600 MW煙煤鍋爐摻燒褐煤試驗(yàn)研究

武 生

（國電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 210023）

0 引言

近年來，受煤炭價(jià)格影響，燃用非設(shè)計(jì)煤種、混合煤種、摻燒褐煤等［1-3］方式成為火電企業(yè)降低燃料發(fā)電成本提高效益的主要手段，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生較大變化時(shí)，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性［4-9］。本文以某600 MW機(jī)組鍋爐為研究對(duì)象，分別對(duì)不同褐煤摻燒比例下的制粉特性、爐內(nèi)燃燒特性、燃燒效率、污染物排放特性等方面進(jìn)行全面分析，以期為同類型鍋爐褐煤摻燒優(yōu)化及技術(shù)改造提供依據(jù)。

1 設(shè)備概述

該鍋爐為超臨界、單爐膛、一次中間再熱直流鍋爐，采用中速磨煤機(jī)、正壓直吹式制粉系統(tǒng)，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式燃燒器。燃燒器共設(shè)置六層煤粉噴嘴，鍋爐配置6 臺(tái)HP1003 型磨煤機(jī)，采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器。鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為煙煤，神混煤為常用煤種，試驗(yàn)旨在研究不同褐煤摻燒比例對(duì)爐內(nèi)燃燒特性、鍋爐熱效率及各運(yùn)行參數(shù)的影響，以分磨摻燒為原則，設(shè)計(jì)了3種不同摻燒比例工況，為增強(qiáng)工況之間的對(duì)比性，增加純神混煤工況4。各工況下均保持A磨，B磨，C磨，D磨，E磨的運(yùn)行方式。試驗(yàn)工況具體見表2。

表1 鍋爐主要參數(shù)

表2 摻燒試驗(yàn)工況

為保證摻燒褐煤時(shí)制粉系統(tǒng)的安全性，試驗(yàn)前對(duì)磨煤機(jī)消防滅火蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行逐一檢查，磨煤機(jī)出口溫度控制不超70 ℃。4 種工況下，負(fù)荷穩(wěn)定600 MW 不變，運(yùn)行方式保持一致。按照分磨摻燒對(duì)應(yīng)磨煤機(jī)的給煤量和煤質(zhì)指標(biāo)，加權(quán)平均得到4 種工況的入爐煤煤質(zhì)如表3所示。

表3 入爐煤質(zhì)分析

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 制粉系統(tǒng)出力及制粉單耗的影響

褐煤全水含量通常比煙煤高10%～15%，摻燒褐煤后可能受干燥出力限制而造成制粉系統(tǒng)的出力下降，因此制粉系統(tǒng)出力變化是需要關(guān)注的方面之一。表4 為各工況下磨煤機(jī)出力變化，通過調(diào)整磨煤機(jī)入口冷風(fēng)門開度、降低磨出口溫度，增加折向擋板開度從45°至55°等措施，C磨、D磨、E磨出力可以達(dá)到46～48 t/h，其余磨出力變化范圍為40.2～47.9 t/h，可見摻燒褐煤后制粉系統(tǒng)的出力能滿足鍋爐運(yùn)行要求。不考慮煤粉細(xì)度的影響，4種工況下對(duì)應(yīng)的制粉單耗分別為：9.51 kWh/t、9.04 kWh/t、9.00 kWh/t、9.48 kWh/t。

表4 制粉系統(tǒng)出力

2.2 爐內(nèi)溫度場及結(jié)渣情況

爐內(nèi)的結(jié)渣情況通過觀察爐渣的形態(tài)變化和水冷壁以及大屏上的結(jié)渣情況來綜合判斷，摻燒褐煤前大部分的前、后屏上較為干凈。隨著摻燒比例的增加，爐底撈渣機(jī)上的爐渣從原先的白色細(xì)沙狀過渡為黑色，并有塊狀渣出現(xiàn)，大的直徑為10 cm左右，另外前屏上掛渣逐漸增加，部分管子被渣覆蓋，燃燒器上方的水冷壁上出現(xiàn)局部的覆蓋狀疏松渣。因爐膛吹灰存在盲區(qū)或吹灰器吹掃時(shí)不能徹底清除水冷壁上的渣，結(jié)渣現(xiàn)象具有累積性會(huì)影響后續(xù)工況。

