W型火焰鍋爐無煙煤摻燒煤泥試驗研究

大唐陽城發(fā)電有限責(zé)任公司 畢大成

1 燃燒系統(tǒng)的基本情況

通常鍋爐燃燒系統(tǒng)在運行時是需專業(yè)技術(shù)人員對爐膛進(jìn)行嚴(yán)格管控的，對穩(wěn)定燃燒以及著火的條件都需進(jìn)行優(yōu)化處理，保障燃料可在鍋爐中進(jìn)行充分燃燒，另外也需對鍋爐爐膛中的受熱面進(jìn)行有效控制，防止受熱面出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象，從技術(shù)手段上來說可對受熱面進(jìn)行合理部署，避免出現(xiàn)惡化的傳熱問題出現(xiàn)，并及時對鍋爐中因燃燒產(chǎn)生的污染物進(jìn)行控制。

結(jié)構(gòu)上鍋爐燃燒系統(tǒng)大致可分為鍋爐燃燒室（爐膛）、送風(fēng)系統(tǒng)、送煤（或送油、送天熱氣）裝置、灰渣排放裝置等。這些系統(tǒng)的主要功能就是為了能夠完成燃燒過程，將燃料所包含的能量以熱能的形式進(jìn)行傳播釋放并對鍋爐中的水進(jìn)行加熱。鍋爐工作流程大致分為煙氣流程、通風(fēng)流程、排灰渣流程等。鍋爐的燃燒不僅有嚴(yán)格的流程要求，對燃燒的系統(tǒng)也有一定基礎(chǔ)要求，如應(yīng)盡量對燃料進(jìn)行充分燃燒、讓鍋爐工作效率可大于或等于90%，而對燃燒階段產(chǎn)生的灰渣也有一定的排放標(biāo)準(zhǔn)。對燃燒過程進(jìn)行控制的目的是讓燃燒產(chǎn)生的熱量能夠完全適應(yīng)鍋爐蒸汽的負(fù)荷要求，以此來保障鍋爐在工作狀態(tài)下的安全運行。

為達(dá)到劣煤優(yōu)用、有利燃燒目的，實現(xiàn)合理用煤、提高鍋爐運行經(jīng)濟性和安全性，配煤摻燒要遵循以下原則：配制完成的混煤要滿足鍋爐燃燒需要；遵循經(jīng)濟效益原則，在配煤過程中盡量節(jié)約價格昂貴的優(yōu)質(zhì)煤，擴大本地煤和廉價煤比例，同時做到在滿足用戶要求基礎(chǔ)上盡量減少摻配煤種種類以簡化配煤工藝和生產(chǎn)成本。通常以三種單煤摻混為佳，條件合適時也可只用兩種；要注意降低混煤的磨損性，延長鍋爐的使用壽命，控制混煤硫分在合適范圍內(nèi)，并控制其他污染物生成；遵循運距最短原則，即盡量減少使用遠(yuǎn)距離的外地煤量，以減少運輸損失和運輸造成的環(huán)境污染，這一原則也體現(xiàn)在經(jīng)濟效益原則中。

2 電廠提高燃燒效率所遇到的問題與解決辦法

2.1 明確鍋爐控制系統(tǒng)中的問題

在對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化前，技術(shù)人員需對控制系統(tǒng)中現(xiàn)有問題進(jìn)行分析與明確，影響鍋爐燃燒系統(tǒng)主要因素是：人為影響因素，如在實際工作中，當(dāng)鍋爐正常工作時需進(jìn)行調(diào)整的引風(fēng)和送風(fēng)量頻率不高，且對機組進(jìn)行降負(fù)荷及升負(fù)荷時對送風(fēng)及引風(fēng)機系統(tǒng)進(jìn)行的操作手法也較簡單，因此日常工作就容易忽視掉這一重要系統(tǒng)；鍋爐爐膛中負(fù)壓性能所具備的靈敏度極高，可對送風(fēng)量變化做出迅速反應(yīng)，因此如需對送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整時，其主要的調(diào)整依據(jù)還是爐內(nèi)氧氣含量及機組負(fù)荷值，而一旦對送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整就會導(dǎo)致爐膛內(nèi)負(fù)壓數(shù)值出現(xiàn)變化，如此時沒能及時對送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整就會導(dǎo)致負(fù)壓值出現(xiàn)不定的增長，因此必須對這些問題進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)分析與梳理，對鍋爐進(jìn)行有針對性的優(yōu)化，盡可能減少對送風(fēng)系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生信號干擾。一旦出現(xiàn)信號失衡情況，在進(jìn)行引、送風(fēng)量調(diào)整時就須結(jié)合爐內(nèi)實際工況以最優(yōu)的方式進(jìn)行勤調(diào)和精調(diào)，以此保證爐壓在可控制范圍內(nèi)。

