煙煤鍋爐摻改燒褐煤的研究與實(shí)踐

陳建國,翟德雙,天 罡,于子龍,許國鋒

(1. 國家電投集團(tuán)東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181； 2.遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧 撫順 113007)

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煙煤鍋爐摻改燒褐煤的研究與實(shí)踐

陳建國1,翟德雙1,天 罡2,于子龍2,許國鋒2

(1. 國家電投集團(tuán)東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181； 2.遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧 撫順 113007)

通過對鍋爐部分設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)煙煤鍋爐摻燒或全燒褐煤,提高企業(yè)經(jīng)營績效。對空氣預(yù)熱器反轉(zhuǎn)改造，提升熱一次風(fēng)溫度；對一次風(fēng)機(jī)增容改造，提升制粉系統(tǒng)的通風(fēng)出力；對空預(yù)器一、二次風(fēng)倉進(jìn)行改造，適當(dāng)增大一次風(fēng)倉通流面積，降低一次風(fēng)阻力；對磨煤機(jī)風(fēng)環(huán)及冷熱風(fēng)插板門進(jìn)行改造，提升磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性；在空預(yù)器出口左、右2個熱一次風(fēng)道內(nèi)各設(shè)置1套一次風(fēng)加熱器系統(tǒng)，使一次風(fēng)溫提高40～45 ℃，實(shí)現(xiàn)300 MW負(fù)荷全燒褐煤，年降低燃料成本約1 764萬元。

煙煤鍋爐；摻燒；褐煤；空預(yù)器；制粉系統(tǒng)

1 概況

東方發(fā)電公司2×350 MW機(jī)組鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HG-1165/17.45-YM1型亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、燃煤汽包鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 165 t/h，設(shè)計燃用煤種為煙煤，低位發(fā)熱量19 300 kJ/kg。2臺機(jī)組于2005年投入商業(yè)運(yùn)行。投產(chǎn)后，由于煤炭市場變化，煙煤價格不斷上漲，企業(yè)經(jīng)營面臨困境，特別是近年來，發(fā)電市場供大于求的狀況逐年加劇，機(jī)組利用小時數(shù)明顯降低，雙重因素下，企業(yè)出現(xiàn)連年虧損。為提高機(jī)組的競爭優(yōu)勢、降低發(fā)電成本，增強(qiáng)企業(yè)盈利水平，東方發(fā)電公司2臺350 MW機(jī)組從2007年初開始嘗試摻燒褐煤，邊摻燒邊總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步增大摻燒比例[1-3]。但是，隨著褐煤摻燒比例的不斷加大，先后出現(xiàn)了如下問題。

a.熱一次風(fēng)溫度偏低，受制粉系統(tǒng)干燥出力影響，磨煤機(jī)出力遠(yuǎn)低于設(shè)計值。鍋爐設(shè)計熱一次風(fēng)溫312 ℃，實(shí)際運(yùn)行中熱一次風(fēng)溫一般為280～305 ℃，較燃用褐煤的300 MW等級機(jī)組熱一次風(fēng)溫偏低80 ℃。

b.因摻燒褐煤，燃料量增加以及干燥出力限制，一次風(fēng)量需求量大幅增加，原一次風(fēng)機(jī)出力無法滿足需求。

c.摻燒褐煤后，隨著燃煤總量的增加，需要一次風(fēng)機(jī)高風(fēng)壓、高出力運(yùn)行，一次風(fēng)系統(tǒng)阻力增大，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生一次風(fēng)機(jī)失速、喘振，多次造成鍋爐MFT。

d.隨著一次風(fēng)量增加，粉管內(nèi)流速大于設(shè)計值，造成粉管和燃燒器磨損嚴(yán)重。

e.低負(fù)荷時鍋爐氧量偏高，致使?fàn)t膛出口NOx偏高，環(huán)保達(dá)標(biāo)排放壓力大。

2 改造技術(shù)難點(diǎn)

