李濤，金華

(華電能源股份有限公司哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150024)

0 引言

隨著煤炭市場供應(yīng)形勢的日趨嚴(yán)峻，煤炭價格不斷攀升，煤質(zhì)不斷下滑，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營壓力也在不斷加大。按照中國華電集團(tuán)公司的戰(zhàn)略部署，在保證安全生產(chǎn)基礎(chǔ)上，拓寬燃煤機(jī)組燃用煤種的適應(yīng)性，是解決當(dāng)前電煤供求矛盾拓展盈利空間的積極策略。華電能源股份有限公司哈爾濱第三發(fā)電廠(以下簡稱哈三電廠)積極調(diào)整燃煤結(jié)構(gòu)，大量采購褐煤，創(chuàng)造條件實現(xiàn)褐煤摻燒，保證了發(fā)電用煤的需要，因摻燒褐煤使得燃料成本進(jìn)一步降低。

1 機(jī)組概況

哈三電廠#1，#2鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的HG－670/13.7－II型鍋爐，采用超高壓、單汽包、一次中間再熱、自然循環(huán)結(jié)構(gòu)，鍋爐采用濃淡式煤粉燃燒器、四角布置、單切圓燃燒方式，共設(shè)置16臺水平濃淡燃燒器，燃用煤種為鶴崗煙煤。鍋爐尾部豎井二級空氣預(yù)熱器出口后分為4個煙道，省煤器與空氣預(yù)熱器交錯布置在尾部豎井內(nèi)。鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為670t/h。爐膛設(shè)計采用11660mm×11660 mm的正方形爐膛。

哈三電廠摻燒褐煤選用的是內(nèi)蒙古寶日希勒礦的褐煤，其煤質(zhì)分析結(jié)果見表1。褐煤是煤炭資源中形成時間較短的煤種，一般其干燥無灰基揮發(fā)分＞40%。褐煤水分、灰分較高，因而發(fā)熱量較低(11000～15000 kJ/kg)。褐煤中由于氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高(8% ～12%)和揮發(fā)分大而容易自燃，褐煤在大氣中容易失去水分和機(jī)械強(qiáng)度(抗破碎能力)而變成碎屑狀。

表1 煤質(zhì)分析結(jié)果

2 摻燒褐煤存在的問題

(1)摻燒褐煤后，鍋爐制粉系統(tǒng)干燥出力不足。

(2)摻燒褐煤后，鍋爐制粉系統(tǒng)消防設(shè)施不完善。

(3)摻燒褐煤后，鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)備防磨、防爆性能不完善。

(4)摻燒褐煤后，爐膛溫度場水平與煙煤基準(zhǔn)工況相比，各對應(yīng)點數(shù)值及平均水平都略低，爐膛大面積結(jié)焦的問題需要解決。

如果要進(jìn)行大比例摻燒褐煤，必須對系統(tǒng)進(jìn)行改造，哈三電廠組織技術(shù)力量經(jīng)過充分調(diào)研，對2臺200 MW機(jī)組鍋爐抽爐煙系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)設(shè)備及爐膛吹灰器進(jìn)行了改造，設(shè)備改造后，達(dá)到了摻燒褐煤50%的目標(biāo)。

3 褐煤制粉系統(tǒng)特點及改造思路

考慮到高水分褐煤干燥任務(wù)很重且其揮發(fā)分很高和容易爆炸的特點，通常從爐內(nèi)抽取高溫爐煙與熱空氣混合作為干燥介質(zhì)。為有效發(fā)揮原磨煤機(jī)性能，在保證系統(tǒng)安全的前提下，優(yōu)化配置新增爐煙系統(tǒng)。

