燃用劣質無煙煤鍋爐經濟性差和鍋爐結焦的綜合治理

楊國濤

(深能庫爾勒發電有限公司，新疆 庫爾勒市 841000)

某發電廠(B廠)3號機組125 MW鍋爐為超高壓自然循環汽包爐，于2003年11月21日投產，主要燃用郴州地區無煙煤。近年來由于煤炭供應緊張，煤熱值下降，電廠燃煤熱值僅為4 000 kcal/kg左右。由于煤的灰分升高、灰熔點下降，導致燃燒穩定性變差、衛燃帶結渣較重，大的焦塊掉落易引起爐膛負壓大幅波動，嚴重時引起鍋爐滅火事故。又由于灰分偏高、燃煤熱值偏低、爐內結焦較重，機組不得不降負荷運行，從而導致煤粉的燃盡度較差，機組的熱經濟性降低[1]。電廠統計結果表明，機組發電煤耗高達400 g/(kW·h)以上，鍋爐飛灰可燃物高達15%以上、爐渣可燃物達20%以上。經現場測試，發現鍋爐效率僅為77%左右，鍋爐效率偏低是造成電廠煤耗偏高的主要因素之一。

在現場燃燒測試試驗的基礎上，綜合考慮降低煤耗、減緩結焦、提高帶負荷能力三方面的要求，提出了燃燒器改造、安裝下三次風燃燒器、衛燃帶形狀和面積調整、提高磨煤機和給粉機出力等設備改進措施。經過設備改進和燃燒調整，鍋爐存在的問題得以圓滿解決。

1 鍋爐原設備概況

某發電廠B廠3號機組配的是某鍋爐廠生產的125 MW超高壓自然循環汽包鍋爐，型號為SG-420/13.7-M759，“∏”型露天布置，四角雙切圓燃燒，爐膛截面深×寬=8 840×9 600 mm，寬深比為1.086，燃燒器為正四角布置，共包括三層一次風噴口、三層二次風噴口、一層三次風噴口和一層燃盡風噴口，設計燃用無煙煤；采用中儲式熱風送粉系統，配2臺MG320/580型鋼球磨煤機。

1.1 參數和規范

過熱蒸汽流量D1/t·h-1420

過熱蒸汽壓力P1/MPa 13.7(表壓)

過熱蒸汽溫度t1/℃ 540

再熱蒸汽流量D2/t·h-1350

再熱蒸汽壓力P2(進/出)/MPa 2.62/2.44(表壓)

再熱蒸汽溫度t2(進/出)/℃ 324/540

給水溫度tgs/℃ 240

排煙溫度θpy/℃ 136

預熱器進口風溫t′/℃ 20

預熱器出口風溫trk/℃ 393

鍋爐效率η/% 89.0

設計煤種燃料消耗量B/t·h-157.94

校核煤種燃料消耗量Bj/t·h-162.97

1.2 燃燒系統簡介

燃燒器為WR型，設計參數見表1，設三層一次風噴口，相對集中布置。除下二次風噴嘴不擺動，其余噴嘴均可手動上下擺動，供燃燒調整用，調節范圍±15°。在上二次風噴嘴、下二次風噴嘴內共裝8支油槍。

表1 燃燒器設計參數

2 鍋爐設備改造情況

2.1 燃燒器改造

2.1.1 燃煤特性

本工程以實際運行中燃用的煤種為設計煤，燃燒器改造前、后的煤質特性如表2所示。可以看出，與原設計煤相比，現設計煤灰分明顯偏高，同時煤炭含量、熱值出現較大幅度的下降。現設計煤屬于低揮發分、中低熱值、中高灰分、較高灰熔點、易磨煤，著火、燃盡較為困難，但具有低結焦特性。

表2 鍋爐燃燒器改造前、后煤質特性

2.1.2 新燃燒器布置

改造后燃燒器布置見圖1。

圖1 改后燃燒器布置圖

新燃燒器為百葉窗水平濃淡燃燒器，采用固定式、四角布置，在爐內形成雙切圓燃燒，假想切圓分別為Φ601 mm和Φ527 mm。各層噴嘴從下至上為：下三次風(含冷卻風)、下二次風(AA)、下一次風(A，含偏置周界風)，中一次風(B，含偏置周界風)、中二次風(BC)、上一次風(C，含偏置周界風)、上二次風(CC)、上三次風(含周界風)、燃盡風(OFA)。

燃燒器由一、二次風主燃燒器和上、下三次風燃燒器組成。主燃燒器有7層噴嘴，其中3層一次風噴嘴，4層二次風噴嘴(最下層為油點火燃燒器、最上層為燃盡風OFA)。下三次風燃燒器設計用于延長三次風帶粉在爐內的停留時間，降低飛灰可燃物含量，共有1層下三次風噴嘴，與上層三次風根據負荷的不同配合使用。為了控制鍋爐爐膛出口的左右煙溫偏差、降低NOx排放，燃燒器的頂部設置一層反切布置的OFA，順時針旋轉，反切角為15°，其余噴口氣流均為逆時針旋轉。

二次風的主要部分作為輔助風，布置于煤粉噴嘴的上部和下部，提供著火后期燃燒需要的氧氣；一部分作為頂部燃燼風，經燃燒器頂部的OFA噴嘴送入爐膛；有少部分作為周界風，設在一次風煤粉噴嘴的側邊、上三次風的周邊(另有少部分通過冷卻風管進入下三次風噴口作為停運時的冷卻風)，既可作為燃料風，又可起防結渣和高溫腐蝕的作用，也可以起到保護噴口的作用。連同煤粉噴嘴的偏置周界風，每層燃燒器均設有二次風門擋板，分別由電動執行器單獨驅動，但下三次風冷卻風門為手動調節。

