鍋爐新煤種摻燒試驗(yàn)研究

王 海

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

隨著國內(nèi)煤炭市場的變化，2012年年初出現(xiàn)了平朔精洗煤（下稱平一煤）供應(yīng)緊張的局面，北侖電廠1號鍋爐的主要配煤結(jié)構(gòu)為平一煤與平混煤以2∶3或1∶4的比例進(jìn)行摻燒，平一煤的供應(yīng)不足將導(dǎo)致機(jī)組可能無法滿出力運(yùn)行。因此必須找到適合1號鍋爐的煤種，在平一煤無法正常供應(yīng)時能替代平一煤，同時確保鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，在國電燃料公司的配合下，進(jìn)行了大唐優(yōu)煤的現(xiàn)場試燒試驗(yàn)。

1 設(shè)備概況

北侖電廠1號鍋爐由美國CE公司生產(chǎn)，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2 008t/h，是亞臨界、中間一次再熱、單汽包強(qiáng)制循環(huán)、四角切圓燃燒方式∏型鍋爐，采用固態(tài)排渣和平衡通風(fēng)。鍋爐燃燒器在2010年進(jìn)行了低NOX燃燒技術(shù)改造，采用的是上海鍋爐廠有限公司提供的低NOX燃燒器。燃燒器按6×4方式布置，其中從下往上數(shù)第二層為微油燃燒器，水平布置，不參與上下擺動，其余5層燃燒器均能上下擺動。燃燒器上部安裝了4層分離式燃燼風(fēng)及2層緊湊型燃燼風(fēng)，均能隨主燃燒器上下擺動，燃燼風(fēng)還能在水平方向進(jìn)行擺動。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配有6臺HP-893磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)為同一層的4個燃燒器供粉，5臺磨煤機(jī)同時運(yùn)行可以滿足鍋爐額定出力的要求。

由于設(shè)計(jì)原因，該鍋爐一直存在煤種適應(yīng)性差、爐膛熱負(fù)荷相對集中、鍋爐水冷壁存在結(jié)焦等問題，經(jīng)過本次改造后，鍋爐的水冷壁結(jié)焦問題得到了一定的改善，NOX的排放量從改造前的約650 mg/Nm3下降到小于350 mg/Nm3，因此認(rèn)為鍋爐的煤種適應(yīng)性得到了一定程度的改善。鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

2 試燒煤種的特性

試燒煤種為大唐優(yōu)煤，試燒前對大唐優(yōu)煤的煤質(zhì)特性進(jìn)行了初步了解。大唐優(yōu)煤的各項(xiàng)煤質(zhì)指標(biāo)基本與平一煤接近，但其煤灰特性與平一煤相去甚遠(yuǎn)，尤其是灰熔點(diǎn)極低，屬于極易結(jié)渣的煤種。參與本次試燒試驗(yàn)的新煤種煤質(zhì)分析如表2所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 鍋爐煤質(zhì)分析

可以看出試燒煤種具有以下特點(diǎn)：

（1）發(fā)熱量基本與平一煤相當(dāng)，灰分、硫分明顯低于平一煤，水分比平一煤稍高，揮發(fā)分與平一煤也較為接近。

（2）根據(jù)煤質(zhì)分析情況，大唐優(yōu)煤顯然屬于易著火煤種。

（3）由于試燒前未能取得大唐優(yōu)煤的可磨性系數(shù)，因此試燒過程中還必須關(guān)注運(yùn)行磨煤機(jī)組的電流、差壓等參數(shù)。

（4）從試燒煤種的煤灰特性看，灰熔點(diǎn)明顯低于平一煤，而且低于分隔屏的設(shè)計(jì)入口煙溫，因此可能會有加劇鍋爐結(jié)焦的傾向，必須嚴(yán)密關(guān)注水冷壁、大屏、底渣斗斜坡等部位的結(jié)焦情況。

（5）從試驗(yàn)煤種的含硫量來分析，大唐優(yōu)煤的含硫量明顯低于平一煤，對于減少鍋爐的腐蝕、沾污非常有好處，如果試驗(yàn)成功對減少大氣污染物和降低煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行成本也有利。

3 摻燒試驗(yàn)結(jié)果及分析

本次試燒采用大唐優(yōu)煤與平混煤以1∶4的比例，大唐優(yōu)煤分別在磨煤機(jī)C和F上使用，目的是考證1號鍋爐在高負(fù)荷工況及低負(fù)荷工況下對大唐優(yōu)煤的適應(yīng)性，試驗(yàn)結(jié)果表明鍋爐及主要輔機(jī)總體運(yùn)行情況良好。

在600MW負(fù)荷工況下，2種摻燒方式下鍋爐總耗煤量為239t/h，摻燒大唐優(yōu)煤磨煤機(jī)的制粉量約為49t/h，磨煤機(jī)出力情況良好，磨煤機(jī)磨碗差壓2.2 kPa，2臺摻燒磨煤機(jī)電機(jī)電流約為105 A。磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度控制在70℃，無法達(dá)到75℃。如果將磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度控制在75℃，則冷風(fēng)調(diào)門開度只能維持在約8%，造成磨煤機(jī)一次風(fēng)抗擾能力下降，因此將磨煤機(jī)出口溫度調(diào)整至70℃，同時由于其揮發(fā)分含量相對較高，磨煤機(jī)出口溫度設(shè)定在70℃也不會對其噴口的著火產(chǎn)生影響。磨煤機(jī)石子煤排放1天約為6次，排放情況良好，石子煤斗未出現(xiàn)帶火星現(xiàn)象，未對石子煤排放造成任何壓力。

