煤質變化對鍋爐設備的影響及其治理對策

沈魯鋒，宋紹偉

（1.中國國電集團公司，北京 100034；2.國電菏澤發電有限公司，山東 菏澤 274032）

煤質變化對鍋爐設備的影響及其治理對策

沈魯鋒1，宋紹偉2

（1.中國國電集團公司，北京 100034；2.國電菏澤發電有限公司，山東 菏澤 274032）

介紹了一種W火焰鍋爐燃燒系統的設計特點，該鍋爐因燃用非設計煤種，出現了制粉系統出力不足、一次風流量過高、飛灰可燃物質量分數增加、燃燒不穩定等一系列問題。通過燃燒調整試驗，加強燃用煤質管理、優化磨煤機出力、沖洗空氣預熱器蓄熱元件等措施，鍋爐的燃燒穩定性和燃燒效率得到提高。

鍋爐；煤質；變化；效率

0 引言

我國火力發電以煤為主要燃料，煤在我國能源的生產和消耗構成中均占70%以上。由于煤炭市場的變化，電煤供應日趨緊張，電煤的品位高低參差不齊，變化范圍很寬，鍋爐燃煤種類變化很大，燃用非設計煤種，不僅影響機組的帶負荷能力、使供電煤耗上升、設備磨損加劇，引發的設備缺陷明顯增多，更嚴重的是出現了鍋爐滅火事故，危及機組安全穩定運行。

1 鍋爐概況

某電廠二期工程2×300 MW機組，鍋爐系英國Mitsui Babcock公司設計制造的1 025 t/h亞臨界、單汽包、單爐膛、平衡通風、自然循環、一次中間再熱、露天式煤粉鍋爐，型號為MBEL-1025/17.3-541/541，2臺機組分別于2001年、2002年投產。該鍋爐采用W型火焰燃燒，配有3套雙進雙出鋼球磨煤機正壓直吹式制粉系統，一次熱風送粉；24個縫隙式直流燃燒器對稱地布置在拱上的同一標高27 m層的前、后側，每側分3組（即3個風室），每組有4個主火嘴、2個乏氣火嘴、2支油槍；煤粉火嘴四周是二次風口，二次風攜帶著一次風射向燃燒室；主火嘴布置在內側，乏氣火嘴布置在外側；為防結焦，前后墻設有貼墻風，鍋爐主要設計參數見表1。鍋爐設計煤種為85%無煙煤+15%半無煙煤，設計煤種特性見表2［1］。

表1 鍋爐主要設計參數

表2 煤種特性

2 煤質變化對鍋爐設備的影響

自2005年6月以后，該廠3號、4號鍋爐經常出現高負荷下燃燒不穩的險情。調查分析表明：燃煤煤質差而又變化大，收到基低位發熱量最低為18 700 kJ/kg，最高達25 000 kJ/kg；灰分最高達40%以上；干燥無灰基揮發分在8~16%之間波動。由此帶來以下幾個方面問題。

2.1 制粉系統出力不足，制粉單耗增加

每臺爐設計安裝3臺磨煤機，每臺磨煤機設計出力58.3 t/h，磨煤機的總出力可滿足鍋爐最大連續出力（BMCR）的120%，設計最大裝球量103.1t，電機額定功率1 400 kW。為降低制粉單耗，燃燒設計煤種時磨煤機電機功率控制在1 150 kW左右，每臺磨煤機出力約40 t/h。但是煤種發生變化，特別是煤質變差后，由于燃煤熱值降低、灰分增加、滿負荷耗原煤達160 t/h，每臺磨煤機出力要求在48～57 t/h，高于正常出力的40 t/h，出現磨煤機出力不足、帶不起負荷的情況，3臺磨煤機只能帶負荷270 MW。為此，只能增加磨煤機鋼球裝載量，提高磨煤機出力，帶來后果的是磨煤機耗電量增加。有些煤種發熱量高，但硬度大，也會使制粉單耗增加。制粉單耗與燃煤收到基低位發熱量關系曲線見圖1。

2.2 一次風流量過高

若煤質變差，為保證磨煤機的制粉出力和機組帶負荷，增大磨煤機進口一次風流量和壓力，在機組280 MW負荷下，一次風擋板開度為90%，致使一次風粉管的風速偏大，一次風管壓力達11.5 kPa，煤粉明顯變粗，磨煤機出口溫度下降，影響鍋爐燃燒。燃燒劣質煤時，一次風速過高或過低都是不合適的，一次速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩定，而且較粗的煤粉因慣性過大易穿過劇烈的燃燒區而落下或逸走，形成機械不完全燃燒損失；一次風速過低，則因著火點距離噴嘴較近，容易燒壞燃燒器。

