燃用褐煤對(duì)660MW超超臨界直流鍋爐機(jī)組影響對(duì)策

王文賀

摘 要：大唐錫林浩特電廠燃用大唐勝利東二礦露天煤礦褐煤，通過長(zhǎng)度僅2公里的輸煤皮帶機(jī)將燃煤運(yùn)至廠內(nèi)，屬典型坑口電廠；內(nèi)蒙古東部地區(qū)褐煤儲(chǔ)量豐富，根據(jù)褐煤煤質(zhì)的特點(diǎn)分析，制定相應(yīng)的燃燒對(duì)策。

關(guān)鍵詞：褐煤 特點(diǎn) 分析 對(duì)策

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）12-0-02

一、項(xiàng)目概述

1.設(shè)備概述

大唐錫林浩特發(fā)電公司燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)制造的高效超超臨界參數(shù)、前后墻對(duì)沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、∏型布置的變壓運(yùn)行直流爐，尾部煙道布置脫硝裝置和空氣空預(yù)器，鍋爐型號(hào)為 DG2127/29.3-∏12。設(shè)計(jì)主燃料為錫林浩特礦業(yè)公司褐煤，低位發(fā)熱量 11934.3kJ/kg，正常運(yùn)行燃用設(shè)計(jì)煤種、負(fù)荷為 100%BMCR 時(shí)，熱效率為 93.78%，不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷不大于 40%BMCR。

2.煤種參數(shù)

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為大唐勝利東二礦露天煤礦4號(hào)原煤與6號(hào)篩下煤1：2比例混合褐煤，校核煤種1為4號(hào)原煤與6號(hào)篩下煤7：3比例混合褐煤，校核煤種2為勝利東二號(hào)6號(hào)篩下褐煤，其主要煤種特性如表1-3。

二、褐煤煤種的特點(diǎn)及影響

褐煤特點(diǎn)是：揮發(fā)分高、含氧量高、水分與灰分的變化范圍大（其總和一般>50%）、含碳量低、發(fā)熱值低[1]、易自燃、灰熔融溫度低和易結(jié)渣。褐煤揮發(fā)分的起始析出溫度約130～170℃，著火溫度約250～450℃，一般為350℃左右，褐煤的輻射著火溫度約為550～600℃[2]。

由于褐煤水分高，影響燃料的著火燃燒，需考慮磨煤機(jī)干燥出力是否滿足；由于褐煤揮發(fā)分高，著火容易，需注意適當(dāng)提高一次風(fēng)速，可以防止燒毀燃燒器噴口，還可以減輕燃燒器附近的結(jié)焦；由于褐煤易結(jié)焦，結(jié)焦會(huì)造成鍋爐出力降低，排煙損失增大，鍋爐效率降低等危害；

綜合以上問題在褐煤鍋爐設(shè)計(jì)中需綜合考慮煤粉的著火、燃燒的穩(wěn)定、高效，同時(shí)需考慮防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣的問題。

三、褐煤水分高的應(yīng)對(duì)策略

我廠鍋爐制粉系統(tǒng)配置 7 臺(tái) MPS235HP-II 型中速磨煤機(jī)，煤粉細(xì)度為 R90=35%，由于褐煤的高水分特性，需要空預(yù)器出口熱一次風(fēng)溫度達(dá)到 400℃以上，此時(shí)空預(yù)器入口則至少需要達(dá)到 420℃以上，而脫硝催化劑一般能保證在煙氣溫度不高于420℃情況下連續(xù)運(yùn)行，一般400℃以上煙氣溫度建議采用高溫催化劑，成本更高；同時(shí)煙氣溫度超過 420℃時(shí)，催化劑壽命受很大影響。所以常規(guī)空預(yù)器和中速磨配置方案，雖然提高了一次風(fēng)溫來滿足中速磨制粉系統(tǒng)對(duì)干燥出力的要求，但是也會(huì)對(duì)脫硝和空預(yù)器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有不利影響。同時(shí)會(huì)造成排煙溫度的升高和鍋爐效率的下降。

