300MW循環(huán)流化床鍋爐不同熱值燃煤優(yōu)化試驗研究

（福建省福能晉南熱電有限公司 福建泉州 362246）

主要研究300MWCFB鍋爐的不同熱值燃煤優(yōu)化試驗，試驗選取東方鍋爐股份有限公司自主開發(fā)、設(shè)計制造的大型流化床鍋爐，設(shè)計燃用煤種為福建無煙煤。福建無煙煤具有揮發(fā)份低 （一般 2～4%），極難燃盡的特點，熱值主要集中在21350kJ/kg，飛灰含碳量較高，機械不完全燃燒損失較大，鍋爐燃燒效果較差，尤其在機組負荷低時更為明顯。

為提高燃燒效率及鍋爐效率，降低煤耗，降低運營成本，拓寬入爐煤種類。通過試驗，從鍋爐運行的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、環(huán)保排放等方面進行分析比較，了解不同熱值無煙煤的鍋爐運行參數(shù)及經(jīng)濟性能，總結(jié)出了鍋爐最佳入爐煤熱值。

1 設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

該鍋爐是亞臨界參數(shù)國產(chǎn)化循環(huán)流化床汽包爐，自然循環(huán)，單爐膛，一次中間再熱，汽冷式旋風(fēng)分離器，平衡通風(fēng)，露天布置，燃煤，固態(tài)排渣，受熱面采用全懸吊方式，鋼架為雙排柱鋼結(jié)構(gòu)。其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

2 燃煤優(yōu)化試驗研究

（1）研究思路。充分利用循環(huán)流化床鍋爐燃料適應(yīng)性廣，床料量大、蓄熱能力強等優(yōu)點，通過在相同負荷工況下燃用不同熱值無煙煤試驗，對鍋爐燃用不同熱值無煙煤期間的運行特性、經(jīng)濟性和安全性等方面進行分析，從中找出最佳運入爐煤熱值，以指導(dǎo)煤炭采購。

（2）理論依據(jù)。循環(huán)流化床鍋爐受熱面主要有水冷壁受熱面、屏式受熱面（水冷屏、過熱屏和再熱屏）和尾部受熱面組成，如圖1所示。鍋爐爐膛同時存在燃料燃燒、煙氣流動和顆粒流動，主要傳熱方式有火焰的輻射傳熱和對流換熱。在旋風(fēng)分離器和尾部受熱面只存在著煙氣與顆粒的流動，傳熱方式以對流傳熱為主。對流傳熱同時存在著氣體與顆粒之間、顆粒與顆粒之間、氣體與壁面之間、顆粒與壁面之間的換熱。

循環(huán)流化床內(nèi)熱介質(zhì)與受熱面之間傳熱系數(shù)h分解為3部分：顆粒對流換熱系數(shù)hp、氣相對流換熱系數(shù)hg以及輻射換熱系數(shù)hr，簡單疊加為：

煤粉爐床溫一般在1400℃以上，輻射傳熱取主導(dǎo)作用而循環(huán)流化床鍋爐床溫在850℃左右。因此在這3個分量中，顆粒對流放熱系數(shù)hp為主要部分，主要取決于床內(nèi)懸浮顆粒的濃度和顆粒的粒度；氣相對流換熱系數(shù)hg遠遠小于顆粒對流放熱系數(shù)hp，主要與煙氣的流速相關(guān)；輻射放熱系數(shù)hr與爐膛溫度的4次方成正比。

不同熱值的無煙煤的成分不同，在爐膛內(nèi)燃燒內(nèi)部的物料濃度、物料大小和分布比例不同，物料濃度越大，傳熱系數(shù)越高（見圖2）。傳熱系數(shù)越高說明換熱效率越好，鍋爐效率越高。

（3）試驗方法。依據(jù)中華人民共和國國家標準 GB10184-988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》；DLT964-2005《循環(huán)流化床鍋爐性能試驗規(guī)程》對電站循環(huán)流化床鍋爐調(diào)整及試驗。