采用高溫爐煙+低溫爐煙+熱風(fēng)混合后進(jìn)入落煤管的方法對爐煙系統(tǒng)進(jìn)行了改造，使其作為制粉系統(tǒng)干燥介質(zhì)。利用磨煤機(jī)入口負(fù)壓與抽吸點之間形成的壓差抽取熱爐煙，在制粉系統(tǒng)的干燥介質(zhì)中摻入熱爐煙，以降低制粉系統(tǒng)的含氧量，保證其安全性，同時可提高制粉系統(tǒng)的干燥出力。

4 改造設(shè)計原則

(1)在進(jìn)入磨煤機(jī)的干燥介質(zhì)中增加爐煙，以降低制粉系統(tǒng)終端含氧量，滿足其安全防爆要求。

(2)保證50%比例摻燒褐煤工況，鍋爐具有帶額定負(fù)荷的能力并保留一定裕度。

(3)優(yōu)化設(shè)計新增抽爐煙系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置相對合理。

(4)在確保制粉系統(tǒng)安全的前提下，提高制粉系統(tǒng)的干燥出力，提高褐煤摻燒比例。

(5)在現(xiàn)有設(shè)備條件下，最大限度地減少改造的工作量及投資成本。

5 具體改造方案

改造方案總體分為熱爐煙抽取管路、冷爐煙抽取管路、新增熱風(fēng)管路和褐煤提質(zhì)干燥段4部分。設(shè)計保持原熱風(fēng)系統(tǒng)不變，根據(jù)需要可通過調(diào)節(jié)風(fēng)道上的擋板開度來控制原熱風(fēng)風(fēng)量，在不需要的時候，可關(guān)閉。

熱爐煙系統(tǒng)是在燃燒器與冷灰斗之間(鍋爐10 m平臺)抽取溫度為850～950℃的煙氣作為制粉系統(tǒng)的高溫干燥介質(zhì)，如圖1所示。冷爐煙系統(tǒng)是從引風(fēng)機(jī)出口抽取溫度在130℃左右的煙氣，其出口分為2個:一個與溫風(fēng)管道連接，通過溫風(fēng)管道分別送至磨煤機(jī)入口和排粉機(jī)入口，用來防止?fàn)t膛結(jié)渣;另一個出口引至熱爐煙入口，如圖2所示。高溫爐煙和低溫爐煙同時進(jìn)入煙氣混合聯(lián)箱，混合后煙氣溫度約為600℃，然后從磨煤機(jī)的燃料入口(落煤管)進(jìn)入磨煤機(jī)，如圖3所示。

6 改造中的關(guān)鍵技術(shù)問題

6.1 校核現(xiàn)有排粉風(fēng)機(jī)的壓頭能否克服抽煙管路系統(tǒng)阻力

由于是利用磨煤機(jī)入口負(fù)壓與抽吸點之間形成的壓差而抽取爐煙，爐煙的抽取點一旦確定，設(shè)計的關(guān)鍵將取決于系統(tǒng)的阻力大小。若熱煙系統(tǒng)阻力小，制粉系統(tǒng)調(diào)整的裕度大，就能保證煙氣量，可實現(xiàn)有效降低制粉系統(tǒng)含氧量之目的，以滿足褐煤的防爆要求。若阻力大，只能抽吸少量的熱煙，惰性氣體含量少，制粉系統(tǒng)就達(dá)不到磨制褐煤時安全防爆的要求。

6.2 煙氣管道風(fēng)速設(shè)計合理，既要降低阻力又不能積灰

按推薦的制粉系統(tǒng)管道中的介質(zhì)流速選取30 m/s左右，同時避免布置水平管道，以防止管道產(chǎn)生嚴(yán)重積灰。

6.3 抽取爐煙量作為部分一次風(fēng)送入爐膛不能影響鍋爐燃燒

制粉系統(tǒng)抽取一定比例的熱爐煙后，由于采用乏氣送粉，作為一次風(fēng)送入爐內(nèi)不能影響鍋爐的正常燃燒。

通過以上改造方案的實施，哈三電廠200 MW機(jī)組實現(xiàn)了摻燒褐煤50%的目標(biāo)。摻燒褐煤有效緩解了設(shè)計煤種到貨不足的壓力，降低了標(biāo)煤單價，在設(shè)計煤種到貨量少的不利條件下，保證了發(fā)電用煤，降低了燃料成本。