噴口的著火情況根據(jù)燃燒器區(qū)域附近的觀火孔用肉眼觀察的方法進(jìn)行比較，摻燒褐煤對(duì)應(yīng)燃燒器噴口的煤粉氣流會(huì)偶爾出現(xiàn)明火，說明著火距離有拉近的趨勢。爐膛溫度場測試結(jié)果顯示爐內(nèi)溫度沒有呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，如圖1所示。

2.3 鍋爐效率及各項(xiàng)損失

褐煤和神混煤燃盡特性都較好，4種摻燒工況下灰渣含碳量均較小。表5 中可以看出，機(jī)械不完全燃燒熱損失均較低，可見摻燒褐煤對(duì)機(jī)械不完全燃燒損失的影響不大。隨著褐煤摻燒比例的增加，排煙熱損失逐漸增大。摻燒比例為60%時(shí)，排煙熱損失比純神混煤工況增加0.53%，損失主要來自摻燒后煙氣量的增加。4 種工況下的鍋爐熱效率分別為94.15%、94.14%、94.11%、94.56%，隨著褐煤摻燒比例的增加，鍋爐熱效率總體呈下降趨勢，損失主要來自排煙熱損失。

圖1 爐內(nèi)溫度隨標(biāo)高變化趨勢

表5 鍋爐熱效率及各項(xiàng)損失

2.4 排煙溫度

表6為各工況下的排煙溫度，實(shí)測煙溫與表盤溫度基本吻合。不同工況下的排煙溫度相差不大，實(shí)測排煙溫度最高的的工況2比排煙溫度最低的工況4高了3℃。對(duì)應(yīng)排煙熱損失分別為5.12%、4.73%。

表6 排煙溫度及排煙損失

2.5 對(duì)主汽參數(shù)的影響

圖2為4種工況的主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度對(duì)比圖，圖3 為不同工況下的減溫水流量的柱狀圖，對(duì)比各工況，過熱器的減溫水流量差別不大，而再熱器減溫水在工況2 和工況3 下明顯高于工況4 和工況1，褐煤摻燒過程中，建議根據(jù)減溫水量的變化適當(dāng)調(diào)整鍋爐爐內(nèi)吹灰頻度。

圖2 4種工況下主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度

圖3 4種工況下減溫水流量

2.6 污染物排放特性

表7 為各工況下的NOx、SO2排放質(zhì)量濃度，摻燒褐煤后NOx排放質(zhì)量濃度相較于神混煤工況有所增加，純神混煤工況下NOx排放質(zhì)量濃度為164 mg/m3，工況3下NOx質(zhì)量濃度達(dá)到最大為236 mg/m3。隨著摻燒比例增加，入爐煤含硫量逐漸升高，分別計(jì)算了煤中的硫全部轉(zhuǎn)化為SO2時(shí)的理論濃度和S 轉(zhuǎn)化率，由于煤灰中的堿金屬在燃燒過程中會(huì)與S 形成固硫產(chǎn)物，因此實(shí)際生成的SO2濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于計(jì)算值，硫的實(shí)際轉(zhuǎn)化率（質(zhì)量百分比）約為55%。

表7 SO2與NOx排放質(zhì)量濃度

3 結(jié)論及建議

通過對(duì)4 種褐煤摻燒工況下的鍋爐制粉出力、爐內(nèi)燃燒特性、鍋爐熱效率、運(yùn)行參數(shù)等分析對(duì)比，結(jié)果表明：

1）摻燒褐煤后，通過降低磨出口溫度，調(diào)整折向擋板開度等手段可使制粉系統(tǒng)的出力滿足要求，同時(shí)保證制粉系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

2）從爐內(nèi)著火情況來看，噴口的著火距離有拉近的趨勢，爐膛水冷壁、大屏上覆蓋的渣量及爐底渣量都呈增加趨勢，渣塊較為疏松，吹灰過程對(duì)渣的清除作用明顯。爐內(nèi)溫度場分布沒有規(guī)律性變化。從蒸汽參數(shù)來看，與常用煤種相比差別不大，再熱器減溫水量增加明顯，建議根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整吹灰頻率。

3）摻燒褐煤后鍋爐效率總體下降，褐煤摻燒比例為60%時(shí)，鍋爐效率同比降低約0.45%，主要來自排煙熱損失的增加，各工況下機(jī)械不完全燃燒熱損失、排煙溫度變化不大。

4）褐煤的硫分較高，煙氣中的SO2、NOx質(zhì)量濃度隨著摻燒比例的提高而增大，3 種摻燒工況的NOx質(zhì)量濃度均不超過240 mg/m3。