1000MW超超臨界塔式鍋爐褐煤燃燒技術(shù)研究

徐海燕

國(guó)電諫壁發(fā)電廠

1000MW超超臨界塔式鍋爐褐煤燃燒技術(shù)研究

徐海燕

國(guó)電諫壁發(fā)電廠

近年來(lái)，煤價(jià)持續(xù)上揚(yáng)，發(fā)電企業(yè)發(fā)電成本大幅增加，有些發(fā)電企業(yè)甚至出現(xiàn)了虧本，褐煤價(jià)格相對(duì)較低，大力摻燒低熱值的褐煤能夠降低發(fā)電企業(yè)的燃料成本，大幅提高經(jīng)濟(jì)效益；大比例摻燒褐煤勢(shì)在必行，但摻燒后，會(huì)出現(xiàn)機(jī)組變負(fù)荷性能變差、設(shè)備故障增多以及機(jī)組效率下降等問(wèn)題。基于此本文分析了某電廠1000MW超超臨界鍋爐褐煤燃燒技術(shù)。

1000MW；塔式鍋爐；褐煤燃燒技術(shù)

1.鍋爐簡(jiǎn)介

該鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界壓力參數(shù)滑壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛塔式布置形式、一次中間再熱、四角切圓燃燒、擺動(dòng)噴嘴調(diào)節(jié),鍋爐型號(hào)為SG—3040/27.56—M538。采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機(jī)為HP1163/Dyn型中速磨，共配置A-F六臺(tái)磨煤機(jī)，一次風(fēng)機(jī)為2臺(tái)GU23836-22型雙動(dòng)葉軸流式風(fēng)機(jī)。

2 褐煤摻燒概況

2.1 褐煤特性

“三高三低一差”：水分高，一般在30%-35%之間，部分高于40%，要求制粉系統(tǒng)的干燥出力要較高；揮發(fā)分高，一般在30%-50%之間，易發(fā)生自燃和爆炸事故，易著火和易燃盡；煤灰中堿金屬鈉、鉀含量較高，煤灰易粘結(jié)在受熱面上；發(fā)熱量低，一般在3000-4000cal/kg；灰熔點(diǎn)低，屬于嚴(yán)重結(jié)渣煤種；硫分較低，一般在0.5%左右，屬于低硫煤，可磨性較差，即褐煤相對(duì)比較難磨出細(xì)度合格的煤粉。

2.2 摻燒現(xiàn)狀

鍋爐摻燒方式為分倉(cāng)或單倉(cāng)按比例摻燒，褐煤摻燒比例正常在40～60%之間，入爐煤平均低位發(fā)熱量在16～17 MJ/kg之間。鑒于上述褐煤的特性，當(dāng)前如何在保證安全和負(fù)荷要求的條件下，提高摻燒比例是擺在我們眼前的問(wèn)題。

表1 摻燒煤種工業(yè)分析數(shù)據(jù)（收到基）

3. 超超臨界褐煤鍋爐燃燒中存在的問(wèn)題

3.1 制粉系統(tǒng)出力問(wèn)題

由于褐煤易燃的特性，制粉系統(tǒng)可能發(fā)生爆炸或燃燒器燒損，由于褐煤的水分較大，可能導(dǎo)致制粉系統(tǒng)出力不足，甚至磨煤機(jī)可能磨僵，此外，機(jī)組帶負(fù)荷能力變差。

3.2 負(fù)荷響應(yīng)能力和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降

因?yàn)楹置号c設(shè)計(jì)煤種各項(xiàng)性能參數(shù)差異較大（特別是發(fā)熱量），在大比例摻燒褐煤后，機(jī)組變負(fù)荷期間，汽溫汽壓同比摻燒前波動(dòng)較大，變負(fù)荷特性明顯變差，運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)不匹配的情況，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重下降。

3.3 爐膛結(jié)焦、尾部受熱面積灰問(wèn)題

由于褐煤灰熔點(diǎn)較低和煤灰粘連性較強(qiáng)等特性，易產(chǎn)生結(jié)焦和積灰問(wèn)題，并產(chǎn)生以下不良影響：a、積灰堵塞煙道形成煙氣走廊，加劇煙道與受熱面的磨損；b、堵塞煙道，影響引風(fēng)機(jī)出力，并存在大面積塌灰，可能影響火檢信號(hào)，導(dǎo)致鍋爐產(chǎn)生錯(cuò)誤的保護(hù)動(dòng)作而滅火；c、結(jié)焦坍塌后可能會(huì)砸傷冷灰斗或者使排渣系統(tǒng)癱瘓，需要人工放渣。