6.4 鍋爐煙氣量計算

根據(jù)當(dāng)前入爐煙煤、褐煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)，額定負(fù)荷下50%燃用褐煤，進(jìn)行鍋爐煙氣量核算，計算結(jié)果見表2。

圖3 抽爐煙改造系統(tǒng)示意圖

表2 鍋爐煙氣量計算結(jié)果

6.5 原引風(fēng)機(jī)核算

經(jīng)計算:100%燃用褐煤時鍋爐總煙氣量為995215 m3/h，50%燃用褐煤時鍋爐總煙氣量為962848 m3/h，2臺引風(fēng)機(jī)設(shè)計流量之和為1 430 000 m3/h，引風(fēng)機(jī)不增容改造，剛好滿足燃用50%褐煤的要求，無法滿足燃用100%褐煤的需要。

6.6 抽爐煙改造計算

抽熱煙氣計算結(jié)果見表3，干燥出力計算結(jié)果見表4，抽熱爐煙管道系統(tǒng)阻力校核見表5。由相應(yīng)計算數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)果。

表3 抽熱煙氣計算結(jié)果

續(xù)表

表4 制粉系統(tǒng)干燥出力計算結(jié)果

表5 抽熱爐煙管道系統(tǒng)阻力校核計算結(jié)果 Pa

(1)在干燥劑中，當(dāng)熱爐煙體積份額為18.00%、冷爐煙體積份額為10.20%時，可保證制粉系統(tǒng)安全并保證其干燥出力。

(2)當(dāng)燃燒50%褐煤時，干燥出力為80 t/h，可保證鍋爐的燃料量，機(jī)組可實現(xiàn)額定負(fù)荷。

(3)抽熱爐煙管道為? 1100 mm，2根管道可抽取900℃的熱爐煙總流量為201086 m3/h，熱爐煙占總煙氣量的比例為6.41%，管道流速為29.39 m/s。

(4)抽冷爐煙管道為? 550 mm，2根管道可抽取130℃的熱爐煙總流量為39 149 m3/h，冷爐煙占總煙氣量的比例為2.82%，管道流速為22.89 m/s。

(5)抽熱風(fēng)管道為? 750 mm，2根管道可抽取310℃的熱爐煙總流量為79 732 m3/h，熱風(fēng)占原熱風(fēng)量的比例為20.00%，管道流速為25.00 m/s。

(6)綜合以上計算結(jié)果并考慮干燥能力裕量、降低系統(tǒng)阻力等因素，施工設(shè)計按抽熱爐煙管道通徑為1250 mm、混合后主管路通徑為1500 mm、冷爐煙主管道通徑為800 mm、2個冷爐煙支管道通徑均為600 mm、抽熱風(fēng)管道通徑為800 mm的規(guī)格進(jìn)行設(shè)計。

(7)系統(tǒng)可利用壓差最小值(860.0 Pa)大于熱煙及主管道系統(tǒng)阻力(498.6 Pa)，可實現(xiàn)按該設(shè)計爐煙量抽取爐煙送入磨煤機(jī)。

(8)冷煙系統(tǒng)由于管路長，阻力增加較大，需加冷煙風(fēng)機(jī)。

7 結(jié)束語

哈三電廠通過對設(shè)備的科學(xué)管理，實現(xiàn)了200 MW機(jī)組在保證安全的條件下長期摻燒50%褐煤的目標(biāo)。通過褐煤摻混改造，經(jīng)濟(jì)性和安全性均十分可觀，哈三電廠的褐煤摻混改造經(jīng)驗可為其他同類電廠實施褐煤摻混改造提供參考。

［1］李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］雷銘.發(fā)電節(jié)能手冊［M］.北京:中國電力出版社，2005.