1 900 t/h鍋爐摻燒低水澳優(yōu)煤的可行性研究

李文華，胡卿，童家麟，呂洪坤，蔡潔聰

（1.浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江溫州325602；2.浙江浙能技術研究院有限公司，杭州310003；3.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

1 900 t/h鍋爐摻燒低水澳優(yōu)煤的可行性研究

李文華1，胡卿2，童家麟3，呂洪坤3，蔡潔聰3

（1.浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江溫州325602；2.浙江浙能技術研究院有限公司，杭州310003；3.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

為了擴大鍋爐的適燒煤種資源，以某1 900 t/h燃煤鍋爐為研究對象，采用分倉摻燒的方式進行不同比例的低水澳優(yōu)煤摻燒試驗。結(jié)果表明，摻燒低水澳優(yōu)煤是可行的，不會對爐內(nèi)結(jié)焦、減溫水量、制粉系統(tǒng)和鍋爐效率產(chǎn)生明顯影響，但全燒低水澳優(yōu)煤后NOX生成量大幅增加，較基礎工況增加了約50%，故建議以2～3套中下層制粉系統(tǒng)摻燒低水澳優(yōu)煤，而不建議全燒該煤種。

摻燒；結(jié)焦；減溫水量；制粉系統(tǒng)；鍋爐效率；NOX排放

0 引言

受動力煤供應的影響和發(fā)電企業(yè)降低發(fā)電成本的需要，許多燃煤鍋爐無法全部燃燒設計煤種，不得不摻燒其他煤種，有些煤種甚至遠遠偏離設計煤種，對鍋爐的安全運行提出了很大的挑戰(zhàn)?？偨Y(jié)國內(nèi)300 MW及600 MW鍋爐摻燒其他煤種的實際運行情況，摻燒非設計煤種，特別是劣質(zhì)煤后，對爐內(nèi)整體溫度水平、受熱面結(jié)焦積灰情況、尾部可燃物燃燼情況和NOX排放均會產(chǎn)生不同程度的影響[1-5]。因此，研究摻燒非設計煤種對鍋爐燃燒特性的影響非常有必要。

為了擴大某發(fā)電廠的適燒煤種資源和積累多煤種摻燒的經(jīng)驗，以該發(fā)電廠某臺1 900 t/h燃用煙混煤的鍋爐為研究對象，通過“分磨制粉，爐內(nèi)混燒”的方式進行了不同比例低水澳優(yōu)煤種的摻燒試驗，全面評估摻燒低水澳優(yōu)煤種對鍋爐安全可靠性、經(jīng)濟性和污染物排放的影響，以期為同類型鍋爐摻燒非設計煤種提供參考。

1 研究對象概況

該超超臨界鍋爐為螺旋爐膛、一次再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構架、露天布置π型鍋爐。采用中速磨煤機正壓冷一次風直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對沖燃燒方式，配置DRB-4Z型和AIREJET型超低NOX旋流燃燒器和OFA（燃燼風）噴口，設計煤種為蒙動煤，平時主要燃用煤種為富動24，摻燒煤種為低水澳優(yōu)，3種煤的煤質(zhì)分析見表1。由表1可知，富動24和低水澳優(yōu)的水分較設計煤種略低、低位發(fā)熱量較高，著火性能優(yōu)于蒙動煤；灰熔點較設計煤種高，不易結(jié)焦，因此富動24摻燒低水澳優(yōu)從理論上是可行的。

表1 煤質(zhì)分析與對比

2 摻燒試驗

為了更好地研究摻燒不同比例的低水澳優(yōu)煤對爐內(nèi)燃燒特性的影響，本次試驗以滿負荷下分磨摻燒的方式進行，試驗期間盡可能控制各工況下的運行氧量在同一水平，燃燒器的二次風小風門開度保持不變。試驗從摻燒2套制粉系統(tǒng)（最底層）開始，逐臺增加，直至全部燃燒低水澳優(yōu)（5套制粉系統(tǒng)），實際試驗工況如表2所示。試驗依據(jù)ASME PTC 4.1《鍋爐性能試驗過程》進行，主要評估不同摻燒比例對鍋爐安全可靠性、經(jīng)濟性和污染物排放的影響[7]。

