郭魯陽，季明斌，王富文，黃平平，高春陽，任明偉，林德平

(1.山東電力研究院，山東 濟南 250002;2.山西魯晉王曲發(fā)電公司，山西 長治 047500)

1 問題的提出

由于我國煤炭資源分布不平衡以及交通、運輸?shù)瓤陀^條件的制約，非坑口大型火電廠幾乎不可能燃用設(shè)計的單一煤種，實際燃用煤種多樣且與設(shè)計煤種存在較大偏差。不同煤種的煤質(zhì)特性存在差別，必然影響到鍋爐安全和經(jīng)濟運行。因此，必須對實際來煤進行混配摻燒，以滿足鍋爐燃燒的需求并降低燃煤成本。

目前，燃煤的混配摻燒主要有2種基本方式，一種是爐前預(yù)混(煤場堆混、皮帶混、筒倉混等)，一種是分磨燃燒(不同煤種進入不同的磨煤機及相應(yīng)的燃燒器，又稱分層燃燒或分質(zhì)燃燒)，2種方式可結(jié)合使用。在一般情況下，當(dāng)主煤種與摻配煤種的燃燒特性差別較小時，采用爐前預(yù)混是比較適用的方式。當(dāng)主煤種與摻配煤種的燃燒特性差別較大時，宜采用分磨燃燒方式，其優(yōu)點在于可根據(jù)單一煤種特性對相應(yīng)的制粉系統(tǒng)及燃燒器進行針對性調(diào)整，有利于提高運行安全性及經(jīng)濟性。

本文通過介紹某600 MW超臨界機組的混煤燃燒試驗，對爐前預(yù)混和分磨燃燒技術(shù)進行了比較分析，提出了合理化建議，希望能對混煤燃燒技術(shù)的進一步發(fā)展提供參考和借鑒。

2 設(shè)備概況及煤質(zhì)分析

該鍋爐是三井巴布科克能源公司生產(chǎn)的MB－1944－24.7－571/569型超臨界直流鍋爐，為單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π形鍋爐。鍋爐燃燒方式為前、后墻對沖燃燒，前、后墻各布置3層低NOx軸向旋流燃燒器，每層對應(yīng)1臺MPS中速磨煤機，共有6臺磨煤機。在煤粉燃燒器上方前、后墻和側(cè)墻布置一層燃盡風(fēng)口，前、后墻各5個風(fēng)口，左、右側(cè)墻各3個風(fēng)口，共16個。每個燃燒器配有1個油槍，用于點火和助燃。

鍋爐設(shè)計煤種為貧煤，為降低燃料成本，計劃摻燒一部分煙煤。設(shè)計煤種及計劃摻燒煙煤工業(yè)分析見表1。由表1可以看出，2種煤質(zhì)的水分和揮發(fā)分差別較大，而水分和揮發(fā)分對燃燒和制粉系統(tǒng)有較大的影響。

表1 設(shè)計煤種及計劃摻燒煤種工業(yè)分析

3 2種煤質(zhì)的熱重分析

為了解2種煤質(zhì)的基本燃燒特性，在熱重分析試驗臺上對2種煤質(zhì)分別進行了分析，分析結(jié)果見表2。試驗中控制升溫速率10℃/min，配置反應(yīng)氣為 φ(O2)∶φ(N2)=1∶4，流量為100 mL/min。

試驗結(jié)果表明，計劃摻燒煙煤的著火溫度及最大失重速率溫度均明顯低于設(shè)計煤種，其可燃性指數(shù)和煤著火穩(wěn)燃特性綜合判別指標(biāo)高于設(shè)計煤種，燃燒特性指數(shù)低于設(shè)計煤種。各項參數(shù)均顯示，計劃摻燒煙煤更容易著火和穩(wěn)燃，具有更高的燃燒速度及燃燒強度。這就要求在進行實際摻燒試驗時要重點關(guān)注燃燒器及制粉系統(tǒng)的安全性，防止出現(xiàn)制粉系統(tǒng)爆燃及燃燒器燒損等問題。

