煙煤鍋爐摻改燒褐煤的研究與實踐

陳建國,翟德雙,天 罡,于子龍,許國鋒

(1. 國家電投集團東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181； 2.遼寧東方發電有限公司，遼寧 撫順 113007)

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煙煤鍋爐摻改燒褐煤的研究與實踐

陳建國1,翟德雙1,天 罡2,于子龍2,許國鋒2

(1. 國家電投集團東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181； 2.遼寧東方發電有限公司，遼寧 撫順 113007)

通過對鍋爐部分設備進行改造，實現煙煤鍋爐摻燒或全燒褐煤,提高企業經營績效。對空氣預熱器反轉改造，提升熱一次風溫度；對一次風機增容改造，提升制粉系統的通風出力；對空預器一、二次風倉進行改造，適當增大一次風倉通流面積，降低一次風阻力；對磨煤機風環及冷熱風插板門進行改造，提升磨煤機運行穩定性；在空預器出口左、右2個熱一次風道內各設置1套一次風加熱器系統，使一次風溫提高40～45 ℃，實現300 MW負荷全燒褐煤，年降低燃料成本約1 764萬元。

煙煤鍋爐；摻燒；褐煤；空預器；制粉系統

1 概況

東方發電公司2×350 MW機組鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的HG-1165/17.45-YM1型亞臨界、一次中間再熱、自然循環、燃煤汽包鍋爐，最大連續蒸發量為1 165 t/h，設計燃用煤種為煙煤，低位發熱量19 300 kJ/kg。2臺機組于2005年投入商業運行。投產后，由于煤炭市場變化，煙煤價格不斷上漲，企業經營面臨困境，特別是近年來，發電市場供大于求的狀況逐年加劇，機組利用小時數明顯降低，雙重因素下，企業出現連年虧損。為提高機組的競爭優勢、降低發電成本，增強企業盈利水平，東方發電公司2臺350 MW機組從2007年初開始嘗試摻燒褐煤，邊摻燒邊總結經驗，逐步增大摻燒比例[1-3]。但是，隨著褐煤摻燒比例的不斷加大，先后出現了如下問題。

a.熱一次風溫度偏低，受制粉系統干燥出力影響，磨煤機出力遠低于設計值。鍋爐設計熱一次風溫312 ℃，實際運行中熱一次風溫一般為280～305 ℃，較燃用褐煤的300 MW等級機組熱一次風溫偏低80 ℃。

b.因摻燒褐煤，燃料量增加以及干燥出力限制，一次風量需求量大幅增加，原一次風機出力無法滿足需求。

c.摻燒褐煤后，隨著燃煤總量的增加，需要一次風機高風壓、高出力運行，一次風系統阻力增大，運行中經常發生一次風機失速、喘振，多次造成鍋爐MFT。

d.隨著一次風量增加，粉管內流速大于設計值，造成粉管和燃燒器磨損嚴重。

e.低負荷時鍋爐氧量偏高，致使爐膛出口NOx偏高，環保達標排放壓力大。

2 改造技術難點

2.1 煙煤與褐煤的煤質特性差別較大

煙煤熱值一般在15 000～25 000 kJ/kg。我國褐煤熱值大多在11 000～16 000 kJ/kg，相對于東北地區煙煤來說，褐煤熱值較煙煤熱值低25%～40%，因形成年代較短，其碳化程度較淺，因此具有水分含量高、熱值低和灰熔點溫度低等特點[4-6]，煙煤與褐煤煤質特性對比見表 1。

表1 煙煤與褐煤煤質特性對比

2.2 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐原始設計差別大

2.2.1 制粉系統設計差別

因煙煤發熱量比褐煤高1.5倍，對于相同出力的機組，不計算鍋爐熱效率對煤質消耗量的影響，褐煤消耗量約為煙煤的1.5倍，所以燃用褐煤的鍋爐配比的磨煤機數量多于燃用煙煤的鍋爐，而且單體磨煤機出力一般高于煙煤鍋爐所用的磨煤機。鍋爐設計的一次風率也不同，煙煤鍋爐一次風率通常在20%～30%，褐煤鍋爐一次風率通常在35%，煙煤鍋爐與褐煤鍋爐制粉系統設計區別見表2。

東方發電公司磨煤機型式為彈簧加載，出力為40.95 t/h，通風量為72.22 t/h，磨煤機碾磨出力、干燥出力、通風出力較同容量等級的燃用褐煤電廠設計相差較多，熱一次風溫度設計相差也較多。

