變煤種運(yùn)行對機(jī)組鍋爐影響及應(yīng)對措施

袁德權(quán),潘 晶,李彥龍

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

對燃煤機(jī)組鍋爐而言，煤質(zhì)水平偏離設(shè)計(jì)值應(yīng)在合理范圍[1]，煤質(zhì)不宜偏離設(shè)計(jì)值過大，否則不僅影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[2-3]，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行也將受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

某電廠300 MW機(jī)組配備中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)煤種為霍林河褐煤，由于煤炭市場價(jià)格逐漸升高，為了降低標(biāo)煤單價(jià)而不得不大比例摻燒低質(zhì)煙煤，導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)灰渣含碳量升高、鍋爐兩側(cè)汽溫?zé)煖仄畲螅拓?fù)荷下再熱汽溫不足、一次風(fēng)管經(jīng)常堵塞等問題。此外由于煤質(zhì)灰分較大，除塵系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行而導(dǎo)致設(shè)備被迫停運(yùn)，機(jī)組設(shè)備安全均無法保證，更談不上經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的一次中間再熱、亞臨界汽包鍋爐，型號(hào)為HG-1025/17.5-HM35，設(shè)計(jì)煤種為霍林河褐煤。鍋爐采用四角布置切向燃燒直流燃燒器，兩級噴水減溫調(diào)節(jié)過熱汽溫，再熱汽溫依靠擺動(dòng)的燃燒器調(diào)節(jié)。鍋爐配置5套MPS200HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，額定負(fù)荷下4臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性見表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)(BMCR)

表2 鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性

2 燃燒優(yōu)化試驗(yàn)[4]

2.1 一次風(fēng)速調(diào)平

對5臺(tái)磨煤機(jī)出口一次風(fēng)管道風(fēng)速進(jìn)行調(diào)平工作，由表3可見，調(diào)平前B、E磨偏差分別達(dá)到13.3%和16.8%，其中A磨偏差最大達(dá)23.1%，D磨偏差最低在5.3%。調(diào)平后偏差基本在5%左右，一次風(fēng)配風(fēng)均勻性得到有效改善。另外由于煙煤水分低，磨煤機(jī)通風(fēng)量較低，個(gè)別粉管風(fēng)速嚴(yán)重偏低，最低風(fēng)速達(dá)不到18 m/s的低限要求，存在嚴(yán)重堵管傾向。調(diào)平后各管風(fēng)速比較均勻，堵管幾率大大下降。

表3 調(diào)整前后試驗(yàn)結(jié)果 %

2.2 調(diào)整煤粉細(xì)度

對于燃用混煤的鍋爐來說，煤粉細(xì)度一般介于兩者之間，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)情況來確定。由于原煤粉細(xì)度是根據(jù)設(shè)計(jì)煤種褐煤而確定的，不適用于燒劣質(zhì)煙煤的煤種，燃燒效率將會(huì)變差。調(diào)整前后結(jié)果見表4，調(diào)整后煤粉細(xì)度R90在24%～30%，爐渣可燃物含量下降2%左右，飛灰可燃物也有所下降，鍋爐經(jīng)濟(jì)性明顯好轉(zhuǎn)。

表4 調(diào)整前后煤粉細(xì)度變化情況 %

2.3 運(yùn)行氧量調(diào)整

過量空氣系數(shù)是電廠運(yùn)行的重要指標(biāo)，一般隨著煤種變化，其最佳運(yùn)行氧量應(yīng)通過試驗(yàn)確定，最終得出氧量控制曲線指導(dǎo)運(yùn)行操作。氧量大小對灰渣含碳量和再熱汽溫均有影響，提高氧量后灰渣含碳量一般會(huì)下降，排煙溫度會(huì)升高，但同時(shí)NOx生成量增大，噴氨量增大，環(huán)保指標(biāo)偏高，若降低氧量又不利于再熱汽溫控制，在當(dāng)前混煤情況下試驗(yàn)得出不同負(fù)荷下氧量控制參數(shù)見表5。

表5 不同負(fù)荷下最佳氧量控制

2.4 二次風(fēng)配風(fēng)方式調(diào)整

在機(jī)組負(fù)荷不變時(shí)，氧量維持恒定，把主燃燒器二次風(fēng)門開大同時(shí)關(guān)小SOFA風(fēng)門后，再熱汽溫有所下降。若只將最下層AA二次風(fēng)門從60%關(guān)到20%，其他風(fēng)門開度不變時(shí)，左右汽溫偏差有增大的趨勢，再熱汽溫變化不大。從試驗(yàn)總體情況來看，改變二次風(fēng)配風(fēng)方式對汽溫偏差影響有限。

2.5 改變煙煤摻燒比例

根據(jù)當(dāng)前鍋爐出現(xiàn)的嚴(yán)重問題，由于煤種偏離設(shè)計(jì)值較大，為了避免問題進(jìn)一步惡化，建議采用降低劣質(zhì)煙煤比例，而增加褐煤摻燒量(應(yīng)不低于50%)，煤種改變后試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)灰渣含碳量下降較多，結(jié)合其他燃燒優(yōu)化手段，鍋爐效率得到提高，鍋爐經(jīng)濟(jì)性明顯好轉(zhuǎn)。較大的褐煤摻燒量保證了磨煤機(jī)遠(yuǎn)離最低通風(fēng)量運(yùn)行，一次風(fēng)速明顯提高，粉管也未發(fā)生堵管等安全問題。試驗(yàn)結(jié)果見表6和表7。

