“W”火焰超臨界鍋爐煤質(zhì)變化時的燃燒調(diào)整研究

王沛然

(國電河南電力有限公司，河南鄭州 450003)

“W”火焰超臨界鍋爐煤質(zhì)變化時的燃燒調(diào)整研究

王沛然

(國電河南電力有限公司，河南鄭州 450003)

介紹了2×650MW超臨界機組“W”火焰鍋爐燃燒系統(tǒng)組成及特性，指出影響煤粉爐燃燒的主要因素有爐膛溫度、煤粉的濃度和細(xì)度、燃煤揮發(fā)分及燃煤發(fā)熱量等。分析了燃用煤質(zhì)偏離設(shè)計值時，“W”火焰超臨界鍋爐燃燒狀況，并給出了調(diào)整方案。

“W”火焰超臨界鍋爐;煤質(zhì)變化;燃燒調(diào)整;研究

1 概況

某公司2×650MW超臨界機組鍋爐采用了北京巴布科克威爾克斯有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、垂直爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的“W”火焰P型鍋爐。鍋爐型號為B＆WB－1950/25.4－M。設(shè)計煤種為滎陽本地?zé)o煙煤，其低位發(fā)熱量為23730kJ/kg，灰發(fā)分為9.2%;校核煤種Ⅰ為滎陽鄭莊礦無煙煤;校核煤種Ⅱ為新密超化礦貧煤。燃燒設(shè)備采用雙拱絕熱爐膛、濃縮型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，燃燒器平行對稱布置于爐膛下部的爐拱上，共24只;在燃燒器的下部，與燃燒器相對應(yīng)，前后墻各布置12個乏氣噴口，共24只;與煤粉燃燒器對應(yīng)同時配置了24只點火油槍;每個燃燒器下部均設(shè)有分級風(fēng)管，每個分級風(fēng)管分成2個支管(即噴口)，每臺鍋爐共有48個分級風(fēng)噴口，前后墻各24個。

鍋爐配6套制粉系統(tǒng)，為冷一次風(fēng)機正壓直吹式，配有2臺動葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機，采用一用一備的方式共用2臺離心式密封風(fēng)機。每套系統(tǒng)由1臺雙進雙出磨煤機、2臺電子稱重給煤機、2臺煤粉分離器及相應(yīng)的連接管道和控制風(fēng)門組成。燃燒器設(shè)計參數(shù)(按設(shè)計煤種BRL工況)見表1。

表1 燃燒器設(shè)計參數(shù)

鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)配有2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、2臺動葉可調(diào)式軸流送風(fēng)機、2臺靜葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機。來自送風(fēng)機的二次風(fēng)被送入三分倉式空氣預(yù)熱器，加熱后經(jīng)風(fēng)道進入設(shè)置在鍋爐下爐膛前后拱的開式大風(fēng)箱，開式大風(fēng)箱分為兩部分:拱上風(fēng)和拱下風(fēng)(分級風(fēng))。拱上風(fēng)通過燃燒器噴口送入爐膛。拱下風(fēng)通過分級風(fēng)口送入爐膛，其中少部分通過四角的翼墻風(fēng)箱送入爐膛。空預(yù)器進風(fēng)設(shè)置了熱二次風(fēng)再循環(huán)的加熱方式。熱煙氣經(jīng)爐膛后依次流經(jīng)屏式過熱器、高溫過熱器進口管組、高溫級過熱器出口管組、高溫再熱器垂直管組之后，煙氣向下流動進入尾部豎井兩平行煙道，期間分別流經(jīng)前豎井的低溫再熱器和后豎井的低溫過熱器與省煤器，前后兩個煙道的煙氣混合后，又分成左右兩個煙道進入脫硝裝置(預(yù)留)、空預(yù)器，最后離開鍋爐。設(shè)計煤種調(diào)節(jié)下的鍋爐總風(fēng)量調(diào)節(jié)見表2。

表2 設(shè)計煤種調(diào)節(jié)下的鍋爐總風(fēng)量調(diào)節(jié)

2 鍋爐投運以來調(diào)整情況

(1)在機組168h試運行期間(單一煤種)，燃用煤種為貧瘦煤，其低位熱值較低(約18～21MJ/ kg)，揮發(fā)分較高(干燥無灰基揮發(fā)分14%～19%)。各燃燒器的調(diào)風(fēng)盤調(diào)至165mm，內(nèi)二次風(fēng)在55°，外二次風(fēng)在40°，拱上風(fēng)與分級風(fēng)比例始終維持在7/1左右。鍋爐滿負(fù)荷運行，燃燒穩(wěn)定，燃燒區(qū)域溫度高，特別是鍋爐燃燒器區(qū)域結(jié)焦嚴(yán)重。

