1000MW超超臨界塔式鍋爐褐煤燃燒技術研究

徐海燕

國電諫壁發電廠

1000MW超超臨界塔式鍋爐褐煤燃燒技術研究

徐海燕

國電諫壁發電廠

近年來，煤價持續上揚，發電企業發電成本大幅增加，有些發電企業甚至出現了虧本，褐煤價格相對較低，大力摻燒低熱值的褐煤能夠降低發電企業的燃料成本，大幅提高經濟效益；大比例摻燒褐煤勢在必行，但摻燒后，會出現機組變負荷性能變差、設備故障增多以及機組效率下降等問題。基于此本文分析了某電廠1000MW超超臨界鍋爐褐煤燃燒技術。

1000MW；塔式鍋爐；褐煤燃燒技術

1.鍋爐簡介

該鍋爐為上海鍋爐廠生產的超超臨界壓力參數滑壓運行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛塔式布置形式、一次中間再熱、四角切圓燃燒、擺動噴嘴調節,鍋爐型號為SG—3040/27.56—M538。采用正壓直吹式制粉系統，磨煤機為HP1163/Dyn型中速磨，共配置A-F六臺磨煤機，一次風機為2臺GU23836-22型雙動葉軸流式風機。

2 褐煤摻燒概況

2.1 褐煤特性

“三高三低一差”：水分高，一般在30%-35%之間，部分高于40%，要求制粉系統的干燥出力要較高；揮發分高，一般在30%-50%之間，易發生自燃和爆炸事故，易著火和易燃盡；煤灰中堿金屬鈉、鉀含量較高，煤灰易粘結在受熱面上；發熱量低，一般在3000-4000cal/kg；灰熔點低，屬于嚴重結渣煤種；硫分較低，一般在0.5%左右，屬于低硫煤，可磨性較差，即褐煤相對比較難磨出細度合格的煤粉。

2.2 摻燒現狀

鍋爐摻燒方式為分倉或單倉按比例摻燒，褐煤摻燒比例正常在40～60%之間，入爐煤平均低位發熱量在16～17 MJ/kg之間。鑒于上述褐煤的特性，當前如何在保證安全和負荷要求的條件下，提高摻燒比例是擺在我們眼前的問題。

表1 摻燒煤種工業分析數據（收到基）

3. 超超臨界褐煤鍋爐燃燒中存在的問題

3.1 制粉系統出力問題

由于褐煤易燃的特性，制粉系統可能發生爆炸或燃燒器燒損，由于褐煤的水分較大，可能導致制粉系統出力不足，甚至磨煤機可能磨僵，此外，機組帶負荷能力變差。

3.2 負荷響應能力和運行經濟性下降

因為褐煤與設計煤種各項性能參數差異較大（特別是發熱量），在大比例摻燒褐煤后，機組變負荷期間，汽溫汽壓同比摻燒前波動較大，變負荷特性明顯變差，運行參數出現不匹配的情況，運行經濟性嚴重下降。

3.3 爐膛結焦、尾部受熱面積灰問題

由于褐煤灰熔點較低和煤灰粘連性較強等特性，易產生結焦和積灰問題，并產生以下不良影響：a、積灰堵塞煙道形成煙氣走廊，加劇煙道與受熱面的磨損；b、堵塞煙道，影響引風機出力，并存在大面積塌灰，可能影響火檢信號，導致鍋爐產生錯誤的保護動作而滅火；c、結焦坍塌后可能會砸傷冷灰斗或者使排渣系統癱瘓，需要人工放渣。

3.4 三過、二再管屏超溫問題

由于褐煤易發生結渣，褐煤鍋爐通常采用較低的截面熱負荷，這便要求超超臨界褐煤爐具備更大的爐膛尺寸。而在爐膛截面尺寸增大的同時，其一、二次風速并不能按比例大幅的提升，這就導致燃燒器射流深度相對不足，進而在爐內形成尺寸更大的切圓流場。隨著流場尺寸的增大，其旋轉動量也會有所增加，這勢必會加劇爐膛出口煙氣速度分布的不均勻性，最終在爐膛出口煙氣產生較大的熱偏差，爐膛上方受熱面管屏超溫現象突出。

4. 1000MW超超臨界鍋爐褐煤燃燒運行技術研究

4.1 提高褐煤制粉系統出力

眾所周知，制約制粉系統出力的三大因素是：通風出力、干燥出力和碾磨出力，褐煤由于水分含量較高，因此影響其出力的主要因素為干燥出力，當然也不是絕對的，根據實際運行工況，有時通風出力、碾磨出力也起到一定的決定作用，因此，現場從各個方面調整，設法在保證安全的條件下提高褐煤的出力，如：a、適當提高一次風速偏置，提高其通風出力及干燥出力；b、適當降低旋轉分離器轉速，控制在550rpm-600rpm之間；c、適當放低其出口溫度，控制在53-60℃；d、控制磨煤機的石子煤量，控制每班不超過15斗；e、磨煤機熱風調門正常盡量保持開足，冷風調門保持關閉；f、磨煤機保持一定的檢查和大修周期，保證其碾磨出力等等。

