无烟煤锅炉燃用烟煤及褐煤实践

黄书芳，陈一平

(贵州黔东电力有限公司，贵州 凯里 557702)

1 设备概要

某厂机组容量2×600 MW，锅炉系东方锅炉厂引进福斯特·惠勒公司技术设计制造的，型号为DG2028/17.45-Ⅱ3型，亚临界压力，中间一次再热的自然循环锅炉，该锅炉采用“W”形火焰燃烧方式，适用于无烟煤的燃烧，配6套正压直吹式制粉系统。锅炉采用分级配风。每只燃烧器均有独立的配风单元，每个单元分成A，B，C，D，E，F 6个风室，风室入口设有独立的风门挡板。其中A，B，D，E挡板为手动;F挡板、C挡板为电动，全炉共72只风门执行器。燃烧器乏气调节蝶阀为电动，消旋装置为手动控制。

炉前燃油系统采用#0轻柴油，回油调压方式，两级点火。每只煤粉燃烧器配置1只简单机械雾化油枪，前、后炉拱上各18只，总出力30%B-MCR，单只油枪出力1 250 kg/h。

2 燃煤情况

从2011年初，因购煤环境发生变化，开始大量采购烟煤及褐煤，最高挥发分达46%以上，严重偏离锅炉设计煤种9.92%的要求，从五六月份入厂煤煤质情况看，贫瘦煤只占总煤量的34%，烟煤及褐煤占了总煤量的66%，电厂设计煤质与实际入厂煤质情况如表1，2。

表1 电厂设计煤种

表2 电厂实际采购部分煤种相关指标

3 无烟煤锅炉燃用烟煤存在问题

3.1 燃用烟煤容易造成制粉系统爆炸，煤粉爆炸的条件主要有煤粉浓度、温度及点火源，煤粉容易爆炸的浓度范围在1.2～2.0 kg/m3，在制粉系统运行中，煤粉浓度一般大于2.0 kg/m3，不会发生爆炸，但当制粉系统启停过程中，就不可避免会达到该浓度范围，如果此时再有积粉自燃或雷管等点火源存在，将会产生爆炸，而该厂制粉系统因无防爆门，爆炸将会严重损坏设备或造成人身伤害事故。

3.2 采用主要为无烟煤燃烧设计的双旋风浓缩型旋流燃烧器，进行烟煤的燃烧时，因烟煤的着火温度比较低，会使煤粉气流着火提前，导致燃烧器喷口结焦堵塞，最终烧毁燃烧器。

3.3 W型火焰锅炉设计的主要目的是延长煤粉在炉内的燃烧行程及燃烧时间，火焰中心在燃烧器以下2 m左右，如果完全燃用烟煤，锅炉火焰中心将大大提高且燃烧行程缩短，将会出现锅炉主汽温严重超温及锅炉炉膛严重结焦的情况。

3.4 由于大屏 (分隔屏)过热器呈L型布置在炉膛上部，且受热面积偏多，锅炉煤种的改变，使锅炉辐射吸热量大大增加，造成锅炉过热汽温高、过热器减温水量增大，而再热汽温又偏低。

3.5 锅炉燃用高挥发分煤时，为了保证制粉系统运行安全，磨煤机出口温度必须严格限制 (小于75℃)，需要大量使用冷风，但冷风量不够用，被迫降低磨煤出力，机组无法带高负荷。

4 燃用高挥发分煤的措施

4.1 煤场管理

1)煤场存煤严格分类进行堆放，在入厂煤挥发分超标的情况下，优先考虑按挥发分高低 (V1，V2，V3)进行堆放，即V1为Vdaf≤15%的无烟煤、V2为15%≤Vdaf≤30%的烟煤、V3为Vdaf≥30%的烟煤及褐煤。

2)V1煤种与V3煤种分开的煤场，分别配置斗轮机，以便2台斗轮机同时取料混合上仓 (作为V2煤实用)，减轻安全风险。

3)烟煤入厂后燃料采购部门及时将煤质化验报告提供到值长处和燃料运行部门，以便于原煤的分堆存放与上仓。

4)运行值班员在接班前了解煤场存煤及锅炉原煤仓内煤质情况，提前做好烧烟煤的安全预防及燃烧调整工作。

5)进行原煤仓加仓工作时，值班员提前确认所上煤质的挥发分情况，若煤质情况不清楚，应严禁给原煤仓上煤。可先进行煤场堆放，通知化验班取样化验确认后再进行上仓工作。

4.2 上仓、掺烧方式

1)挥发分低的V1和挥发分较高的V2煤采用“分磨磨制，炉内混烧”的方式单独上仓进磨煤机，通过改变对应制粉系统及配风单元运行参数后，进行炉内混烧。

2)锅炉选择A，E，F磨煤机作为高挥发分煤(V2)掺烧磨，基它磨为V1煤种，若需改变上仓方式，发电部门应先组织对制粉系统及燃烧配风系统进行调整。

4.3 运行调整措施

1)磨煤机启动时，进V2煤的磨煤机出口温度控制低于75℃，同时开启旁路风及容量风档板至少20%以上，保证出口粉管风速任何时候均高于18 m/s运行。

2)当磨煤机2台给煤机均断煤后，全开冷风，全关热风，控制磨煤机出口温度低于90℃运行，若10 min不来煤，则停止该磨煤机运行。

3)烟煤对应磨煤机出口温度及燃烧器乏气档板开度维持在合理水平，具体参考如表4。

表4 磨出口温度及乏气档板开度参考值〔1〕

4)烟煤制粉系统对应粗粉分离器档板全开，以最终控制煤粉细度在15%左右。

5)烟煤对应磨煤机容量风门开度不小于40%运行，以最终保证煤粉管风速在20 m/s以上运行，风速过低可通过开大旁路风档板进行调整，任何时候磨煤机运行中风速均不低于18 m/s。

