600MWW型火焰锅炉掺配高挥发份烟煤安全及经济性研究.docx

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1、600MWW型火焰锅炉掺配高挥发份烟煤安全及经济性研究600MWW型火焰锅炉掺配高挥发份烟煤安全及经济性研究【摘要】动力煤掺烧应考虑混煤的基本特性和燃烧特性（着火、燃尽、结渣）是否与锅炉设备特性相匹配，能否搞好掺配研究工作、提高锅炉煤种适应性是应对目前紧张的煤炭市场的有效途径。大唐阳城发电有限责任公司通过掺配煤种及掺配方式探索，采取定比例及变比例掺配燃烧调整手段，成功地在两台600MW燃无烟煤锅炉进行了大比例掺烧高挥发份烟煤试验，解决了锅炉燃烧及制粉系统安全运行技术难题，炉内结焦状况明显减弱，稳燃用油量连续多月为零，锅炉煤耗大幅下降，飞灰及底渣含碳量由原来的10%左右降至1%左右，CO排放量由

2、原来的200PPm降至20PPm,另外NOX由原来的100oing/Nm3降至400mgNm3,实现了掺烧效益最大化。【关键词】W”型火焰烟煤掺烧定掺烧比例燃烧调整变掺烧比例校验0引言锅炉设计煤种的不同，其炉型结构、燃烧器及辅助系统的选型将不同，当实际燃用煤种与设计煤种差别较大时，必须做好技术研究工作，以保证锅炉及其辅助系统在变煤种后的安全经济运行。大唐阳城发电有限责任公司两台600MWW”型火焰锅炉设计煤种为晋东南无烟煤，其特点为煤质硬（哈氏可磨系数为38）、挥发份低（7酚，着火及燃尽相当困难（着火温度在8001000?之间）。为了利于煤粉着火该炉采用了煤粉浓淡两相分离燃烧技术，安装有36个

3、双旋风筒燃烧器（见图一）。燃烧器设计有乏器挡板以调节主配口煤粉浓度，另外每个燃烧器配合有6个二次风挡板，A、B、C挡板布置在拱上，D、E、F挡板布置在拱下。其中A挡板为乏气喷嘴及主火检的冷却风，B挡板为煤粉主喷口周界风，用于调整煤粉气流的穿透力及图一双旋风筒燃烧器及其配风装置274冷却喷口，挡板C（电动）控制点火油枪及油火检的冷却风。燃烧所需大量的二次风是拱下各风口进入炉膛的，共分三层，风量呈阶梯状。为了解决无烟煤着火和燃尽问题，该锅炉还选用了目前世界最大的筒式钢球磨煤机（BBD4760）1以提高煤粉细度（R90为5%）,该磨煤机出口温度可达到130?。即便如此，该锅炉运行状况亦较不理想，底渣

4、含碳量、飞灰含碳量均高达10%左右，CO排放量高达200PPmo另外型火焰锅炉设计炉内温度高，导致NOX排放高达1300mgNm3左右。近年来，该地区无烟煤供应较为紧张，为了缓解区域煤炭供求矛盾，同时为了解决“W”型火焰锅炉单烧无烟煤存在的上述问题，该厂开展了掺烧烟煤的试验研究，通过大量试验摸索出混煤燃烧特性，总结出了锅炉变煤种燃烧调整规律，解决了制约系统运行的安全问题，提高了锅炉煤种适应性，实现了锅炉效率最优化。1 “W”型火焰锅炉掺配煤种分析及研究1.1 掺配煤种及其特性掺配煤种的选择首先考虑经济效益，其次再对比各煤种燃烧安全性和经济性。通过经济效益核算（主要根据混合后标煤单价对比），我们

5、选择了两种掺烧煤种，一种为本地劣质无烟煤、煤泥，另一种高挥发份烟煤，表一为设计煤种与掺配煤种特征参数对比：表一设计煤种、掺配煤种特征参数对比表项目符号单位设计煤种煤泥高挥发份收到基碳Car%66.9649.2750.21收到基全硫St,ar%0.450.612.66收到基灰份Aar%19.0941.7935.56干燥无灰基挥发份Vdaf%7.1410.0125.14收到基低位发热量Qnet,ark/g578935684639可磨系数HGI,387595由上表可见，本地煤泥的挥发份较低，基本接近设计无烟煤，但其灰分大、热值低。烟煤挥发份较高，干燥无灰基一般在2030%之间，煤质较软，易于着火和燃