2.1 煙煤與褐煤的煤質(zhì)特性差別較大

煙煤熱值一般在15 000～25 000 kJ/kg。我國褐煤熱值大多在11 000～16 000 kJ/kg，相對于東北地區(qū)煙煤來說，褐煤熱值較煙煤熱值低25%～40%，因形成年代較短，其碳化程度較淺，因此具有水分含量高、熱值低和灰熔點(diǎn)溫度低等特點(diǎn)[4-6]，煙煤與褐煤煤質(zhì)特性對比見表 1。

表1 煙煤與褐煤煤質(zhì)特性對比

2.2 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐原始設(shè)計差別大

2.2.1 制粉系統(tǒng)設(shè)計差別

因煙煤發(fā)熱量比褐煤高1.5倍，對于相同出力的機(jī)組，不計算鍋爐熱效率對煤質(zhì)消耗量的影響，褐煤消耗量約為煙煤的1.5倍，所以燃用褐煤的鍋爐配比的磨煤機(jī)數(shù)量多于燃用煙煤的鍋爐，而且單體磨煤機(jī)出力一般高于煙煤鍋爐所用的磨煤機(jī)。鍋爐設(shè)計的一次風(fēng)率也不同，煙煤鍋爐一次風(fēng)率通常在20%～30%，褐煤鍋爐一次風(fēng)率通常在35%，煙煤鍋爐與褐煤鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計區(qū)別見表2。

東方發(fā)電公司磨煤機(jī)型式為彈簧加載，出力為40.95 t/h，通風(fēng)量為72.22 t/h，磨煤機(jī)碾磨出力、干燥出力、通風(fēng)出力較同容量等級的燃用褐煤電廠設(shè)計相差較多，熱一次風(fēng)溫度設(shè)計相差也較多。

表2 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計區(qū)別

2.2.2 一次風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)出力設(shè)計差別

由于褐煤的高水分特性，需要一次風(fēng)機(jī)提供較大的通風(fēng)出力和干燥出力，所以相同容量褐煤鍋爐的一次風(fēng)機(jī)設(shè)計出力要比煙煤鍋爐設(shè)計值高。受總空氣量偏大以及煙氣中水蒸氣含量偏高的影響，褐煤鍋爐產(chǎn)生煙氣量一般比煙煤鍋爐偏大10%左右。另外，排煙溫度也比煙煤鍋爐高出20 ℃左右，所以褐煤鍋爐引風(fēng)機(jī)出力要比煙煤鍋爐高，褐煤機(jī)組與煙煤機(jī)組設(shè)計參數(shù)比較見表3。

表3 褐煤機(jī)組與煙煤機(jī)組設(shè)計參數(shù)比較

2.2.3 爐膛結(jié)構(gòu)尺寸差別

因煙煤和褐煤煤質(zhì)特性不同，爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計也不同。根據(jù)JB/T 10440—2004《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計規(guī)范》，對于300 MW級別機(jī)組，煙煤鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷推薦為90～118 kW/m3，褐煤鍋爐推薦為75～90 kW/m3；煙煤鍋爐爐膛截面熱負(fù)荷推薦為3.8～5.1 MW/m2，褐煤鍋爐推薦為3.3～4.0 MW/m2，煙煤鍋爐L3距離推薦為16～20 m，褐煤鍋爐推薦為18～24 m?？梢姡瑢τ谙嗤隽Φ臋C(jī)組，褐煤鍋爐無論從爐膛容積、截面面積、燃盡區(qū)高度均要大于煙煤鍋爐。東方發(fā)電公司鍋爐與燃燒褐煤的300 MW等級機(jī)組鍋爐參數(shù)相近， 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)尺寸區(qū)別見表4。

表4 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)尺寸區(qū)別

3 解決方案

3.1 空預(yù)器反轉(zhuǎn)方案

東方發(fā)電公司為實(shí)現(xiàn)小比例摻燒褐煤，2009年利用機(jī)組大修期間先后對1、2號爐進(jìn)行了空預(yù)器反轉(zhuǎn)改造，將空預(yù)器由煙氣→二次風(fēng)→一次風(fēng)側(cè)的旋轉(zhuǎn)方向，改造為由煙氣→一次風(fēng)→二次風(fēng)側(cè)的旋轉(zhuǎn)方向，使一次風(fēng)先與空預(yù)器儲熱原件接觸，提高一次風(fēng)溫。

