燃煤鍋爐摻燒神木煤的研究與應(yīng)用

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1、燃煤鍋爐摻燒神木煤的研究與應(yīng)用呂曉東潘麗華柯建新（華東電力試驗(yàn)研究院上海200437）摘要：結(jié)合神木煤的綜合特性及其在國(guó)內(nèi)電站鍋爐上的具體應(yīng)用，從煤種和鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行的相關(guān)環(huán)節(jié)角度著手，定性分析了摻燒神木煤鍋爐所應(yīng)具備的條件，并通過(guò)工程實(shí)踐闡明了摻燒煤技術(shù)能否成功實(shí)施的幾大關(guān)鍵因素。本文的結(jié)論可為摻燒煤技術(shù)的研究與應(yīng)用提供有效的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：神木煤摻燒結(jié)渣煤熱分析1.簡(jiǎn)述近期，市場(chǎng)上神木煤價(jià)格明顯比其他煤種低，許多發(fā)電企業(yè)均產(chǎn)生了采購(gòu)神木煤進(jìn)行摻燒以降低生產(chǎn)成本的設(shè)想。由于鍋爐原設(shè)計(jì)煤種及常用煤種在煤

2、質(zhì)上往往與神木煤存在著較大差異，如何評(píng)估鍋爐對(duì)新煤種的適應(yīng)性，進(jìn)而制訂科學(xué)合理的摻燒方案，在獲取最大經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，避免鍋爐因摻燒而發(fā)生受熱面結(jié)焦熄火、煤粉燃燒器燒損、制粉系統(tǒng)爆燃、鍋爐汽溫控制失控，是摻燒能否應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。早期125MW等級(jí)鍋爐爐膛設(shè)計(jì)熱力參數(shù)往往比較高，隨著運(yùn)行年限的增加，鍋爐系統(tǒng)設(shè)備老化嚴(yán)重，系統(tǒng)缺陷頻繁，自動(dòng)化水平較低。在通過(guò)定性分析確定鍋爐具備開(kāi)展摻燒的可行性前提下，必須依托動(dòng)力配煤和煤種調(diào)質(zhì)技術(shù)選擇合適的摻燒基礎(chǔ)煤種、摻燒比例和摻燒方式，并從設(shè)備條件、運(yùn)行方式、配煤管理等

3、環(huán)節(jié)出發(fā)進(jìn)行科學(xué)的摻燒試驗(yàn)，才能確保鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行。以下結(jié)合在上海電力股份公司下屬閔行電廠(chǎng)和楊樹(shù)埔電廠(chǎng)所開(kāi)展的摻燒工作，就摻燒試驗(yàn)研究關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)分析。2.燃用神木煤的電站鍋爐運(yùn)行情況分析國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)燃用神木煤的電站鍋爐為數(shù)不少。早期設(shè)計(jì)的燃用神木煤的鍋爐，鍋爐容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷均較大，這些鍋爐投產(chǎn)后存在不同程度的爐膛及過(guò)熱器受熱面結(jié)渣情況。許多文獻(xiàn)對(duì)此都有過(guò)報(bào)道。在燃用神木煤的鍋爐發(fā)生上述問(wèn)題后，后期投產(chǎn)的燃用神木煤鍋爐無(wú)一例外在設(shè)計(jì)時(shí)選用了較低的容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷，其中華能太倉(cāng)電廠(chǎng)qv=93

4、kW/m3；吳涇第二發(fā)電廠(chǎng)qv=85kW/m3。這兩個(gè)電廠(chǎng)鍋爐投產(chǎn)后不存在結(jié)焦情況，只是汽溫略微偏低。根據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)，目前國(guó)內(nèi)制造廠(chǎng)新設(shè)計(jì)的600MW燃用神木煤的鍋爐，在設(shè)計(jì)時(shí)均選取了較低的容積熱負(fù)荷。8第8頁(yè)共8頁(yè)由西安熱工研究院主持編寫(xiě)的新版〈電站鍋爐爐膛選型導(dǎo)則〉則將燃用神木煤的鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷限定在<85kW/m3（Π型爐）和<75kW/m3（T型爐）。圖1：燃用神木煤部分電廠(chǎng)鍋爐熱力參數(shù)比較1.煤種和爐型的適應(yīng)性分析3.1燃用具有結(jié)焦傾向煤種時(shí)爐膛熱力參數(shù)的選擇原則鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)鍵的因