表2 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐制粉系統設計區別

2.2.2 一次風機與引風機出力設計差別

由于褐煤的高水分特性，需要一次風機提供較大的通風出力和干燥出力，所以相同容量褐煤鍋爐的一次風機設計出力要比煙煤鍋爐設計值高。受總空氣量偏大以及煙氣中水蒸氣含量偏高的影響，褐煤鍋爐產生煙氣量一般比煙煤鍋爐偏大10%左右。另外，排煙溫度也比煙煤鍋爐高出20 ℃左右，所以褐煤鍋爐引風機出力要比煙煤鍋爐高，褐煤機組與煙煤機組設計參數比較見表3。

表3 褐煤機組與煙煤機組設計參數比較

2.2.3 爐膛結構尺寸差別

因煙煤和褐煤煤質特性不同，爐膛結構設計也不同。根據JB/T 10440—2004《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設計規范》，對于300 MW級別機組，煙煤鍋爐爐膛容積熱負荷推薦為90～118 kW/m3，褐煤鍋爐推薦為75～90 kW/m3；煙煤鍋爐爐膛截面熱負荷推薦為3.8～5.1 MW/m2，褐煤鍋爐推薦為3.3～4.0 MW/m2，煙煤鍋爐L3距離推薦為16～20 m，褐煤鍋爐推薦為18～24 m。可見，對于相同出力的機組，褐煤鍋爐無論從爐膛容積、截面面積、燃盡區高度均要大于煙煤鍋爐。東方發電公司鍋爐與燃燒褐煤的300 MW等級機組鍋爐參數相近， 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐爐膛結構尺寸區別見表4。

表4 煙煤鍋爐與褐煤鍋爐爐膛結構尺寸區別

3 解決方案

3.1 空預器反轉方案

東方發電公司為實現小比例摻燒褐煤，2009年利用機組大修期間先后對1、2號爐進行了空預器反轉改造，將空預器由煙氣→二次風→一次風側的旋轉方向，改造為由煙氣→一次風→二次風側的旋轉方向，使一次風先與空預器儲熱原件接觸，提高一次風溫。

改造后，320 MW負荷工況下，可摻燒25%的褐煤，預熱器出口熱一次風溫度從287 ℃提高到306 ℃，平均提高了19 ℃，磨煤機入口溫度也從200 ℃上升到280～290 ℃。具體數據見表5。經過6年的實際運行，取得了較好的經濟效果，見表6，摻燒褐煤和低質煙煤量逐年增多，累計節約燃料成本達5.3億元，見表7。

表5 320 MW負荷下表盤及試驗對比結果匯總

表6 改造后燃料成本節約情況

表7 改造前后對比

3.2 綜合改造方案

經過預熱器反轉改造后，一次風溫雖然有一定提高，但與褐煤鍋爐設計值比還有較大差距，摻燒褐煤比例仍然有限，電網負荷尖峰時段和冬季供暖期間仍以燃用優質煤為主，東方發電公司的經營困境還沒有完全解決。通過對鍋爐本體結構分析，鍋爐本體燃燒室尺寸和容積與全燒褐煤的300 MW機組相仿；再結合電網運行實際，機組滿負荷運行的幾率較低，并從系統改動小、投資少等角度出發，以鍋爐80%～90%BRL工況全燒褐煤為改造目標，確定了一次風機增容改造方案、空預器分倉改造方案、一次風加熱改造方案、熱一次風及風管增容改造方案，因投資大，改造周期長，按輕重緩急分步實施。

3.2.1 一次風機增容及空預器分倉改造

2015年利用機組檢修計劃，將2臺機組一次風機更換為動葉可調軸流式風機，更換后風機各項參數與設計燃用褐煤的300 MW機組參數相當，一次風機最大通風量增加37%，最大全壓升增加約54%。將空預器進行分倉改造，將原一、二次風的分倉角度由50°/130°調整為70°/110°，加大了一次風側通風截面，在空預器出口一次風溫有所提高的前提下，減少空預器阻力約30%。

兩年來實際運行情況為一次風機母管風壓可達10～12 kPa，全燒褐煤時，制粉總體出力增加約14.2 t/h，機組負荷可達到213 MW，帶負荷能力增加了29 MW；摻燒褐煤比例在65%～70%時，磨煤總量為170 t/h，能夠滿足75%以上負荷要求，基本滿足采暖期熱負荷需求，300 MW最大摻混褐煤比例能達到65%～70%，較之前提高了30個百分點，節約燃料成本1.42億元，改造后燃料成本節約情況見表8。