6、尽。但对于挥发超过25%的烟煤及煤粉，要防止贮存时发生自燃。灰分大的劣质烟煤对受热面易产生灰积、结渣和磨损。另外烟煤在受热析出挥发份时易粘结成块，具有较强的焦结性。1.2 掺烧煤种试验对比由于本地劣质无烟煤和煤泥挥发份基本接近设计煤种，掺烧时制粉系统的运行安全性影响不大，为此首先进行了掺烧试验，但由于其本身就难以着火燃尽，在掺烧劣质无烟煤和煤泥后锅炉暴露出了以下问题：(1)锅炉出力下降，机组带不到满负荷，经常出现投油接带负荷现象。(2)锅炉效率降低，锅炉设计效率为91.3乐掺烧煤泥后炉效降至88.9乐表现为排烟温度升275高，减温水量增大，飞灰及底渣含碳量增加。2(3)制粉电耗增加。(4)炉内

7、燃烧不稳，多次出现投油助燃工况，试验的两个月稳燃用油量达166吨，占全年用油量的75%。(5)锅炉炉膛结渣情况严重，受热面严重超温，且多次出现掉焦现象。鉴于以上情况，随后选择烟煤进行了掺烧试验。由于与设计煤种差异较大，试验人员进行了掺配方式、制粉系统及锅炉安全性和经济性等方面的研究。2掺配煤方式的研究2. 1炉内掺配炉内掺配是指两种煤分别磨制后通过在炉内燃烧过程中进行混合，主要通过按煤种分仓上煤来实现。2. 2炉外掺配炉外掺配是指不同煤种在卸煤或上煤过程中进行混配，在进入磨煤机前已基本混合均匀，炉外掺配主要有以下方法：(1)在汽车(或火车)卸煤沟用叶轮给煤机进行首次掺配，通过叶轮给煤机转速来调

8、整煤种比例。(2)在煤场通过斗轮机堆取方式不同实现二次混配。斗轮机堆煤时采用东西方向连续走行分层堆料，并将煤层的高度控制在2米左右，取煤时采用南北方向回转分层取料，取煤高度控制在3米左右，以便和堆煤时的煤层上下错开，即错层取煤。(3)利用推煤机进行混配当大量储煤时，利用推煤机进行推平压实工作，并对斗轮机不能工作的区域进行翻推混煤。2.3掺配方式对比及选择当各煤种的热值、挥发份都能满足机组需求时，可以采炉内掺配的方式。如果某种煤的挥发份超出了制粉系统的安全范围，或热值低于燃烧稳定下限时，炉内掺配暴露出炉内局部燃烧不稳，各台磨运行偏差较大的缺点。掺烧的烟煤的挥发份一般在2030%之间，采用炉内掺烧

9、易导致制粉系统着火和爆炸。另外由于煤种硬度偏差大，易出现磨间煤粉细度不均，出力偏差大，风煤比偏差大等问题。而炉外掺配具有混配均匀稳定，制粉系统运行相对安全的优点，我们在后续的试验中一直采用炉外掺配的方式。3掺烧烟煤燃烧安全性研究烟煤比无烟煤的着火燃尽性能好，掺烧后锅炉的燃烧稳定性会大幅提高，但掺烧后易出现以下安全性问题：(D由于挥发份的提高，煤粉气流着火点距燃烧器喷口较近，容易烧损燃烧器喷口。3276(2)烟煤结渣性能较无烟煤强，掺烧后炉内结焦情况有加剧趋势。(3)由于掺配煤种的大范围变化会导致炉内温度场的变化，炉内焦渣在温度应力的作用下极易松动掉落。2.1 燃烧器烧损问题的研究(1)煤粉的着

10、火点受到煤粉气流喷射速度和火焰传播速度的影响，适当增大燃烧器出口风速，使煤粉气流着火点推后，远离喷口。(2)开大磨煤机旁路风挡板开度，将一次风速由原来的22ms提升到226ms,增加燃烧器出口速度。(3)将磨煤机出口温度由原设计的110?降至102?,以降低磨煤机出口风温，增加着火热，推迟着火。(4)将混煤煤粉适当调粗。一般情况下煤粉越细越容易着火，着火点越靠近燃烧器喷口，调粗可使着火点推迟。另外由于烟煤的经济细度比无烟煤粗，也必须将混煤煤粉调粗。(5)加大拱区供风量，降低燃烧器喷口区域温度水平防止燃烧器烧损。对于“W”型火焰锅炉，增加拱区风量手段主要有开大拱上二次风A、B、C挡板开度，关小垂

