200 MW燃煤機(jī)組灰渣含碳量影響因素量化研究

欒文強(qiáng),張立茹，姜絲拉夫

(1.國(guó)能吉林龍華白城熱電廠，吉林 白城 137000；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古恒瑞能源綜合管理有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

近些年煤炭市場(chǎng)緊張，經(jīng)濟(jì)煤種摻燒比例不斷增加，導(dǎo)致鍋爐灰渣含碳量偏高，所以降低灰渣含碳量，節(jié)約鍋爐燃煤量成為熱門課題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)灰渣含碳量進(jìn)行很多研究，李士祥[1]利用300 MW煤粉爐配備中速磨煤機(jī)摻燒高硫低揮發(fā)分煤對(duì)飛灰含碳量進(jìn)行研究，得出摻燒使飛灰含碳量飛升。王孝先等[2]利用300 MW“W”型火焰鍋爐配備雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)摻燒越南煤和澳洲煤對(duì)灰渣含碳量進(jìn)行研究，通過(guò)優(yōu)化配煤、摻燒方式及鍋爐配風(fēng)，達(dá)到了降低飛灰和爐渣可燃物含量。劉彥鵬等[3]利用300 MW循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥對(duì)灰渣含碳量進(jìn)行研究，得到煤泥投入量的多少對(duì)飛灰含碳量的影響并不明顯，而隨著入爐煤泥量的大幅增加，大渣含碳量明顯增大。李沙等[4]利用600 MW煤粉爐配備中速磨煤機(jī)摻燒澳洲煤對(duì)飛灰含碳量進(jìn)行研究，得到摻燒澳煤后飛灰含碳量升高主要因?yàn)榘拿褐鹋c燃盡性偏差。劉為展等[5]利用210 MW煤粉爐配備中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)摻燒低揮發(fā)分煤對(duì)飛灰含碳量進(jìn)行研究，得出增加負(fù)荷時(shí)應(yīng)先加風(fēng)后加粉，在降低負(fù)荷時(shí)先減粉后減風(fēng)可有效降低了負(fù)荷變化時(shí)飛灰含碳量。溫文杰等[6]利用700 MW煤粉爐摻燒的飛灰含碳量特性建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)飛灰含碳量進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)磨煤機(jī)一次風(fēng)總風(fēng)量、二次風(fēng)擋板和燃盡風(fēng)擋板的開度以及爐膛差壓的調(diào)整使其飛灰含碳量分別由2.25%、1.96%和1.08%降至1.87%、1.69%和0.73%。而針對(duì)200 MW煤粉爐配備風(fēng)扇磨煤機(jī)關(guān)于灰渣含碳量的量化研究較少，基于此，筆者將200 MW配備風(fēng)扇磨煤機(jī)的燃煤機(jī)組作為研究對(duì)象，針對(duì)海拉爾、烏拉蓋、牤牛海3個(gè)煤種，在固定的燃燒工況下，依次改變煤粉細(xì)度、一次風(fēng)開度、二次風(fēng)開度、燃盡風(fēng)開度、周界風(fēng)開度大小，得到不同的灰渣含碳量結(jié)果，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出最終摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的最優(yōu)調(diào)整方式，對(duì)200 MW配備風(fēng)扇磨煤機(jī)的燃煤機(jī)組摻燒相同經(jīng)濟(jì)煤種具有參考價(jià)值。

1 鍋爐概況

本次試驗(yàn)2×210 MW汽輪發(fā)電機(jī)組所配HG-680/13.7-HM18型鍋爐，是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的超高壓參數(shù)、自然循環(huán)、單爐膛六角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、固態(tài)排渣、標(biāo)高35 m以上緊身封閉布置、全懸吊鋼結(jié)構(gòu)汽包鍋爐。鍋爐的額定蒸發(fā)量為680 t/h，過(guò)熱蒸汽出口溫度為540 ℃，出口壓力為13.73 MPa，再熱蒸汽出口溫度為540 ℃，出口壓力為2.472 MPa，給水溫度為248.3 ℃。鍋爐呈“π”型布置。采用6臺(tái)FM318.800風(fēng)扇磨煤機(jī)(4臺(tái)運(yùn)行，2臺(tái)備用，并考慮5運(yùn)1備運(yùn)行方式，熱煙、熱風(fēng)作為干燥劑，冷風(fēng)作為干燥劑調(diào)節(jié)風(fēng))熱一次風(fēng)直吹系統(tǒng)，爐膛采用蒸汽吹灰，水平煙道和尾部豎井采用聲波吹灰。

2 鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

本次試驗(yàn)選取120 MW作為試驗(yàn)負(fù)荷，主蒸汽壓力維持在12.5 MPa，采用1號(hào)、3號(hào)、6號(hào)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，1號(hào)磨煤機(jī)磨制牤牛海煤，3號(hào)磨煤機(jī)磨制海拉爾煤，6號(hào)磨煤機(jī)磨制烏拉蓋煤，磨煤機(jī)出口溫度均保持在120 ℃，爐膛氧量保持在5.5%，同時(shí)固定其他運(yùn)行參數(shù)，排除其他因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

