褐煤燃燒鍋爐特點
2012-12-31 00:00:00溫會軍
【摘 要】本文簡要介紹了褐煤的燃燒特性，結(jié)合某一600MW燃燒褐煤鍋爐的調(diào)試、運行情況，分析了褐煤燃燒對鍋爐設(shè)計的一些特殊要求，最后介紹了褐煤燃燒鍋爐在調(diào)試、運行過程中需要特別注意的一些特性，為后續(xù)褐煤燃燒鍋爐的設(shè)計、安裝、調(diào)試及運行提供參考。
【關(guān)鍵詞】褐煤特性；褐煤鍋爐設(shè)計；調(diào)試；運行分析
我國有豐富的褐煤礦藏資源，目前已探明的褐煤儲量達一千多億噸，占全國煤炭總儲量的13%左右。由于儲量巨大，褐煤將為我國火電廠提供強大的燃料動力，具有廣闊的前景。褐煤是一種形成年代較短、性能彈性變化很大的劣等燃煤，具有高水分、高揮發(fā)分、高灰分和低灰熔點、低發(fā)熱量的特點，由于褐煤這種“三高兩低”的獨特性質(zhì)，以褐煤為主要燃料的電廠對燃燒鍋爐各設(shè)計參數(shù)及安全高效的運行機制有許多特殊的要求。燃燒鍋爐的爐膛結(jié)構(gòu)、制粉系統(tǒng)、合理的燃燒設(shè)備等很多因素都影響著褐煤電廠的正常運行。本文結(jié)合褐煤的特點，從爐膛設(shè)計、制粉系統(tǒng)、燃燒設(shè)備等方面對褐煤燃燒鍋爐的特點進行了研究。
1.褐煤的特殊理化性質(zhì)
褐煤的高揮發(fā)分使其具有良好的著火及穩(wěn)定燃燒性能，是很好的燃煤材料；褐煤有較高的含水量，一般在20%-50%之間，即便是在干燥空氣中也達到10%-20%，這個特點成為制約鍋爐制粉系統(tǒng)選擇的不利因素；有些種類的褐煤含有較多的灰分，這通常會影響它的著火及燃燒率，從而對鍋爐的燃燒設(shè)備提出新的要求；褐煤的灰熔點較低，灰變形溫度約為1100℃，這種低溫熔融特性使得褐煤的燃燒過程容易產(chǎn)生灰污染結(jié)渣；褐煤的低發(fā)熱量和低灰熔點要求爐膛容積熱負(fù)荷要低，這導(dǎo)致電廠在設(shè)計鍋爐的過程中要求其較低的爐內(nèi)溫度，從而能夠有效減少氮氧化物的產(chǎn)生，具有較低的環(huán)境污染。
以位于內(nèi)蒙古近年開發(fā)出豐富褐煤的勝利煤田為例，該煤種具有高水分、高揮發(fā)分和較低的灰分含量，屬易結(jié)渣類型。如下表現(xiàn)實的對該煤特質(zhì)的研究結(jié)果：
2.褐煤燃燒鍋爐的一些特殊設(shè)計要求
褐煤的特殊性質(zhì)決定了以褐煤為燃料的鍋爐必然與以一般煤料為燃料的鍋爐有顯著不同，褐煤燃燒鍋爐的設(shè)計及運行往往有更高的要求。
2.1爐膛結(jié)構(gòu)、爐膛熱負(fù)荷
爐膛結(jié)構(gòu)及熱負(fù)荷指標(biāo)是設(shè)計鍋爐中首先要考慮的重大問題，它與所使用的燃料煤種有關(guān)。褐煤“三高兩低”的特點使其具有結(jié)渣性傾向，必須嚴(yán)格設(shè)計合適的爐膛尺寸和爐膛熱負(fù)荷指標(biāo)以控制爐膛的結(jié)渣。如下表所示某600 MW等級鍋爐使用褐煤和煙煤作為燃料時對爐膛尺寸、熱負(fù)荷的不同要求：
爐膛容積熱負(fù)荷是衡量鍋爐容積大小的指標(biāo)，具體表現(xiàn)為燃料經(jīng)過鍋爐所停留的時間長短。從上表可以看到，在鍋爐容積方面，以褐煤作為燃料是以煙煤作為燃料時的1.4倍，而熱負(fù)荷則要減少近1/3，這表明以不同煤種作為燃料對于爐膛結(jié)構(gòu)具有很大影響。Q1越小則表明煤粉在爐內(nèi)停留時間越長，可以降低爐內(nèi)溫度，減少氮氧化物的排放。Q1與Q2的比值是與爐膛高度相對應(yīng)的。一般來說，較小的Q2意味著較大的爐膛尺寸，能夠有效減小煤粉氣流沖刷到水冷壁上而導(dǎo)致結(jié)渣的可能。
2.2對制粉系統(tǒng)的要求