圖1 制粉單耗與燃煤收到基低位發熱量關系曲線

2.3 磨煤機回粉閥動作不正常、煤粉細度難以保證

實際來煤煤種雜、變化大、灰分高，固定碳含量高，回粉閥動作不正常，容易導致造成回粉管堵塞。在電網負荷緊張的情況下，只能與調度聯系減負荷停磨煤機組以對磨組的回粉管進行人工疏通。另外，回粉管堵塞，在瞬間吹通情況下容易導致鍋爐正壓滅火。

2.4 原煤斗及給煤機堵煤

由于煤種變化，顆粒細、粘性大、水分較高的煤，易牢牢地粘在煤斗壁上，造成經常性的堵煤。設計煤種的水分在8.75%左右，而入爐煤有時水分高達12%。這些煤不僅經常性的堵煤斗，還多次堵塞磨煤機入口。

2.5 燃盡率降低

由于實際來煤為多變的劣質煤及無煙煤，煤質雜、灰分高、揮發分低、煤質變化大，再加上煤粉細度大。鍋爐燃燒的穩定性差，爐膛負壓波動大，2005年6-8月飛灰分可燃物由以前的5%以下上升到6%～9%，部分天數達到15%以上，爐渣可燃物也由以前的6%以下上升到8～20%，鍋爐效率降低。煤質變差對機組經濟性的影響不僅局限于鍋爐效率，對熱力循環效率、廠用電率消耗等都有明顯影響。

2.6 空氣預熱器蓄熱元件堵灰、腐蝕嚴重

當燃煤煤質含硫量大時，易引起水冷壁的高溫腐蝕，以及鍋爐尾部煙道、空預器蓄熱元件等部位低溫腐蝕。2006年10月，3號鍋爐停爐后，進入空氣預熱器內部檢查發現，空氣預熱器低溫段蓄熱片、中溫段最外側蓄熱片堵灰嚴重（圖2）；B空氣預熱器低溫段A圈、A空氣預熱器B圈蓄熱片下部腐蝕、吹損較嚴重（圖3）。分析認為：燃煤中S含量和灰分含量超過設計值，冬季煙氣溫度偏低，導致低溫腐蝕加劇，硫酸蒸汽會在波形板受熱面上凝結，并造成大量粘灰，導致蓄熱元件堵灰。空氣預熱器的差壓是氣流在空氣預熱器中流通情況的直接反映，空氣預熱器煙、風側差壓的增大說明空氣預熱器堵灰情況在不斷加重。

圖2 空氣預熱器蓄熱元件堵灰

圖3 空氣預熱器蓄熱元件腐蝕、吹損

2.7 鍋爐燃燒穩定性變差，機組出力受到限制

在實際運行中煤種變化是經常的，有時偏離設計值，即使混煤時，如果不均勻，對負荷及燃燒影響較大。從燃燒不穩時取得煤樣看，一種情況是揮發分較低時出現燃燒不穩定的現象，另一種情況是固定碳含量較高時出現燃燒不穩定的現象。在揮發分較低時，由于燃燒推遲，火焰下沖嚴重，使著火困難，出現燃燒不穩定的情況，引起爐膛負壓波動明顯增大。韶關電廠10號鍋爐在調試初期，未注意到煤種變化大，以至經常出現在某個時期內鍋爐燃燒穩定，但運行不到一兩個小時，鍋爐負壓波動增大，負荷下降，于是運行人員開始增加磨煤機出力，維持鍋爐出力，但隨之而來的是鍋爐負壓波動更大，最終導致鍋爐因負壓大、燃燒不穩而滅火［2］。

在燒劣質煤時，要注意過熱器和再熱器管壁溫度的監視，注意是否有管壁超溫和熱偏差現象的存在，如果存在超溫現象要及時采取有效措施，當減溫水量不足時，要及時調整燃燒，調整無效時要降低鍋爐負荷運行，以確保過熱器的安全運行。

3 采取的對策

針對燃料市場變化后機組面臨的安全、經濟運行嚴峻形勢，對鍋爐存在燃燒不穩和帶負荷能力差的原因進行了認真分析和研究，制定并實施了一系列的措施，鍋爐的燃燒穩定性、經濟性顯著提高。

