大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

　魯技術(shù)論±3大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)胡家震，康達(dá)，包建鋒（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，中國(guó)哈爾濱150046）基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)褐煤特點(diǎn)及長(zhǎng)期以來(lái)褐煤鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以及以往階段對(duì)褐煤燃燒和褐煤鍋爐所進(jìn)行的大量科研工作的成果及雙遼電廠300MW鍋爐的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)行業(yè)績(jī)，全面闡述了大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般原則和方法。

　　0前言我國(guó)有豐富的褐煤資源，主要分布在東北及西南地區(qū)。褐煤具有高揮發(fā)分、高水分、高灰分和低發(fā)熱量（三高一低）的特點(diǎn)，長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性和安全性差，不宜作為工業(yè)和生活用煤，就近在坑口電廠利用是符合我國(guó)能源政策的行之有效的辦法。如何設(shè)計(jì)制造優(yōu)質(zhì)的、燃用褐煤的鍋爐是擺在我們面前的一項(xiàng)重要課題。

　　20世紀(jì)70年代以前，由于種種原因，在這方面走過(guò)彎路，甚至于失誤，致使鍋爐投運(yùn)后出現(xiàn)不能安全滿發(fā)、經(jīng)濟(jì)性偏差等問(wèn)題，主要問(wèn)題發(fā)生在燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行方面。在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和研究改進(jìn)的基礎(chǔ)上逐步完善設(shè)計(jì)方法，研制開(kāi)發(fā)了從200MW到300MW、600MW容量等級(jí)的褐煤鍋爐，取得良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)，積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。

　　1 300MW褐煤鍋爐研制開(kāi)發(fā)根據(jù)已投運(yùn)的褐煤鍋爐的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，“七五”、五“期間國(guó)家科委又專項(xiàng)撥款，對(duì)此課題進(jìn)行了更深入的探討和總結(jié)，并結(jié)合引進(jìn)技術(shù)研制開(kāi)發(fā)和完善了300MW及以上容量等級(jí)的褐煤鍋爐。

　　以雙遼電廠300MW鍋爐為例，針對(duì)霍林河褐煤水分偏高、灰分偏高，而磨損性、結(jié)焦性不強(qiáng)的特點(diǎn)，燃燒系統(tǒng)采用了風(fēng)扇磨直吹式系統(tǒng)，6臺(tái)磨圍繞爐膛四周布置，直流燃燒器六角切圓燃燒方式，干燥劑由熱煙氣、冷風(fēng)、熱風(fēng)和漏風(fēng)組成，溫度為120°C（見(jiàn)表1）。從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，對(duì)流受熱面選用較低煙速，并采用了膜式省煤器。這樣既減輕磨損，延長(zhǎng)受熱面使用壽命，又增強(qiáng)傳熱效果。為確保燃燒器處不結(jié)焦和減少灰渣的不完全燃燒熱損失，各角收穡日期：2000―基金項(xiàng)目：國(guó)家科委“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（96燃燒器的二次風(fēng)風(fēng)量分配采用中間小上下大的方式。并根據(jù)某些鍋爐以往的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在各一次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)置了“十”字二次風(fēng)（見(jiàn)）以提高燃燒效率。

