锅炉改烧大同烟煤的技术方案与效果

张双城

（华能国际电力股份有限公司上海分公司，上海 200120）

0 引言

华能上海石洞口第一电厂目前装机容量为130万kW（4×325MW），1985年7月破土动工，1987年12月1号机组并网发电，到1990年5月，4台机组全部投产。锅炉为20世纪80年代亚临界压力中间一次再热直流燃煤锅炉（SG－1025－170.5－540／540），设计煤种为贫瘦煤。由于钢铁行业的生产快速发展，对贫瘦煤的需求量越来越大，因此供给电厂的贫瘦煤越来越少，加上煤价大幅增长，市场采购非常困难。另外，4台机组运行时间均已超过20年，锅炉效率由原设计的91.77%降至改造前的89.90%，致使供电煤耗居高不下，无法完成各项生产经济指标，也无法满足目前节能减排的要求。为此，电厂决定将锅炉改烧烟煤，以扩大锅炉适烧煤种范围。

1 改造方案

考虑到改造成本和改造工程的工期，锅炉贫煤改烧烟煤，必须保证在原锅炉本体结构尺寸、钢架结构及锅炉辅机厂房结构维持不变的前提下进行方案设计，主要是对制粉系统、燃烧器系统及锅炉局部受热面的调整。在充分考虑了煤炭市场的发展走势，改造后燃用的设计烟煤采用大同烟煤。根据大同烟煤的特性，制粉系统由原中间仓储式热风制粉系统改为直吹式制粉系统，燃烧器系统采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS）。通过对锅炉重新进行热力和水动力核算，省煤器改用肋片管，增加50%的换热面积。

2 改造内容

锅炉从原设计煤种贫瘦煤（干燥无灰基挥发分Vdaf为15%～16%）改为燃烧大同烟煤（Vdaf为35.30%），煤种特性变化较大。由于原锅炉尺寸和各部件受热面积及燃烧系统、制粉系统都是根据贫瘦煤燃料特性设计的，因此在维持原有锅炉结构尺寸及辅机主厂房结构不变的前提下，必须从燃烧方式、炉膛热负荷、燃烧结焦特性、受热面布置、辅助系统配套改造和现场布局等方面综合考虑。改造既要考虑锅炉安全、可靠、高效和清洁，还要考虑尽量节约改造费用。

2.1 燃烧器系统改造

燃烧器改用低NOx同轴燃烧系统，通过建立早期着火和使用控制氧量的燃料／空气分段燃烧技术达到减少挥发分氮转化成NOx的目的。燃烧器共设置5层煤粉喷嘴，根据设计、校核煤种的着火特性，采用强化着火（EI）技术。在煤粉喷嘴四周布置周界风，在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置1层辅助风喷嘴（CFS），其中包括上下2只偏置的CFS喷嘴，1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有1层CCOFA（紧凑燃尽风）喷嘴，在主风箱下部设有1层UFA（火下风）喷嘴。在煤种允许的变化范围内确保煤粉及时着火，提高锅炉不投油低负荷稳燃能力。

低NOx燃烧系统通过在炉膛的不同高度布置CCOFA和分离燃尽风（SOFA），将炉膛分成3个相对独立的部分：初始燃烧区、NOx还原区和燃料燃尽区。在每个区域的过量空气系数由3个因素控制：总的燃尽风（OFA）风量，CCOFA和SOFA风量的分配以及总的过量空气系数。采用空气分级方式可以通过优化每个区域的过量空气系数，在有效降低NOx排放的同时，最大限度地提高燃烧效率。

低NOx燃烧系统采用预置水平偏角的辅助风喷嘴设计，在燃烧区域及上部四周水冷壁附近形成富空气区，能有效防止炉内结渣和高温腐蚀。

2.2 受热面改造

锅炉改烧大同烟煤后，燃烧特性和受热面的吸热特性均发生了变化，为此对锅炉重新进行了整体热力计算。经核算，水冷壁管和分离器具有较大的安全裕度，可以保证运行安全。过热器和再热器各部件因烟气温度和介质温度与原锅炉相当，无需进行改造。低压过热器侧和低压再热器侧省煤器受热面积由原每侧2 103m2增加至每侧3 000m2，约需增加50%，由于原省煤器布置空间有限，无法增加如此大的受热面，因此改用肋片管省煤器，其特点是热交换面积可以增大，这对缩小省煤器面积和减少材料很有意义。

2.3 制粉系统改造

设计烟煤挥发分Vdaf为35.30%，而原设计贫煤的挥发分Vdaf为15%～16%，如果制粉系统仍采用钢球磨煤机中间储仓式热风送粉系统，将会使系统的安全性大大下降，当Vdaf大于19%时，煤粉可形成易爆的气粉混合物，容易爆炸。因此，必须对制粉系统进行改造，改用中速磨煤机直吹式制粉系统。每台锅炉配置5台HP843型中速磨煤机，每台磨的出口由4根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴，锅炉MCR和ECR负荷时均投4层，另1层备用；每台锅炉设置5只钢制原煤仓（利用原来4只，新设计1只）；配置100%容量的密封风机2台；为保证改造后的风量，包括锅炉在最大连续蒸发量时所需的一次风量、全部磨煤机的密封风量和制造厂保证的运行1年后的空气预热器漏风量，采用2台50%容量的双级动叶可调轴流式一次风机。

3 改造效果

锅炉改烧大同煤后，1号锅炉效率由原来89.90%提高到92.92%，提高了3.02%，发电煤耗下降为9.66g／kWh，制粉系统由钢球磨中间仓储式热风送粉改为中速磨直吹式，制粉系统辅机耗电量节约1 317.8kW，相当于厂用电率下降0.406 6%，折算成机组供电煤耗率下降约1.40 g／kWh。按锅炉改造后厂用电率4.470 7%计，折算成机组供电煤耗率下降10.12g／kWh。

全年利用小时按5 500h计，每年可节约燃煤为2.058万t。在ECR锅炉热效率考核标准工况下，NOx排放值为230.1mg／m3，小于保证指标450mg／m3，大大小于改造前650mg／m3的排放指标，并解决了燃烧区域水冷壁高温腐蚀严重的问题，提高了锅炉可靠性，节约了维修成本。

4 结语

目前，电厂4台锅炉均已完成改造，锅炉扩大了适烧煤种，摆脱了煤炭市场贫瘦煤量少价高的困境，同时也提高了锅炉的效率和可靠性。改造后，机组供电煤耗及NOx排放显著下降，节能减排效果明显，为同类型燃用贫瘦煤锅炉改烧烟煤提供了经验。