大容量褐煤锅炉燃烧系统优化设计

大容量褐煤锅炉燃烧系统优化设计

　鲁技术论±3大容量褐煤锅炉燃烧系统优化设计胡家震，康达，包建锋（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，中国哈尔滨150046）基础，结合我国褐煤特点及长期以来褐煤锅炉的设计和运行经验，以及以往阶段对褐煤燃烧和褐煤锅炉所进行的大量科研工作的成果及双辽电厂300MW锅炉的设计经验、运行业绩，全面阐述了大容量褐煤锅炉燃烧系统优化设计的一般原则和方法。

　　0前言我国有丰富的褐煤资源，主要分布在东北及西南地区。褐煤具有高挥发分、高水分、高灰分和低发热量（三高一低）的特点，长距离运输的经济性和安全性差，不宜作为工业和生活用煤，就近在坑口电厂利用是符合我国能源政策的行之有效的办法。如何设计制造优质的、燃用褐煤的锅炉是摆在我们面前的一项重要课题。

　　20世纪70年代以前，由于种种原因，在这方面走过弯路，甚至于失误，致使锅炉投运后出现不能安全满发、经济性偏差等问题，主要问题发生在燃烧系统的设计与运行方面。在不断总结经验和研究改进的基础上逐步完善设计方法，研制开发了从200MW到300MW、600MW容量等级的褐煤锅炉，取得良好的运行业绩，积累了较为丰富的经验。

　　1 300MW褐煤锅炉研制开发根据已投运的褐煤锅炉的经验和教训，“七五”、五“期间国家科委又专项拨款，对此课题进行了更深入的探讨和总结，并结合引进技术研制开发和完善了300MW及以上容量等级的褐煤锅炉。

　　以双辽电厂300MW锅炉为例，针对霍林河褐煤水分偏高、灰分偏高，而磨损性、结焦性不强的特点，燃烧系统采用了风扇磨直吹式系统，6台磨围绕炉膛四周布置，直流燃烧器六角切圆燃烧方式，干燥剂由热烟气、冷风、热风和漏风组成，温度为120°C（见表1）。从运行经济性出发，对流受热面选用较低烟速，并采用了膜式省煤器。这样既减轻磨损，延长受热面使用寿命，又增强传热效果。为确保燃烧器处不结焦和减少灰渣的不完全燃烧热损失，各角收穑日期：2000―基金项目：国家科委“九五”重点科技攻关项目（96燃烧器的二次风风量分配采用中间小上下大的方式。并根据某些锅炉以往的设计与运行经验，在各一次风喷口内设置了“十”字二次风（见）以提高燃烧效率。

　　表1制粉系统主要数据项目100%负荷90%负荷66%负荷锅炉燃料消耗量（仆）锅炉计算燃料消耗量（t/h）磨煤机运行台数（台）每台磨煤机出力（Vh）磨煤机通风量（mVh/台）制粉系统漏风煤粉水分热风温度冷风温度（t）热烟温度（t）干燥剂终温（t）干燥剂量（kg/kg）干燥剂初温（t）干燥剂中热风份额干燥剂中冷风份额干燥剂中热烟份额一次风占锅炉总风量百分比几年来的运行实践证明，该型锅炉及燃烧系统的设计是成功的。通过运行调整，无论是燃用电厂常用的“混煤”还是霍林河褐煤，各项热力参数均达到设计指标，燃烧效率达99.63%，热效率高于设计值（见表2）1一下一次风；2―十字中心风；3―煤粉喷嘴；4一中二次风；5―油配风器；6―上二次风双辽电厂300MW锅炉燃烧器结构表2锅炉热力性能试验数据综合表项目设计值-霍林河煤240MW电负荷（MW）燃煤应用基水分燃煤应用基灰分燃煤可燃基挥发分燃煤应用基低位热值（/kg）燃煤应用基高位热值（/kg）汽包压力（MPa）主蒸汽压力（MPa）主蒸汽温度（t）再热蒸汽进口温度（t）再热蒸汽出口压力（MPa）再热蒸汽出口温度（t）给水温度（t）给水流量（l/h）过热减温水流量（1/h再热减温水流量（l/h冷风温度（t）左侧热风温度（t）右侧热风温度（t）左侧排烟温度（t）（表盘记录）实测左侧排烟温度（t）右侧排烟温度（t）（表盘记录）实测右侧排烟温度（t）省煤器后左侧烟温（t）省煤器后右侧烟温（t）省煤器后实测氧量飞灰可燃物含量大渣可燃物含量省煤器后NO（L/L）省煤器后Nx（L/L）保证条件下排烟温度（t）锅炉热效率保证条件下热效率2褐煤锅炉燃烧系统的优化设计一般来说，褐煤的燃烧稳定性比较好。但对于褐煤锅炉来说，制粉系统的设计与运行是一个相当重要的环节。前面曾提到过，由于褐煤具有“三高一低”的特点，“高”的程度又各不相同，加之灰的成分也不同，故不同的褐煤其燃烧特性、磨损特性、尤其对制粉系统的要求也就各不相同。这样，在设计燃用不同类型褐煤的锅炉时所要关注的重点也就不同了。