　　表1制粉系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)項(xiàng)目100%負(fù)荷90%負(fù)荷66%負(fù)荷鍋爐燃料消耗量（仆）鍋爐計(jì)算燃料消耗量（t/h）磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)（臺(tái)）每臺(tái)磨煤機(jī)出力（Vh）磨煤機(jī)通風(fēng)量（mVh/臺(tái)）制粉系統(tǒng)漏風(fēng)煤粉水分熱風(fēng)溫度冷風(fēng)溫度（t）熱煙溫度（t）干燥劑終溫（t）干燥劑量（kg/kg）干燥劑初溫（t）干燥劑中熱風(fēng)份額干燥劑中冷風(fēng)份額干燥劑中熱煙份額一次風(fēng)占鍋爐總風(fēng)量百分比幾年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐證明，該型鍋爐及燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的。通過(guò)運(yùn)行調(diào)整，無(wú)論是燃用電廠常用的“混煤”還是霍林河褐煤，各項(xiàng)熱力參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，燃燒效率達(dá)99.63%，熱效率高于設(shè)計(jì)值（見(jiàn)表2）1一下一次風(fēng)；2―十字中心風(fēng)；3―煤粉噴嘴；4一中二次風(fēng)；5―油配風(fēng)器；6―上二次風(fēng)雙遼電廠300MW鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)表2鍋爐熱力性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合表項(xiàng)目設(shè)計(jì)值-霍林河煤240MW電負(fù)荷（MW）燃煤應(yīng)用基水分燃煤應(yīng)用基灰分燃煤可燃基揮發(fā)分燃煤應(yīng)用基低位熱值（/kg）燃煤應(yīng)用基高位熱值（/kg）汽包壓力（MPa）主蒸汽壓力（MPa）主蒸汽溫度（t）再熱蒸汽進(jìn)口溫度（t）再熱蒸汽出口壓力（MPa）再熱蒸汽出口溫度（t）給水溫度（t）給水流量（l/h）過(guò)熱減溫水流量（1/h再熱減溫水流量（l/h冷風(fēng)溫度（t）左側(cè)熱風(fēng)溫度（t）右側(cè)熱風(fēng)溫度（t）左側(cè)排煙溫度（t）（表盤記錄）實(shí)測(cè)左側(cè)排煙溫度（t）右側(cè)排煙溫度（t）（表盤記錄）實(shí)測(cè)右側(cè)排煙溫度（t）省煤器后左側(cè)煙溫（t）省煤器后右側(cè)煙溫（t）省煤器后實(shí)測(cè)氧量飛灰可燃物含量大渣可燃物含量省煤器后NO（L/L）省煤器后Nx（L/L）保證條件下排煙溫度（t）鍋爐熱效率保證條件下熱效率2褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，褐煤的燃燒穩(wěn)定性比較好。但對(duì)于褐煤鍋爐來(lái)說(shuō)，制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行是一個(gè)相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。前面曾提到過(guò)，由于褐煤具有“三高一低”的特點(diǎn)，“高”的程度又各不相同，加之灰的成分也不同，故不同的褐煤其燃燒特性、磨損特性、尤其對(duì)制粉系統(tǒng)的要求也就各不相同。這樣，在設(shè)計(jì)燃用不同類型褐煤的鍋爐時(shí)所要關(guān)注的重點(diǎn)也就不同了。

　　根據(jù)以往國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)與運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，以及近年來(lái)雙遼電廠300MW鍋爐的實(shí)踐，吸取褐煤鍋爐過(guò)去所發(fā)生問(wèn)題的教訓(xùn)，對(duì)于大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)如下一般原則和方法。

　　2.1對(duì)于燃用高水分和偏高水分褐煤的鍋爐燃用高水分（一般認(rèn)為40%）和偏高水分（一般認(rèn)為Mt在30%40%之間）褐煤的鍋爐，設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)考慮到制粉系統(tǒng)的干燥能力問(wèn)題。在此情況下，如采用鋼球磨制粉系統(tǒng)，對(duì)大容量褐煤鍋爐從經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)說(shuō)是不可取的；如采用中速磨制粉系統(tǒng)，則磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)本身決定了它所使用的干燥劑溫度只能低于400°C，常用熱風(fēng)作干燥劑，干燥能力不強(qiáng)；風(fēng)扇磨能抽取高溫爐煙作為干燥介質(zhì)，溫度在9001000°C，干燥能力很強(qiáng)，再配以熱風(fēng)和冷爐煙，系統(tǒng)的干燥出力調(diào)節(jié)幅度大，對(duì)煤的水分變化適應(yīng)能力強(qiáng)。因此，采用風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng)是較好的方案。

　　另外，對(duì)于這兩類煤，尤其是高水分褐煤，由于水分高，大量水蒸汽混合于風(fēng)粉混合物氣流中，大大降低了煤粉濃度，這對(duì)著火、穩(wěn)燃和燃盡都是不利的。因此，為使系統(tǒng)更加完善，鍋爐性能更好，一方面需對(duì)燃燒器加以改進(jìn)，另一方面則可在制粉系統(tǒng)上采取適當(dāng)措施提高磨煤機(jī)出口風(fēng)溫到160180可在磨煤機(jī)出口系統(tǒng)中裝設(shè)乏氣分離器，將分離出來(lái)的乏氣送至鍋爐上部的乏氣燃燒器。乏氣分離器的使用還可提高鍋爐的燃燒效率，這是因?yàn)檫@類高水分的褐煤大多屬于年輕褐煤，生成年代短，炭化程度低，往往含有木質(zhì)纖維，木質(zhì)纖維很難磨細(xì)，給燃盡帶來(lái)困難，從而使機(jī)械不完全燃燒熱損失增加。乏氣分離器和粗粉分離器一樣，可將片狀木質(zhì)纖維顆粒送回磨煤機(jī)繼續(xù)磨制成細(xì)粉，從而為燃盡創(chuàng)造了有利條件。

