燃用褐煤對660MW超超臨界直流鍋爐機組影響對策

王文賀

摘 要：大唐錫林浩特電廠燃用大唐勝利東二礦露天煤礦褐煤，通過長度僅2公里的輸煤皮帶機將燃煤運至廠內，屬典型坑口電廠；內蒙古東部地區(qū)褐煤儲量豐富，根據(jù)褐煤煤質的特點分析，制定相應的燃燒對策。

關鍵詞：褐煤 特點 分析 對策

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-02

一、項目概述

1.設備概述

大唐錫林浩特發(fā)電公司燃煤汽輪發(fā)電機組鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產制造的高效超超臨界參數(shù)、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構、∏型布置的變壓運行直流爐，尾部煙道布置脫硝裝置和空氣空預器，鍋爐型號為 DG2127/29.3-∏12。設計主燃料為錫林浩特礦業(yè)公司褐煤，低位發(fā)熱量 11934.3kJ/kg，正常運行燃用設計煤種、負荷為 100%BMCR 時，熱效率為 93.78%，不投油最低穩(wěn)燃負荷不大于 40%BMCR。

2.煤種參數(shù)

鍋爐設計煤種為大唐勝利東二礦露天煤礦4號原煤與6號篩下煤1：2比例混合褐煤，校核煤種1為4號原煤與6號篩下煤7：3比例混合褐煤，校核煤種2為勝利東二號6號篩下褐煤，其主要煤種特性如表1-3。

二、褐煤煤種的特點及影響

褐煤特點是：揮發(fā)分高、含氧量高、水分與灰分的變化范圍大（其總和一般>50%）、含碳量低、發(fā)熱值低[1]、易自燃、灰熔融溫度低和易結渣。褐煤揮發(fā)分的起始析出溫度約130～170℃，著火溫度約250～450℃，一般為350℃左右，褐煤的輻射著火溫度約為550～600℃[2]。

由于褐煤水分高，影響燃料的著火燃燒，需考慮磨煤機干燥出力是否滿足；由于褐煤揮發(fā)分高，著火容易，需注意適當提高一次風速，可以防止燒毀燃燒器噴口，還可以減輕燃燒器附近的結焦；由于褐煤易結焦，結焦會造成鍋爐出力降低，排煙損失增大，鍋爐效率降低等危害；

綜合以上問題在褐煤鍋爐設計中需綜合考慮煤粉的著火、燃燒的穩(wěn)定、高效，同時需考慮防止爐內結渣的問題。

三、褐煤水分高的應對策略

我廠鍋爐制粉系統(tǒng)配置 7 臺 MPS235HP-II 型中速磨煤機，煤粉細度為 R90=35%，由于褐煤的高水分特性，需要空預器出口熱一次風溫度達到 400℃以上，此時空預器入口則至少需要達到 420℃以上，而脫硝催化劑一般能保證在煙氣溫度不高于420℃情況下連續(xù)運行，一般400℃以上煙氣溫度建議采用高溫催化劑，成本更高；同時煙氣溫度超過 420℃時，催化劑壽命受很大影響。所以常規(guī)空預器和中速磨配置方案，雖然提高了一次風溫來滿足中速磨制粉系統(tǒng)對干燥出力的要求，但是也會對脫硝和空預器的設計和運行有不利影響。同時會造成排煙溫度的升高和鍋爐效率的下降。

針對以上問題，我廠設置了熱一次風蒸汽加熱系統(tǒng)，采用3段抽汽蒸汽來先一步加熱熱一次風，然后蒸汽再進入3號高加，如圖1。

由于3段抽汽蒸汽溫度較高，同時蒸汽量也較大，完全具備將熱的一次風空氣加熱到 410℃以上的能力，在部分負荷時也具有將空氣加熱到足夠溫度的能力。采用“熱一次風蒸汽加熱系統(tǒng)”后，脫硝入口煙氣溫度只需 380℃，可以采用常規(guī)的催化劑，大大降低了脫硝系統(tǒng)的投資和運行成本；同時可以使排煙溫度降低，鍋爐效率提高；采用汽輪機3段抽汽的過熱度將回轉式空預器出口 365℃熱一次風溫加熱至 416℃，滿足制粉系統(tǒng)干燥出力要求，同時熱一次風溫度受煙氣溫度的影響更小，蒸汽加熱器后熱一次風溫比較穩(wěn)定；如表4。

加裝熱一次風蒸汽加熱系統(tǒng)對機組的影響

1）汽輪機3段抽汽溫度較高，直接進入汽輪機3號高加，一方面對汽輪機熱耗有一定影響，另一方面提高了3號高加的成本。在3段抽汽上增加熱一次風加熱器，可以進一步提高熱一次風溫度，同時也降低了進入3號高加的溫度，可以節(jié)省3號高加的造價。布置熱一次風加熱器和不布置熱一次風加熱器，汽機熱耗相差約 15kj/kw·h，影響煤耗約 0.5g/kw·h 左右。

