000m2，約需增加50%，由于原省煤器布置空間有限，無法增加如此大的受熱面，因此改用肋片管省煤器，其特點(diǎn)是熱交換面積可以增大，這對縮小省煤器面積和減少材料很有意義。

2.3 制粉系統(tǒng)改造

設(shè)計煙煤揮發(fā)分Vdaf為35.30%，而原設(shè)計貧煤的揮發(fā)分Vdaf為15%～16%，如果制粉系統(tǒng)仍采用鋼球磨煤機(jī)中間儲倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，將會使系統(tǒng)的安全性大大下降，當(dāng)Vdaf大于19%時，煤粉可形成易爆的氣粉混合物，容易爆炸。因此，必須對制粉系統(tǒng)進(jìn)行改造，改用中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。每臺鍋爐配置5臺HP843型中速磨煤機(jī)，每臺磨的出口由4根煤粉管接至爐膛四角的同一層煤粉噴嘴，鍋爐MCR和ECR負(fù)荷時均投4層，另1層備用；每臺鍋爐設(shè)置5只鋼制原煤倉（利用原來4只，新設(shè)計1只）；配置100%容量的密封風(fēng)機(jī)2臺；為保證改造后的風(fēng)量，包括鍋爐在最大連續(xù)蒸發(fā)量時所需的一次風(fēng)量、全部磨煤機(jī)的密封風(fēng)量和制造廠保證的運(yùn)行1年后的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量，采用2臺50%容量的雙級動葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)。

3 改造效果

鍋爐改燒大同煤后，1號鍋爐效率由原來89.90%提高到92.92%，提高了3.02%，發(fā)電煤耗下降為9.66g／kWh，制粉系統(tǒng)由鋼球磨中間倉儲式熱風(fēng)送粉改為中速磨直吹式，制粉系統(tǒng)輔機(jī)耗電量節(jié)約1 317.8kW，相當(dāng)于廠用電率下降0.406 6%，折算成機(jī)組供電煤耗率下降約1.40 g／kWh。按鍋爐改造后廠用電率4.470 7%計，折算成機(jī)組供電煤耗率下降10.12g／kWh。

全年利用小時按5 500h計，每年可節(jié)約燃煤為2.058萬t。在ECR鍋爐熱效率考核標(biāo)準(zhǔn)工況下，NOx排放值為230.1mg／m3，小于保證指標(biāo)450mg／m3，大大小于改造前650mg／m3的排放指標(biāo)，并解決了燃燒區(qū)域水冷壁高溫腐蝕嚴(yán)重的問題，提高了鍋爐可靠性，節(jié)約了維修成本。

4 結(jié)語

目前，電廠4臺鍋爐均已完成改造，鍋爐擴(kuò)大了適燒煤種，擺脫了煤炭市場貧瘦煤量少價高的困境，同時也提高了鍋爐的效率和可靠性。改造后，機(jī)組供電煤耗及NOx排放顯著下降，節(jié)能減排效果明顯，為同類型燃用貧瘦煤鍋爐改燒煙煤提供了經(jīng)驗。