4.2 優化摻燒方案

4.2.1 褐煤盡量選擇與高熱值、低結渣性煤種摻燒，避免與貧煤、高結渣性煤種摻燒，并優化其摻燒比例。

4.2.2 采取預混摻燒，煤場預先摻配好，或者皮帶預先摻配的方法，預先摻配的方式同時降低了入爐煤的水分與揮發分，有利于提高制粉系統的干燥出力與運行的安全性。

4.2.3 褐煤的摻燒比例應綜合考慮制粉系統出力與帶負荷的要求、考慮制粉系統爆炸、爐內結渣以及燃燒效果等各方面因素。

4.3 滿足參數及負荷的響應能力

4.3.1 一次風壓的優化：在保證一次風量正常調節需求的前提下，適當提高了給煤量較低時的一次風量設定值，優化后的一次風壓變化幅度為優化前的1.7倍，從而大幅度增加了煤粉的快速響應特性，提高了機組變負荷響應性；另外由于褐煤比較難磨且水分較大，對摻燒褐煤的磨煤機熱風量控制加一定的正偏置，保證干燥出力不受一次風量自動控制影響，同時也提高了單臺磨的響應性，這也是針對單臺磨的優化方法。

4.3.2 送風量及氧量的優化：褐煤熱值較低，單位負荷總煤量增加，燃燒后煙氣量較大，導致汽溫相對較高，排煙損失較大，再熱器減溫水量較多，影響了機組經濟性。因此，對送風量和氧量設定值加上一定的正偏置，降低燃燒的火焰中心、提高預熱器換熱效率，從而大大降低排煙溫度和再熱器減溫水量，提高了鍋爐的效率。

4.3.3 二次風配風的優化：根據不同煤種初始燃燒所需的空氣量，二次風擋板控制系統的數學表達式為：二次風擋板指令=f(相應層燃料量)*分倉熱值修正。分倉熱值修正是根據該倉煤種發熱量情況由人工輸入。根據煤種情況，對二次風擋板自動控制加入適當的偏置，可以提高整體燃燒效率及其穩定性，還可以有效避免局部超溫、結焦或高溫腐蝕，另外通過對二次風“倒寶塔”式的配風進行適當設置還可以有效控制脫銷系統進口NOX的濃度，保證環保指標。

4.4 結焦、積灰和管屏超溫問題的解決

4.4.1 合理、定期吹灰，正常情況下，嚴格執行爐膛吹灰的相關規定，按要求進行爐膛吹灰。加強設備維護工作，保證吹灰器的正常投運，根據負荷、煤質、各受熱面吹灰頻率等情況，合理進行吹灰。有針對性地加強爐膛受熱面吹灰工作，減少結焦、積灰情況，注意防止某些區域長時間不吹灰對煙氣分布及受熱面換熱產生影響。

4.4.2 定期檢查爐本體看火孔、爐底排渣情況，發現結焦要及時清除，結焦加劇應逐級匯報；必要時可根據煙溫及減溫水量的變化增加吹灰次數；遇大面積結焦時應擇機降負荷塌焦，并更換煤質。

4.4.3 減小熱偏差，常見的減小煙氣熱偏差的方法有以下三種：一是通過調整一次風攜帶煤量，如調整一次風速、調整一次風管的縮孔等，這類方法效果不很明顯；二是通過改變爐內燃燒器區的配風方式，此類方法可能對煤粉的燃燒過程造成不利影響；三是通過反切風來消除爐膛上部流場的殘余旋轉動量。經綜合比較，反切風技術的使用更為有效且在實際中應用更為廣泛。

4.4.4 注意減溫水率的控制，保證過、再熱器有足夠的減溫水余量，發現減溫水率較高時，要及時進行運行調整。

5.結論

褐煤大比例摻燒已勢在必行，對1000MW超超臨界鍋爐的節能降耗、環保要求、利潤保障等意義重大，因此進一步加強對其研究非常有必要。

[1]馬建宇.1000MW機組摻燒褐煤的燃燒控制優化；諫電科技；2015年第2期

[2]沙龍.1000MW超超臨界褐煤鍋爐燃燒技術研究.哈爾濱工業大學，2014年6月

[3]蒙毅.褐煤燃燒特性及煙煤鍋爐摻燒褐煤技術.西安熱工研究院.2011年11月