2）換熱器布置在熱一次風管道上，會增加一次風管道的阻力，阻力增加值最大 1Kpa，即機組一次風機選型會提高 1Kpa 壓頭。

3）熱一次風蒸汽加熱器利用的是汽輪機系統(tǒng) 3段抽汽蒸汽的過熱度，這部分熱量原是用來進一步加熱給水，現(xiàn)在用來加熱熱一次風送入爐膛，通過煙氣熱量再次提供給工質，因此僅僅是進行了一次熱量轉移，并沒有消失，也不存在熱損失。

四、褐煤易結焦特性的應對策略

1.鍋爐設計與選用方面

根據(jù)表3計算出我廠校核煤種1結渣指數(shù)為0.209中等結渣；校核煤種2結渣指數(shù)為0.5979屬嚴重結渣。因此褐煤鍋爐調試和運行燃燒調整中如何防止結渣是重點；我廠為高效超超臨界鍋爐，在鍋爐方案上考慮了對褐煤的適應性，鍋爐爐膛尺寸（寬、深、高）為 23.534m×16.9808m×72m，爐膛容積為 25482.4m3，爐膛容積熱負荷為64.27kW/m3，爐膛截面熱負荷為4.10MW/m2，燃燒器區(qū)域面積熱負荷為1.15MW/m2。爐膛高熱負荷區(qū)域采用內螺紋管膜式螺旋水冷壁，上部為垂直水冷壁，兩者間由過渡段水冷壁和水冷壁中間過渡集箱連接。

爐膛容積能保證燃料在爐膛中有足夠的燃盡時間，并布置足夠的受熱面，保證爐膛內的燃燒產物熱量得到充分冷卻，使爐膛出口煙溫降低到灰的軟化溫度以下，不至于引起其受熱面結渣。

2.燃燒器設計與選用方面

我廠鍋爐燃燒方式為正壓直吹式前后墻對沖燃燒，共配有 42 只低 NOx 軸向旋流式煤粉燃燒器，前墻 3層、后墻 4 層燃燒器分別布置在鍋爐前后墻水冷壁上，每層 6 只，相鄰燃燒器中心線之間的水平距離為4849.2mm，燃燒器列間距3048mm，頂層燃燒器至屏底距離為 27065.5mm，底層燃燒器至冷灰斗折角的距離為 3232.9mm，最外側燃燒器與側墻距離為 4147mm，燃燒器一次風筒內流速19.88m/s，燃燒器二次風速度36.25m/s，能夠避免側墻結渣及發(fā)生高溫腐蝕。為了防止燃燒區(qū)域結焦，在燃燒器靠近側墻水冷壁側還設有 4 層貼壁風。

燃燒器的設計布置，合理組織了爐內空氣動力工況，使火焰不發(fā)生偏轉貼壁，不沖刷水冷壁，以防止水冷壁管結渣和煙氣高溫腐蝕，保證沿爐膛周界及爐膛出口煙氣能量分布均勻性。

3.褐煤鍋爐運行中需注意的幾個問題

3.1加強配風調整，調節(jié)二次風保證充足的氧量使煤粉充分燃燒，嚴禁缺氧燃燒。

3.2由于勝利煤田褐煤煤灰特性灰熔點較低，且煤灰中鈉含量較高，造成在鍋爐折焰角上方結渣嚴重，結渣再燒結積存越積越多，最后把折焰角上方結渣積存堆滿堵死。所以嚴密注意檢查監(jiān)視鍋爐折焰角上方結渣情況，加強鍋爐燃燒調整，及時進行吹灰器吹灰，必要時增加吹灰次數(shù)。

3.3由于褐煤揮發(fā)分高，著火容易，需注意適當提高一次風速，可以防止燒毀燃燒器噴口還可以減輕燃燒器附近的結焦。

3.4嚴格執(zhí)行鍋爐定期吹灰工作，必要時增加吹灰次數(shù)。

3.5借停爐機會做好鍋爐受熱面檢查及清焦工作。

3.6由于褐煤發(fā)熱量較低，水分較高，同等負荷相對煙煤5000大卡的煤，對于褐煤3000大卡的褐煤燃燒的煤量增加較多，原煤燃燒所需吸熱量較大，相對于煙煤從吸熱到燃燒的燃燒時間長，造成汽溫汽壓升壓升溫速度慢，自動調整跟蹤反應較慢；由于煙氣量增大，受熱面磨損及除塵、除灰、脫硫電耗等都偏大。

結束語

根據(jù)褐煤特點分析，燃用褐煤對機組在各個方面的影響都很大，但通過采用上述的應對策略，能保證褐煤燃燒的穩(wěn)定、高效，同時防止爐內結渣，降低褐煤對機組經(jīng)濟性的影響，提高褐煤的利用率，節(jié)省燃料成本，降低發(fā)電成本。

參考文獻

[1]陳嘉銓；褐煤及其燃燒技術簡論[J]；云南電力技術；1997年02期。

[2]文漢英；燃燒褐煤電廠鍋爐的主要問題和改進意見[J]；內蒙古電力；1987年02期。