表2 2種煤質(zhì)的熱重分析結(jié)果

4 采用爐前預(yù)混方式摻燒

爐前預(yù)混方式采用斗輪機與葉輪給煤機配合調(diào)節(jié)來控制煙煤及貧煤流量，進入鍋爐原煤倉的是已按要求摻配好的原煤。

試驗開始時摻配煙煤比例為20%，逐漸增加摻配比例至40%。試驗期間保持鍋爐負荷大于90%鍋爐連續(xù)最大蒸發(fā)量(MCR)。

主要試驗結(jié)果如下:

(1)采用爐前預(yù)混方式摻燒20%煙煤，基本可以保證鍋爐正常、穩(wěn)定運行以及燃燒器和制粉系統(tǒng)的安全性;同時，不需要對鍋爐各項運行參數(shù)進行大幅度調(diào)整，保持原貧煤運行方式即可。

(2)采用爐前預(yù)混方式摻燒30%煙煤，需要對鍋爐進行大幅度的調(diào)整，包括一次/二次風(fēng)配比及風(fēng)速的調(diào)整、煤粉細度調(diào)整、燃燒器旋流強度調(diào)整、氧量調(diào)整等。通過調(diào)整可保證鍋爐、燃燒器及制粉系統(tǒng)安全運行(也能基本保證鍋爐運行經(jīng)濟性)，鍋爐主參數(shù)正常，各項損失在可接受范圍內(nèi)。

(3)采用爐前預(yù)混方式摻燒40%煙煤，需要對鍋爐進行更大幅度的調(diào)整，這時調(diào)整的主要目的是保證鍋爐及附屬設(shè)備的安全性(特別是燃燒器的安全性)。試驗結(jié)果表明，為防止燃燒器燒損，必須大幅度調(diào)整煤粉細度使煤粉顆粒變粗，同時要減弱燃燒器二次風(fēng)旋流強度使其接近直流氣流。在這種工況下，基本可以保證燃燒器的安全，但鍋爐效率明顯降低，飛灰可燃物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從摻燒前的3%升至7%，已不能滿足經(jīng)濟運行的要求。因此，對該鍋爐來講，采用爐前預(yù)混方式摻燒煙煤比例的上限在40%左右，最好控制在30%以下。

5 采用分磨燃燒方式摻燒

爐前預(yù)混摻燒試驗結(jié)束后，開始進行分磨單燒煙煤試驗。在試驗期間，保持鍋爐負荷大于90%MCR?？紤]到爐膛下部溫度較低，為便于控制燃燒器出口著火距離，從前墻下層燃燒器開始進行煙煤單燒試驗(折合全爐摻燒量約20%)，然后逐步過渡到前、后墻中層燃燒器(折合全爐摻燒量約40%)，最后到前、后墻中層燃燒器和前墻下層燃燒器(折合全爐摻燒量接近60%)。后墻下層燃燒器是貧煤小油槍點火燃燒器，不適應(yīng)單燒煙煤，為保證安全，沒有進行單燒試驗。

在試驗過程中，對單燒煙煤的制粉系統(tǒng)及燃燒器進行了大幅度的調(diào)整，包括降低二次風(fēng)旋流強度、調(diào)整一次/二次風(fēng)配比、調(diào)整總風(fēng)量、調(diào)整煤粉細度及濃度、降低制粉系統(tǒng)出口溫度、增加燃燒器冷卻風(fēng)等。通過調(diào)整，基本保證了燃燒器及制粉系統(tǒng)的安全，同時也保證了鍋爐運行的經(jīng)濟性。