2.2 雙交叉限幅燃燒自動控制系統(tǒng)

雙交叉限幅燃燒自動控制系統(tǒng)的主要功能就是能夠在達(dá)到燃燒時維持過剩的空氣系數(shù)，以此來保障燃燒效率，減少因為排煙而造成的排煙熱損失和環(huán)境污染。雙交叉燃燒實際是以爐壓調(diào)節(jié)為主要回路，并以是燃燒的流量與空氣流量調(diào)節(jié)為并列的副回路，雙交叉燃燒自動控制系統(tǒng)還有高低信號選擇器，以及高低信號限制器等組成的有邏輯性特征的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其主要作用是當(dāng)鍋爐中出現(xiàn)負(fù)荷變化時將鍋爐內(nèi)部爐壓維持在一定數(shù)值上，因此這種自動控制系統(tǒng)對火電企業(yè)來說也是鍋爐優(yōu)化的選擇之一。

2.3 其他不同的優(yōu)化方法

除上述優(yōu)化方法外，在實際工作中可進(jìn)行優(yōu)化的方法還是較多的，如維持蒸汽階段中的壓力穩(wěn)定：一般鍋爐中的蒸汽壓力是鍋爐運行狀態(tài)中的重要參考數(shù)據(jù)之一，這不僅是關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全穩(wěn)定使用，更能反映出燃燒階段中的能量關(guān)系；保證燃燒階段中的經(jīng)濟效益：想提高鍋爐效率的重要辦法就是保證鍋爐在燃燒階段中的經(jīng)濟效益，這種經(jīng)濟性主要是通過維持爐膛中的燃料量與送風(fēng)量間的最佳配比來實現(xiàn)，換言之就是讓風(fēng)量能夠保障燃料得到充分燃燒，主要是反應(yīng)在蒸汽壓力數(shù)值穩(wěn)定上。

維持住爐膛中的壓力穩(wěn)定：燃燒階段中爐膛的風(fēng)量以及流出爐膛煙氣量間的平衡關(guān)系主要是通過鍋爐內(nèi)負(fù)壓數(shù)值的穩(wěn)定情況來反映，一般如果送風(fēng)量大于引風(fēng)量爐膛中負(fù)壓將升高，而過高的壓力會導(dǎo)致爐膛朝外噴火，但如負(fù)壓過低又會影響到爐膛中燃燒情況，導(dǎo)致鍋爐燃燒的經(jīng)濟性降低，故而對爐膛進(jìn)行負(fù)壓控制十分重要。

3 關(guān)于W型火焰鍋爐無煙煤摻燒煤泥試驗研究情況

3.1 研究方法

煤炭在燃燒過程中會因諸多因素導(dǎo)致燃燒效率不高，對此不僅要優(yōu)化相應(yīng)的燃燒方式，還要尋找到最佳煤炭組合方式。一般煤泥中都有較多細(xì)顆粒，因此粘性都較大很容易出現(xiàn)結(jié)團現(xiàn)象，不但會影響到煤炭的存儲與運輸還會造成較為嚴(yán)重的環(huán)境污染。但與原煤相比，煤泥的灰分高、熱值較低，故而很多電廠都會選擇利用煤泥來進(jìn)行燃燒發(fā)電，絕大多數(shù)電廠應(yīng)用較多的都是循環(huán)流化床鍋爐，而W型火焰鍋爐的火焰組織方式、鍋爐結(jié)構(gòu)等與循環(huán)流化床鍋爐有著較大差別，目前W型火焰鍋爐摻燒研究主要還是集中在摻燒煙煤上。

無煙煤中摻燒煤泥試驗的負(fù)荷選取應(yīng)滿足電廠長期都是在低負(fù)荷條件下也適用的前提，因此試驗在370MW左右負(fù)荷條件下進(jìn)行，試驗期間的煤泥性質(zhì)相對較為穩(wěn)定，無煙煤性質(zhì)出現(xiàn)了細(xì)微變化。在試驗開展前將煤泥與無煙煤炭提前進(jìn)行混合后送入原煤倉。