　　2.2對(duì)于燃用中等水分褐煤的鍋爐燃用中等水分（一般認(rèn)為Mt在20%~ 30%之間）褐煤的鍋爐，其制粉系統(tǒng)采用風(fēng)扇磨和中速磨系統(tǒng)都是可取的，這就需要綜合煤種磨損性、鍋爐的結(jié)構(gòu)特性等因素一起加以考慮。如煤的磨損性較強(qiáng)，為減輕磨煤機(jī)磨損采用中速磨制粉系統(tǒng)相對(duì)好些。2.3對(duì)于燃用較低水分褐煤的鍋爐設(shè)計(jì)燃用較低水分褐煤的鍋爐，對(duì)干燥出力要求不高，用熱風(fēng)作干燥劑即可滿足要求。這樣，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單運(yùn)行也方便。同時(shí)，磨煤機(jī)出口的風(fēng)溫也可低些。當(dāng)然，還要結(jié)合煤的揮發(fā)份高低等其它因素，綜合考慮選取適當(dāng)?shù)娘L(fēng)溫。

　　2.4對(duì)于燃用高灰分褐煤的鍋爐對(duì)于燃用高灰分褐煤的鍋爐，因?yàn)榛曳指撸�特別是如果煤的磨損性較強(qiáng)，采用風(fēng)扇磨或中速磨制粉系統(tǒng)就不很合適。采用鋼球磨煤機(jī)直吹系統(tǒng)或中儲(chǔ)倉(cāng)系統(tǒng)來(lái)制粉則是可取的。這樣，雖然經(jīng)濟(jì)性差些，但比較可靠，減少了因磨煤機(jī)被磨損而經(jīng)常停運(yùn)檢修帶來(lái)的麻煩。另外，若采用中儲(chǔ)倉(cāng)制粉系統(tǒng)，可在干燥劑中加入一部分冷爐煙，以降低系統(tǒng)中的含氧量，減少和防止制粉系統(tǒng)自爆現(xiàn)象的發(fā)生。

　　現(xiàn)在，我國(guó)已引進(jìn)了雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，這對(duì)高灰分、磨損性強(qiáng)的褐煤的磨制是比較適宜的。

　　另外，對(duì)燃用高灰分褐煤的鍋爐，還應(yīng)考慮到尾部受熱面的堵灰問(wèn)題，若灰熔點(diǎn)又較低，則灰分高與灰熔點(diǎn)低共同起作用，增加了結(jié)焦的危險(xiǎn)性。因此，還需考慮防止結(jié)焦、堵灰和除渣防爆等問(wèn)題。

　　2.5煤的磨損性問(wèn)題煤的磨損性強(qiáng)弱對(duì)制粉系統(tǒng)型式的選取有重要影響。同時(shí)，還需根據(jù)煤的水分大小區(qū)別對(duì)待，以便選取合適的制粉系統(tǒng)。

　　對(duì)于燃用磨損性很強(qiáng)但水分不高的褐煤鍋爐，其制粉系統(tǒng)以采用鋼球磨直吹式系統(tǒng)為好，中儲(chǔ)倉(cāng)制粉系統(tǒng)亦是可取的。

　　對(duì)于具有很強(qiáng)磨損性且水分又高的褐煤，鍋爐的制粉系統(tǒng)宜采用風(fēng)扇磨直吹系統(tǒng)。為提高風(fēng)扇磨的使用壽命，須加裝前置錘或?qū)⒃�煤預(yù)破碎，并取消磨煤機(jī)出口的粗粉分離器。這樣做對(duì)煤粉均勻性雖有些影響，而對(duì)燃燒效率不會(huì)有大的影響。

　　另外，值得一提的是，根據(jù)試驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)褐煤來(lái)說(shuō)，可磨性和磨損性之間沒(méi)有直接的關(guān)系，也就是說(shuō)，可磨性差的褐煤其磨損性不一定強(qiáng)，反之亦然。