2.2 煤質(zhì)分析

本試驗(yàn)中涉及的煤種分析結(jié)果，見表1。3種摻燒煤種發(fā)熱量均比設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量低，而且3種煤種的水分均比設(shè)計(jì)煤種高，揮發(fā)份均比設(shè)計(jì)煤種低，海拉爾和烏拉蓋煤種灰分比設(shè)計(jì)煤種低，牤牛海煤種灰分較高。烏拉蓋和牤牛海煤種的固定含碳量相對(duì)較低。

表1 煤質(zhì)分析結(jié)果

2.3 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)前，將機(jī)組負(fù)荷調(diào)至120 MW，固定其他運(yùn)行參數(shù)，待工況穩(wěn)定后開始試驗(yàn)。①調(diào)整1號(hào)、3號(hào)、6號(hào)磨煤機(jī)分離器擋板，等待1 h后，對(duì)磨煤機(jī)出口進(jìn)行取樣，利用5E-SSB200振篩機(jī)測(cè)量煤粉細(xì)度，等待2 h后，對(duì)飛灰和大渣進(jìn)行取樣分析，依次對(duì)不同分離器擋板開度進(jìn)行試驗(yàn)，直到獲得全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)。②恢復(fù)初始試驗(yàn)參數(shù)，待工況穩(wěn)定后，依次改變一次風(fēng)、二次風(fēng)、周界風(fēng)、燃盡風(fēng)擺布方式，等待2 h后，對(duì)各種擺布方式所對(duì)應(yīng)的飛灰和大渣進(jìn)行取樣分析。③將全部數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，得出最低灰渣含碳量的最佳調(diào)整方式。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 煤粉細(xì)度對(duì)灰渣含碳量影響試驗(yàn)

首先選定一臺(tái)磨煤機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，將試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)給煤量調(diào)整至35 t/h～40 t/h左右，給煤機(jī)調(diào)節(jié)切手動(dòng)模式，磨煤機(jī)出口溫度控制在120 ℃，穩(wěn)定運(yùn)行1 h，針對(duì)相同煤種，在分離器擋板不同開度下，磨煤機(jī)出口處取樣，進(jìn)行煤粉細(xì)度分析，將其他磨煤機(jī)分離器擋板參照進(jìn)行調(diào)整，測(cè)量各磨的煤粉細(xì)度，根據(jù)鍋爐燃燒狀況，確定最佳的煤粉細(xì)度，影響結(jié)果，見表2。

表2 煤粉細(xì)度對(duì)灰渣含碳量影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示，分離器擋板開大或關(guān)小煤粉細(xì)度均上升，灰渣含碳量也隨之上升，當(dāng)磨煤機(jī)出口分離器刻度在6時(shí)，對(duì)應(yīng)煤粉細(xì)度為：海拉爾煤48.9%，烏拉蓋煤46.7%，牤牛海煤52.8%，此時(shí)飛灰和大渣含碳量最低分別為1.73%和6.37%，鍋爐效率最高為83.17%。

3.2 一次風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn)

本試驗(yàn)制粉系統(tǒng)為FM·318·800型風(fēng)扇磨煤機(jī)配備刮板式給煤機(jī)，每個(gè)磨煤機(jī)有上、中、下三層燃燒器，并設(shè)置3個(gè)一次風(fēng)電動(dòng)門。試驗(yàn)在保證氣溫、壁溫不超限的前提下，調(diào)整一次風(fēng)擋板開度，方式一：上層開100%，中層開50%，下層開30%；方式二：上層開75%，中層開50%，下層開30%；方式三：上層開100%，中層開50%，下層開30%；方式四：上層開60%，中層開60%，下層開60%；方式五：上層開100%，中層開100%，下層開100%五種方式。根據(jù)爐膛燃燒情況和灰渣可燃物及鍋爐運(yùn)行參數(shù)分析，影響結(jié)果，如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 一次風(fēng)與飛灰含碳量關(guān)系

圖2 一次風(fēng)與大渣含碳量關(guān)系

圖3 一次風(fēng)與效率關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果顯示隨著一次風(fēng)開大，飛灰含碳量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，大渣含碳量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，一次風(fēng)上層開40%，中層開40%，下層開40%時(shí)飛灰含碳量最低為1.67%，一次風(fēng)上層開100%，中層開50%，下層開30%時(shí)大渣含碳量最低為3.45%，綜合分析，當(dāng)一次風(fēng)上層開100%，中層開50%，下層開30%時(shí)鍋爐效率最高為82.35%。

3.3 二次風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn)