6)掺烧烟煤磨煤机运行中，正常料位控制在400～600 Pa，任何时候不高于800 Pa运行，以防止磨煤机高料位密封圈积粉自燃〔2〕。

7)磨煤机停运，需将磨煤机及旁路风管内煤粉全部抽尽，并在停运后将出口粉管吹扫干净，以防止积粉自燃现象的发生，同时磨机停运备用时间不得超过6 h。

8)烟煤对应制粉系统燃烧器各风门开度控制参考如表5。

表5 风门开度参考值 %

9)运行人员定期观察炉内燃烧情况 (每班不少于3次)，当下炉膛温度较高有流稀焦现象时，可减少烟煤的燃用量，防止锅炉严重结焦。

10)为了在机组运行中快速处理制粉系统自燃事故，运行中要加强对制粉系统惰化蒸汽系统的检查，保证其处于热备用状态。

11)值班员每小时对磨煤机区域、给煤机区域、煤粉管、炉拱平台等地方进行巡视检查。每2 h对炉拱燃烧器、磨煤机回粉管进行测温工作。如果出现温度不正常升高或烧红现象，立即停止磨煤机运行，开启惰化蒸汽进行灭火。

12)烟煤磨煤机运行期间，旁路风档板开度控制在5%～10%运行或间断开启，以防止旁路风管积粉自燃。

13)为了防止运行中烧粉管事件的发生，磨煤机正常运行期间应尽量不停运燃烧器，若确有火嘴需停运，应在停运后开启吹扫风吹扫干净，并每2 h切换1次，防止粉管积粉自燃。

14)当制粉系统内部 (包括燃烧器、粉管、分离器、给煤机等)着火时，要及时投入消防蒸汽系统进行灭火，同时用消防水进行外部人工冷却。

4.4 燃用高挥发分煤种安全措施

1)磨制烟煤的给煤机及磨煤机区域，进行安全警示隔离，除必要的检修工作及捅煤、巡检工作外，无关人员严禁入内，以防止制粉系统爆炸伤人，特别是磨煤机入口风管膨胀节处，运行中严禁任何人员靠近。

2)磨制烟煤的制粉系统必须在运行中进行检修工作时，应全面做好防火防爆的安全措施，同时消防人员现场监护。

3)将燃用烟煤的燃烧器喷口处部分保温拆除，以便于运行人员对此处外壁进行手动测温。

4)机组掺烧烟煤期间，经常检查锅炉各区域灭火器及消防水处于良好备用状态，同时，在锅炉给煤机平台、燃烧器平台及磨煤机区域，设置专职消防员现场值班。

5 锅炉经济性及安全性比较

大量燃用高挥发分煤后，发生了如下变化:

1)锅炉的燃烧稳定性大大提高，锅炉不投油稳燃负荷可降低至280 MW左右。

2)锅炉飞灰、大渣含碳量大幅下降，平均飞灰含碳量从原来单独燃用无烟煤的5%降至1.2%，大渣含碳量由4.2%降至1.5%，煤粉燃尽性明显提高，扣除因结焦引起的排烟温度上升因素，锅炉效率有明显提高。

3)机组启动油耗大大降低，与前期单纯燃用无烟煤相比，启动油耗从原来的150 t下降到50 t。

4)在锅炉燃用高挥发分煤的情况下，入炉煤煤质水分较低时，锅炉带负荷能力下降，统计表明，当原煤水分在8%以下，原煤水分每下降1%，影响机组负荷约25 MW。

5)煤粉外漏自燃风险明显增加，机组运行期间，曾发生3起煤粉外漏自燃事件，均是由于煤制粉系统外漏煤粉富氧引起。事件发生后，严格了定期巡检与测温工作，及时发现并处理火灾隐患，不扩大事故，同时，运行中加强了煤粉外漏的预防与检查工作，杜绝了自燃事件的再次发生。

总之，无烟煤锅炉在大量燃用烟煤后，其着火、燃烧、燃尽特性明显增强，锅炉效率得到较大提高，但安全风险大增。

6 结束语

设计燃用无烟煤的“W”火焰锅炉改为燃用由贫瘦煤和高挥发分烟煤、褐煤组成的混煤后，在不进行设备改造的情况下，通过改变煤场管理方式、改变原煤上仓方式、调整煤粉细度、调整风门档板以及控制运行参数等一系列技术措施，基本达到了无烟煤锅炉燃用高挥发分煤的要求，拓宽了原煤采购渠道，锅炉燃烧稳定性和经济性提高。同时“W”火焰锅炉燃用高挥发分烟煤、褐煤后也存在爆炸、火灾安全风险!必须从原煤场管理、原煤储运、制粉系统与燃烧系统运行控制、消防等全方位采取切实可行的安全措施，方可避免事故发生。

〔1〕DL435—1991.火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程〔S〕.北京:中国电力出版社，1991.

〔2〕黄伟.600 MW超临界复合循环锅炉制粉系统爆炸原因分析〔J〕.湖南电力，2006(3).

〔3〕雷霖.直吹式制粉系统“W火焰”锅炉混煤掺烧试验究〔C〕.湖南电机工程学会锅炉专委会.2008年学术会议论文集.长沙:湖南省电机工程学会.2008:55-60.