600MW超臨界鍋爐變煤種運行特性研究

賈瑞敏

摘 要：在600MW超臨界鍋爐運行的過程中，常常會因為改燒煤種而出現燃燒不穩定和燃燒不充分等問題。某600MW超臨界鍋爐運行的過程中，常常會因為改燒煤種而出現燃燒不穩定和燃燒不充分等問題。所以，本文在分析600MW超臨界鍋爐結構及其變煤種運行情況的基礎上，對變煤種運行給600MW超臨界鍋爐運行特性帶來的影響展開了分析，并提出了改善鍋爐變煤種運行特性的對策。

關鍵詞：600MW超臨界鍋爐；變煤種運行；特性

一直以來，我國動力用煤一直都存在缺陷，比如煤種雜、煤質差、煤燃燒污染大，因此出現了很多超臨界機組的燃煤情況嚴重偏離設計煤種的問題，進而引發了滅火頻率高、出力少、煤耗多、機組運行可靠性差等問題。而600MW超臨界鍋爐是得到廣泛使用的燃煤機組，同樣也存在著偏離設計煤種運行的問題，從而影響了燃煤電廠的正常運行。因此，有必要對600MW超臨界鍋爐變煤種運行特性展開研究，以便更好的促進國內熱力發電事業的發展。

1 600MW超臨界鍋爐結構及其變煤種運行情況

就目前來看，采取四角切圓燃燒方式的600MW超臨界鍋爐是得到廣泛使用的超臨界機組，機組本身是按照超臨界參數變壓運行的螺旋管圈直流鍋爐。而某電廠在使用該類型的機組時，選取了單爐膛結構的鍋爐，并且為鍋爐配備了6臺MPS中速磨和兩臺空氣預熱器。此外，鍋爐燃燒系統由24只直流式燃燒器構成，布置時采取了六層結構安置在爐膛下部四角的位置。煤質眾多的特性中，揮發分、水分、灰分等的含量對鍋爐的運行性能有著非常重要的影響。而該鍋爐的設計煤種為煙煤，但是實際使用煤種為煙煤和無煙煤的混合物。從低位發熱量和揮發分等煤質參數上來看（如下表1所示），設計煤種低位發熱量為21981kJ*kg-1，Mar、Aar、Vdat分別為9.9%、23.72%和24.75%。實際燃煤低位發熱量為18024kJ*kg-1，Mar、Aar、Vdat分別為8.8%、35.67%和20.54%，所以二者煤質相差不大。但是，鍋爐仍然出現了著火穩定性差和灰渣中可燃物含量高的問題，從而導致鍋爐每月額外需要使用的點火和助燃用油約為500t，灰渣可燃物約達20%。

表1 設計煤種與實際煤種的煤質參數

煤種 Mar（%） Aar（%） Var（%） Qnetar（kJ*kg-1）

設計煤種 9.9 23.72 24.75 21981

實際煤種 8.8 35.67 20.54 18024

2 變煤種運行給600MW超臨界鍋爐運行特性帶來的影響

2.1 給系統運行性能帶來的影響

在鍋爐運行的過程中，煤質的揮發分和灰分等特性都會對鍋爐運行性能產生影響。在煤種發生變化時，煤質的特性將發生較大的變化。通常情況下煤粉的著火性能與揮發分含量的多少成正比，高揮發分的煤比較易著火，低揮發分的煤比較難著火且燃燒過程不太穩定，但揮發分太高有可能出現著火提前而損壞燃燒器的情況并且容易造成化學不完全燃燒熱損失增加。而相較于煙煤，無煙煤的揮發分含量稍低，灰分含量稍高，所以會影響鍋爐運行性能。

2.2 給系統燃燒性能帶來的影響

就目前來看，可以利用著火判別指數進行系統燃燒穩定性的分析，而該指數與煤在加熱過程產生的水的平均比熱、灰的比熱和碳的比熱有著直接的聯系。這些比熱值越大，著火指數也就越小。而著火指數越小，鍋爐著火過程也就越難以進行，燃煤的穩定性也就越低。相較于煙煤，無煙煤的各種元素的比熱相對較大，所以鍋爐燃煤的穩定性將難以維持。

3 改善600MW超臨界鍋爐變煤種運行特性的對策

3.1 重新制定燃燒方案

大部分鍋爐的燃燒系統都有一定的調節能力，但在實際燃用煤種與設計煤種差別較大的情況下，需要對燃燒方案進行調整以更好地保證鍋爐的穩定運行。在燃用無煙煤與貧煤時，由于它們的揮發分是偏低的，它們燃燒存在的問題主要關于著火過程，可對燃燒配風進行調整：為加重煤粉濃度，一次風速設置較小，降低著火熱，將著火時間提前；為加大穿透力，二次風速設置較大，增大燃燒圓直徑，有效防止二次風過早摻入一次風中。采用劣質燃煤時，煤粉應盡量磨細，可以確保正常著火及燃燒完全，同時給予較高的過量空氣系數，有利于降低熱耗。對于揮發分較高的煙煤，不必注重著火問題，而是重點加強燃燒過程的可靠性及安全性，通過降低二次風率、增加燃燒器數量分散熱負荷的方式避免結焦現象。此外，提早進行一次風和二次風的混合可以提高燃煤效率。

3.2 合理調節磨煤機

實際上，煤種的變化將影響磨煤機的出力水平。因為，隨著干燥無灰基揮發分含量的增加，磨煤機的出力也將增大。而在煙煤中摻入可磨指數相對低的無煙煤，也將直接導致磨煤機出力下降。在出現磨煤機的出力降低時，可以采用以下幾種方法進行調整：定期添加鋼球并及時清理不合格鋼球；在保證磨煤機出口溫度的條件下盡量使磨煤機入口的風溫提高；保證磨煤機內一定的通風量，盡可能使磨煤機入口的負壓減??；保證煤粉的細度合格，在必要的情況下對粗粉分離器的折向門進行調整。

3.3 做好空氣系數的調整

煤種的變化將導致燃燒需要的空氣量變化，所以需要通過調整空氣系數使鍋爐保持較高的熱效率。而該鍋爐在加入無煙煤后，產生的煤渣中的可燃物含量較高，所以需要增加爐膛內的氧含量，從而使燃料得到充分燃燒。因此，可以在確保鍋爐穩定燃燒的基礎上，適當增加過量空氣系數，從而為鍋爐穩定燃燒提供足夠的需氧量，并使鍋爐運行的經濟性得到保證。

經過重新制定燃燒方案、合理調節磨煤機和調整空氣系數后，可以發現600MW超臨界鍋爐的變煤種運行特性得到了有效改善。在改善后，鍋爐的著火穩定性差和灰渣中可燃物含量高的問題都得了有效改善，鍋爐每月額外需要使用的點火和助燃用油降低到為230t，灰渣可燃物僅達8%（如下表2所示）。

表2 鍋爐變煤種運行特性改善前后的助燃油用量及灰渣可燃物含量的變化

運行特性情況 助燃用油量（t） 灰渣可燃物含量（%）

改善前 500 20

改善后 230 8

通過數據對比可以得出，在使用混煤的情況下，通過適當改變運行特性，鍋爐的燃燒穩定性和經濟性均得到顯著提高?？偠灾?，600MW超臨界鍋爐通常使用的燃料都是混煤，所以將與設計煤種品質有一定的差異。因此，在使用該燃煤機組時，需要分析鍋爐變煤種運行的燃煤特性，并采取相應的措施進行燃燒方案、磨煤機和空氣系數的調整，從而使鍋爐運行保持較高的效率。

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