(2)1號爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷試驗時:燃用煤種低位熱值約18.88MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分15.7%。機組最低負(fù)荷降至最低穩(wěn)燃負(fù)荷，個別煤火檢有波動現(xiàn)象，對一些燃燒器的調(diào)風(fēng)機構(gòu)進行了調(diào)整，鍋爐燃燒區(qū)域穩(wěn)定結(jié)果見表3。

(3)在機組性能試驗期間(單一煤種)，燃用低位熱值較高(低位熱值約20～22MJ/kg)，揮發(fā)分(干燥無灰基揮發(fā)分9%～14%)的無煙煤。各燃燒器的調(diào)風(fēng)機構(gòu)未做調(diào)整，鍋爐燃燒情況較好。

(4)正常運行期間(鍋爐分倉上煤)，部分煤倉上無煙煤，部分煤倉上貧瘦煤，入爐煤檢驗采用混合煤樣，低位熱值13.41～19.1MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分10%～19%。鍋爐變負(fù)荷運行，鍋爐低負(fù)荷煤火檢頻繁波動，出現(xiàn)多次因煤火檢不穩(wěn)定磨煤機切單端運行及磨煤機跳閘事件，經(jīng)多次試驗調(diào)整后燃燒工況趨于穩(wěn)定。各燃燒器調(diào)風(fēng)盤調(diào)至130mm，內(nèi)二次風(fēng)在20°、30°，外二次風(fēng)在50°。

調(diào)整后發(fā)現(xiàn)，鍋爐在高負(fù)荷時，下水冷壁出口壁溫有超溫現(xiàn)象，后又將各燃燒器的外二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)至65°，超溫現(xiàn)象消失。拱上風(fēng)與分級風(fēng)的比例調(diào)整在(4.0～1.5)∶1范圍，高負(fù)荷高比例，低負(fù)荷低比例。

表3 燃燒器調(diào)風(fēng)機構(gòu)調(diào)整結(jié)果

3 煤質(zhì)變化時燃燒調(diào)整

“W”火焰鍋爐的設(shè)計煤種為低揮發(fā)分的無煙煤，設(shè)計特點是很好的解決了無煙煤的“難著火”、“難穩(wěn)燃”、“難燃燼”的三難問題。但當(dāng)鍋爐燃用煤種偏離設(shè)計煤種時，要對鍋爐進行相應(yīng)的調(diào)整，才能使鍋爐對煤種相適應(yīng)。根據(jù)燃煤供應(yīng)實際情況，燃煤偏離設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要表現(xiàn)在低位熱值和揮發(fā)分兩個方面，針對“W”火焰超臨界鍋爐燃燒系統(tǒng)的設(shè)計特點，在煤質(zhì)變化時從穩(wěn)燃和安全的角度調(diào)整。

3.1 影響入爐煤粉燃燒的主要因素

(1)爐膛的溫度。爐膛溫度越高，越利于煤粉鍋爐的著火和穩(wěn)燃。因此我們在“W”火焰超臨界鍋爐爐膛燃燒區(qū)域敷設(shè)了大量的衛(wèi)燃帶，以便提高爐膛溫度，有利于無煙煤粉的著火和穩(wěn)燃。

(2)煤粉的濃度和細(xì)度。煤粉越細(xì)，煤粉濃度越高，越有利于煤粉的著火和燃燒。對雙進雙出的鋼球磨煤機，經(jīng)常檢驗?zāi)ッ簷C出口的煤粉細(xì)度是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，保持最佳的磨煤機料位，根據(jù)磨煤機的出力情況及時添加鋼球，保證煤粉的濃度和細(xì)度在設(shè)計的范圍內(nèi)尤其重要。

(3)燃煤的揮發(fā)分。煤中的揮發(fā)分含量的高低，直接決定了煤粉著火的難易程度。揮發(fā)分高的煤粉著火熱偏低，表現(xiàn)為煤粉著火容易，且燃燒穩(wěn)定;揮發(fā)分低的煤粉著火熱高，表現(xiàn)為煤粉著火難，且燃燒不穩(wěn)定。

(4)燃煤的發(fā)熱量。燃煤的低位發(fā)熱量偏低，相對來說煤中的不可燃成分即灰分增加，灰分的存在不利于煤粉的著火和燃燒，它在煤粉著火及燃燒過程中主要起到吸熱作用，還影響了煤中揮發(fā)分的析出，所以燃煤的低位發(fā)熱量低時，既影響了煤粉的著火和燃燒，還降低了燃燒區(qū)域的整個溫度水平，影響了爐膛輻射受熱面的吸熱，同時造成了煙氣的熱量增加，排煙溫度偏高，降低了鍋爐的效率。