改變二次風(fēng)擋板開度，按兩個(gè)分布方式，正塔形布置(即上層10%、中層20%、下層50%)，束腰形布置(即上層40%、中層15%、下層40%)，每個(gè)方式下運(yùn)行6 h，根據(jù)爐膛燃燒情況和灰渣可燃物及鍋爐運(yùn)行參數(shù)分析，確定最佳二次風(fēng)分布。本次實(shí)驗(yàn)二次風(fēng)為6個(gè)角切圓，正常運(yùn)行時(shí)3個(gè)角運(yùn)行，1個(gè)角檢修，2個(gè)角備用，每個(gè)角配有11個(gè)二次風(fēng)門，其中6號(hào)和9號(hào)二次風(fēng)門被取消，所以剩余9個(gè)二次風(fēng)門，下側(cè)是小數(shù)字號(hào)，上側(cè)是大數(shù)字號(hào)。備用制粉系統(tǒng)燃燒器上、中層二次風(fēng)門開5%，冷卻燃燒器噴口，下層二次風(fēng)門全開，托住煤粉，降低大渣含碳量，影響結(jié)果，見表3。

表3 二次風(fēng)對(duì)灰渣含碳量影響 單位：%

試驗(yàn)結(jié)果顯示，二次風(fēng)#10、#11開度越大飛灰含碳量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，二次風(fēng)#1開度越大大渣含碳量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。當(dāng)二次風(fēng)#1開60%，#2、#3開60%，#4、#5、#7、#8開15%，#10、#11開60%時(shí)飛灰含碳量最低時(shí)飛灰含碳量最低為1.68%，二次風(fēng)#1開100%，#2、#3開50%，#4、#5、#7、#8開20%，#10、#11開10%時(shí)大渣含碳量最低為6.04%。

3.4 周界風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn)

在保證氣溫、壁溫不超限的前提下，改變周界風(fēng)開度，按40%、60%、80%三種開度進(jìn)行調(diào)整，每個(gè)開度下鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行3 h。根據(jù)爐膛燃燒情況和灰渣含碳量及鍋爐運(yùn)行參數(shù)分析，確定最佳周界風(fēng)風(fēng)量，為運(yùn)行提供必要的依據(jù)，影響結(jié)果，見表4。

表4 周界風(fēng)對(duì)灰渣含碳量影響 單位：%

當(dāng)周界風(fēng)開度為40%和60%時(shí)飛灰含碳量相對(duì)較低，大渣含碳量在周界風(fēng)80%時(shí)最低，綜合分析在周界風(fēng)60%時(shí)鍋爐效率最高為82.16%。

3.5 燃盡風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn)

方式一：擺角開度為100%，SOFA 2開度為50%，SOFA 1開度為50%；方式二：擺角開度為100%，SOFA 2開度為30%，SOFA 1開度為30%；方式三：擺角開度為50%，SOFA 2開度為100%，SOFA 1開度為100%；方式四：擺角開度為30%，SOFA 2開度為100%，SOFA 1開度為100%。影響結(jié)果，見表5。

表5 燃盡風(fēng)對(duì)灰渣含碳量影響 單位：%

燃盡風(fēng)在擺角開度為100%，SOFA 2開度為30%，SOFA 1開度為30%時(shí)飛灰含碳量最低為1.72%，擺角開度為100%，SOFA 2開度為50%，SOFA 1開度為50%時(shí)大渣含碳量最低為6.76%，擺角開度為100%，SOFA 2開度為30%，SOFA 1開度為30%和擺角開度為50%，SOFA 2開度為100%，SOFA 1開度為100%時(shí)鍋爐效率較高為81.45%。

4 結(jié)論

改變鍋爐燃燒調(diào)整方式，加強(qiáng)對(duì)煤粉細(xì)度、制粉系統(tǒng)、一次風(fēng)開度、二次風(fēng)開度、周界風(fēng)開度、燃盡風(fēng)開度正確調(diào)整，得出當(dāng)磨煤機(jī)分離器擋板在刻度6時(shí)煤粉細(xì)度最低，鍋爐效率最高為83.17%，一次風(fēng)上層開40%，中層開40%，下層開40%時(shí)鍋爐效率最高為82.35%，二次風(fēng)在#1開60%，#2、#3開60%，#4、#5、#7、#8開15%，#10、#11開60%時(shí)鍋爐效率最高為82.34%，周界風(fēng)開度在60%鍋爐效率最高為82.26%，燃盡風(fēng)在擺角開度為50%，SOFA 2開度為100%，SOFA 1開度為100%時(shí)鍋爐效率最高為81.45%。通過(guò)本次試驗(yàn)明顯降低了灰渣含碳量，而且有效提升了鍋爐效率，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，解決了摻燒經(jīng)濟(jì)煤種導(dǎo)致灰渣含碳量高的困擾，直接降低了發(fā)電成本，同時(shí)，本研究結(jié)果對(duì)同類型機(jī)組摻燒相同經(jīng)濟(jì)煤種的高效安全運(yùn)行具有指導(dǎo)作用。