　　根据以往国内外设计与运行的经验，以及近年来双辽电厂300MW锅炉的实践，吸取褐煤锅炉过去所发生问题的教训，对于大容量褐煤锅炉燃烧系统的优化设计总结如下一般原则和方法。

　　2.1对于燃用高水分和偏高水分褐煤的锅炉燃用高水分（一般认为40%）和偏高水分（一般认为Mt在30%40%之间）褐煤的锅炉，设计时首先应考虑到制粉系统的干燥能力问题。在此情况下，如采用钢球磨制粉系统，对大容量褐煤锅炉从经济性方面来说是不可取的；如采用中速磨制粉系统，则磨煤机的结构本身决定了它所使用的干燥剂温度只能低于400°C，常用热风作干燥剂，干燥能力不强；风扇磨能抽取高温炉烟作为干燥介质，温度在9001000°C，干燥能力很强，再配以热风和冷炉烟，系统的干燥出力调节幅度大，对煤的水分变化适应能力强。因此，采用风扇磨直吹式制粉系统是较好的方案。

　　另外，对于这两类煤，尤其是高水分褐煤，由于水分高，大量水蒸汽混合于风粉混合物气流中，大大降低了煤粉浓度，这对着火、稳燃和燃尽都是不利的。因此，为使系统更加完善，锅炉性能更好，一方面需对燃烧器加以改进，另一方面则可在制粉系统上采取适当措施提高磨煤机出口风温到160180可在磨煤机出口系统中装设乏气分离器，将分离出来的乏气送至锅炉上部的乏气燃烧器。乏气分离器的使用还可提高锅炉的燃烧效率，这是因为这类高水分的褐煤大多属于年轻褐煤，生成年代短，炭化程度低，往往含有木质纤维，木质纤维很难磨细，给燃尽带来困难，从而使机械不完全燃烧热损失增加。乏气分离器和粗粉分离器一样，可将片状木质纤维颗粒送回磨煤机继续磨制成细粉，从而为燃尽创造了有利条件。

　　2.2对于燃用中等水分褐煤的锅炉燃用中等水分（一般认为Mt在20%~ 30%之间）褐煤的锅炉，其制粉系统采用风扇磨和中速磨系统都是可取的，这就需要综合煤种磨损性、锅炉的结构特性等因素一起加以考虑。如煤的磨损性较强，为减轻磨煤机磨损采用中速磨制粉系统相对好些。2.3对于燃用较低水分褐煤的锅炉设计燃用较低水分褐煤的锅炉，对干燥出力要求不高，用热风作干燥剂即可满足要求。这样，系统比较简单运行也方便。同时，磨煤机出口的风温也可低些。当然，还要结合煤的挥发份高低等其它因素，综合考虑选取适当的风温。

　　2.4对于燃用高灰分褐煤的锅炉对于燃用高灰分褐煤的锅炉，因为灰分高，特别是如果煤的磨损性较强，采用风扇磨或中速磨制粉系统就不很合适。采用钢球磨煤机直吹系统或中储仓系统来制粉则是可取的。这样，虽然经济性差些，但比较可靠，减少了因磨煤机被磨损而经常停运检修带来的麻烦。另外，若采用中储仓制粉系统，可在干燥剂中加入一部分冷炉烟，以降低系统中的含氧量，减少和防止制粉系统自爆现象的发生。

　　现在，我国已引进了双进双出钢球磨煤机，这对高灰分、磨损性强的褐煤的磨制是比较适宜的。

　　另外，对燃用高灰分褐煤的锅炉，还应考虑到尾部受热面的堵灰问题，若灰熔点又较低，则灰分高与灰熔点低共同起作用，增加了结焦的危险性。因此，还需考虑防止结焦、堵灰和除渣防爆等问题。