針對(duì)以上問題，我廠設(shè)置了熱一次風(fēng)蒸汽加熱系統(tǒng)，采用3段抽汽蒸汽來先一步加熱熱一次風(fēng)，然后蒸汽再進(jìn)入3號(hào)高加，如圖1。

由于3段抽汽蒸汽溫度較高，同時(shí)蒸汽量也較大，完全具備將熱的一次風(fēng)空氣加熱到 410℃以上的能力，在部分負(fù)荷時(shí)也具有將空氣加熱到足夠溫度的能力。采用“熱一次風(fēng)蒸汽加熱系統(tǒng)”后，脫硝入口煙氣溫度只需 380℃，可以采用常規(guī)的催化劑，大大降低了脫硝系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本；同時(shí)可以使排煙溫度降低，鍋爐效率提高；采用汽輪機(jī)3段抽汽的過熱度將回轉(zhuǎn)式空預(yù)器出口 365℃熱一次風(fēng)溫加熱至 416℃，滿足制粉系統(tǒng)干燥出力要求，同時(shí)熱一次風(fēng)溫度受煙氣溫度的影響更小，蒸汽加熱器后熱一次風(fēng)溫比較穩(wěn)定；如表4。

加裝熱一次風(fēng)蒸汽加熱系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的影響

1）汽輪機(jī)3段抽汽溫度較高，直接進(jìn)入汽輪機(jī)3號(hào)高加，一方面對(duì)汽輪機(jī)熱耗有一定影響，另一方面提高了3號(hào)高加的成本。在3段抽汽上增加熱一次風(fēng)加熱器，可以進(jìn)一步提高熱一次風(fēng)溫度，同時(shí)也降低了進(jìn)入3號(hào)高加的溫度，可以節(jié)省3號(hào)高加的造價(jià)。布置熱一次風(fēng)加熱器和不布置熱一次風(fēng)加熱器，汽機(jī)熱耗相差約 15kj/kw·h，影響煤耗約 0.5g/kw·h 左右。

2）換熱器布置在熱一次風(fēng)管道上，會(huì)增加一次風(fēng)管道的阻力，阻力增加值最大 1Kpa，即機(jī)組一次風(fēng)機(jī)選型會(huì)提高 1Kpa 壓頭。

3）熱一次風(fēng)蒸汽加熱器利用的是汽輪機(jī)系統(tǒng) 3段抽汽蒸汽的過熱度，這部分熱量原是用來進(jìn)一步加熱給水，現(xiàn)在用來加熱熱一次風(fēng)送入爐膛，通過煙氣熱量再次提供給工質(zhì)，因此僅僅是進(jìn)行了一次熱量轉(zhuǎn)移，并沒有消失，也不存在熱損失。

四、褐煤易結(jié)焦特性的應(yīng)對(duì)策略

1.鍋爐設(shè)計(jì)與選用方面

根據(jù)表3計(jì)算出我廠校核煤種1結(jié)渣指數(shù)為0.209中等結(jié)渣；校核煤種2結(jié)渣指數(shù)為0.5979屬嚴(yán)重結(jié)渣。因此褐煤鍋爐調(diào)試和運(yùn)行燃燒調(diào)整中如何防止結(jié)渣是重點(diǎn)；我廠為高效超超臨界鍋爐，在鍋爐方案上考慮了對(duì)褐煤的適應(yīng)性，鍋爐爐膛尺寸（寬、深、高）為 23.534m×16.9808m×72m，爐膛容積為 25482.4m3，爐膛容積熱負(fù)荷為64.27kW/m3，爐膛截面熱負(fù)荷為4.10MW/m2，燃燒器區(qū)域面積熱負(fù)荷為1.15MW/m2。爐膛高熱負(fù)荷區(qū)域采用內(nèi)螺紋管膜式螺旋水冷壁，上部為垂直水冷壁，兩者間由過渡段水冷壁和水冷壁中間過渡集箱連接。

爐膛容積能保證燃料在爐膛中有足夠的燃盡時(shí)間，并布置足夠的受熱面，保證爐膛內(nèi)的燃燒產(chǎn)物熱量得到充分冷卻，使?fàn)t膛出口煙溫降低到灰的軟化溫度以下，不至于引起其受熱面結(jié)渣。

