大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

　　魯技術(shù)論±3大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計胡家震，康達，包建鋒（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，中國哈爾濱150046）基礎(chǔ)，結(jié)合我國褐煤特點及長期以來褐煤鍋爐的設(shè)計和運行經(jīng)驗，以及以往階段對褐煤燃燒和褐煤鍋爐所進行的大量科研工作的成果及雙遼電廠300MW鍋爐的設(shè)計經(jīng)驗、運行業(yè)績，全面闡述了大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的一般原則和方法。

　　0前言我國有豐富的褐煤資源，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，長距離運輸?shù)慕?jīng)濟性和安全性差，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能源政策的行之有效的辦法。如何設(shè)計制造優(yōu)質(zhì)的、燃用褐煤的鍋爐是擺在我們面前的一項重要課題。

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

　　1 300MW褐煤鍋爐研制開發(fā)根據(jù)已投運的褐煤鍋爐的經(jīng)驗和教訓(xùn)，“七五”、五“期間國家科委又專項撥款，對此課題進行了更深入的探討和總結(jié)，并結(jié)合引進技術(shù)研制開發(fā)和完善了300MW及以上容量等級的褐煤鍋爐。

　　以雙遼電廠300MW鍋爐為例，針對霍林河褐煤水分偏高、灰分偏高，而磨損性、結(jié)焦性不強的特點，燃燒系統(tǒng)采用了風(fēng)扇磨直吹式系統(tǒng)，6臺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（見表1）。從運行經(jīng)濟性出發(fā)，對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，延長受熱面使用壽命，又增強傳熱效果。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―基金項目：國家科委“九五”重點科技攻關(guān)項目（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)計與運行經(jīng)驗，在各一次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)置了“十”字二次風(fēng)（見）以提高燃燒效率。

　　表1制粉系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)項目100%負荷90%負荷66%負荷鍋爐燃料消耗量（仆）鍋爐計算燃料消耗量（t/h）磨煤機運行臺數(shù)（臺）每臺磨煤機出力（Vh）磨煤機通風(fēng)量（mVh/臺）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)量百分比幾年來的運行實踐證明，該型鍋爐及燃燒系統(tǒng)的設(shè)計是成功的。通過運行調(diào)整，無論是燃用電廠常用的“混煤”還是霍林河褐煤，各項熱力參數(shù)均達到設(shè)計指標(biāo)，燃燒效率達99.63%，熱效率高于設(shè)計值（見表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鍋爐熱力性能試驗數(shù)據(jù)綜合表項目設(shè)計值-霍林河煤240MW電負荷（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）實測左側(cè)排煙溫度（t）右側(cè)排煙溫度（t）（表盤記錄）實測右側(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）省煤器后實測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)計一般來說，褐煤的燃燒穩(wěn)定性比較好。但對于褐煤鍋爐來說，制粉系統(tǒng)的設(shè)計與運行是一個相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。前面曾提到過，由于褐煤具有“三高一低”的特點，“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、尤其對制粉系統(tǒng)的要求也就各不相同。這樣，在設(shè)計燃用不同類型褐煤的鍋爐時所要關(guān)注的重點也就不同了。

　　根據(jù)以往國內(nèi)外設(shè)計與運行的經(jīng)驗，以及近年來雙遼電廠300MW鍋爐的實踐，吸取褐煤鍋爐過去所發(fā)生問題的教訓(xùn)，對于大容量褐煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計總結(jié)如下一般原則和方法。

　　2.1對于燃用高水分和偏高水分褐煤的鍋爐燃用高水分（一般認為40%）和偏高水分（一般認為Mt在30%40%之間）褐煤的鍋爐，設(shè)計時首先應(yīng)考慮到制粉系統(tǒng)的干燥能力問題。在此情況下，如采用鋼球磨制粉系統(tǒng)，對大容量褐煤鍋爐從經(jīng)濟性方面來說是不可取的；如采用中速磨制粉系統(tǒng)，則磨煤機的結(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；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，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，對煤的水分變化適應(yīng)能力強。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，一方面需對燃燒器加以改進，另一方面則可在制粉系統(tǒng)上采取適當(dāng)措施提高磨煤機出口風(fēng)溫到160180可在磨煤機出口系統(tǒng)中裝設(shè)乏氣分離器，將分離出來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，這是因為這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，給燃盡帶來困難，從而使機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繼續(xù)磨制成細粉，從而為燃盡創(chuàng)造了有利條件。