5、素是必須根據(jù)設(shè)計(jì)煤種確定合適的爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)采用具有高揮發(fā)份、低灰熔點(diǎn)的具有結(jié)焦傾向的煤種，必須采用較低的容積/斷面熱負(fù)荷。據(jù)文獻(xiàn)[2]介紹，煤著火、燃盡特性及煤灰結(jié)渣傾向?qū)τ跔t膛熱力特性參數(shù)值選擇的影響趨勢(shì)如表1所示。表1煤燃燒、結(jié)渣特性對(duì)于爐膛熱力特性參數(shù)值選擇的影響趨勢(shì)名稱(chēng)爐膛容積熱負(fù)荷qv爐膛截面熱負(fù)荷qF燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷qHr機(jī)組容量↑↓↑↓煤的著火性能↑-↓↓煤的燃盡性能↑↓↓↓煤灰結(jié)渣傾向↑↓↓↓從上表可以看出，當(dāng)燃煤的結(jié)渣趨勢(shì)增強(qiáng)時(shí)，相應(yīng)的爐膛容積熱負(fù)荷、爐膛截面熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱

6、負(fù)荷都應(yīng)取低值與之匹配。對(duì)于已經(jīng)投運(yùn)的鍋爐，當(dāng)改變煤種時(shí)，就必須對(duì)新煤種—原爐型的適應(yīng)性重新進(jìn)行分析和評(píng)估。摻燒高揮發(fā)份、低灰熔點(diǎn)的神木煤、從設(shè)計(jì)角度考慮所適合的爐型要求是：l爐膛外形必須選用高大型；l切圓燃燒其直徑相對(duì)較小，盡量減少煤粉顆粒沖刷爐膛內(nèi)壁，同時(shí)增大灰粒向四壁流動(dòng)的冷卻空間；l爐內(nèi)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)相對(duì)要小，以延長(zhǎng)燃燒氣流在爐膛停留時(shí)間，提高燃燼程度，降低爐膛出口溫度，避免爐膛出口及過(guò)熱器部位結(jié)渣。l8第8頁(yè)共8頁(yè)降低爐膛截面燃燒強(qiáng)度和燃燒器區(qū)域溫度，對(duì)減緩爐膛結(jié)渣和避免燒損燃燒器有一定的效果。

7、3.2煤種變化對(duì)鍋爐出口煙溫影響的定性分析煤性—爐型的適應(yīng)性主要體現(xiàn)在煤質(zhì)變化對(duì)爐內(nèi)傳熱的影響上。具體表征為爐膛出口煙溫的變化和煙氣流量的變化。爐膛出口煙溫的計(jì)算公式下式。其中爐膛出口煙溫的高低主要與爐內(nèi)火焰中心位置、火焰黑度、爐膛水冷壁熱有效系數(shù)以及理論燃燒溫度有關(guān)。表2：煤質(zhì)特性與各傳熱要素的關(guān)系名稱(chēng)火焰中心位置（系數(shù)的大小與火焰中心高低相反）火焰黑度爐膛水冷壁熱有效系數(shù)理論燃燒溫度灰份減少-↓-↑水分增加↑↑-↓發(fā)熱量增加---↑揮發(fā)份增加↓---結(jié)渣性增加↑-↓-分析影響鍋爐爐膛出口煙溫的主要

8、因素，燃料的特性起了決定性作用。其中煤的灰分大小對(duì)爐膛黑度影響很大，而煤種變化引起的爐膛水冷壁污染系數(shù)對(duì)爐膛出口溫度也有顯著影響。以閔行電廠(chǎng)8號(hào)爐為例，假設(shè)鍋爐全部燃燒神木煤，由于爐膛原設(shè)計(jì)高度較小（8號(hào)爐原設(shè)計(jì)是油爐，后改為煤爐，并又進(jìn)行過(guò)增容改造），因神木煤揮發(fā)份高著火提前，實(shí)際火焰中心下移比例不會(huì)很大，而爐膛黑度則由燃用大混煤時(shí)的0.92降低到燃用神木煤時(shí)的0.75，在爐膛水冷壁污染程度假設(shè)與原煤種一致的前提下，爐膛計(jì)算出口溫度（按原蘇聯(lián)1973年