改造后，320 MW負(fù)荷工況下，可摻燒25%的褐煤，預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)溫度從287 ℃提高到306 ℃，平均提高了19 ℃，磨煤機(jī)入口溫度也從200 ℃上升到280～290 ℃。具體數(shù)據(jù)見表5。經(jīng)過6年的實(shí)際運(yùn)行，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，見表6，摻燒褐煤和低質(zhì)煙煤量逐年增多，累計節(jié)約燃料成本達(dá)5.3億元，見表7。

表5 320 MW負(fù)荷下表盤及試驗(yàn)對比結(jié)果匯總

表6 改造后燃料成本節(jié)約情況

表7 改造前后對比

3.2 綜合改造方案

經(jīng)過預(yù)熱器反轉(zhuǎn)改造后，一次風(fēng)溫雖然有一定提高，但與褐煤鍋爐設(shè)計值比還有較大差距，摻燒褐煤比例仍然有限，電網(wǎng)負(fù)荷尖峰時段和冬季供暖期間仍以燃用優(yōu)質(zhì)煤為主，東方發(fā)電公司的經(jīng)營困境還沒有完全解決。通過對鍋爐本體結(jié)構(gòu)分析，鍋爐本體燃燒室尺寸和容積與全燒褐煤的300 MW機(jī)組相仿；再結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行的幾率較低，并從系統(tǒng)改動小、投資少等角度出發(fā)，以鍋爐80%～90%BRL工況全燒褐煤為改造目標(biāo)，確定了一次風(fēng)機(jī)增容改造方案、空預(yù)器分倉改造方案、一次風(fēng)加熱改造方案、熱一次風(fēng)及風(fēng)管增容改造方案，因投資大，改造周期長，按輕重緩急分步實(shí)施。

3.2.1 一次風(fēng)機(jī)增容及空預(yù)器分倉改造

2015年利用機(jī)組檢修計劃，將2臺機(jī)組一次風(fēng)機(jī)更換為動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，更換后風(fēng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)與設(shè)計燃用褐煤的300 MW機(jī)組參數(shù)相當(dāng)，一次風(fēng)機(jī)最大通風(fēng)量增加37%，最大全壓升增加約54%。將空預(yù)器進(jìn)行分倉改造，將原一、二次風(fēng)的分倉角度由50°/130°調(diào)整為70°/110°，加大了一次風(fēng)側(cè)通風(fēng)截面，在空預(yù)器出口一次風(fēng)溫有所提高的前提下，減少空預(yù)器阻力約30%。

兩年來實(shí)際運(yùn)行情況為一次風(fēng)機(jī)母管風(fēng)壓可達(dá)10～12 kPa，全燒褐煤時，制粉總體出力增加約14.2 t/h，機(jī)組負(fù)荷可達(dá)到213 MW，帶負(fù)荷能力增加了29 MW；摻燒褐煤比例在65%～70%時，磨煤總量為170 t/h，能夠滿足75%以上負(fù)荷要求，基本滿足采暖期熱負(fù)荷需求，300 MW最大摻混褐煤比例能達(dá)到65%～70%，較之前提高了30個百分點(diǎn)，節(jié)約燃料成本1.42億元，改造后燃料成本節(jié)約情況見表8。

表8 改造后燃料成本節(jié)約情況

3.2.2 一次風(fēng)加熱改造方案

為進(jìn)一步解決負(fù)荷高峰時段和供暖期對優(yōu)質(zhì)煤依賴的問題，2017年，東方發(fā)電公司計劃開展一次風(fēng)提溫改造，在熱一次風(fēng)分配集箱前左、右2個熱一次風(fēng)道內(nèi)各設(shè)置1套熱一次風(fēng)加熱器系統(tǒng)。利用熱再過熱度來加熱熱一次風(fēng)，加熱后的蒸汽通過減壓閥減到三抽壓力后，代替三抽蒸汽回到3號高加繼續(xù)加熱給水。同時，在原三抽蒸汽管路設(shè)置截止閥，也可用三抽蒸汽加熱熱一次風(fēng)，兩路可切換。全燒褐煤時用熱再蒸汽加熱熱一次風(fēng)，摻燒褐煤時，干燥出力富裕，可用三抽蒸汽加熱熱一次風(fēng)，提高機(jī)組回?zé)岬慕?jīng)濟(jì)性，熱一次風(fēng)加熱器蒸汽系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 熱一次風(fēng)加熱器蒸汽系統(tǒng)

