李志山，寧獻(xiàn)武，張 偉

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐摻燒褐煤研究

李志山，寧獻(xiàn)武，張 偉

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

目前國內(nèi)發(fā)電用煤 (特別是煙煤)市場供應(yīng)緊張且價(jià)格高漲，供需矛盾突出，而褐煤供應(yīng)充足且價(jià)格低廉，已經(jīng)有越來越多的火電機(jī)組開始摻燒褐煤。文中對1 000 MW超超臨界機(jī)組煙煤鍋爐安全且最大限度地燃用褐煤進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的措施，并在實(shí)際運(yùn)行中加以驗(yàn)證。

褐煤;大比例;摻燒;安全

隨著2臺1 000 MW機(jī)組相繼投產(chǎn)，綏中發(fā)電有限責(zé)任公司的燃煤消耗量急劇上升，主燃煤種供應(yīng)壓力增大，為了緩解其燃料供應(yīng)緊張局面和經(jīng)營成本的壓力，各臺機(jī)組相繼開始摻燒褐煤。

1 設(shè)備及煤質(zhì)簡介

1.1 設(shè)備

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電B廠1 000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐為DG3000/26.15-Ⅱ1型，采用超超臨界參數(shù)、變壓直流、對沖燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊Π型結(jié)構(gòu)。

制粉系統(tǒng)采用中速磨配動態(tài)分離器直吹式系統(tǒng)。磨煤機(jī)型號為ZGM133G，共6臺。燃燒器為新型HT-NR3旋流煤粉燃燒器，采用前后墻對沖燃燒方式，前后墻各布置3層燃燒器，每層每面墻8支，每臺磨帶一層中的8支燃燒器。在前后墻各布置一層燃燼風(fēng)噴口，其中每層每面墻2個(gè)側(cè)燃燼風(fēng)噴口，共8個(gè)燃燼風(fēng)噴口。

燃燒器配風(fēng)分為中心風(fēng)、一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)。其中內(nèi)二次風(fēng)為直流，通過手柄調(diào)節(jié)套筒位置來調(diào)節(jié)風(fēng)量，外二次風(fēng)為旋流，通過氣動執(zhí)行器來調(diào)節(jié)風(fēng)量。單只燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)的風(fēng)量分配通過調(diào)節(jié)各內(nèi)二次風(fēng)套筒開度和外二次風(fēng)調(diào)風(fēng)器開度來實(shí)現(xiàn)，各層燃燒器總風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過風(fēng)箱入口風(fēng)門執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)。

燃燼風(fēng)配風(fēng)分為中心風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)。中心風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)為直流風(fēng)，外二次風(fēng)為旋流風(fēng)，內(nèi)二次風(fēng)通過手柄調(diào)節(jié)套筒位置來調(diào)節(jié)風(fēng)量，外二次風(fēng)通過調(diào)節(jié)擋板、調(diào)風(fēng)器實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。

側(cè)燃燼風(fēng)配風(fēng)分為中心風(fēng)、外二次風(fēng)。中心風(fēng)為直流風(fēng)，外二次風(fēng)為旋流風(fēng)。燃燼風(fēng)總風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過風(fēng)箱入口風(fēng)門執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

1.2 設(shè)計(jì)與校核煤種

設(shè)計(jì)煤種為準(zhǔn)格爾哈爾烏蘇2號煙煤 (準(zhǔn)2煤)，校核煤種1為準(zhǔn)格爾哈爾烏蘇5號煙煤 (準(zhǔn)5煤)，校核煤種2為神華煤。設(shè)計(jì)與校核煤種煤質(zhì)參數(shù)見表2。

1.3 褐煤

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 設(shè)計(jì)與校核煤種煤質(zhì)參數(shù)

我國褐煤已探明儲量在1 200億t以上，主要分布在東北地區(qū)和云南省。褐煤是煤炭資源中形成時(shí)間較短的煤種，其特點(diǎn)是含碳量低，干燥無灰基揮發(fā)分很高 (＞40%)，極易自燃;水分、灰分及含氧量較高，發(fā)熱量較低。褐煤在空氣中容易失去水分和機(jī)械強(qiáng)度，變成碎屑狀，其變形溫度和軟化溫度均較低，實(shí)際燃燒過程很容易結(jié)焦，屬于強(qiáng)結(jié)渣煤種。摻燒褐煤煤質(zhì)參數(shù)見表3。

表3 褐煤煤質(zhì)參數(shù)

2 摻燒褐煤需解決的問題

2.1 保證制粉系統(tǒng)的安全性

在煙煤鍋爐上進(jìn)行摻燒褐煤，首要問題就是保證制粉系統(tǒng)的安全性，由于褐煤水分大、揮發(fā)分高，會帶來制粉系統(tǒng)的干燥出力及制粉系統(tǒng)防爆問題，而上述問題的關(guān)鍵是確定合理的制粉系統(tǒng)出口溫度，溫度太高容易引起制粉系統(tǒng)爆燃，而太低又容易使煤粉結(jié)露進(jìn)而引起制粉系統(tǒng)堵塞粉管［1-2］。