3.2 煤質(zhì)變化時的調(diào)整方案

(1)調(diào)風(fēng)盤。燃燒器調(diào)風(fēng)盤調(diào)節(jié)的是燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)的比例。特別是鍋爐燃用煤質(zhì)發(fā)生變化時入爐煤揮發(fā)分偏高，低位熱值偏低的情況。在運行調(diào)整中要適當(dāng)減小調(diào)風(fēng)盤的開度，具體的調(diào)整幅度在以后的燃燒調(diào)整中應(yīng)進一步地摸索，找出最佳的適應(yīng)當(dāng)前煤種的位置。

(2)內(nèi)二次風(fēng)。燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)關(guān)小，能夠增強煤粉在著火初期的卷吸高溫?zé)煔獾哪芰?，能夠使煤粉迅速達到著火溫度著火，即能夠縮短著火距離，但在燃煤揮發(fā)分高時，應(yīng)特別注意，著火點太近，有燒壞燃燒器的危險，所以當(dāng)前要嚴(yán)格控制入爐煤的干燥無灰基揮發(fā)分不能高于18%。

(3)外二次風(fēng)。燃燒器的外二次風(fēng)，主要是控制煤粉火焰的行程或火焰的長度，外二次風(fēng)開大，有利于提高下爐膛的溫度水平，有利于鍋爐的燃燒;有利于NOx的還原反應(yīng)，降低NOx的排放量;能夠改變鍋爐受熱面的吸熱比例，下爐膛吸熱增大。當(dāng)鍋爐在高負(fù)荷運行時，下水冷壁出口壁溫有超溫現(xiàn)象，將各燃燒器的外二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)至65°后，超溫現(xiàn)象消失，即提高了煤粉火焰的長度，在下爐膛的火焰充滿度提高，相對來說下爐膛的輻射吸熱量就增加，從而避免了下水冷壁的超溫。

(4)鍋爐總風(fēng)量的調(diào)整。由于當(dāng)前燃煤的熱值偏低，鍋爐帶同樣的負(fù)荷，總?cè)济毫吭黾?，若仍保持設(shè)計的入爐總風(fēng)量，爐膛燃燒區(qū)域的溫度勢必降低，不利于煤粉的著火和燃燒;同時煙氣量增加，排煙溫度相對升高，鍋爐的效率下降。所以當(dāng)前入爐煤質(zhì)情況下，適當(dāng)降低鍋爐的總風(fēng)量對煤粉的著火和燃燒是有利的。在實際應(yīng)用中我們將運行空預(yù)器入口煙氣的氧量比設(shè)計值降低了1%，從鍋爐燃燒產(chǎn)物看會中可燃物含量維持在1%～2%的水平，渣中含碳量維持在3%～4%的水平，與鍋爐同類型運行的鍋爐相比，燃燒相對完全，不存在缺風(fēng)現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)設(shè)計煤種設(shè)計成型的鍋爐，燃用設(shè)計煤種是沒有問題的。但國內(nèi)存在的普遍情況是鍋爐的燃用煤質(zhì)偏離設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，這就要求我們在煤質(zhì)變化時，保證鍋爐設(shè)備的安全連續(xù)運行。所以鍋爐運行調(diào)整，要根據(jù)煤種指標(biāo)變化的具體情況加以分析，制定合理的調(diào)整方案，在保證設(shè)備安全的前提下，又要保證鍋爐的燃燒穩(wěn)定性，逐漸摸索出“W”火焰超臨界鍋爐對煤種的適應(yīng)范圍及相應(yīng)的調(diào)節(jié)手段，增強發(fā)電企業(yè)的市場競爭力。

［1］俞珠峰.讓潔凈煤技術(shù)走向普通大眾［EB/OL］.http://www.coal.com.cn/Gratis/2004－4－29/ArticleDisplay_68672.shtml，2004-04-29.

［2］李國慶，張綺，王科峰，“W”型火焰超臨界鍋爐的應(yīng)用研究［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(5):53－55.

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W model flame supercritical boiler combustion adjustment of coal quality variation

The composition and characteristics of combustion system in 2×650 MW supercritical unit W model flame boiler are introduced.It is pointed out that the influencing factors of pulverized coal combustion system mainly include the furnace temperature，concentration and size of coal，coal volatile and coal－fired calorific capacity.The combustion condition of W model flame supercritical boiler are analyzed while the quality of fired coal deviated from the designed value，and the adjustment schemes are put forward.

W model flame supercritical boiler;coal quality variation;combustion adjustment;research

TK227.1

B

1647－8069(2012)03－052－03

2012-01-17;

2012-04-23

王沛然(1957-)，男，河南延津人，高級工程師，主要從事火電廠生產(chǎn)運營管理。E－mail:wangpeiran@cgdc.com.cn