3.4 三過(guò)、二再管屏超溫問(wèn)題

由于褐煤易發(fā)生結(jié)渣，褐煤鍋爐通常采用較低的截面熱負(fù)荷，這便要求超超臨界褐煤爐具備更大的爐膛尺寸。而在爐膛截面尺寸增大的同時(shí)，其一、二次風(fēng)速并不能按比例大幅的提升，這就導(dǎo)致燃燒器射流深度相對(duì)不足，進(jìn)而在爐內(nèi)形成尺寸更大的切圓流場(chǎng)。隨著流場(chǎng)尺寸的增大，其旋轉(zhuǎn)動(dòng)量也會(huì)有所增加，這勢(shì)必會(huì)加劇爐膛出口煙氣速度分布的不均勻性，最終在爐膛出口煙氣產(chǎn)生較大的熱偏差，爐膛上方受熱面管屏超溫現(xiàn)象突出。

4. 1000MW超超臨界鍋爐褐煤燃燒運(yùn)行技術(shù)研究

4.1 提高褐煤制粉系統(tǒng)出力

眾所周知，制約制粉系統(tǒng)出力的三大因素是：通風(fēng)出力、干燥出力和碾磨出力，褐煤由于水分含量較高，因此影響其出力的主要因素為干燥出力，當(dāng)然也不是絕對(duì)的，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況，有時(shí)通風(fēng)出力、碾磨出力也起到一定的決定作用，因此，現(xiàn)場(chǎng)從各個(gè)方面調(diào)整，設(shè)法在保證安全的條件下提高褐煤的出力，如：a、適當(dāng)提高一次風(fēng)速偏置，提高其通風(fēng)出力及干燥出力；b、適當(dāng)降低旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速，控制在550rpm-600rpm之間；c、適當(dāng)放低其出口溫度，控制在53-60℃；d、控制磨煤機(jī)的石子煤量，控制每班不超過(guò)15斗；e、磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)門正常盡量保持開(kāi)足，冷風(fēng)調(diào)門保持關(guān)閉；f、磨煤機(jī)保持一定的檢查和大修周期，保證其碾磨出力等等。

4.2 優(yōu)化摻燒方案

4.2.1 褐煤盡量選擇與高熱值、低結(jié)渣性煤種摻燒，避免與貧煤、高結(jié)渣性煤種摻燒，并優(yōu)化其摻燒比例。

4.2.2 采取預(yù)混摻燒，煤場(chǎng)預(yù)先摻配好，或者皮帶預(yù)先摻配的方法，預(yù)先摻配的方式同時(shí)降低了入爐煤的水分與揮發(fā)分，有利于提高制粉系統(tǒng)的干燥出力與運(yùn)行的安全性。

4.2.3 褐煤的摻燒比例應(yīng)綜合考慮制粉系統(tǒng)出力與帶負(fù)荷的要求、考慮制粉系統(tǒng)爆炸、爐內(nèi)結(jié)渣以及燃燒效果等各方面因素。

4.3 滿足參數(shù)及負(fù)荷的響應(yīng)能力

4.3.1 一次風(fēng)壓的優(yōu)化：在保證一次風(fēng)量正常調(diào)節(jié)需求的前提下，適當(dāng)提高了給煤量較低時(shí)的一次風(fēng)量設(shè)定值，優(yōu)化后的一次風(fēng)壓變化幅度為優(yōu)化前的1.7倍，從而大幅度增加了煤粉的快速響應(yīng)特性，提高了機(jī)組變負(fù)荷響應(yīng)性；另外由于褐煤比較難磨且水分較大，對(duì)摻燒褐煤的磨煤機(jī)熱風(fēng)量控制加一定的正偏置，保證干燥出力不受一次風(fēng)量自動(dòng)控制影響，同時(shí)也提高了單臺(tái)磨的響應(yīng)性，這也是針對(duì)單臺(tái)磨的優(yōu)化方法。