點火油槍設置于AA、CC層，共8只。油槍采用簡單機械霧化，槍前壓力約2.5 MPa。AA層四只油槍單支油槍出力為800 kg/h，CC層四只油槍單支油槍出力為500 kg/h。

2.1.3 新燃燒器設計特點

(1)在主燃燒器的上方布置有一層OFA燃燒器，用以控制主燃燒器區域的過量空氣系數，這樣既降低了主燃燒器區域NOx的生成量，又可在燃燒后期補充氧量，保證煤粉的燃燼。但運行時可根據NOx的排放情況及煤粉的燃盡情況調整OFA風門的開度。

(2)一次風燃燒器采用百葉窗式水平濃淡分離燃燒技術，噴口放置有橫置鈍體和豎直隔板，使鍋爐既能夠達到穩燃要求，提高燃燼率，同時又可以防止結渣與高溫腐蝕，減少NOx排放。

(3)將原設計一次風噴嘴的均等周界風改為側邊風，僅將風布置在一次風噴嘴的背火側，其他三邊風量為0，既起到冷卻噴嘴的作用，又不影響煤粉的著火與穩燃。而且背火側大的側邊風增加了一次風射流的剛性，同時也在水冷壁附近形成富氧區，有利于防止結渣和高溫腐蝕。

(4)將頂部燃燼風及中間一層二次風反切15°。這種布置方式即保證了燃燒器下部著火區域有一定的旋轉“火球”效應，強化著火，加速燃燼，又可減少爐膛出口處氣流的“殘余旋轉”，達到減少爐膛出口左、右側煙溫偏差的目的。同時這種分級送風也有利于降低NOx的生成。

(5)在燃燒器下部增加一層下三次風噴口，同時保留上三次風噴口，在負荷較高時(根據煤質情況確定開啟的負荷點)逐漸開啟下三次風(停運時注意開啟冷卻風門)、關小上三次風，并根據負荷和煤粉燃盡情況確定上、下三次風的風門開度。

2.1.4 燃燒器設計參數

燃燒器設計參數見表3。

表3 燃燒器設計參數(ECR工況)

注：側邊風率占二次風的9.8%。

2.2 衛燃帶調整

為了有效防止水冷壁衛燃帶結焦，對原有衛燃帶按圖2進行了條塊分割，去除了部分衛燃帶和銷釘，同時在原衛燃帶上方重新布置銷釘、增加了相應面積(約72 m2)的衛燃帶，以保證爐膛溫度和煤粉燃盡。新增衛燃帶的材料為碳化硅，銷釘間距為50 mm。

圖2 改后衛燃帶布置示意圖

2.3 磨煤機護瓦更換和鋼球調整

3號爐大修期間，還對磨煤機護瓦進行了更換，并對鋼球進行篩選，去掉了直徑偏小的鋼球，并增加了球徑為40、60 mm的鋼球，使鋼球裝載量達到廠家要求。其中，篩余鋼球、40 mm鋼球和60 mm鋼球的質量配比為30∶40∶30。通過整治，煤粉細度R90可控制在6%以內。

2.4 改善下粉不暢

項目實施過程中改變一次風粉分離的方式為煤粉濃縮器和百葉窗分離，將各層一次風管中的扭曲板去除，大幅降低了一次風管阻力，解決了下粉不暢問題。

另外，還對下層一次風燃燒器之前帶中隔板的一段一次風管進行了更換，進一步降低了管道阻力。

2.5 提高給粉機出力

割除中層燃燒器對應的給粉機中的部分隔板面積，增加下粉面積，使該層單只給粉機出力提高至9 t/h，以提高鍋爐的帶負荷能力。

3 鍋爐綜合治理效果

在燃燒器改造項目完成后，在3號鍋爐上進行了詳細的燃燒優化調整試驗，確定了較佳的鍋爐運行方式，即：

(1)將實際運行氧量控制4.8%～5.0%，表盤氧量控制在4.2%左右。

(2)AB磨運行時，將A上部三次風開度設置為50%，C上層三次風開度設置為45%，BD上層三次風開度設置為30%，下層三次風全開。

(3)適當提高一次風速，將一次總風壓提高至3.3～3.5 kPa。

(4)適當開大側邊風開度在70%左右。

(5)在停雙磨情況下，二次風采用正塔配風；單磨運行時，二次風采用均勻配風；

雙磨運行時，二次風采用倒塔配風方式。

(6)證燃燒器四角給粉均勻性。

經過設備改進和燃燒調整，鍋爐運行的安全和經濟性均達到較佳狀態，運行效果主要表現為：

(1)在鍋爐燃煤熱值為4 000 kcal/kg、負荷為80、100、120 MW時，鍋爐飛灰可燃物含量可下降至5%～6%，爐渣可燃物含量下降至5%以下，鍋爐效率由低于80%提高至90%左右，高于原設計值89%。在汽機熱耗為9 000 kJ/kg的情況下，機組發電煤耗大幅下降。

(2)在單磨停運、僅投對角下三次風的情況下，鍋爐的不投油最低穩燃負荷可達76 MW。

(3)在燃煤熱值為4 000 kcal/kg的情況下，鍋爐最高可穩定帶120 MW負荷。

(4)衛燃帶結焦明顯減輕，鍋爐再未因掉大焦塊引起爐膛負壓大幅波動和鍋爐滅火。