　　2.5煤的磨损性问题煤的磨损性强弱对制粉系统型式的选取有重要影响。同时，还需根据煤的水分大小区别对待，以便选取合适的制粉系统。

　　对于燃用磨损性很强但水分不高的褐煤锅炉，其制粉系统以采用钢球磨直吹式系统为好，中储仓制粉系统亦是可取的。

　　对于具有很强磨损性且水分又高的褐煤，锅炉的制粉系统宜采用风扇磨直吹系统。为提高风扇磨的使用寿命，须加装前置锤或将原煤预破碎，并取消磨煤机出口的粗粉分离器。这样做对煤粉均匀性虽有些影响，而对燃烧效率不会有大的影响。

　　另外，值得一提的是，根据试验与经验，对褐煤来说，可磨性和磨损性之间没有直接的关系，也就是说，可磨性差的褐煤其磨损性不一定强，反之亦然。

　　2.6制粉系统漏风问题制粉系统的漏风问题是困扰制粉系统乃至锅炉正常运行的一大问题，风扇磨直吹系统更是如此，它是造成制粉系统干燥出力不足的主要原因。制粉系统的漏风不可避免，但如何控制漏风在最小程度倒是值得研究的问题，它需要系统的设计者、制造安装续表12燃机叶片沉积物初期有，换床料改进启动步骤后解决燃机磨损高压透平入口导叶内环，低压透平控制导叶和动叶处磨损燃机叶片损坏低压透平、压气机叶片发现疲劳裂断；低压透平控制导叶缺陷引起共振，加速疲劳，造成1号机组燃机叶片飞出2片低压透平叶片飞出损害严重省煤器沾污积灰省煤器布置吹灰器机组控制系统未发现有计算机容量不足，后增加严重，引起管子断裂无后加装有项目瑞典1号机组，2号机组美国西班牙日本第二代PFBC―CC方案的关键技术是：电厂的改造方面。我国有大量的旧电厂，即使是高参研制流化床式的炭化炉或部分气化炉；研究高温条件下的除尘技术；顶置燃烧室内低热值煤气的燃烧技术。

　　目前，第二代PFBC技术已有很多的外国公司数的电厂，其发电效率也只有31%左右。除相当一部分退役外，其他电厂则迫切需要用新技术加以改造；b.燃油电厂改燃煤，用PFBX技术十分合适，因为PFBC锅炉占地面积小，结构紧凑。而且PFBC在进行研制、开发，处于领先地位的是美国的FOS-―CC电站的绝大部分为蒸汽发电，系统特点与常规TERWHEELER公司。

　　5结束语我国在未来相当长的一段发展时期，矿物燃料（以煤为主）发电量仍将占总发电量的绝大部分，随着对大气污染的防治要求的提高，PFBC发电技术将拥有非常广阔的市场，可用于下列方面：a.PFBC发电装置可用在效率低、污染严重的旧电站较为接近，过渡比较容易；c.我国高硫煤年产量超过1亿t，这些煤最适宜用PFBC技术发电。此外，广东、云南、福建、贵州、四川等地大片地区出产高灰分难燃煤，东北和内蒙古又有大量的褐煤，这些能源资源不太适用于常规煤粉锅炉，发展PFBC―CC发电技术为解决高硫煤、难燃煤和褐煤燃烧提供了最佳途径。

　　（编辑周乃文）（上接第21页）者和使用者共同努力。目前，由于种种原因，制粉系统的漏风在实际运行中还相当大。因此，对于系统的设计者来说，一方面从结构上和控制系统上加以改进；另一方面，在设计制粉系统时尽可能选取接近实际的漏风系数。以往由于设计取用的漏风系数过小导致制粉系统运行达不到干燥出力，从而影响锅炉正常运行。

　　根据我国目前情况，结合过去的经验，制粉系统的漏风可取30%. 2.7煤粉水分值的选定煤粉水分值的选定对于制粉系统能否达到设计的干燥出力也有一定影响。如果设计时选用值过高，据此设计的制粉系统可能会导致实际运行中干燥出力不足。

　　一般而言，煤粉的水分可假定为2%6%.当然，须根据实际情况尽可能选用接近实际的数据，使制粉系统乃至整个燃烧系统能正常、经济地运行。

　　3结束语综上所述，对于褐煤锅炉来说，制粉系统的设计恰当与否对锅炉的运行性能至关重要。褐煤锅炉的制粉系统设计，从已有经验来看，最重要的是要针对不同褐煤的特点，抓住关键，区别对待，在可能的条件下留有一定的裕度，选用合适的制粉系统形式，尤其对高水分、高灰分和强磨损性褐煤应特别予以关注；另外，在目前技术水平包括安装运行水平下，制粉系统的漏风取30%是合适的。