表6 配燒煙煤和褐煤試驗(yàn)結(jié)果

表7 不同工況下鍋爐效率測試結(jié)果

相同負(fù)荷下當(dāng)燃用100%煙煤時(shí)，飛灰和爐渣可燃物分別為1.42%和5.1%，而全燒褐煤時(shí)，飛灰和爐渣可燃物僅為0.83%和3.2%，下降較為明顯，配燒煙煤時(shí)鍋爐排煙溫度升高5 ℃左右，雖節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗，但鍋爐效率相對偏低，而全燒褐煤較全燒煙煤時(shí)鍋爐效率升高0.45%，總體經(jīng)濟(jì)性變好。

當(dāng)鍋爐燃用混煤時(shí)也進(jìn)行了針對性試驗(yàn)，分別在高中低負(fù)荷下了解鍋爐經(jīng)濟(jì)性水平。從結(jié)果來看，在295 MW和240 MW負(fù)荷時(shí)劣質(zhì)煙煤配比均達(dá)到60%以上，中高負(fù)荷下排煙溫度偏高，由于煤粉細(xì)度對于燃燒煙煤來說偏粗，且煙煤配比較多，導(dǎo)致爐渣含碳量升高，鍋爐效率必然較低。在這2種負(fù)荷下磨煤機(jī)石子煤排量也偏大，試驗(yàn)得出分別占總?cè)济毫康?.45%和0.85%，偏離設(shè)計(jì)值較大，從而分別增加了固體未完全燃燒熱損失為0.28%和0.19%，鍋爐效率偏低。在165 MW低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，采用100%全燒褐煤，鍋爐排煙損失和固體未完全燃燒熱損失均相對較低，鍋爐呈現(xiàn)較高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3 問題分析

3.1 煤種偏離設(shè)計(jì)值較多

對任何1臺(tái)鍋爐而言，適用燃燒煤種均有一定適用范圍，不宜偏離設(shè)計(jì)過大，對本鍋爐煙煤摻燒量過多，導(dǎo)致了燃用煤種發(fā)生重大變化，本身設(shè)計(jì)煤種為褐煤的鍋爐來摻燒煙煤，對鍋爐及其輔機(jī)設(shè)備都會(huì)帶來諸多不利的影響。當(dāng)前摻燒的煙煤灰分甚至達(dá)到50%以上，而熱值又低于褐煤，屬于劣質(zhì)煙煤，水分不到褐煤水分的50%，造成磨出口溫度偏高且控制較難，特別是劣質(zhì)煙煤過多導(dǎo)致除塵器除灰能力已不能滿足運(yùn)行需求，除塵系統(tǒng)嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行，給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重隱患，因此綜合來看，煤種是鍋爐問題產(chǎn)生的主要原因，建議合理控制煙煤量，不超過50%且比例越低越好。

3.2 煤粉細(xì)度不合理

雖燃用煤種發(fā)生改變，但磨煤機(jī)分離器擋板開度未做相應(yīng)調(diào)整，仍然按照燃用褐煤的煤粉細(xì)度(R90=35%)運(yùn)行，煤粉嚴(yán)重偏粗，必然導(dǎo)致煤粉燃盡度變差，鍋爐灰渣含碳量升高。通過控制合適的煤粉細(xì)度后，鍋爐燃盡狀況明顯好轉(zhuǎn)，經(jīng)濟(jì)性得到提升。

3.3 一次風(fēng)配風(fēng)不均勻

鍋爐長時(shí)間運(yùn)行未進(jìn)行相應(yīng)的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，管道上的可調(diào)縮孔大小已嚴(yán)重偏離原有位置，導(dǎo)致一次風(fēng)管道風(fēng)速出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，3層一次風(fēng)速偏差嚴(yán)重，其中最大達(dá)到23%，一次風(fēng)配風(fēng)不均容易導(dǎo)致爐內(nèi)動(dòng)力場混亂，破壞爐內(nèi)切圓導(dǎo)致產(chǎn)生偏斜，燃燒工況惡化，以致兩側(cè)汽溫和煙溫出現(xiàn)偏差。

3.4 氧量控制不合理

煤粉的燃燒及燃盡受鍋爐運(yùn)行氧量影響很大，而氧量變化也會(huì)間接影響再熱汽溫，氧量提高能促進(jìn)煤粉燃燒，降低灰渣含碳量，但排煙溫度也會(huì)相應(yīng)提高，NOx生成量增大。若降低氧量雖有利于環(huán)保指標(biāo)但對再熱汽溫控制不利，實(shí)際運(yùn)行中建議應(yīng)兼顧鍋爐效率和環(huán)保指標(biāo)，控制合理運(yùn)行氧量。

4 結(jié)束語

對于褐煤鍋爐大比例摻燒劣質(zhì)煙煤，通過燃燒優(yōu)化調(diào)整等措施，可以緩解鍋爐出現(xiàn)的灰渣含碳量高、汽溫?zé)煖仄畲?、再熱汽溫不足以及一次風(fēng)管堵塞等問題，但更為重要的是不能忽視燃料本身的特性，實(shí)踐證明，合理的燃料特性能夠保證機(jī)組安全、高效運(yùn)行。