　　2.6制粉系統(tǒng)漏風(fēng)問(wèn)題制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)問(wèn)題是困擾制粉系統(tǒng)乃至鍋爐正常運(yùn)行的一大問(wèn)題，風(fēng)扇磨直吹系統(tǒng)更是如此，它是造成制粉系統(tǒng)干燥出力不足的主要原因。制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)不可避免，但如何控制漏風(fēng)在最小程度倒是值得研究的問(wèn)題，它需要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、制造安裝續(xù)表12燃機(jī)葉片沉積物初期有，換床料改進(jìn)啟動(dòng)步驟后解決燃機(jī)磨損高壓透平入口導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)，低壓透平控制導(dǎo)葉和動(dòng)葉處磨損燃機(jī)葉片損壞低壓透平、壓氣機(jī)葉片發(fā)現(xiàn)疲勞裂斷；低壓透平控制導(dǎo)葉缺陷引起共振，加速疲勞，造成1號(hào)機(jī)組燃機(jī)葉片飛出2片低壓透平葉片飛出損害嚴(yán)重省煤器沾污積灰省煤器布置吹灰器機(jī)組控制系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)容量不足，后增加嚴(yán)重，引起管子斷裂無(wú)后加裝有項(xiàng)目瑞典1號(hào)機(jī)組，2號(hào)機(jī)組美國(guó)西班牙日本第二代PFBC―CC方案的關(guān)鍵技術(shù)是：電廠的改造方面。我國(guó)有大量的舊電廠，即使是高參研制流化床式的炭化爐或部分氣化爐；研究高溫條件下的除塵技術(shù)；頂置燃燒室內(nèi)低熱值煤氣的燃燒技術(shù)。

　　目前，第二代PFBC技術(shù)已有很多的外國(guó)公司數(shù)的電廠，其發(fā)電效率也只有31%左右。除相當(dāng)一部分退役外，其他電廠則迫切需要用新技術(shù)加以改造；b.燃油電廠改燃煤，用PFBX技術(shù)十分合適，因?yàn)镻FBC鍋爐占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊。而且PFBC在進(jìn)行研制、開(kāi)發(fā)，處于領(lǐng)先地位的是美國(guó)的FOS-―CC電站的絕大部分為蒸汽發(fā)電，系統(tǒng)特點(diǎn)與常規(guī)TERWHEELER公司。

　　5結(jié)束語(yǔ)我國(guó)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段發(fā)展時(shí)期，礦物燃料（以煤為主）發(fā)電量仍將占總發(fā)電量的絕大部分，隨著對(duì)大氣污染的防治要求的提高，PFBC發(fā)電技術(shù)將擁有非常廣闊的市場(chǎng)，可用于下列方面：a.PFBC發(fā)電裝置可用在效率低、污染嚴(yán)重的舊電站較為接近，過(guò)渡比較容易；c.我國(guó)高硫煤年產(chǎn)量超過(guò)1億t，這些煤最適宜用PFBC技術(shù)發(fā)電。此外，廣東、云南、福建、貴州、四川等地大片地區(qū)出產(chǎn)高灰分難燃煤，東北和內(nèi)蒙古又有大量的褐煤，這些能源資源不太適用于常規(guī)煤粉鍋爐，發(fā)展PFBC―CC發(fā)電技術(shù)為解決高硫煤、難燃煤和褐煤燃燒提供了最佳途徑。

　�。ň庉嬛苣宋模�（上接��21頁(yè)）者和使用者共同努力。目前，由于種種原因，制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)在實(shí)際運(yùn)行中還相當(dāng)大。因此，對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，一方面從結(jié)構(gòu)上和控制系統(tǒng)上加以改進(jìn)；另一方面，在設(shè)計(jì)制粉系統(tǒng)時(shí)盡可能選取接近實(shí)際的漏風(fēng)系數(shù)。以往由于設(shè)計(jì)取用的漏風(fēng)系數(shù)過(guò)小導(dǎo)致制粉系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)不到干燥出力，從而影響鍋爐正常運(yùn)行。

　　根據(jù)我國(guó)目前情況，結(jié)合過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)可取30%. 2.7煤粉水分值的選定煤粉水分值的選定對(duì)于制粉系統(tǒng)能否達(dá)到設(shè)計(jì)的干燥出力也有一定影響。如果設(shè)計(jì)時(shí)選用值過(guò)高，據(jù)此設(shè)計(jì)的制粉系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中干燥出力不足。

　　一般而言，煤粉的水分可假定為2%6%.當(dāng)然，須根據(jù)實(shí)際情況盡可能選用接近實(shí)際的數(shù)據(jù)，使制粉系統(tǒng)乃至整個(gè)燃燒系統(tǒng)能正常、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

　　3結(jié)束語(yǔ)綜上所述，對(duì)于褐煤鍋爐來(lái)說(shuō)，制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否對(duì)鍋爐的運(yùn)行性能至關(guān)重要。褐煤鍋爐的制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從已有經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，最重要的是要針對(duì)不同褐煤的特點(diǎn)，抓住關(guān)鍵，區(qū)別對(duì)待，在可能的條件下留有一定的裕度，選用合適的制粉系統(tǒng)形式，尤其對(duì)高水分、高灰分和強(qiáng)磨損性褐煤應(yīng)特別予以關(guān)注；另外，在目前技術(shù)水平包括安裝運(yùn)行水平下，制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)取30%是合適的。