次煙煤對沖燃燒鍋爐對煤粉細度和運行氧量的適應性研究

谷延宏，李 冰，邱長偉

(國電康平發電有限責任公司，遼寧 康平 110507)

1 鍋爐設備簡介

2號600 MW發電機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司根據英國MITSUI BABCOCK公司新技術設計制造的一次中間再熱、變壓運行、帶內置式循環泵啟動系統、固態排渣、單爐膛平衡通風、П型布置、尾部雙煙道、全鋼構架懸吊結構、全封閉布置的超臨界直流鍋爐，型號為HG－1900/25.4－YM3，燃用鐵法次煙煤。鍋爐設計參數、鍋爐設計煤質特性參數見表1和表2。

制粉系統為中速磨煤機正壓直吹式系統，配置6臺HP1063型中速磨煤機，燃用設計煤種時，BMCR工況下5臺磨煤機運行，1臺備用。燃燒方式為前、后墻對沖燃燒，采用30只低NOx軸向旋流燃燒器 (LNASB)，前、后墻各15只，分3層對稱布置，前墻從下到上布置順序為B、D、C，后墻與之對應的燃燒器分別是E、A、F。B和E層燃燒器采用等離子點火器，共計10臺。設計煤粉細度R90為18%。

表1 鍋爐主要設計參數

表2 鍋爐設計煤質特性

煙氣依次流經上爐膛的屏式過熱器、末級過熱器、水平煙道中的高溫再熱器，然后至尾部雙煙道中分成兩路，一路流經前部煙道中的立式和水平低溫再熱器、省煤器;另一路流經后部煙道中的水平低溫過熱器、省煤器，最后流經布置在下方的2臺三分倉回轉式空氣預熱器。

2 煤粉細度及運行氧量的選擇

根據DL/T 831—2002《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導則》中對運行氧量和煤粉細度的推薦，600 MW容量直吹式對沖燃燒鍋爐爐膛出口過剩空氣系數宜選擇1.2～1.3，設計爐膛出口過量空氣系數為1.19，接近標準推薦值的下限。

推薦煤粉細度:

R90=K+0.5*n*Vdaf

式中 Vdaf——煤質干燥無灰基揮發分，%;

K——常數，當 Vdaf＜15%，K=0;當 Vdaf在 15%～25%，K=2，當 Vdaf＞25%，K=4;

n——煤粉均勻性指數，由分離器型式決定，離心式分離器取1.1。

由上式計算得出，推薦R90為28%，設計R90為18%，設計值明顯低于標準推薦值。

根據上面的分析，過剩空氣系數基本符合標準，而煤粉細度R90的取值偏小。下面通過試驗對比的方法觀測鍋爐對過剩空氣系數和煤粉細度R90的適應性。

3 機組對過剩空氣系數的適應程度

爐膛出口過剩空氣系數通過運行氧量來換算，過量空氣系數1.19對應的運行氧量為3.35%。通過改變運行氧量，測量鍋爐在不同氧量下運行時鍋爐效率的高低，來確定目前鍋爐運行的最適合氧量。

負荷為500 MW，T－1、T－2、T－3和T－4分別為最佳氧量的4種工況，對應的運行氧量分別控制在2.0% ～2.5%、2.5% ～3.0%、3.0% ～3.5%和3.5%～4.0%。

運行氧量的變化主要影響鍋爐熱效率η中的排煙熱損失q2、氣體未完全燃燒熱損失q3和固體未完全燃燒熱損失q4，而各工況中測得排煙中CO含量幾乎為零，即q3=0，所以在此處忽略該項熱損失的影響。

從表3所列各工況結果對比可以看出，鍋爐運行的最佳氧量為2.0%～2.5%。根據計算結果繪制曲線如圖1所示，從圖1及表3可以看出，隨運行氧量升高，q4呈下降趨勢，運行氧量由2.5%～3.0%增至3.0%～3.5%時，q4下降比較明顯，下降幅度為0.1個百分點;q2呈升高趨勢，運行氧量由2.0% ～2.5%增至3.5% ～4.0%時，q2升高約0.54個百分點。

表3 運行氧量變化前后各工況主要數據及鍋爐效率計算結果

圖1 鍋爐效率及熱損失與運行氧量對應曲線

隨運行氧量的升高，η呈下降趨勢，運行氧量由2.0% ～2.5%增至3.5% ～4.0%使η下降約0.47個百分點。運行氧量在2.0%～2.5%區間運行時鍋爐效率最高，修正前為93.51%，修正后達到93.86%。

由于運行氧量低于設計值，說明送風量低于設計值，隨運行氧量下降，廠用電率也呈下降趨勢，機組供電煤耗呈下降趨勢。

通過上述結果可以看出，機組經濟性最佳工況為T－1，運行氧量2.0% ～2.5%為500 MW負荷最佳運行氧量。該鍋爐在燃用設計煤種時過剩空氣系數從1.24降至1.10對燃燒效率的影響并不明顯，說明在鍋爐不發生嚴重結焦等情況時適當降低運行氧量可提高鍋爐熱效率。

4 機組對煤粉細度的適應性

煤粉較細時雖然燃燒效率較高，但是磨煤機的磨損及單耗也相對增大，增加了維護成本，并且煤粉細度過細還會造成著火點靠近燃燒器，引起噴口燒損或燃燒器區域結焦;煤粉細度偏粗又會使著火點推遲，燃盡率下降，因此實際中應該采用相對合適的煤粉細度。

分離器擋板不同開度下對應的煤粉細度測量結果見表4。HP磨煤機的分離器全開指示為0，關至最小指示為10。

表4 不同分離器擋板開度下各磨煤機煤粉細度R90值 %

負荷為500 MW，T－5、T－1和T－6分別代表分離器開度為3、4和5時的各工況。從表5可以看出，隨分離器開度增大，鍋爐效率呈下降趨勢，分離器開度從5開至3，鍋爐效率下降0.1個百分點，使供電煤耗上升約0.3 g/kWh。說明煤粉細度在這一范圍內變化對鍋爐效率的影響很小。

分離器擋板開大有利于減少磨煤機內循環量、制粉系統阻力，這些影響會使磨煤機及一次風機的電耗下降，有利于提高機組運行經濟性。

從表6所列磨煤機及一次風機運行參數可以看出，隨分離器擋板開大，磨煤機和一次風機運行電流均有一定幅度的下降。分離器擋板開度從5開至3后，總電耗下降約134.1 kW，相當于廠用電率下降約0.027個百分點，使供電煤耗下降約0.08 g/kWh。

表5 煤粉細度變化前后各工況主要數據及鍋爐效率計算結果

表6 各工況磨煤機和和一次風機運行參數

綜合鍋爐熱效率和廠用電率兩方面對供電煤耗的影響，分離器擋板開度由5開至3后機組供電煤耗僅升高約0.22 g/kWh，說明分離器擋板開度對機組經濟性影響較小。從計算結果來看，分離器開度為5時機組供電煤耗最低，經濟性能最佳。考慮到煤粉長時間維持在較細的水平上，使磨煤機內循環量大、內部損量增加、檢修周期縮短、維護成本增加，所以煤粉細度R90提高后經濟性并不一定會降低。

5 結束語

該鍋爐在燃用設計煤種時煤粉細度和運行氧量對鍋爐熱效率的影響均不明顯，運行中可以通過適當降低運行氧量和提高煤粉細度來提高機組經濟性能。

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