在中、下層3臺磨煤機單燒煙煤的工況下，實測鍋爐效率為93.03%，接近鍋爐設(shè)計效率93.65%。飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，比全燒貧煤時低1%。排煙熱損失增加較多，主要是因為增加了部分燃燒器冷卻風(fēng)，相當(dāng)于增加了一部分鍋爐漏風(fēng)，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)也高于設(shè)計值。

由于煙煤發(fā)熱量比貧煤低且燃盡距離比貧煤短，因此，在5臺磨煤機帶滿負荷的工況下，各臺磨煤機出力基本達到最大值，制粉出力裕度較小且主蒸汽溫度略偏低。當(dāng)采用6臺磨煤機帶滿負荷時，情況大為好轉(zhuǎn)，制粉出力保持一定的調(diào)整裕度，主蒸汽溫度正常且有一定的減溫水量。

6 2種摻燒方式的對比分析

6.1 鍋爐主要參數(shù)變化

圖1～圖4顯示了鍋爐主要運行參數(shù)在不同摻燒方式下的變化趨勢，圖中工況1～5分別是:基準(zhǔn)工況(全燒設(shè)計煤種)、爐前預(yù)混摻燒20%煙煤、爐前預(yù)混摻燒30%煙煤、爐前預(yù)混摻燒40%煙煤和分磨單燒摻燒50%煙煤。

圖1 主蒸汽溫度及再熱蒸汽溫度變化

從圖1～圖4可以看出，鍋爐主/再熱汽溫、汽壓在各工況下基本保持穩(wěn)定，隨摻燒方式的變化未出現(xiàn)明顯偏離設(shè)計值的情況。摻燒煙煤后鍋爐減溫水量有所下降，但在分磨單燒工況下投用6臺磨煤機時，減溫水量與摻燒前持平，說明此時汽溫有一定的調(diào)節(jié)裕度。各工況下排煙溫度變化較小，爐前預(yù)混摻燒方式下排煙溫度有輕微降低，采用分磨單燒時排煙溫度略升高，這與燃燒器投用冷卻風(fēng)有一定關(guān)系。

總體來說，通過調(diào)整，鍋爐各項運行參數(shù)基本可保持在適當(dāng)范圍內(nèi)。

6.2 運行安全性

由試驗結(jié)果可知，在上述幾種摻燒工況下均可保證鍋爐、燃燒器、制粉系統(tǒng)的安全性。通過采取降低磨煤機出口溫度及加強制粉系統(tǒng)監(jiān)視的措施，可避免制粉系統(tǒng)發(fā)生爆燃;通過燃燒調(diào)整及增加部分冷卻風(fēng)，可防止燃燒器燒損。在采用分磨單燒方式摻燒50%煙煤3個月后，利用小修機會對爐內(nèi)燃燒器進行檢查，未發(fā)現(xiàn)燃燒器燒損現(xiàn)象。

6.3 運行經(jīng)濟性及摻燒比例

在上述各摻燒工況中，只有采用爐前預(yù)混方式且摻燒煙煤比例高于40%時，鍋爐效率才出現(xiàn)明顯的下降，其余摻燒工況的鍋爐效率基本維持不變。試驗結(jié)果表明，采用分磨單燒方式與爐前預(yù)混方式相比，可明顯提高摻燒比例，考慮到增加摻燒比例也能提高全廠運行經(jīng)濟性，因此，該鍋爐機組采用分磨單燒方式摻燒煙煤是比較適當(dāng)?shù)摹?/p>

7 結(jié)束語

爐前預(yù)混和分磨單燒是鍋爐混煤燃燒的2種基本方式，對于不同的鍋爐機組，應(yīng)根據(jù)具體情況通過試驗分析來選擇適當(dāng)?shù)膿綗绞?。對于文中所提鍋爐，當(dāng)煙煤摻燒比例小于30%時，采用2種方式都是可以的，并且采用爐前預(yù)混的方式可以減少調(diào)整工作量;當(dāng)煙煤摻燒比例大于40%時，采用分磨單燒方式可取得更好的效果。

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