盧紅玲,王玉濤,贠晶晶
(嘉峪關(guān)宏晟電熱有限責(zé)任公司,甘肅嘉峪關(guān) 735100)
隨著國家能源戰(zhàn)略調(diào)整和煤化工技術(shù)的進(jìn)步,將煤炭進(jìn)行深加工提質(zhì),實現(xiàn)煤炭的高效利用,發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)鏈已成為一種新的工業(yè)項目。廣匯煤產(chǎn)于新疆哈密地區(qū)伊吾縣淖毛湖,儲量大、供應(yīng)穩(wěn)定,其揮發(fā)分在50%左右,干餾產(chǎn)油率達(dá)9%~12%,非常適合作為煤炭分質(zhì)利用的原料煤。對廣匯煤采用低溫干餾后,生成煤焦油、瀝青焦、可燃?xì)怏w和提質(zhì)煤。廣匯提質(zhì)煤的生成率約為50%,性質(zhì)穩(wěn)定,固定碳含量80%以上,揮發(fā)分含量9%~11%,可用作電廠動力用煤或進(jìn)行摻燒,力爭實現(xiàn)廣匯煤提質(zhì)的高效利用。
某集團(tuán)公司地處新疆邊緣,具備提質(zhì)煤產(chǎn)業(yè)鏈建立優(yōu)勢,近年將計劃建成年產(chǎn)提質(zhì)煤150萬t煤化工項目。煤化工項目投產(chǎn)后,作為集團(tuán)公司自備電廠的某電熱公司必須有能力消耗提質(zhì)煤,達(dá)到煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的高效運轉(zhuǎn)。為此公司提前著手進(jìn)行提質(zhì)煤的摻燒研究,探索電站鍋爐高比例燃用提質(zhì)煤的可行性與適用性,開展電站鍋爐對提質(zhì)煤的摻燒適應(yīng)性試驗。
為掌握廣匯提質(zhì)煤的工業(yè)特性,該電熱公司委托專業(yè)單位對廣匯煤及其提質(zhì)煤進(jìn)行了煤質(zhì)分析,分析數(shù)據(jù)見表1。
分析數(shù)據(jù)顯示,提質(zhì)煤介于貧煤、無煙煤之間【1】,揮發(fā)分極低,著火困難,現(xiàn)有鍋爐設(shè)計煤種為哈密煤,現(xiàn)鍋爐爐型已確定,摻燒提質(zhì)煤存在一定困難。
煤粉在鍋爐內(nèi)著火初期,主要靠煤粉受熱時所析出的揮發(fā)份支持燃燒,而提質(zhì)后的煤揮發(fā)份很低,在進(jìn)行提質(zhì)煤摻燒時若配煤嚴(yán)重不均,會出現(xiàn)短時間內(nèi)純燒該煤種的情況。此時若不能及時著火,極易引起煤粉氣流瞬間斷火的現(xiàn)象,即煤粉進(jìn)入爐膛后未及時著火導(dǎo)致爐膛負(fù)壓突然下降;在煤粉氣流上升過程中,又出現(xiàn)爆燃的情況,爐膛負(fù)壓又會突然升高、正壓。嚴(yán)重時會導(dǎo)致鍋爐爐膛負(fù)壓超出保護(hù)動作值,MFT動作。
表1 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)
在進(jìn)行提質(zhì)煤分倉上煤1:1 摻燒時,雖然混合煤種的揮發(fā)份有所提升,達(dá)到貧煤以上的水準(zhǔn),但是對一次風(fēng)溫的要求仍然較高。燃燒貧煤時一般采用熱風(fēng)送粉【2】,熱風(fēng)溫度需要保證在270 ℃以上,而擬進(jìn)行摻燒的300 MW 機組鍋爐熱風(fēng)溫度在260 ℃左右,顯然鍋爐一次風(fēng)熱風(fēng)溫度偏低,磨煤機出口溫度要保證到75 ℃都比較困難,摻燒難度大。
