黃華俊

（1 浙江浙能技術(shù)研究院有限公司 浙江杭州 311121 2 浙江省火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江杭州 311121）

0 引言

紹興某熱電廠二期4×57 MW 背壓供熱機(jī)組配套四角切圓鍋爐設(shè)計(jì)煤種是高水分、低灰分的蒙混煤。由于未規(guī)劃干煤棚，遇雨雪天氣，極易發(fā)生給煤機(jī)斷煤、給煤機(jī)落煤管積堵現(xiàn)象，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)不利影響。混煤摻燒或燃用非設(shè)計(jì)煤種，已成為電廠的必然選擇。在試燒燃用一期2×300 MW鍋爐用優(yōu)混煤基礎(chǔ)上，燃煤供應(yīng)方提議試燒、摻燒低水澳優(yōu)煤。

低水澳優(yōu)煤水分低、灰分高、氮元素含量高，燃煤特性與蒙混煤差異較大。西安熱工院開(kāi)展的電廠實(shí)際用煤調(diào)查顯示，煤種不符合設(shè)計(jì)煤種時(shí)，鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性較差；某1 900 t/h 直流對(duì)沖鍋爐全部摻燒低水澳優(yōu)煤后，NOx 生成量大幅增加，較基礎(chǔ)工況增加了約50%。

分磨摻燒方式對(duì)爐內(nèi)混合強(qiáng)烈的四角切圓鍋爐比較有效。通過(guò)分磨摻燒不同比例的低水澳優(yōu)煤，研究和評(píng)估其對(duì)鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性和污染物生成等影響。

1 鍋爐設(shè)備及煤質(zhì)分析

1.1 鍋爐設(shè)備介紹

機(jī)組為背壓式供熱機(jī)組，配套鍋爐型號(hào)NG-500/10.1-M，為高溫高壓、自然循環(huán)、單汽包、Π 型布置、單爐膛四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、噴水減溫、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)的露天布置鍋爐。

鍋爐上部至尾部沿?zé)煔夥较蛞来尾贾昧似潦竭^(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、上級(jí)省煤器、選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置、下級(jí)省煤器和兩臺(tái)容克式三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。沒(méi)有再熱系統(tǒng)。

鍋爐配備4 臺(tái)HP743 型中速輥式磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)一層直流燃燒器，3 用1 備可保證鍋爐滿出力。燃燒器為均勻配風(fēng)，從下到上分別為D 層、A 層、B 層、C 層，上部有3 層分離燃盡風(fēng)（SOFA）。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式冷一次風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90=18%。

1.2 煤質(zhì)分析

鍋爐在試驗(yàn)前后燃用的是優(yōu)混煤，表1 為設(shè)計(jì)煤種、燃用煤種和摻燒煤種的煤質(zhì)分析。試驗(yàn)用低水澳優(yōu)煤與設(shè)計(jì)煤種的全水分、灰分、氮元素含量、哈氏可磨性指數(shù)、硫分和灰熔融特性差別均較大，與試驗(yàn)前后所燃用的優(yōu)混煤的熱值、氮元素含量、硫分差異較大。

表1 設(shè)計(jì)煤種、燃用煤種與摻燒煤種的煤質(zhì)分析

2 摻燒試驗(yàn)

本次試驗(yàn)以鍋爐滿負(fù)荷分磨摻燒的方式，進(jìn)行不同比例的低水澳優(yōu)對(duì)爐內(nèi)燃燒特性的影響試驗(yàn)，依ASME PTC4.1《鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》開(kāi)展，實(shí)際試驗(yàn)工況如表2 所示。試驗(yàn)期間盡可能保持了主蒸汽參數(shù)、過(guò)量空氣系數(shù)等在同一水平，未進(jìn)行吹灰、打焦、定期排污及其它擾動(dòng)工況的操作，未進(jìn)行制粉系統(tǒng)啟停切換操作。

表2 摻燒試驗(yàn)工況

試驗(yàn)主要觀察和檢測(cè)了如下項(xiàng)目：①爐膛火焰溫度測(cè)量；②燃燒器區(qū)水冷壁、燃燒器噴口附近、SOFA 區(qū)水冷壁結(jié)渣情況觀察；③爐膛底部渣井掉渣、干渣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；④表盤(pán)汽溫、減溫水量、受熱面管壁溫度監(jiān)視；⑤SCR 進(jìn)口、空預(yù)器出口煙氣成份測(cè)試；⑥飛灰、爐渣取樣分析含碳量；⑦排煙溫度測(cè)量；⑧鍋爐熱效率測(cè)試、比對(duì)；⑨制粉系統(tǒng)運(yùn)行情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同摻燒比例下鍋爐安全性

低水澳優(yōu)煤摻燒倉(cāng)位由1 倉(cāng)增加到3 倉(cāng)全燒各工況下，鍋爐汽水參數(shù)正常，主蒸汽溫度、壓力均能達(dá)到設(shè)計(jì)值。

觀察工況、工況一即摻燒1 倉(cāng)、2 倉(cāng)低水澳優(yōu)時(shí)，爐內(nèi)結(jié)渣情況與基礎(chǔ)工況時(shí)變化不大，燃燒器區(qū)域、SOFA 區(qū)可見(jiàn)的水冷壁左右側(cè)墻上所覆蓋浮渣未見(jiàn)明顯變化，渣井處未見(jiàn)大的焦渣塊掉落。