3 試驗結(jié)果

3.1 爐內(nèi)結(jié)焦情況和爐膛溫度

試驗通過A/B側(cè)前屏下部、后屏下部和SOFA（分離式燃燼風）上層水冷壁的幾處觀火孔觀察爐內(nèi)的結(jié)焦情況。因低水澳優(yōu)的灰熔點較富動24高，爐內(nèi)整體結(jié)焦情況沒有惡化傾向。前屏下部在之前燃用富動24時有部分厚焦覆蓋，摻燒低水澳優(yōu)后，未見結(jié)焦量有明顯增多，后屏下部和SOFA上層水冷壁的管壁上則均為小結(jié)焦薄粒。

表2 摻燒試驗工況

由于低水澳優(yōu)的水分較富動24低，因此摻燒后爐膛溫度有所升高，但整體爐溫在正常區(qū)間內(nèi)，沒有超溫點。主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)均能達到設計值，且減溫水量處于合理范圍之內(nèi)，其中工況四的減溫水量與基礎工況基本相同。各工況下，典型區(qū)域爐膛溫度和減溫水量如表3所示。

表3 爐膛溫度情況和減溫水量

3.2 制粉系統(tǒng)

表4為各工況下各臺磨煤機磨制不同煤種時的電流對比情況，試驗時保持磨煤機通風量、煤量和分離器轉(zhuǎn)速基本一致。由表1可知，由于低水澳優(yōu)的低位發(fā)熱量與富動24較為接近，因此機組各工況下給煤量相差不大，但同一臺磨煤機磨制低水澳優(yōu)時的電流較磨制富動24高3～5 A，最高值達65 A，原因是低水澳優(yōu)哈氏可磨性指數(shù)較富動24略低。而該HP1003/Dyn型中速磨煤機的額定電流為82 A，還有一定的裕量，因此制粉系統(tǒng)運行較為安全。

3.3 鍋爐效率特性

由于低水澳優(yōu)的哈氏可磨性指數(shù)較富動24低，磨制煤粉較為困難，摻燒低水澳優(yōu)后，在磨煤機磨輥加載力和分離器轉(zhuǎn)速不變的情況下，煤粉顆粒會變粗。表5為各工況下飛灰和底渣含碳量的比較，可見，隨著低水澳優(yōu)的摻混比例增大，飛灰可燃物含量總體逐步上升，鍋爐未完全燃燒損失不斷增大。圖1為經(jīng)環(huán)境溫度（按空氣預熱器進口溫度20℃）計算修正后的鍋爐效率隨低水澳優(yōu)摻混比例增大的變化趨勢。由圖1可知，鍋爐效率總體變化不大，原因是盡管隨著摻燒比例的增加，飛灰可燃物含量上升，但低水澳優(yōu)的含水量較富動24低，煙氣中水蒸氣帶走的熱損失減小，同時底渣含碳量也略有減小，綜合結(jié)果是鍋爐效率小幅降低。

表4 各磨煤機磨制不同煤種時的電流比較

表5 各工況下飛灰和底渣含碳量的比較

圖1 環(huán)境溫度修正后的鍋爐效率隨低水澳優(yōu)摻混比例增大的變化趨勢

3.4 污染物排放特性

試驗摻燒的低水澳優(yōu)含氮量為1.24%，較富動24（含氮量0.89%）高。摻燒后，SCR（選擇性催化還原）裝置入口處NOX較基礎工況明顯升高。圖2為折算成標況后各工況下SCR入口處NOX生成量的比較，隨著摻燒比例的增加，NOX生成量總體上呈增大趨勢；對于工況一和工況二，因為摻燒的制粉系統(tǒng)為中下層制粉系統(tǒng)，NOX生成量增加僅為10%～15%；工況三增加了1層上層制粉系統(tǒng)進行摻燒，故NOX生成量進一步升高，達到了285 mg/m3（標況值）；工況四則是增加了上兩層制粉系統(tǒng)進行摻燒，NOX生成量較基礎工況增加約50%，究其原因是：距燃燼風區(qū)較近的制粉系統(tǒng)摻燒低水澳優(yōu)后，還原區(qū)還原能力減弱[8]，且低水澳優(yōu)的含氮量較富動24高約40%，綜合結(jié)果是NOX生成量大為提高。

圖2 爐膛出口NOX含量隨低水澳優(yōu)摻混比例增大的變化趨勢

4 結(jié)論

以某臺1 900 t/h燃用煙混煤的鍋爐為研究對象，進行了不同比例低水澳優(yōu)煤的摻燒試驗，試驗結(jié)果如下：

（1）爐內(nèi)結(jié)焦情況和爐膛溫度測試表明，摻燒低水澳優(yōu)后，爐內(nèi)整體結(jié)焦情況沒有惡化傾向，典型區(qū)域受熱面沒有超溫點，主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)均能達到設計值，且減溫水量處于合理范圍之內(nèi)。