貧煤、無煙煤的燃燒對煤粉細(xì)度的要求較高,一般R90 都要低于15%,甚至達(dá)到10%以下。目前鍋爐制粉系統(tǒng)煤粉細(xì)度R90 都保持在20%以上,故鍋爐的煤粉細(xì)度設(shè)計點對于摻燒該煤種是不適應(yīng)的。
由于提質(zhì)煤揮發(fā)分較低,著火困難,燃盡時需要較高的溫度場,即火焰中心溫度更高。提質(zhì)煤燃燒后形成的焦粒不易與空氣中的氧分子進(jìn)一步結(jié)合,造成燃盡困難,鍋爐效率下降;未燃盡的焦粒隨著飛灰進(jìn)入鍋爐尾部煙道、空預(yù)器、除塵器內(nèi),容易沉積下來,在條件適合的情況下容易發(fā)生二次燃燒,造成設(shè)備損壞【3】。
提質(zhì)煤進(jìn)入爐膛后著火會有一定推遲,導(dǎo)致火焰中心上移、爐膛出口煙溫升高。若保證各項參數(shù)正常,一般隨著摻燒量的增加,鍋爐過熱器、再熱器減溫水量過大,經(jīng)濟(jì)性下降,還極有可能造成大面積掛焦和結(jié)渣。
結(jié)合該電熱公司實際情況,摻燒試驗在電廠300 MW 機組鍋爐上進(jìn)行。試驗針對廣匯提質(zhì)煤,摻配煤種為廣匯煤和哈密煤,采用分磨(分倉)摻燒的方式。廣匯提質(zhì)煤的初始摻燒比例為17%,計劃逐漸增大至33%、50%,摻燒比例視具體試驗情況逐步增大,試驗期間保證廣匯提質(zhì)煤與原煤煤質(zhì)穩(wěn)定。
為保證摻燒試驗安全性,針對提質(zhì)煤特性制定以下專項技術(shù)措施:
(1)磨制提質(zhì)煤的磨煤機出口一次風(fēng)溫控制在70~80 ℃,旁路風(fēng)門開度在35%以上,調(diào)整并保持一次風(fēng)母管壓力不大于7.5 kPa。
(2)調(diào)整分離器擋板控制提質(zhì)煤的煤粉細(xì)度R90 在15%以下,磨制提質(zhì)煤的磨煤機料位控制在500~700 mm,磨電流控制在140 A以上。
(3)爐膛負(fù)壓保持穩(wěn)定(0~-70 Pa),一旦出現(xiàn)爐壓劇烈波動至±200 Pa 以上,及時投入對應(yīng)的油槍穩(wěn)燃,同時減少提質(zhì)煤摻燒量,防止?fàn)t膛滅火。
(4)高負(fù)荷期間爐膛出口氧量維持在2.5%~3.0%,低負(fù)荷時氧量維持在3.5%左右。
(5)二次風(fēng)與爐膛壓差控制在500~700 Pa,SOFA 風(fēng)調(diào)整以控制脫硝入口氮氧化物不超230 mg/m3為主,控制脫硝噴氨量【4】,保持脫硝出口氮氧化物含量在60~90 mg/m3之間。
(6)摻燒期間加強對煙氣和汽水參數(shù)的監(jiān)視,分隔屏后煙溫超過800 ℃,過、再熱器減溫水量增大,低過入口溫度超460 ℃,再熱器減溫水調(diào)門較長時間開至70%以上時,應(yīng)采取降低火焰中心位置等措施進(jìn)行調(diào)整(包括SOFA 風(fēng)下擺、關(guān)小上層SOFA風(fēng)開度、燃燒器下傾等),同時就地檢查受熱面結(jié)焦情況并進(jìn)行吹灰工作【5】。
(7)鍋爐燃油系統(tǒng)備用正常,試驗期間如負(fù)荷波動較大時,應(yīng)優(yōu)先減小提質(zhì)煤出力(減負(fù)荷)或增加哈密、廣匯煤出力(增負(fù)荷),避免磨制提質(zhì)煤的磨煤機操作幅度過大。
(8)制定爐膛爆燃、鍋爐燃燒不穩(wěn)、鍋爐滅火、尾部煙道二次燃燒等事故預(yù)案。