表8 改造后燃料成本節約情況

3.2.2 一次風加熱改造方案

為進一步解決負荷高峰時段和供暖期對優質煤依賴的問題，2017年，東方發電公司計劃開展一次風提溫改造，在熱一次風分配集箱前左、右2個熱一次風道內各設置1套熱一次風加熱器系統。利用熱再過熱度來加熱熱一次風，加熱后的蒸汽通過減壓閥減到三抽壓力后，代替三抽蒸汽回到3號高加繼續加熱給水。同時，在原三抽蒸汽管路設置截止閥，也可用三抽蒸汽加熱熱一次風，兩路可切換。全燒褐煤時用熱再蒸汽加熱熱一次風，摻燒褐煤時，干燥出力富裕，可用三抽蒸汽加熱熱一次風，提高機組回熱的經濟性，熱一次風加熱器蒸汽系統如圖1所示。

圖1 熱一次風加熱器蒸汽系統

4 結論

上述改造全部完成后，熱一次風溫度能提高40～45 ℃，實現300 MW負荷全燒褐煤，褐煤摻燒比提高30%，年降低燃料成本約1 764萬元。并可以靈活適應煤炭市場，根據煙煤、褐煤市場價格變化，調整燃煤結構，可有效緩解企業經營壓力。全燒褐煤后，爐膛內理論燃燒溫度降低約35 ℃，可有效降低爐內NOx生成，可提高SCR進口煙溫約8 ℃。由于熱一次風風溫提升，低負荷時可減少一次風風率，增強二次風切圓可靠性，有助于穩燃，改善機組深度調峰能力，在電力輔助調峰服務市場上獲利。

[1] 高繼錄，鄒天舒，李志山，等.1 000 MW機組神華煤摻燒霍林河褐煤的試驗研究[J].動力工程學報，2012，32(6)：430-434.

[2] 程玉貴，高繼錄，閆洪勇，等.800 MW超臨界鍋爐大比例摻燒褐煤安全性分析[J].東北電力技術，2013,34(5)：24-27.

[3] 才延福，高繼錄，鄒天舒.1000 MW超超臨界機組摻燒褐煤試驗研究[J].東北電力技術，2014，35(6)：27-29，33.

[4] 高繼錄，程善勤，祝志福，等.300 MW褐煤鍋爐嚴重結焦原因分析及治理措施[J].東北電力技術，2013,34(4)：24-27.

[5] 白永會，王 輝，高繼錄.800 MW超臨界機組摻燒褐煤的研究與應用[J].東北電力技術，2012,33(8)：43-45.

[6] 李戰國，袁鴻飛，冷 杰，等.MPS-HP-II型磨煤機磨制高水分褐煤出力計算及應用研究[J].東北電力技術，2014，35(10)：41-43.

Research and Practice on Mix-Burnning Lignite of Bituminous Coal Boiler

CHEN Jianguo1, ZHAI Deshuang1, TIAN Gang2, YU Zilong2, XU Guofeng2

(1. SPIC Northeast Electric Power Co., Ltd. ,Shenyang，Liaoning 110181,China;2. Liaoning dongfang power Co., ltd., Fushun,Liaoning 113007, China)

Through the transformation of some boiler equipments, it achieves mix-burnning lignite of bituminous coal boiler or bituminous coal boiler to improve performance. To reverse transforming the air preheater in order to improve the heat transfer rate and to improve the ventilation of the coal pulverizing system for the first and second wind warehouse of air preheater,the flow area of primary flow passage increasing once the wind resistance is reduced.The transformation of the air ring structure,heating and cooling air door of the coal mill improve the operation stability of the coal mill.A set of primary air heater system is arranged in the left and right heat primary air ducts of the air preheater outlet to increase the primary air temperature 40～45 ℃.It realizes the lignite with 300 MW load, and reduces the fuel cost by about ￥17,640,000 Chinese RMB.

bituminous coal boiler；mix-burnning；lignite；air preheater；milling system

TK227.1

A

1004-7913(2017)06-0041-04

陳建國(1969)，男，高級工程師，主要從事火力發電管理及相關技術研究工作。

2017-04-10)