（2）制粉系統(tǒng)運行情況表明，由于低水澳優(yōu)哈氏可磨性指數(shù)較富動24略低，磨煤機電流上升明顯，但在實際運行中未超過額定電流。

（3）鍋爐效率特性表明，由于低水澳優(yōu)磨制較為困難，摻燒后，飛灰可燃物含量總體逐步上升，鍋爐未完全燃燒損失增大，但其含水量較富動24低，煙氣中水蒸氣帶走的熱損失減小，同時底渣含碳量略有減小，綜合結(jié)果是鍋爐效率小幅降低。

（4）污染物排放特性表明，低水澳優(yōu)含氮量為1.24%，較富動24高，摻燒后，SCR入口處NOX較基礎工況明顯升高，特別是工況四，由于上層制粉系統(tǒng)也進行了摻燒，還原區(qū)還原能力減弱，NOX生成量較基礎工況增加約50%。

（5）試驗結(jié)果表明，摻燒低水澳優(yōu)是可行的，不會對爐內(nèi)結(jié)焦、減溫水、制粉系統(tǒng)和鍋爐效率產(chǎn)生明顯影響，但全燒低水澳優(yōu)后NOX生成量大幅增加，對脫硝系統(tǒng)運行的壓力增大，故建議以2～3套中下層制粉系統(tǒng)摻燒低水澳優(yōu)，而不建議全燒該煤種。

[1]林德平.600 MW亞臨界機組劣質(zhì)煤摻燒試驗研究[J].廣東電力，2015，28（9）∶37-42.

[2]陳寶康，陳敏，王小華，等.350 MW機組燃用煙煤鍋爐摻燒褐煤的試驗研究[J].熱力發(fā)電，2013，42（6）∶35-39.

[3]王春昌，阮士周，宋太妃，等.煙煤鍋爐兩種方式摻燒褐煤的工程應用[J].中國電力，2010，43（10）∶35-38.

[4]應明良，戴成峰，胡偉鋒，等.四角切圓鍋爐摻燒印尼煤運行特性分析[J].熱力發(fā)電，2008，37（11）∶64-67.

[5]章良利，李敏，趙敏，等.對沖燃燒鍋爐低氮燃燒器改造后煤種適應性試驗研究[J].浙江電力，2016，35（11）∶37 -41.

[6]柳宏剛，佘園元.W型火焰鍋爐無煙煤摻燒煙煤試驗研究[J].熱力發(fā)電，2013，42（1）∶36-40.

[7]朱光明.電站鍋爐劣質(zhì)煤摻燒及優(yōu)化燃燒技術[M].北京：中國電力出版社，2015.

[8]壽春暉，祁志福，陳彪，等.某1 000 MW燃煤機組超低排放改造減排NOX的環(huán)境效益評價[J].浙江電力，2016，35（12）∶21-25.

（本文編輯：陸瑩）

Feasibility Study on Combustion of Blended Low-water Australian Premium Coal for a 1 900 t/h Boiler

LI Wenhua1，HU Qing2，TONG Jialin3，LYU Hongkun3，CAI Jiecong3
（1.Zhejiang Zheneng Wenzhou Power Generation Co.，Ltd.，Wenzhou Zhejiang 325602，China；2.Zhejiang Energy Group R&D Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China；3.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

In order to increase coal types for boilers，1 900 t/h coal-fired boiler is taken as a study object to carry out combustion test of blended low-water Australian premium coal in different proportions in several bunkers.The result shows that combustion of the blended low-water Australian premium coal is feasible，and the impact on slagging in furnace，quantity of attemperating water，pulverized coal preparation system and boiler efficiency is negligible.However，combustion of low-water Australian premium coal only may lead to 50%NOXemission increase more than that of basic condition.Therefore，it is suggested using 2 or 3 medium and lower pulverized coal preparation systems for combustion of blended low-water Australian premium coal rather than combustion of the coal only.

blended combustion；slagging；attemperating water quantity；pulverized coal preparation system; boiler efficiency；NOXemission

10.19585/j.zjdl.201707007

1007-1881（2017）07-0029-04

TK227.1

B

2017-03-03

李文華（1975），男，高級工程師，主要從事發(fā)電廠設備管理工作。