表1 設(shè)計煤質(zhì)與摻燒實驗用煤質(zhì)分析結(jié)果

本次試驗采取爐前摻燒與分倉摻燒，記錄相應(yīng)的爐膛結(jié)焦、爐火溫度、燃燒器與受熱面壁溫度等數(shù)據(jù)，同時注意觀察爐渣變化情況，以此確定最有效的摻燒方案；其次，該鍋爐設(shè)備為亞臨界壓力、平衡通風(fēng)、一次再熱、自然循環(huán)、汽包鍋爐，采用了W型火焰燃燒方式，鍋爐制粉系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出的一次風(fēng)機正壓直吹式鋼球磨煤機系統(tǒng)，每臺磨煤機都對應(yīng)6只燃燒器，每臺鍋爐都有36臺燃燒器。試驗期間主要使用NOVA2000煙氣分析儀對鍋爐出口及空預(yù)器前后的煙氣成分進(jìn)行分析測量。

3.2 摻燒的最終試驗結(jié)果

爐前摻燒試驗。在370MW左右的負(fù)荷下，爐膛拱下1.5m左右的側(cè)墻結(jié)焦情況相比較為嚴(yán)重，厚度達(dá)200mm，而在300MW以下負(fù)荷內(nèi)結(jié)焦情況相比之下不是特別嚴(yán)重，僅爐膛拱下5m左右處有黏膠狀焦層。測溫后發(fā)現(xiàn)300MW左右的溫度在1515攝氏度左右，而結(jié)焦情況不嚴(yán)重時的溫度為1400～1500攝氏度左右，可見爐膛結(jié)焦與火焰溫度有直接聯(lián)系，當(dāng)爐膛溫度越高時越容易出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。

分倉摻燒試驗。為避免燃燒器被燒損，無煙煤與煤泥比例為8:2，同時將磨煤機對應(yīng)的燃燒器調(diào)風(fēng)盤調(diào)整為165mm，并開大內(nèi)外二次的風(fēng)門，負(fù)荷同樣選擇為370MW左右。試驗結(jié)果顯示，鍋爐4層標(biāo)高右側(cè)墻前部與中部都出現(xiàn)結(jié)焦，厚度大致為300mm，左側(cè)墻結(jié)焦情況相對比較輕微，鍋爐3層半標(biāo)高出現(xiàn)厚度250mm左右膠粘狀焦層。此外，同層間火焰溫度差較大，同層間兩側(cè)溫差雖較小，但3層都出現(xiàn)后墻溫度低于前墻的情況，燃燒器上1層左墻溫差為100攝氏度左右，爐拱下1.5m左右的左墻溫差為200攝氏度，右墻溫差則是150攝氏度，這說明截面的熱負(fù)荷極為不均，這種情況下很容易造成氣溫偏差，甚至出現(xiàn)水冷壁爆管等問題。

摻燒煤泥機組經(jīng)濟性的分析。根據(jù)試驗中收集的鍋爐效率及無煙煤、煤泥的價格與熱值來看，對摻燒煤泥的平衡煤價進(jìn)行了計算分析，當(dāng)無煙煤的標(biāo)價為469元左右一噸時，減去煤泥標(biāo)價的409元一噸，一噸摻燒煤的差價為60元左右一噸，此時摻燒煤與不進(jìn)行摻燒時經(jīng)濟性較為一致，然而當(dāng)這個差價大于60元左右一噸時，價格與效率比值將隨著摻入比例逐漸降低，這說明經(jīng)濟性有所提升，但60元一噸只是一個平衡點，也就是說是在摻煤泥后，混合煤價下降，煤耗指標(biāo)的上升，用煤價來填補了此時的煤耗指標(biāo)。

4 結(jié)語

根據(jù)試驗結(jié)果可知，隨著煤泥摻燒比例的提升，其飛灰含碳量與底渣含碳量也會出現(xiàn)明顯提升，從而使得鍋爐熱效率出現(xiàn)了降低。如保持蒸發(fā)量不變，煤泥的灰分含量增加，那么摻燒的入爐煤量和比例也會增加，灰分對鍋爐的燃燒影響增大，會使火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，著火時間推遲，燃燒溫度下降，燃燒穩(wěn)定性差，爐膛結(jié)渣和高溫受熱面沾污、結(jié)渣增多，鍋爐受熱面磨損和積灰情況加劇等。

以上這些都對鍋爐安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響，也是W型火焰鍋爐摻燒工作中需考慮的因素。因此當(dāng)煤泥與無煙煤差價在60元以上時摻燒煤泥就能提高其經(jīng)濟性，但60元的差價只是摻燒工作中的一個平衡點，在摻燒方式的選擇和優(yōu)化時還要從整個系統(tǒng)全方位進(jìn)行考慮。