在600MW工況，2種摻燒方式下風(fēng)煙系統(tǒng)的運(yùn)行情況基本無區(qū)別，送風(fēng)機(jī)電流約為153 A，遠(yuǎn)小于295.5 A的額定電流，動葉開度約為54%；變頻引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在650 r/min左右，小于749 r/min的額定轉(zhuǎn)速；一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流約為245 A，小于420 A的額定電流，動葉開度約53%，說明送/引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)的裕度較大。但是其省煤器出口煙溫在維持正常吹灰作業(yè)的頻度下有升高的跡象，大約為4～5℃，適當(dāng)增加吹灰投運(yùn)，就能將該溫度控制在正常值（350℃），說明大唐優(yōu)煤的煤灰可能具有相對高的熱阻。

從在線飛灰含碳量的數(shù)據(jù)來看，在磨煤機(jī)1C摻燒大唐優(yōu)煤，600MW工況下省煤器出口氧量為2.63%時，鍋爐飛灰含碳量約為2.5%，反平衡計(jì)算鍋爐效率約為93.51%。而摻燒平一煤時，根據(jù)1號鍋爐燃燒器改造后浙江電科院的測試結(jié)果，鍋爐效率為93.55%，因此鍋爐效率基本無變化。在磨煤機(jī)1F摻燒大唐優(yōu)煤，600MW工況下省煤器出口氧量為2.61%時，鍋爐在線飛灰含碳量顯示約為2.5%，說明磨煤機(jī)組的變化對爐內(nèi)燃燒工況影響不明顯。

在試驗(yàn)期間，鍋爐NOX排放量最高為350 mg/m3，和平一煤與平混煤摻燒期間鍋爐NOX排放量相當(dāng)，試驗(yàn)期間的配風(fēng)方式也和平一煤與平混煤摻燒時一致，鍋爐SO2排放量最高達(dá)到約2000 mg/m3，比平一煤與平混摻燒時明顯下降，主要是由于大唐優(yōu)煤的含硫量明顯低于平一煤。

2種不同磨組摻燒方式下，鍋爐的主/再熱汽溫均能維持在額定值540℃左右。600MW工況下，過熱器減溫水總量能控制在40t/h左右，比燃用平一煤時（60t/h）反而有所下降。通過觀察鍋爐水冷壁、燃燒器區(qū)域、大屏過熱器區(qū)域及底渣斗斜坡的結(jié)焦情況，未發(fā)現(xiàn)結(jié)焦加劇的趨勢，這一點(diǎn)從鍋爐過熱器減溫水量的下降也得到了證明。同時說明大唐優(yōu)煤的灰熔點(diǎn)雖然相對較低，但在最上層的F磨摻燒時，并沒有引起分隔屏結(jié)焦的加劇，說明大唐優(yōu)煤與平混煤摻燒的情況下，鍋爐各受熱面的結(jié)焦情況可控。鍋爐的過/再熱器壁溫情況良好，沒有發(fā)生超溫現(xiàn)象。磨煤機(jī)1C和1F摻燒大唐優(yōu)煤和平一煤時的末級過/再熱器管壁溫度分布如圖1—4所示。

圖1 1C2種摻燒方式下末級過熱器管壁溫度比較

圖2 1C2種摻燒方式下末級再熱器管壁溫度比較

圖3 1F2種摻燒方式下末級過熱器管壁溫度比較

圖4 1F2種摻燒方式下末級再熱器管壁溫度比較

從圖1—4可以看出，在2種摻燒方式下，過熱器管壁溫度在摻燒大唐優(yōu)煤時與摻燒平一煤時分布情況一致，摻燒大唐優(yōu)煤時末級過熱器管壁溫度略有下降，平均管壁溫度下降約3℃，其中爐右側(cè)較明顯，但差別很小，23號屏溫度降幅最大，約為8℃。2種摻燒方式下，末級再熱器管壁溫度的分布情況基本一致，摻燒大唐優(yōu)煤時管壁溫度略有下降，其平均管壁溫度下降約2℃，其中爐膛中間的19號屏最為明顯，下降幅度達(dá)到14℃。分析其原因，主要是由于大唐優(yōu)煤的灰分特性與平一煤有較大差別，大唐優(yōu)煤的灰的熱阻相對較大，在對流受熱面的表面沉積后影響了對流受熱面的換熱效果，導(dǎo)致過熱器減溫水量下降，而低溫過熱器的進(jìn)/出口煙溫、空預(yù)器進(jìn)口煙溫有所上升。當(dāng)前僅摻燒20%的大唐優(yōu)煤，且由于其灰分含量相對較低，因此變化不明顯，通過投運(yùn)吹灰器就能有效控制。如果大唐優(yōu)煤的摻燒量進(jìn)一步加大，這種情況會進(jìn)一步加劇，因此增加大唐優(yōu)煤的摻燒比例須謹(jǐn)慎。至于大唐優(yōu)煤放在磨組1C還是1F摻燒，從本次試驗(yàn)的結(jié)果來看差別不大，但鑒于大唐優(yōu)煤的價(jià)格較高，為在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時能減少其使用量，以磨組1F摻燒為好。

4 結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場摻燒試驗(yàn)及試驗(yàn)后對數(shù)據(jù)的整理分析，得出如下結(jié)論：

（1）北侖電廠1號鍋爐完全可以用大唐優(yōu)煤替換平一煤。大唐優(yōu)煤與平混煤的摻燒比例以1∶4為宜。為節(jié)省燃料成本，建議將其放在磨組1F上摻燒。

（2）建議對大唐優(yōu)煤的煤灰特性進(jìn)行分析，了解其熱傳導(dǎo)特性。

（3）如果1號爐需要增加大唐優(yōu)煤的比例，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行試燒及評估工作。

[1]周永剛.擴(kuò)大煤種適應(yīng)性的鍋爐燃燒系統(tǒng)改造[J].動力工程，2006，26（1）∶65-69.