此電熱公司在300 MW機組上開始進(jìn)行提質(zhì)煤的摻燒試驗,17%~33%比例(分別為1倉和2倉提質(zhì)煤)的摻燒試驗共進(jìn)行22 天左右。試驗結(jié)果表明,17%、33%比例摻燒提質(zhì)煤爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定,爐內(nèi)主燃區(qū)溫度在1100~1200 ℃,爐膛出口煙溫在800℃以下,燃燒器區(qū)域水冷壁未出現(xiàn)大面積結(jié)渣和沾污現(xiàn)象。
試驗表明,適當(dāng)提高運行氧量、采用正塔配風(fēng)和適當(dāng)開大提質(zhì)煤燃燒器噴口的周界風(fēng)門,可促進(jìn)提質(zhì)煤的燃盡并將飛灰含碳量及爐渣含碳量控制在正常水平,在85%ECR 負(fù)荷時鍋爐效率最高可達(dá)94.24%。
但在進(jìn)行33%比例的摻燒試驗期間,當(dāng)電負(fù)荷增加到300 MW、出力達(dá)到90%ECR以上持續(xù)運行3天以上時,再熱器壁溫偏高,再熱器減溫水開度增加(80%左右),過熱器減溫水開度正常。
50%(3 個倉)摻燒提質(zhì)煤試驗期間鍋爐蒸發(fā)量保持860~930 t/h,試驗共進(jìn)行15天左右。在此負(fù)荷區(qū)間爐內(nèi)燃燒情況穩(wěn)定,后屏出口管排表面干凈無結(jié)渣,屏過管排管壁有輕微結(jié)渣,吹灰時可大部分吹掉,水冷壁管壁表面干凈無結(jié)渣。但隨負(fù)荷增加,過熱器減溫水投入正常,再熱器壁溫卻偏高,再熱器減溫水開度逐步增加到90%甚至全開。
為防止高負(fù)荷時鍋爐再熱器減溫水量持續(xù)偏高、管壁超溫,對燃燒器擺角進(jìn)行了調(diào)整(下傾6°)、燃盡風(fēng)水平角度調(diào)整以提高其消旋能力【2】,調(diào)整后再熱器兩側(cè)減溫水量偏差變小,但整體減溫水量仍然偏高。隨后將提質(zhì)煤的摻燒方式由B1、B2、C1 層下調(diào)至A2、B1、B2 層,再熱器減溫水量偏大情況有一定改善。
50%摻燒試驗期間進(jìn)行了輔助風(fēng)量調(diào)整試驗、變配風(fēng)方式試驗,見表2。試驗結(jié)果顯示,試驗爐輔助風(fēng)保持較大開度、保持正塔配風(fēng)方式,此時飛灰含碳量下降,鍋爐效率最高,同時再熱器減溫水開度有所降低。采取這種調(diào)整方式可讓燃燒提前、降低爐膛出口煙溫,同時燃燒初期供風(fēng)充足會促進(jìn)提質(zhì)煤燃燒并提高其燃盡率,從而有助于降低爐膛出口煙溫和再熱器減溫水量。
試驗結(jié)果表明,50%摻燒廣匯提質(zhì)煤,鍋爐出力在90%ECR 以下時,鍋爐燃燒穩(wěn)定,爐內(nèi)無嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象,再熱器減溫水量偏高但尚有一定調(diào)整余量。繼續(xù)提高鍋爐出力時,會出現(xiàn)再熱器壁溫偏高、再熱器減溫水全開情況,通過調(diào)整燃燒器擺角下傾角度無法完全消除該現(xiàn)象。提質(zhì)煤盡量在下層噴燃器進(jìn)行摻燒。
表2 輔助風(fēng)開度試驗(T25-T27為工況點)
通過以上實踐可知,鍋爐摻燒比例達(dá)33%時鍋爐燃燒穩(wěn)定,各項參數(shù)可控;如果摻燒比增加到50%左右,則需要對負(fù)荷予以控制,保持鍋爐出力在90%ECR以下,同時開大輔助風(fēng)、采用正塔配風(fēng)方式進(jìn)行調(diào)整即可穩(wěn)定摻燒。隨煤化工產(chǎn)業(yè)項目的擴大,電廠提質(zhì)煤消耗能力受限時,可考慮進(jìn)行純燒提質(zhì)煤鍋爐的建設(shè)。