4.3.2 送風(fēng)量及氧量的優(yōu)化：褐煤熱值較低，單位負(fù)荷總煤量增加，燃燒后煙氣量較大，導(dǎo)致汽溫相對(duì)較高，排煙損失較大，再熱器減溫水量較多，影響了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)送風(fēng)量和氧量設(shè)定值加上一定的正偏置，降低燃燒的火焰中心、提高預(yù)熱器換熱效率，從而大大降低排煙溫度和再熱器減溫水量，提高了鍋爐的效率。

4.3.3 二次風(fēng)配風(fēng)的優(yōu)化：根據(jù)不同煤種初始燃燒所需的空氣量，二次風(fēng)擋板控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：二次風(fēng)擋板指令=f(相應(yīng)層燃料量)*分倉(cāng)熱值修正。分倉(cāng)熱值修正是根據(jù)該倉(cāng)煤種發(fā)熱量情況由人工輸入。根據(jù)煤種情況，對(duì)二次風(fēng)擋板自動(dòng)控制加入適當(dāng)?shù)钠?，可以提高整體燃燒效率及其穩(wěn)定性，還可以有效避免局部超溫、結(jié)焦或高溫腐蝕，另外通過(guò)對(duì)二次風(fēng)“倒寶塔”式的配風(fēng)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置還可以有效控制脫銷系統(tǒng)進(jìn)口NOX的濃度，保證環(huán)保指標(biāo)。

4.4 結(jié)焦、積灰和管屏超溫問(wèn)題的解決

4.4.1 合理、定期吹灰，正常情況下，嚴(yán)格執(zhí)行爐膛吹灰的相關(guān)規(guī)定，按要求進(jìn)行爐膛吹灰。加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)工作，保證吹灰器的正常投運(yùn)，根據(jù)負(fù)荷、煤質(zhì)、各受熱面吹灰頻率等情況，合理進(jìn)行吹灰。有針對(duì)性地加強(qiáng)爐膛受熱面吹灰工作，減少結(jié)焦、積灰情況，注意防止某些區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間不吹灰對(duì)煙氣分布及受熱面換熱產(chǎn)生影響。

4.4.2 定期檢查爐本體看火孔、爐底排渣情況，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦要及時(shí)清除，結(jié)焦加劇應(yīng)逐級(jí)匯報(bào)；必要時(shí)可根據(jù)煙溫及減溫水量的變化增加吹灰次數(shù)；遇大面積結(jié)焦時(shí)應(yīng)擇機(jī)降負(fù)荷塌焦，并更換煤質(zhì)。

4.4.3 減小熱偏差，常見(jiàn)的減小煙氣熱偏差的方法有以下三種：一是通過(guò)調(diào)整一次風(fēng)攜帶煤量，如調(diào)整一次風(fēng)速、調(diào)整一次風(fēng)管的縮孔等，這類方法效果不很明顯；二是通過(guò)改變爐內(nèi)燃燒器區(qū)的配風(fēng)方式，此類方法可能對(duì)煤粉的燃燒過(guò)程造成不利影響；三是通過(guò)反切風(fēng)來(lái)消除爐膛上部流場(chǎng)的殘余旋轉(zhuǎn)動(dòng)量。經(jīng)綜合比較，反切風(fēng)技術(shù)的使用更為有效且在實(shí)際中應(yīng)用更為廣泛。

4.4.4 注意減溫水率的控制，保證過(guò)、再熱器有足夠的減溫水余量，發(fā)現(xiàn)減溫水率較高時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。

5.結(jié)論

褐煤大比例摻燒已勢(shì)在必行，對(duì)1000MW超超臨界鍋爐的節(jié)能降耗、環(huán)保要求、利潤(rùn)保障等意義重大，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其研究非常有必要。

[1]馬建宇.1000MW機(jī)組摻燒褐煤的燃燒控制優(yōu)化；諫電科技；2015年第2期

[2]沙龍.1000MW超超臨界褐煤鍋爐燃燒技術(shù)研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014年6月

[3]蒙毅.褐煤燃燒特性及煙煤鍋爐摻燒褐煤技術(shù).西安熱工研究院.2011年11月