200 MW機組褐煤摻燒的改造

李濤，金華

(華電能源股份有限公司哈爾濱第三發電廠，黑龍江 哈爾濱 150024)

0 引言

隨著煤炭市場供應形勢的日趨嚴峻，煤炭價格不斷攀升，煤質不斷下滑，企業生產經營壓力也在不斷加大。按照中國華電集團公司的戰略部署，在保證安全生產基礎上，拓寬燃煤機組燃用煤種的適應性，是解決當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電廠(以下簡稱哈三電廠)積極調整燃煤結構，大量采購褐煤，創造條件實現褐煤摻燒，保證了發電用煤的需要，因摻燒褐煤使得燃料成本進一步降低。

1 機組概況

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、自然循環結構，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熱器出口后分為4個煙道，省煤器與空氣預熱器交錯布置在尾部豎井內。鍋爐的最大連續蒸發量為670t/h。爐膛設計采用11660mm×11660 mm的正方形爐膛。

哈三電廠摻燒褐煤選用的是內蒙古寶日希勒礦的褐煤，其煤質分析結果見表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分＞40%。褐煤水分、灰分較高，因而發熱量較低(11000～15000 kJ/kg)。褐煤中由于氧的質量分數高(8% ～12%)和揮發分大而容易自燃，褐煤在大氣中容易失去水分和機械強度(抗破碎能力)而變成碎屑狀。

表1 煤質分析結果

2 摻燒褐煤存在的問題

(1)摻燒褐煤后，鍋爐制粉系統干燥出力不足。

(2)摻燒褐煤后，鍋爐制粉系統消防設施不完善。

(3)摻燒褐煤后，鍋爐制粉系統設備防磨、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工況相比，各對應點數值及平均水平都略低，爐膛大面積結焦的問題需要解決。

如果要進行大比例摻燒褐煤，必須對系統進行改造，哈三電廠組織技術力量經過充分調研，對2臺200 MW機組鍋爐抽爐煙系統、消防系統、制粉系統設備及爐膛吹灰器進行了改造，設備改造后，達到了摻燒褐煤50%的目標。

3 褐煤制粉系統特點及改造思路

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

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

4 改造設計原則

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

(2)保證50%比例摻燒褐煤工況，鍋爐具有帶額定負荷的能力并保留一定裕度。

(3)優化設計新增抽爐煙系統，系統設置相對合理。

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

(5)在現有設備條件下，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、新增熱風管路和褐煤提質干燥段4部分。設計保持原熱風系統不變，根據需要可通過調節風道上的擋板開度來控制原熱風風量，在不需要的時候，可關閉。

熱爐煙系統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的高溫干燥介質，如圖1所示。冷爐煙系統是從引風機出口抽取溫度在130℃左右的煙氣，其出口分為2個:一個與溫風管道連接，通過溫風管道分別送至磨煤機入口和排粉機入口，用來防止爐膛結渣;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入煙氣混合聯箱，混合后煙氣溫度約為600℃，然后從磨煤機的燃料入口(落煤管)進入磨煤機，如圖3所示。

6 改造中的關鍵技術問題

6.1 校核現有排粉風機的壓頭能否克服抽煙管路系統阻力

由于是利用磨煤機入口負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，設計的關鍵將取決于系統的阻力大小。若熱煙系統阻力小，制粉系統調整的裕度大，就能保證煙氣量，可實現有效降低制粉系統含氧量之目的，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，制粉系統就達不到磨制褐煤時安全防爆的要求。

6.2 煙氣管道風速設計合理，既要降低阻力又不能積灰

按推薦的制粉系統管道中的介質流速選取30 m/s左右，同時避免布置水平管道，以防止管道產生嚴重積灰。

6.3 抽取爐煙量作為部分一次風送入爐膛不能影響鍋爐燃燒

制粉系統抽取一定比例的熱爐煙后，由于采用乏氣送粉，作為一次風送入爐內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機組實現了摻燒褐煤50%的目標。摻燒褐煤有效緩解了設計煤種到貨不足的壓力，降低了標煤單價，在設計煤種到貨量少的不利條件下，保證了發電用煤，降低了燃料成本。

6.4 鍋爐煙氣量計算

根據當前入爐煙煤、褐煤煤質數據，額定負荷下50%燃用褐煤，進行鍋爐煙氣量核算，計算結果見表2。

圖3 抽爐煙改造系統示意圖

表2 鍋爐煙氣量計算結果

6.5 原引風機核算

經計算: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臺引風機設計流量之和為1 430 000 m3/h，引風機不增容改造，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

抽熱煙氣計算結果見表3，干燥出力計算結果見表4，抽熱爐煙管道系統阻力校核見表5。由相應計算數據可得出如下結果。

表3 抽熱煙氣計算結果

續表

表4 制粉系統干燥出力計算結果

表5 抽熱爐煙管道系統阻力校核計算結果 Pa

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

(2)當燃燒50%褐煤時，干燥出力為80 t/h，可保證鍋爐的燃料量，機組可實現額定負荷。

(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，熱風占原熱風量的比例為20.00%，管道流速為25.00 m/s。

(6)綜合以上計算結果并考慮干燥能力裕量、降低系統阻力等因素，施工設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、抽熱風管道通徑為800 mm的規格進行設計。

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

(8)冷煙系統由于管路長，阻力增加較大，需加冷煙風機。

7 結束語

哈三電廠通過對設備的科學管理，實現了200 MW機組在保證安全的條件下長期摻燒50%褐煤的目標。通過褐煤摻混改造，經濟性和安全性均十分可觀，哈三電廠的褐煤摻混改造經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.火力發電廠節能和指標管理技術［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］雷銘.發電節能手冊［M］.北京:中國電力出版社，2005.