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》(DL/T5145—2002)，磨煤機(jī)出口最低溫度應(yīng)比煤粉的露點(diǎn)溫度高2℃，且不低于60℃，因此摻燒后在原煤全水分不大于28%的情況下，保證磨煤機(jī)出口溫度不低于60℃，均可保證制粉系統(tǒng)不發(fā)生堵塞粉管事故，如摻燒后原煤全水分大于28%，應(yīng)根據(jù)DL/T5145—2002中規(guī)定的方法確定煤粉的露點(diǎn)溫度，進(jìn)而確定磨煤機(jī)的出口溫度。

磨煤機(jī)出口的最高允許溫度 (tMC)在中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)中按下式計(jì)算:

當(dāng) Vdaf＜40%時(shí)，tMC=［(82-Vdaf)5/3±5］

當(dāng)Vdaf≥40%時(shí)，tMC＜70

當(dāng)燃用混煤時(shí)，按較低的磨煤機(jī)出口最高允許溫度 (tMC)煤種取值。進(jìn)行褐煤摻燒時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度一般應(yīng)控制在60～70℃，當(dāng)褐煤比例較大時(shí)，在62～65℃比較穩(wěn)妥［3］。

2.2 選擇合理的摻燒方式

進(jìn)行褐煤摻燒時(shí)選擇合理的摻燒方式至關(guān)重要，目前摻燒方式有2種:爐外摻燒方式 (爐外摻混方式)和爐內(nèi)摻燒方式 (分倉摻燒方式)［4］。

a. 爐內(nèi)摻燒

爐內(nèi)摻燒指采用不同的磨煤機(jī)分別磨制褐煤和主燃用煤。煙煤鍋爐摻燒褐煤最重要的問題就是制粉系統(tǒng)的干燥出力不能滿足要求，而采用爐內(nèi)摻燒時(shí)此問題尤為突出，綏電B廠經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí):單臺制粉系統(tǒng)100%磨制褐煤，在保證磨煤機(jī)出口溫度不低于60℃的情況下，制粉系統(tǒng)出力在45 t/h左右，約占額定出力的50%，因此這種摻燒方式極大限制了制粉系統(tǒng)的出力，影響機(jī)組負(fù)荷，而且這種情況給制粉系統(tǒng)的防爆也帶來了問題，因此在系統(tǒng)、設(shè)備沒有進(jìn)行相應(yīng)改造的前提下，此種摻燒方式不宜進(jìn)行。

b. 爐外摻燒

爐外摻燒指原煤在進(jìn)入各原煤倉之前將褐煤和主燃用煤相混合，又分為皮帶混煤和煤場混煤2種。

皮帶混煤是摻燒過程中常用的方式，指利用斗輪機(jī)、翻車機(jī)或卸船機(jī)等設(shè)備同時(shí)將不同的煤種輸送到同一條輸煤皮帶上，再送入鍋爐燃燒。此種燃煤摻燒方式在輸煤皮帶上就已完成，比較容易實(shí)現(xiàn)，但也存在一定的不足，如:輸煤系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行占有率較高、耗電量較大、計(jì)量困難、摻燒比例難以控制、一路煤源出現(xiàn)異常時(shí)會導(dǎo)致煤質(zhì)大幅度變化等。

煤場混煤方式與皮帶混煤相似，利用斗輪機(jī)、翻車機(jī)或卸船機(jī)等設(shè)備同時(shí)將不同的煤種向同一地點(diǎn)進(jìn)行混合存放，只要有2種煤同時(shí)需要接卸時(shí)即可實(shí)現(xiàn)，入爐煤質(zhì)也相對穩(wěn)定，但也存在輸煤系統(tǒng)耗電率稍高及卸車、卸船時(shí)間長等缺點(diǎn)。

在運(yùn)行過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的摻燒方式，必要時(shí)可將2種或3種方式結(jié)合進(jìn)行。綏電B廠在實(shí)際摻燒過程中根據(jù)燃燒情況，結(jié)合機(jī)組負(fù)荷曲線，靈活選擇不同的摻燒方式，且必要時(shí)采用2種摻燒方式相結(jié)合的方法最大限度將褐煤摻燒 (最大摻燒比例達(dá)75%)，同時(shí)不影響機(jī)組負(fù)荷及車、船的卸煤時(shí)間。