工況二即3 倉(cāng)全燒低水澳優(yōu)煤時(shí)，渣井監(jiān)控明顯可見(jiàn)渣塊掉落增多。4 h 左右，#1、#2 渣井靠側(cè)墻就發(fā)生渣焦塌落堆積現(xiàn)象，爐內(nèi)局部出現(xiàn)了結(jié)焦現(xiàn)象，爐內(nèi)結(jié)焦情況有惡化傾向。渣焦較松散，可由液壓擠渣機(jī)構(gòu)擠壓、掉落至下部鋼帶，干渣系統(tǒng)運(yùn)行未現(xiàn)異常。

各工況下，爐膛溫度和減溫水量如表3 所示。從表3 可以看出，隨著低水澳優(yōu)摻燒比例的增加，中上層燃燒器區(qū)域、SOFA 層區(qū)域平均溫度有逐漸上升趨勢(shì)，顯示煤粉燃盡有所推遲，但整體爐溫在正常區(qū)間內(nèi)，過(guò)熱汽一、二級(jí)減溫水量與基礎(chǔ)工況接近，鍋爐各受熱面沒(méi)有超溫點(diǎn)。

表3 各工況下?tīng)t膛溫度和減溫水量

3.2 不同摻燒比例下鍋爐經(jīng)濟(jì)性

低水澳優(yōu)煤不同摻燒比例下鍋爐運(yùn)行基本參數(shù)、鍋爐熱效率計(jì)算結(jié)果、灰渣含碳量檢測(cè)結(jié)果等見(jiàn)表4。

表4 鍋爐運(yùn)行情況表

表4 顯示，隨著低水澳優(yōu)煤摻燒比例的增加，鍋爐熱效率大體上小幅上升，爐渣含碳量明顯下降，摻燒2 倉(cāng)低水澳優(yōu)時(shí)（工況一），鍋爐飛灰含碳量均值較基礎(chǔ)工況增加了15%，3 倉(cāng)全燒澳煤時(shí)（工況二）飛灰含碳量又較基礎(chǔ)工況略低，整體上含基礎(chǔ)工況等3 個(gè)工況下的飛灰含碳量均偏大，煤粉燃燼率不夠理想。各工況下煙氣中CO 含量均較低。

煤質(zhì)化驗(yàn)單顯示該批次低水澳優(yōu)煤哈氏可磨性指數(shù)只有52，較優(yōu)混煤要低，試驗(yàn)比較了制粉系統(tǒng)運(yùn)行情況，見(jiàn)表5。

表5 各磨煤機(jī)磨制不同煤種時(shí)參數(shù)比較

從表5 可知，各磨煤機(jī)電流在28 A 上下，與磨煤機(jī)額定電流36.7 A 尚有裕量。低水澳優(yōu)煤對(duì)制粉系統(tǒng)的影響主要在于制粉單耗上升，其中對(duì)B 磨的影響更加明顯，平均上升了0.92 kWh/t或8.4%。但由表1 可知，低水澳優(yōu)煤的Qnet，ar 要比試驗(yàn)前后燃用的優(yōu)混煤高，因此摻燒低水澳優(yōu)時(shí)總的給煤量下降，各工況下制粉系統(tǒng)的總耗電量變化不大。

3.3 不同摻燒比例下鍋爐NOx 生成量情況

該機(jī)組污染物排放符合超低排放標(biāo)準(zhǔn)，試燒的低水澳優(yōu)含氮量為1.30%，高于之前所燃用優(yōu)混煤（含氮量0.97%）。NOx主要來(lái)自燃料中的氮，總體上看燃料氮含量越高，則NOx 的排放量也就越大，鑒于早前某1 900 t/h 直流對(duì)沖鍋爐全燒低水澳優(yōu)煤后NOx 生成量大幅增加，試驗(yàn)過(guò)程中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)了爐膛出口NOx 生成量，在SCR 進(jìn)口煙道測(cè)試了各工況下煙氣內(nèi)NOx 含量，如表6 所示：隨著摻燒比例的增加，爐膛出口NOx生成量呈下降趨勢(shì)，要好于前述某直流對(duì)沖鍋爐摻燒表現(xiàn)。

表6 各工況下實(shí)測(cè)SCR 入口煙氣NOx 生成量（標(biāo)況值）變化 單位：mg／Nm3

4 結(jié)論

某背壓供熱機(jī)組500 t/h 鍋爐進(jìn)行不同比例低水澳優(yōu)煤的摻燒試驗(yàn)。摻燒低水澳優(yōu)后，鍋爐燃燒器區(qū)域等各受熱面沒(méi)有超溫點(diǎn)，主蒸汽參數(shù)能達(dá)到設(shè)計(jì)值，減溫水量處于合理范圍內(nèi)，制粉系統(tǒng)、鍋爐效率影響不明顯，爐膛出口NOx 生成量下降，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性可以得到保證，但全燒低水澳優(yōu)時(shí)，爐內(nèi)結(jié)焦情況有惡化傾向，渣井可見(jiàn)焦渣塌落堆積現(xiàn)象，建議在中下層燃燒器摻燒1～2 倉(cāng)低水澳優(yōu)煤，不建議3 倉(cāng)全燒該煤種，以更好地保證鍋爐安全可靠性。