　　2.2對于燃用中等水分褐煤的鍋爐燃用中等水分（一般認為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，為減輕磨煤機磨損采用中速磨制粉系統(tǒng)相對好些。2.3對于燃用較低水分褐煤的鍋爐設(shè)計燃用較低水分褐煤的鍋爐，對干燥出力要求不高，用熱風(fēng)作干燥劑即可滿足要求。這樣，系統(tǒng)比較簡單運行也方便。同時，磨煤機出口的風(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對于燃用高灰分褐煤的鍋爐對于燃用高灰分褐煤的鍋爐，因為灰分高，特別是如果煤的磨損性較強，采用風(fēng)扇磨或中速磨制粉系統(tǒng)就不很合適。采用鋼球磨煤機直吹系統(tǒng)或中儲倉系統(tǒng)來制粉則是可取的。這樣，雖然經(jīng)濟性差些，但比較可靠，減少了因磨煤機被磨損而經(jīng)常停運檢修帶來的麻煩。另外，若采用中儲倉制粉系統(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，我國已引進了雙進雙出鋼球磨煤機，這對高灰分、磨損性強的褐煤的磨制是比較適宜的。

　　另外，對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題，若灰熔點又較低，則灰分高與灰熔點低共同起作用，增加了結(jié)焦的危險性。因此，還需考慮防止結(jié)焦、堵灰和除渣防爆等問題。

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

　　對于燃用磨損性很強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，中儲倉制粉系統(tǒng)亦是可取的。

　　對于具有很強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，并取消磨煤機出口的粗粉分離器。這樣做對煤粉均勻性雖有些影響，而對燃燒效率不會有大的影響。

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

　　2.6制粉系統(tǒng)漏風(fēng)問題制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)問題是困擾制粉系統(tǒng)乃至鍋爐正常運行的一大問題，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題，它需要系統(tǒng)的設(shè)計者、制造安裝續(xù)表12燃機葉片沉積物初期有，換床料改進啟動步驟后解決燃機磨損高壓透平入口導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)，低壓透平控制導(dǎo)葉和動葉處磨損燃機葉片損壞低壓透平、壓氣機葉片發(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號機組燃機葉片飛出2片低壓透平葉片飛出損害嚴重省煤器沾污積灰省煤器布置吹灰器機組控制系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)有計算機容量不足，后增加嚴重，引起管子斷裂無后加裝有項目瑞典1號機組，2號機組美國西班牙日本第二代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，因為PFBC鍋爐占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊。而且PFBC在進行研制、開發(fā)，處于領(lǐng)先地位的是美國的FOS-―CC電站的絕大部分為蒸汽發(fā)電，系統(tǒng)特點與常規(guī)TERWHEELER公司。

　　5結(jié)束語我國在未來相當(dāng)長的一段發(fā)展時期，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，可用于下列方面：a.PFBC發(fā)電裝置可用在效率低、污染嚴重的舊電站較為接近，過渡比較容易；c.我國高硫煤年產(chǎn)量超過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）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)在實際運行中還相當(dāng)大。因此，對于系統(tǒng)的設(shè)計者來說，一方面從結(jié)構(gòu)上和控制系統(tǒng)上加以改進；另一方面，在設(shè)計制粉系統(tǒng)時盡可能選取接近實際的漏風(fēng)系數(shù)。以往由于設(shè)計取用的漏風(fēng)系數(shù)過小導(dǎo)致制粉系統(tǒng)運行達不到干燥出力，從而影響鍋爐正常運行。

　　根據(jù)我國目前情況，結(jié)合過去的經(jīng)驗，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于制粉系統(tǒng)能否達到設(shè)計的干燥出力也有一定影響。如果設(shè)計時選用值過高，據(jù)此設(shè)計的制粉系統(tǒng)可能會導(dǎo)致實際運行中干燥出力不足。

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

　　3結(jié)束語綜上所述，對于褐煤鍋爐來說，制粉系統(tǒng)的設(shè)計恰當(dāng)與否對鍋爐的運行性能至關(guān)重要。褐煤鍋爐的制粉系統(tǒng)設(shè)計，從已有經(jīng)驗來看，最重要的是要針對不同褐煤的特點，抓住關(guān)鍵，區(qū)別對待，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，尤其對高水分、高灰分和強磨損性褐煤應(yīng)特別予以關(guān)注；另外，在目前技術(shù)水平包括安裝運行水平下，制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)取30%是合適的。