2.3 選擇合理的摻燒比例

由于褐煤與設(shè)計(jì)煤種的水分相差較大，因此不同比例地?fù)綗置汉?，煤種水分也相差較大，因此利用單臺磨煤機(jī)全燒褐煤的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)制粉出力的大小，根據(jù)不同時(shí)段的機(jī)組負(fù)荷情況，用煙煤和褐煤的全水分加權(quán)平均和發(fā)熱量加權(quán)平均的方法，可估算大致的摻燒比例，然后再根據(jù)實(shí)際情況加以修正。

為了確定合適的摻燒比例，綏電B廠用準(zhǔn)2煤、神華煤分別與不同比例的褐煤進(jìn)行了摻燒試驗(yàn)。

根據(jù)神華煤與褐煤摻燒試驗(yàn)結(jié)果，對磨煤機(jī)最大出力與褐煤摻燒比例的關(guān)系進(jìn)行擬合:

y1=-0.524 7x+98.581

式中 y1——神華煤與褐煤摻燒時(shí)磨煤機(jī)最大出力，t/h;

x——褐煤摻燒比例，%。根據(jù)準(zhǔn)2煤與褐煤摻燒試驗(yàn)結(jié)果，對磨煤機(jī)最大出力與褐煤摻燒比例的關(guān)系進(jìn)行擬合:

y2=-0.636 8x+109.34

式中y2為準(zhǔn)2煤與褐煤摻燒時(shí)磨煤機(jī)最大出力，t/h。

通過試驗(yàn)得出上述規(guī)律后，綏電B廠根據(jù)燃料情況，結(jié)合機(jī)組負(fù)荷曲線，選擇不同摻燒比例，既能保證機(jī)組負(fù)荷，又最大限度摻燒褐煤。

2.4 增加褐煤的存放時(shí)間

褐煤在煤場存放一段時(shí)間后會蒸發(fā)一部分水分，從而降低入爐煤的水分，因此可將褐煤在煤場存放一段時(shí)間來降低水分，最終達(dá)到提高摻燒比例的目的。

經(jīng)過試驗(yàn)，褐煤在煤場存放一段時(shí)間蒸發(fā)掉一部分水分后，機(jī)組帶負(fù)荷能力與摻燒褐煤比例的關(guān)系見圖1、圖2，如果煤垛較大的話，中央的煤沒有表層的煤效果明顯。

為增加褐煤的存放時(shí)間，需要通過火車將其卸到煤場，再從煤場運(yùn)到鍋爐內(nèi)燃燒，增加了中間環(huán)節(jié)，存在輸煤系統(tǒng)的耗電率和設(shè)備運(yùn)行占有率高等缺點(diǎn)。

3 摻燒褐煤帶來的影響

3.1 降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性

由于褐煤水分大、發(fā)熱量低，所以摻燒褐煤后，混煤發(fā)熱量降低，入爐燃料量增加，導(dǎo)致煙氣量和排煙熱損失明顯增加，鍋爐效率有所降低。但鍋爐效率的降低可以通過燃燒調(diào)整來彌補(bǔ)一部分，調(diào)整后鍋爐效率降低不多。

入爐燃料量增加會導(dǎo)致制粉系統(tǒng)電耗增大，同時(shí)也相應(yīng)增大一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)電耗，所以摻燒褐煤后廠用電率會增大，機(jī)組發(fā)、供電煤耗均會有所增大，降低了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

經(jīng)過測算:1 000 MW機(jī)組摻燒褐煤后，其供電煤耗大約升高3 g/kWh，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，但與褐煤的采購成本相比，經(jīng)濟(jì)效益還是比較可觀。

3.2 煤質(zhì)變化大

由于爐內(nèi)摻燒受制粉系統(tǒng)干燥出力的限制，因此綏電B廠大部分采用皮帶混煤及煤場混煤2種方式進(jìn)行摻燒。2種不同的煤種同時(shí)進(jìn)入鍋爐或煤場，如果期間某一煤種由于設(shè)備等原因中斷輸送，而另一煤種又無法及時(shí)停止輸送，這部分煤就由摻燒煤種變成了單一煤種，由于發(fā)熱量和水分差別均較大，會導(dǎo)致進(jìn)入鍋爐時(shí)的煤質(zhì)突變。

為了加快燃煤的接卸速度，通常1天之內(nèi)上煤煤種會變化多次，再加之上述因素，煤質(zhì)變化的幅度更大，同時(shí)會出現(xiàn)汽溫大幅度波動、受熱面金屬壁溫超限等問題，給運(yùn)行人員帶來很大的難題。

針對上述問題，綏電B廠根據(jù)各原煤倉煤位進(jìn)行錯(cuò)時(shí)上煤，將煤種分界點(diǎn)錯(cuò)開，防止出現(xiàn)各磨煤機(jī)同時(shí)發(fā)生煤質(zhì)突變的情況，來緩解煤質(zhì)變化大的問題，效果較明顯。