3.1 加強燃料分析，做好配煤摻燒工作

混煤或配煤工作可提高劣質煤的利用率，降低燃料成本，減少排放。通過合理的將不同類、不同性質的煤種，按照一定比例加工混合成混煤，在保證機組安全運行的條件下，使混煤的價格最低，可以有效地降低發電成本。另外，對煤中礦物質引起的鍋爐受熱面結渣、積灰、腐蝕、磨損等問題，可以通過配煤來改善或解決。隨著“廠網分開、競價上網”的市場經濟發展以及煤炭供應的多樣化，配煤是穩定煤質保證鍋爐安全經濟燃燒的最佳選擇。

運行人員要及時掌握入爐煤的煤質分析情況，特別是入爐煤的揮發份、發熱量、灰份的含量，特別是入爐煤的揮發份數據，以便在控制鍋爐運行時做到有的放矢。直吹式鍋爐運行人員可以根據給煤機煤量大致判斷煤質優劣，特別應避免入爐煤煤質的突然大幅波動。

3.2 解決原煤斗、給煤機堵煤問題

雨季應備足一定數量的干煤，防止超濕的原煤直接進入原煤倉。顆粒細、粘性大、水分較高的煤，易牢牢地粘在煤斗壁上和原煤倉空氣炮打不到的上部死角部位，針對這類煤，需嚴格控制煤倉煤位在60%～80%，原煤倉上方煤篦子處應進行定期清倉；同時在原煤倉2臺電動振大裝置基礎上增加了2臺空氣炮和2臺疏松機，增強原煤倉的振打、疏通力度（圖4）。

圖4 空氣炮、疏松機配合使用

3.3 合理選擇煤粉細度，適當加大磨煤機出力裕度

煤粉細度對燃燒的穩定性和經濟性有相當大的影響。理論研究和運行實踐表明，對于低揮發份煤種，煤粉磨的更細一些，對其著火和燃盡都十分有利。西安熱工研究院修訂的“電站磨煤機及制粉系統選型導則”（DL/T466-2004）中，將原導則中煤粉細度的推薦公式由R90=0.5nVdaf+4修正為R90=0.5nVdaf，并對降低煤粉細度經濟性做了認真的比較［3］。菏澤發電廠W火焰鍋爐合理的煤粉細度為R90=7%乃至更細一些比較合適。煤粉細度受煤的可磨性系數、磨煤機料位、磨煤機鋼球裝載量、磨煤機風量等的影響。根據磨煤機功率的變化，及時補加鋼球，現每臺磨煤機每周加1次鋼球，每次1 t，一般控制磨煤機功率在1 250 kW，亦可根據磨煤機的功率變化隨時補加鋼球。現在，磨煤機運行穩定出力得到較大提高，滿足了鍋爐對煤粉細度的要求。同時根據磨煤機襯板波峰、波谷的磨損情況，對襯板進行更換或波峰的焊接堆高處理，以進一步提高磨煤機的制粉出力。

3.4 恢復、修整部分衛燃帶

W型火焰鍋爐敷設衛燃帶是燃燒低揮發分煤的必要手段，也是為了強化低揮發分煤的著火和燃盡所需高火焰溫度的需要。衛燃帶對于提高火焰根部溫度、低負荷狀態下的穩定著火以及強化燃燒都是非常重要的措施。原設計整個爐膛內均敷設有569 m2衛燃帶，爐膛溫度很高，后因種種原因拆除掉兩側墻和前后墻部分衛燃帶，現在留有242.4 m2的衛燃帶（由于鍋爐運行中衛燃帶脫落，停爐后技術人員進入爐膛檢查發現衛燃帶面積僅剩120m2），造成爐膛溫度下降。建議增加衛燃帶的敷設面積，提高爐膛溫度水平和蓄熱能力［4］。

3.5 更換或沖洗空氣預熱器蓄熱元件

原空氣預熱器沖洗裝置，沖洗壓力低，只能沖掉浮灰，不能有效清除蓄熱元件上的灰垢，當再次點火時潮濕的灰垢被燒結成了“磚”使堵灰更加嚴重。為此，應改變空氣預熱器蓄熱元件沖洗方式（可采用高壓水射流沖洗、堿洗），縮短沖洗周期（由原先的每年沖洗1次，改為每年沖洗2次），必要時應對磨損、腐蝕、減薄的低溫段換熱元件進行更換。空氣預熱器蓄熱元件沖洗后，空氣預熱器壓差大幅度降低，漏風率降低、換熱效率得到提高，鍋爐燃燒穩定，風機電耗降低。某臺鍋爐空氣預熱器沖洗前爐膛負壓波動-400～350 Pa，燃燒不穩定；空氣預熱器沖洗后爐膛負壓波動-100～0 Pa，燃燒穩定（圖5）。