4 結(jié)論

上述改造全部完成后，熱一次風(fēng)溫度能提高40～45 ℃，實(shí)現(xiàn)300 MW負(fù)荷全燒褐煤，褐煤摻燒比提高30%，年降低燃料成本約1 764萬元。并可以靈活適應(yīng)煤炭市場，根據(jù)煙煤、褐煤市場價格變化，調(diào)整燃煤結(jié)構(gòu)，可有效緩解企業(yè)經(jīng)營壓力。全燒褐煤后，爐膛內(nèi)理論燃燒溫度降低約35 ℃，可有效降低爐內(nèi)NOx生成，可提高SCR進(jìn)口煙溫約8 ℃。由于熱一次風(fēng)風(fēng)溫提升，低負(fù)荷時可減少一次風(fēng)風(fēng)率，增強(qiáng)二次風(fēng)切圓可靠性，有助于穩(wěn)燃，改善機(jī)組深度調(diào)峰能力，在電力輔助調(diào)峰服務(wù)市場上獲利。

[1] 高繼錄，鄒天舒，李志山，等.1 000 MW機(jī)組神華煤摻燒霍林河褐煤的試驗(yàn)研究[J].動力工程學(xué)報，2012，32(6)：430-434.

[2] 程玉貴，高繼錄，閆洪勇，等.800 MW超臨界鍋爐大比例摻燒褐煤安全性分析[J].東北電力技術(shù)，2013,34(5)：24-27.

[3] 才延福，高繼錄，鄒天舒.1000 MW超超臨界機(jī)組摻燒褐煤試驗(yàn)研究[J].東北電力技術(shù)，2014，35(6)：27-29，33.

[4] 高繼錄，程善勤，祝志福，等.300 MW褐煤鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦原因分析及治理措施[J].東北電力技術(shù)，2013,34(4)：24-27.

[5] 白永會，王 輝，高繼錄.800 MW超臨界機(jī)組摻燒褐煤的研究與應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2012,33(8)：43-45.

[6] 李戰(zhàn)國，袁鴻飛，冷 杰，等.MPS-HP-II型磨煤機(jī)磨制高水分褐煤出力計算及應(yīng)用研究[J].東北電力技術(shù)，2014，35(10)：41-43.

Research and Practice on Mix-Burnning Lignite of Bituminous Coal Boiler

CHEN Jianguo1, ZHAI Deshuang1, TIAN Gang2, YU Zilong2, XU Guofeng2

(1. SPIC Northeast Electric Power Co., Ltd. ,Shenyang，Liaoning 110181,China;2. Liaoning dongfang power Co., ltd., Fushun,Liaoning 113007, China)

Through the transformation of some boiler equipments, it achieves mix-burnning lignite of bituminous coal boiler or bituminous coal boiler to improve performance. To reverse transforming the air preheater in order to improve the heat transfer rate and to improve the ventilation of the coal pulverizing system for the first and second wind warehouse of air preheater,the flow area of primary flow passage increasing once the wind resistance is reduced.The transformation of the air ring structure,heating and cooling air door of the coal mill improve the operation stability of the coal mill.A set of primary air heater system is arranged in the left and right heat primary air ducts of the air preheater outlet to increase the primary air temperature 40～45 ℃.It realizes the lignite with 300 MW load, and reduces the fuel cost by about ￥17,640,000 Chinese RMB.

bituminous coal boiler；mix-burnning；lignite；air preheater；milling system

TK227.1

A

1004-7913(2017)06-0041-04

陳建國(1969)，男，高級工程師，主要從事火力發(fā)電管理及相關(guān)技術(shù)研究工作。

2017-04-10)