3.3 除渣系統(tǒng)工作壓力大

褐煤的灰熔點(diǎn)較低，屬易結(jié)焦煤種，因此大比例摻燒褐煤后，鍋爐的結(jié)焦量增多，尤其是神華煤與褐煤進(jìn)行摻燒時(shí)，鍋爐落渣量大大增加，焦塊為熾熱的火炭狀、溫度極高［5］。

綏電B廠采用干式除渣系統(tǒng)，其工作壓力很大，常出現(xiàn)鋼帶機(jī)頭部溫度過高的情況，尤其在投運(yùn)蒸汽吹灰期間。運(yùn)行人員通過增大噴淋水量、開啟鋼帶機(jī)底部進(jìn)風(fēng)門、關(guān)閉擠壓頭、調(diào)整一級鋼帶機(jī)頭部進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)門、調(diào)節(jié)鋼帶機(jī)聯(lián)通管調(diào)節(jié)門開度等措施，有效控制了鋼帶機(jī)頭部溫度過高的問題。

3.4 設(shè)備磨損加劇

摻燒褐煤后，入爐煤的發(fā)熱量降低，造成其總量增加，同時(shí)由于水分增大，制粉系統(tǒng)無法按額定出力運(yùn)行，為了保證機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，常需要6臺磨煤機(jī)全部投運(yùn)，這給制粉系統(tǒng)的定修定排帶來了壓力。

由于入爐煤總量的增加，造成排出的灰渣量也隨之增大，而且灰渣較硬，對除灰渣系統(tǒng)的磨損會有所加劇，需通過加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)治理來保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 摻燒褐煤的安全措施

a. 班值長、主值必須掌握上煤情況，根據(jù)煤質(zhì)變化進(jìn)行調(diào)整。

b. 確定各項(xiàng)聯(lián)鎖保護(hù)應(yīng)可靠投入。

c. 重點(diǎn)監(jiān)視制粉系統(tǒng)，磨煤機(jī)出口一次風(fēng)管道風(fēng)速應(yīng)高于22 m/s，溫度應(yīng)控制在60～70℃。

d. 應(yīng)根據(jù)鍋爐實(shí)際積灰、結(jié)焦情況，確定合理的吹灰周期。

e. 當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于550 MW時(shí)，煤質(zhì)變差，應(yīng)及時(shí)投油穩(wěn)燃。

f. 制粉系統(tǒng)的啟停嚴(yán)格執(zhí)行操作票，當(dāng)其發(fā)生異常時(shí)必須按規(guī)定投入磨煤機(jī)消防蒸汽。

g. 制粉系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，應(yīng)將給煤機(jī)拉空，將磨煤機(jī)及一次風(fēng)管內(nèi)的煤粉吹掃干凈，計(jì)劃停磨時(shí)間超過2 d時(shí)，應(yīng)將原煤倉內(nèi)積煤燒凈。

h. 磨煤機(jī)備用時(shí)間不超過48 h，應(yīng)及時(shí)按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行切換，每次運(yùn)行時(shí)間不少于10 h。

i. 燃料上煤時(shí)要控制好比例，盡量根據(jù)各原煤倉煤位進(jìn)行上煤，防止出現(xiàn)各磨煤機(jī)同時(shí)發(fā)生煤質(zhì)突變的情況。

5 結(jié)論

a. 褐煤揮發(fā)分較高，屬極易自燃且易結(jié)焦的煤種，在摻燒過程中只要準(zhǔn)備工作充分、措施得當(dāng)，可以保證鍋爐的安全運(yùn)行。

b. 盡管褐煤水分較大，在煙煤鍋爐上摻燒褐煤時(shí)，制粉系統(tǒng)的干燥出力不能滿足要求，只要選擇合理的摻燒方式和摻燒比例，不會因制粉系統(tǒng)出力不足而影響機(jī)組負(fù)荷。

c. 摻燒褐煤后機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有所降低，設(shè)備磨損程度增加造成維護(hù)工作量增加，這些要結(jié)合燃料成本等各項(xiàng)因素綜合考慮。

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Technology Research on Boiler of 1 000 MW Ultra Supercritical Unit with Mixed Burning Lignite

LI Zhi-shan，NING Xian-wu，ZHANG Wei
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd.，Huludao，Liaoning 125222，China)

Due to the coal market，the bituminite-fired boiler is burning by mixed burning of lignite.The paper analyzes the boiler of 1 000 MW ultra supercritical unit burning with mixed lignite in a maximum extent and running safely at the same time，and puts forward corresponding measures，which has been verified in practice.

Lignite;Large proportion;Mixed burning;Safety

T227.1;TK229.2

A

1004-7913(2012)01-0001-04

book=5,ebook=128

李志山 (1962—)，男，學(xué)士，高級工程師，主要從事電廠生產(chǎn)管理工作。

2011-10-28)