圖5 空氣預熱器沖洗前后爐膛負壓波動比較

3.6 鍋爐的配風原則

鍋爐的合理配風影響到鍋爐的燃燒性能，若優化調整后，運行方式合理，則鍋爐能安全、經濟運行。一次風速、風壓不要過高或過低。磨煤機的通風量在保證不堵磨前提下采用低風量，以提高燃燒器附近的煙氣溫度及煤粉濃度，提高著火穩定性；為增加W形火焰行程及煤粉在爐內的停留時間，三次風及爐底熱風量宜調整適當，否則會造成火焰行程縮短或造成較粗顆粒，末燃燼煤粉沖向爐底，不利于燃料的燃燼；密切注意氧量的變化，氧量是反映燃燒最重要的參數，特別是煤質變差時氧量上升較快。一般氧量應控制在3%～5%為宜。

3.7 正確投助燃油，找到穩燃和降耗的平衡點

正常燃燒過程中，若鍋爐突然出現大幅度掉壓，爐膛抽負壓現象，則往往是煤質突變的前兆。若鍋爐燃燒惡化需要投油助燃時，堅決果斷投油助燃，并有管理人員現場指導，避免因煤質問題導致鍋爐滅火。健全配煤摻燒快速反應機制，管理人員和煤檢驗人員隨時候命，鍋爐燃燒出現不穩時，快速啟動應急預案，化學分析、燃料部、發電部管理人員緊急行動，指導上煤和鍋爐燃燒調整，確保煤種正確更換或摻配，維護機組穩定。本著保安全和經濟節約并重的原則，盡量減少投用油槍數量和投油時間，燃燒穩定后及時解列助燃用油。

3.8 運檢協作，加強設備查漏消缺

在劣質煤入爐后，鍋爐設備受其影響，磨損嚴重，“四管”泄漏嚴重影響經濟運行。針對這種情況，該廠運行、檢修部門齊抓共管，加大對設備的管理工作力度，使設備適應了煤種變化。一是嚴格執行設備缺陷的管理制度和定期分析制度，提高設備的可靠性。二是強化“四管”的檢查工作，利用一切停爐機會入爐查看，對磨損嚴重部位早做修補并采取防磨措施，延長設備使用壽命。三是針對設備情況把一些平時大修才做的改造項目，利用短時間停爐機會及時完成。盡最大努力減少因設備原因造成機組非計劃停運。

4 結語

通過以上具體解決方案和技術措施的實施，鍋爐的燃燒穩定性和效率得到提高，鍋爐飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量下降到4%以下，供電煤耗降低了約3 g/kW·h。現在，用電緊張局勢得到緩解，但是電煤緊張趨勢一時難以緩解，煤價居高不下、煤質下降、庫存不足，這是目前面臨的現狀，燃用非設計煤種，任重道遠。新的形勢面前，只能通過主動適應電力市場的需要、適應煤炭市場的變化，實現鍋爐燃燒穩定和經濟性不斷提高的雙贏。

［1］英國Mitsui Babcock公司.鍋爐運行維護手冊［Z］.2002.

［2］徐齊勝，馬斌，羅萌，等.W火焰鍋爐的穩燃試驗研究［J］.華東電力，2003（6）：69-71.

［3］畢玉森，陳國輝.低揮發分煤種與 W型火焰鍋爐［J］.熱力發電，2005（7）：7-10.

［4］宋紹偉，邱現堂，楊真學，等.“W”火焰鍋爐爐膛負壓波動大原因分析與對策［J］.中國電力，2006（8）：45-48.

Effects of Coal Quality on Boiler and Countermeasures

This paper analyzed the operating conditions of the W-type flame boilers of 300 MW in Heze Power Plant，in accordance with its designed characteristics.With the burning of non-designed coal，there are many problems in boiler equipments，such as overload running of pulverizing system，over high flow of primary air and high the mass fraction of unburned carbon in fly ash etc.Based on this，this paper proposed adjusting of the combustion，enhancing regulation of coal，increasing safeguard belt zone，improving pulverize power.The application experiences show that the combustion stability and efficiency of boiler has been improved greatly.

boiler；coal quality；variation；efficiency

book=37,ebook=18

TK227.1

B

1007－9904（2010）04－37－05

2010－05－16

沈魯鋒（1968-），男，山東省鄄城縣人，高級工程師，主要從事電廠運行技術管理工作。

宋紹偉 （1977-），男，山東省鄆城縣人，工程師，主要從事火電廠節能技術管理工作。