3 不同熱值無煙煤煤質(zhì)工業(yè)分析

試驗期間入爐煤質(zhì)工業(yè)分析見表2，此表數(shù)據(jù)為試驗煤質(zhì)加權(quán)平均數(shù)據(jù)。

表2 不同熱值無煙煤入爐煤質(zhì)工業(yè)分析

4 不同熱值無煙煤燃燒試驗參數(shù)分析

通過對比燃用熱值（21350、20097、9260）kJ/kg 無煙煤在相同負荷下的試驗工況參數(shù)，了解不同熱值無煙煤的燃燒特性，其參數(shù)見表3。

表3 不同熱值無煙煤燃燒試驗參數(shù)表

（1）由表3可知：燃用9260kJ/kg無煙煤的爐膛差壓、密相區(qū)壓力和分離器進出口差壓相比20097kJ/kg、21350kJ/kg較高，表明燃用較低熱值9260kJ/kg無煙煤在爐膛的循環(huán)物料濃度相對較高，傳熱放熱系數(shù)較高，燃燒效率提高參見圖3。

（2）由表 3 可知：燃用49260kJ/kg無煙煤分離器進出口差壓較大，說明在分離器的物料濃度較大，表明循環(huán)的顆粒平均粒徑d50較大，有利于分離器分離，分離器效率相對較高。

（3）由表3可知：燃用9260kJ/kg無煙煤的一二次風(fēng)量、氧量控制和排煙溫度相比其他2種無煙煤并無明顯差異。

5 燃用熱值不同無煙煤經(jīng)濟指標分析

5.1 機組負荷150MW燃用不同熱值無煙煤經(jīng)濟指標對比對比數(shù)值見表4。

（1）由表 4可知：燃用 9260kJ/kg無煙煤相比 21350kJ/kg無煙煤，飛灰含碳量下降4.5%，底渣含碳量下降0.64%，表明燃用9260kJ/kg的無煙煤鍋爐效率更高。

（2）由表4可知：燃用9260kJ/kg無煙煤的供電煤耗最近，相比其他2種無煙煤分別下降了（8.37、2.08）g/kWh。

表4 不同熱值無煙煤經(jīng)濟指標對比

5.2 經(jīng)濟效益

燃用不同熱值煤種期間煤耗及燃料成本對比見表5。

表5 燃用不同熱值煤種期間煤耗及燃料成本對比

由表5可知：燃用9260kJ/kg無煙煤相比20097、21350kJ/kg無煙煤，發(fā)電標煤耗分別下降1.29、6.41g/kWh，發(fā)電度電成本分別可以節(jié)省14.74、23.02元/MWh，發(fā)電成本得到較大程度下降，經(jīng)濟效益可觀。

6 安全及環(huán)保性分析

（1）試驗期間鍋爐運行穩(wěn)定，床溫分布均勻，單點床溫未出現(xiàn)大幅波動，未發(fā)生流化不良結(jié)焦事故，各參數(shù)均控制在合格范圍內(nèi)。

（2）試驗期間環(huán)保指標均按超低排放指標控制，電除塵、布袋除塵、脫硫、脫硝系統(tǒng)均正常運行，脫硫劑、脫硝還原劑耗量無明顯差異。

（3）未出現(xiàn)燃燒工況不穩(wěn)而投油、投煙煤現(xiàn)象。

（4）爐內(nèi)屏再、屏過金屬壁溫未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

8 結(jié)論

燃用低熱值無煙煤在爐膛的循環(huán)物料濃度高，可分離的顆粒份額較大的特點，可提高鍋爐的傳熱放熱系數(shù)，進而提高燃燒效率。因此，選用低熱值無煙煤種在保證爐內(nèi)可正常流化安全運行的情況下，降低了供電標煤耗，為企業(yè)的燃煤采購提供依據(jù)，降低企業(yè)的運營成本。