褐煤較一般煤類含水量高得多，而制粉系統(tǒng)需要通過一次風(fēng)溫來實現(xiàn)對煤料的干燥和輸送；由于換熱面、設(shè)備等的限制，最常用的三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器一般較小，該設(shè)備一次風(fēng)的溫度難以滿足褐煤對制粉系統(tǒng)干燥能力的要求；以褐煤為燃料的600MW級鍋爐制粉系統(tǒng)的顯著特點是引入了管式空預(yù)器。以一次風(fēng)的方向，在每個回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器出口處增加一組管式空預(yù)器。管式空預(yù)器可以接收從低溫過熱器和省煤器出來的高溫?zé)煔?，通過錯橫交錯的管排繼續(xù)給一次風(fēng)加熱，使其獲得更高溫度。在一般情況下，單純回轉(zhuǎn)式空預(yù)器出口的一次風(fēng)溫度經(jīng)過管式空預(yù)器后可以升高近一百攝氏度，可以滿足褐煤對制粉系統(tǒng)的要求。
國內(nèi)使用褐煤作為燃料的大型電廠在鍋爐設(shè)計方面還缺乏經(jīng)驗，從國內(nèi)關(guān)于磨煤機的制造使用經(jīng)驗來看，磨煤機的類型主要包括風(fēng)扇磨煤機和中速磨煤機兩種。通過對這兩種制粉系統(tǒng)在多方面進行技術(shù)經(jīng)濟性比較，如：購置價格、磨損指數(shù)、設(shè)備使用年限、適用煤種范圍、保養(yǎng)成本、維修難易度、煤粉適應(yīng)度、耗能方面等綜合決定磨煤機的類型。國內(nèi)以勝利褐煤作為燃燒煤料的內(nèi)蒙古上都電廠，采用8臺HPll03型中速磨煤機（7臺運行、l臺備用）。這是國內(nèi)磨煤機制粉系統(tǒng)用于磨制褐煤的先例，它對褐煤機組的制粉、輸送、運行等方面都提出了較高的要求，也為我國以后的大型褐煤機組鍋爐的設(shè)計起到了良好的示范作用。
2.3合理的吹灰器布置
如前所述，褐煤有較強的結(jié)渣沾污傾向，合理的吹灰器布置是防止?fàn)t膛結(jié)渣沾污的重要輔助措施。
煙煤鍋爐只需在受熱面安置數(shù)量合適的吹灰器即可，而對于褐煤燃燒鍋爐應(yīng)特別注意加置爐膛吹灰器。如果結(jié)渣沾污情況嚴(yán)重，爐膛部分吹灰器有時可以用水力吹灰器替代。
2.4褐煤燃燒設(shè)備的考慮
合理的爐膛尺寸和燃燒設(shè)備是保證褐煤高效正常燃燒的重要因素。一般情況下，褐煤的揮發(fā)份含量往往在40%以上，使得褐煤很容易著火燃燒，只要輔以必要的措施，即可維持褐煤的穩(wěn)定高效的燃燒；如果使煤粉達到足夠精細并在燃燒鍋爐內(nèi)停留足夠時間，這樣就可以保證褐煤的燃燒達到很好的水平；褐煤燃燒過程中容易結(jié)渣變焦，選擇鍋爐設(shè)備時要特別考慮這一點，盡量采取措施減少結(jié)渣結(jié)焦發(fā)生。總而言之，燃燒設(shè)備的選擇或設(shè)計應(yīng)以減少結(jié)渣和保證高效穩(wěn)定的燃燒為重點，同時考慮降低氮氧化物的排放及減少溫度偏差等問題。
3.機組運行分析
3.1著火性質(zhì)剖析
褐煤含有較多的揮發(fā)份。揮發(fā)份析出溫度約在300攝氏度，320～400℃即開始著火并燃燒，500℃以上基本燒盡，這使得褐煤具有良好的燃燒性能。另外由于褐煤形成年代短，其揮發(fā)份和水分在析出后使煤塊呈鏤空和凹凸?fàn)睿黾恿嗣簤K和空氣的接觸面積，更使得褐煤容易燃燒完全。在使用助燃裝置點燃鍋爐后，只要控制磨煤機出口處風(fēng)分混合物的溫度在65攝氏度以上，煤粉進入鍋爐很快就可燃燒，明顯易于其它煤種著火。但要注意控制磨煤機出口溫度，一般不超過70℃，防止發(fā)生爆炸事故。某機組在調(diào)試階段發(fā)生過啟磨爆燃事故，雖不嚴(yán)重，但也損壞了磨防爆裝置。
3.2燃燒性質(zhì)剖析