11、直墙二次风D、E、F挡板开度。2.2 减小炉内结焦技术探索3. 2.1结焦原因分析灰的结渣性能除与炉内温度有关系外，还与灰的熔点有关。混煤的灰熔点通常会出现低于任一原煤种的情况，导致炉内结焦严重。无烟煤中掺烧烟煤可能会造成炉内结焦加剧。(1)混煤炉膛温度水平倾向于无烟煤方向，炉温高于烟煤锅炉。表二设计煤种、混煤灰质对比项目单位设计煤种掺配30%烟煤变形温度？14101090软化温度？15001160熔化温度？15001210(2)混煤灰熔点倾向于烟煤，表二为掺配30%烟煤后灰熔点的变化，由表可见，与设计煤种相比，灰熔点明显降低。(4)着火点提前，造成下炉膛温度过高，易造成拱区温度过高而形结大焦

12、块。对于“W”型火焰锅炉，炉膛出口烟温长期高于800?时易在屏过及拆焰角部位结焦。掺烧烟煤后煤粉变细，火焰易上飘，且中心上移，导致屏式过热器处易出现结焦现象；3.2.2防止炉内结焦掉焦(1)根据混煤质特性，采用增加二次风量、燃烧调整手段减缓炉内结焦状况;通过加强吹灰、大幅升降负荷等扰动措施，促使炉内焦块及时掉落，防止结焦扩大。4(2)炉外掺配三种手段综合运用，确保混配均匀。若混配出现局部不均的现象，容易导致烟煤的强沾性渣和无烟煤的弱粘性渣相互形成夹层，极易出现垮灰灭火的情况。277(3)做好混配煤管理工作，控制出现混煤煤质大幅突变现象，避免炉内温度场急剧变化引起焦块松动掉落。4)当混煤的挥发份

13、大于15%(时应及时关小F挡板，以增大拱区风量，降低拱区温度，以防止着火区域缺风结焦。(5)若炉膛出口烟温高于800?时，在关小F挡板的同时采用关小乏气挡板等手段降低火焰中心高度。(6)适当降低煤粉细度，调整煤粉细度在67%之间(R90),防止煤粉过细导致火焰上飘或过粗导致局部结焦现象。3.3结果3. 3.1通过上述一系列手段，燃烧器区域温度由原来的1000?降至800?左右，根部看火孔观察火焰由原来亮白色变为金黄色。另外停炉后检查燃烧器喷口未见有烧损现象。3.3. 2通过一系列的控制手段，机组在燃烧混煤期间基本未出现掉大焦情况，停炉后检查拱区、侧墙、翼墙等区域基本无挂焦渣现象。4掺配烟煤燃烧

14、调整4.1 混煤的燃烧特性分析无烟煤与烟煤形成的混煤仅是两种煤的物理混合，但其燃烧特性不能简单认为是两种煤质特性的加权平均值，其着火及燃尽性与加权平均值有较大的差异。4.1.1 着火温度影响分析为了利于煤粉着火，一般要求掺烧煤种着火温度应基本接近，如相差太远，很可能出现易燃煤种着火后无法引燃难燃煤种的情况。烟煤着火温度一般在500600?之间，略低于无烟煤的着火温度，对无烟煤的点燃有推动作用，适于作掺配煤种。4.1.2燃尽性能分析(1)燃尽性能应从灰渣不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失(CO)两方面考虑。(2)在燃尽性能方面，由于混煤中的烟煤易“抢风”，使无烟煤在较低氧分压下燃烧，可能会出现缺

15、氧燃烧，从而导致混煤燃尽性能急剧下降。(3)无烟煤中掺配烟煤后，由于着火点相对提前，着火区域易出现缺风工况，从而导致化学不完全燃烧损失增大。5(4)由于火焰燃烧行程相对变短，导致灰渣不完全燃烧损失增大。所以为了提高燃尽性能，必须针对性做大量燃烧调整试验，做好相应的燃烧调整工作。4.2定掺烧比例(20,25%)燃烧调整试验定比例燃烧调整试验是指在掺配比例一定的条件下，通过燃烧调整，找到混煤的最佳燃烧工况，确定各挡板煤种变化后的燃烧调整方向及比例变化关系。4.2.1变乏气挡板对燃烧的影响278表三变燃烧器乏气挡板试验结果名称负荷乏气挡板开度排烟温度CO飞灰含碳量炉渣含碳量单位MW%?PPM%工况一42010130.0745.42.69工况二42025132.3717.12.46备注试验工况掺配比例为23.5%燃烧器乏气挡板的主要作用为烧低挥发份无烟煤时浓缩煤粉浓度以利于着火,燃用无烟煤时乏气挡板开度一般在25%左右。工况一乏气档板开度