2.燃燒器設(shè)計(jì)與選用方面

我廠鍋爐燃燒方式為正壓直吹式前后墻對(duì)沖燃燒，共配有 42 只低 NOx 軸向旋流式煤粉燃燒器，前墻 3層、后墻 4 層燃燒器分別布置在鍋爐前后墻水冷壁上，每層 6 只，相鄰燃燒器中心線之間的水平距離為4849.2mm，燃燒器列間距3048mm，頂層燃燒器至屏底距離為 27065.5mm，底層燃燒器至冷灰斗折角的距離為 3232.9mm，最外側(cè)燃燒器與側(cè)墻距離為 4147mm，燃燒器一次風(fēng)筒內(nèi)流速19.88m/s，燃燒器二次風(fēng)速度36.25m/s，能夠避免側(cè)墻結(jié)渣及發(fā)生高溫腐蝕。為了防止燃燒區(qū)域結(jié)焦，在燃燒器靠近側(cè)墻水冷壁側(cè)還設(shè)有 4 層貼壁風(fēng)。

燃燒器的設(shè)計(jì)布置，合理組織了爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況，使火焰不發(fā)生偏轉(zhuǎn)貼壁，不沖刷水冷壁，以防止水冷壁管結(jié)渣和煙氣高溫腐蝕，保證沿爐膛周界及爐膛出口煙氣能量分布均勻性。

3.褐煤鍋爐運(yùn)行中需注意的幾個(gè)問題

3.1加強(qiáng)配風(fēng)調(diào)整，調(diào)節(jié)二次風(fēng)保證充足的氧量使煤粉充分燃燒，嚴(yán)禁缺氧燃燒。

3.2由于勝利煤田褐煤煤灰特性灰熔點(diǎn)較低，且煤灰中鈉含量較高，造成在鍋爐折焰角上方結(jié)渣嚴(yán)重，結(jié)渣再燒結(jié)積存越積越多，最后把折焰角上方結(jié)渣積存堆滿堵死。所以嚴(yán)密注意檢查監(jiān)視鍋爐折焰角上方結(jié)渣情況，加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整，及時(shí)進(jìn)行吹灰器吹灰，必要時(shí)增加吹灰次數(shù)。

3.3由于褐煤揮發(fā)分高，著火容易，需注意適當(dāng)提高一次風(fēng)速，可以防止燒毀燃燒器噴口還可以減輕燃燒器附近的結(jié)焦。

3.4嚴(yán)格執(zhí)行鍋爐定期吹灰工作，必要時(shí)增加吹灰次數(shù)。

3.5借停爐機(jī)會(huì)做好鍋爐受熱面檢查及清焦工作。

3.6由于褐煤發(fā)熱量較低，水分較高，同等負(fù)荷相對(duì)煙煤5000大卡的煤，對(duì)于褐煤3000大卡的褐煤燃燒的煤量增加較多，原煤燃燒所需吸熱量較大，相對(duì)于煙煤從吸熱到燃燒的燃燒時(shí)間長(zhǎng)，造成汽溫汽壓升壓升溫速度慢，自動(dòng)調(diào)整跟蹤反應(yīng)較慢；由于煙氣量增大，受熱面磨損及除塵、除灰、脫硫電耗等都偏大。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)褐煤特點(diǎn)分析，燃用褐煤對(duì)機(jī)組在各個(gè)方面的影響都很大，但通過采用上述的應(yīng)對(duì)策略，能保證褐煤燃燒的穩(wěn)定、高效，同時(shí)防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣，降低褐煤對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，提高褐煤的利用率，節(jié)省燃料成本，降低發(fā)電成本。

參考文獻(xiàn)

[1]陳嘉銓；褐煤及其燃燒技術(shù)簡(jiǎn)論[J]；云南電力技術(shù)；1997年02期。

[2]文漢英；燃燒褐煤電廠鍋爐的主要問題和改進(jìn)意見[J]；內(nèi)蒙古電力；1987年02期。