由于褐煤含有較高的水分和揮發(fā)份，其釋放熱量能力較低，在燃煤量低于60%負(fù)荷時，由于水分析出的影響，下層煤料溫度較低，燃燒時間加長，火焰暗紅；上層燃料由于下層的烘烤和支援，其溫度較高，燃燒透徹，能釋放更多熱量，火焰白皙。在安裝火檢探頭時，要特別控制好安裝角度。下層需要檢測更加靠近爐膛中心的地方，火檢安裝角度要適當(dāng)小些；上層由于燃燒更旺，其火檢探頭應(yīng)更加靠近燃燒器噴口，安裝角度可適度大些。
3.3變負(fù)荷過程中的燃料控制
在機組運行過程中，褐煤“三高二低”的特點最直接地體現(xiàn)在熱量釋放緩慢、壓力改變過程中滯后。在設(shè)計機組協(xié)調(diào)運行過程中，必須注意到褐煤的燃燒特點。在變負(fù)荷初期，煤料燃燒滯后，應(yīng)盡量減小褐煤熱量釋放滯后對壓力的影響，在壓力開始上升之際，適當(dāng)減少煤料，以維持壓力穩(wěn)定。理想的負(fù)荷控制應(yīng)在滿足電網(wǎng)對燃燒速率要求的同時，防止在加大負(fù)荷過程中造成壓力大幅增加及降低負(fù)荷過程中壓力過低引起安全門扇動。
3.4褐煤的易結(jié)渣特性
（1）盡量使煤料在燃燒器內(nèi)均勻分布，在運行過程中通過調(diào)節(jié)磨煤機一次風(fēng)出口管節(jié)流孔板開度，在保證燃燒器煤料均勻情況下盡量做到均勻配風(fēng)。這樣做是為了保證燃料和空氣均勻混合，避免局部溫度過高或過低。（2）做好煤料的管理和檢驗工作，煤質(zhì)發(fā)生改變要及時通知技術(shù)人員，要保證煤粉細度適宜。如果煤粉過細可能導(dǎo)致火焰中心抬高，引起爐膛出口處結(jié)渣。（3）運行中要保證鍋爐正常負(fù)荷，避免使用不當(dāng)。（4）做好磨煤機的使用保護工作，不要使其電流過大影響壽命，定期合理切換，保證機組正常穩(wěn)定地運行。（5）定期對爐膛進行吹灰，發(fā)現(xiàn)沉渣現(xiàn)象嚴(yán)重時可加大吹灰頻率，防止結(jié)渣。（6）保證撈渣機等正常工作，關(guān)閉各入孔、檢查孔盡量避免爐膛漏風(fēng)。
3.5配風(fēng)控制
在配風(fēng)上要采用均等配風(fēng)，提供給燃燒器的輔助風(fēng)（包括二次風(fēng)）開度最小為25%，具體輔助風(fēng)開度要視給煤量而定。燃燼風(fēng)（周界風(fēng)）開度不小于百分之八十，燃燼風(fēng)具體開度要根據(jù)爐膛出口氣流殘余以及左右側(cè)的溫度偏差進行調(diào)整。比如要是左右側(cè)溫度偏差太小，可以適當(dāng)減小燃燼風(fēng)開度，燃燼風(fēng)的風(fēng)量一般占總風(fēng)量的15%左右，如果左右側(cè)溫度偏差太大，應(yīng)調(diào)整燃燼風(fēng)兩側(cè)搖擺幅度。輔助風(fēng)和燃燼風(fēng)的開度也受大風(fēng)箱的壓力影響。燃料負(fù)荷低于30%時風(fēng)箱壓力為0.4 KPa，燃料負(fù)荷大于50%時大風(fēng)箱壓力為0.6～0.9KPa。一次風(fēng)的速度要維持在24～28m/s。
4.總結(jié)與建議
根據(jù)近年來我國褐煤鍋爐設(shè)計使用的經(jīng)驗來看：增大爐膛高度、擴大爐膛容積的褐煤鍋爐運行狀況一般較好，這些設(shè)計方案也符合我國褐煤的特點。
對于以我國內(nèi)蒙古東部地區(qū)的長年褐煤為燃料的鍋爐而言，其燃燒器預(yù)混段時間不宜太長，一次風(fēng)風(fēng)速不能太低，一般每秒20米左右。對于水分較高的褐煤，一般一次風(fēng)速很大，不宜采用墻式燃燒方式，否則會加大旋流燃燒器設(shè)計的難度，這時往往采用直流燃燒器切向燃燒方式。
以含水量低于35%的褐煤為燃料的鍋爐，采用中速磨煤機即可；使用含水量35% ～40%褐煤為燃料的鍋爐，采用中速磨煤機或風(fēng)扇磨煤機均可。但對于含水量大于40%的褐煤，一般均采用風(fēng)扇磨煤機。
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