哈锅大容量高参数褐煤锅炉技术的发展与应用

魏国华

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨150046）

0 引言

我国褐煤储量丰富，已探明储量达1300亿t。褐煤具有水分和灰分高、发热值低、易结渣等特点，褐煤燃烧技术一直是世界性难题。我国早期的大容量褐煤锅炉完全依赖进口，由于国外公司未掌握我国老年褐煤的燃烧特性，锅炉投运后暴露了许多设计缺陷和不足，出现了严重的炉膛结渣、受热面超温和爆管、锅炉无法达到额定出力和预热器出口烟气温度高等问题。

近年来我国火力发电装机容量增长迅速，优质烟煤供应不足。开发适于燃用褐煤的大容量、高效、低污染物排放的电站锅炉，有利于缓解我国火力发电行业煤炭资源日益紧张的困难局面，是满足我国能源发展战略的必然要求和产业升级的必由之路。

1 我国大型电站褐煤锅炉的发展现状

哈锅是我国唯一拥有大型褐煤锅炉设计和运行业绩的锅炉供货商，代表了我国褐煤锅炉研制的最高水平。自20世纪80年代起，哈锅立足自主创新，开始针对国内褐煤煤质特性、褐煤燃用、炉膛选型等关键技术开展科技攻关，取得了重大突破，并研制出300～1000 MW褐煤锅炉炉型系列，涵盖亚临界、超临界和超超临界参数，采用型或塔式布置方式，中速磨或风扇磨制粉系统。所研制产品完全替代了进口。多项技术填补国际和国内空白，达到国际领先水平。并与其他单位联合开发了褐煤干燥技术及与之相匹配的大容量褐煤锅炉。

2 自主开发600MW级超临界褐煤锅炉的主要技术特点

基于我国褐煤煤质水分波动大的特点，哈锅开发了采用不同制粉系统的600 MW等级超临界褐煤锅炉，主要包括中速磨制粉系统π型炉，风扇磨制粉系统塔式锅炉和风扇磨制粉系统π型炉。

与其他煤质相比，褐煤具有较高的水分，因此要求制粉系统采用更高温度或更大流量的干燥介质对煤粉进行干燥。中速磨制粉系统一般在燃用水分低于36%的褐煤锅炉中采用，干燥介质为空气预热器出口热空气。当燃用褐煤煤质的水分达到或高于36%时，一般推荐采用风扇磨制粉系统。

哈锅设计开发的600 MW等级褐煤锅炉均采用切圆燃烧方式，通过燃烧器分组布置和采用较大的一次风间距来降低燃烧器区域热负荷，有效减少炉膛结焦。同时在燃烧器上方合理布置SOFA风以有效控制NOx生成。其中采用中速磨制粉系统的炉型为四角切圆燃烧方式，煤粉干燥介质为热风；而采用风扇磨制粉系统的炉型为八角切圆燃烧方式，采用热风、高温炉烟和冷炉烟进行煤粉干燥。锅炉水冷壁采用螺旋管圈+垂直管屏布置方式，炉膛中、下部为螺旋水冷壁，能有效减小工质在炉膛周界方向上的温度偏差，保持水动力的安全稳定。过热器采用三级布置，设置两级四点喷水减温器，并能实现单独调节，从而有效控制系统左右侧汽温偏差和防止过热器超温。再热器采用二级布置，在两级再热器之间设置有喷水减温器，具体功能因炉型差异而有所差别。对于采用风扇磨制粉系统的褐煤锅炉，喷水减温器作为再热器汽温调节的主要手段。对于采用中速磨制粉系统的褐煤锅炉，由于采用了尾部双烟道方案，通过烟道出口挡板开度的调节来控制低温再热器和低温过热器侧烟气流量，从而达到再热蒸汽汽温调节的作用。

3 自主开发高效褐煤发电技术

进入21世纪，我国火力发电行业出现了井喷式的发展，与此同时世界能源价格日益高涨，SO2、NOx、CO2排放对人类及环境的损害与破坏日益加重，发展更高效率的火电机组成为节能减排的最有效途径。基于已有大容量褐煤锅炉的设计和运行经验，哈锅自主开发了适于燃用我国老年褐煤的1000 MW等级超超临界褐煤锅炉和褐煤干燥技术。

3.1 自主开发1000 MW超超临界π型褐煤锅炉的主要技术特点

2006年末，哈锅依托国家“863计划”，联合国内著名科研院所，针对1000 MW超超临界褐煤锅炉的关键技术开展科技攻关。课题完成了锅炉炉膛结构、水动力特性、煤质特性、燃烧器及制粉系统等技术研究，形成了锅炉整体设计和制造方案，并顺利通过科技部验收。锅炉采用长方形炉膛设计、π型布置方案，中速磨直吹式制粉系统锅炉。一次风进入炉膛后，在炉膛中心形成反向双切圆，有利于形成均匀的断面热负荷和降低炉膛、受热面区域烟气偏差。过热器系统采用三级受热面，每两级过热器之间均设置有喷水减温器，左右两侧各一只。并能实现单独调节，从而有效控制系统左右侧汽温偏差和防止过热器超温。再热器系统包括低温再热器和高温再热器两级受热面。锅炉尾部采用双烟道设计方案，再热汽温主要靠前后烟道出口烟气挡板开度的变化进行烟气量调整来实现。同时再热器系统设置有事故喷水减温器，作为再热汽温的辅助调节手段。此外，摆动燃烧器也对再热汽温起到一定的调节作用。

3.2 自主研发1000 MW超超临界塔式褐煤锅炉的主要技术特点

受到制粉出力的影响，采用中速磨制粉系统的褐煤锅炉在燃用更高水分的褐煤时，往往会出现排烟温度高、锅炉效率低、一次风率高导致燃烧调节困难和炉膛结渣严重等问题。因此采用扇磨制粉系统的超超临界塔式锅炉成为燃用高水分褐煤的理想炉型。

本方案采用正方形炉膛、塔式布置。制粉系统采用8台风扇磨，并沿炉膛四周成轴向辐射式布置。燃烧器入口煤粉管道采用宝塔型布置，通过煤粉管道直径的变化和流通截面的调整对一次风流量进行控制。燃烧器喷口沿炉膛水冷壁均匀布置，一次风在炉膛中心形成小直径单切圆。通过燃烧器分组布置和采用较大的一次风间距来降低燃烧器区域热负荷，有效减少炉膛结焦。同时在燃烧器上方合理布置SOFA风以有效控制NOx生成。

制粉系统采用三介质干燥方案，即高温炉烟、冷炉烟和热空气。高温炉烟引自布置在炉膛上方区域的抽烟口，冷炉烟一般取自预热器出口与除尘器之前的管道，热风则来自预热器出口的热风。由于干燥介质中大部分为高温炉烟，解决了中速磨制粉系统热风温度较高与锅炉热效率的矛盾。锅炉各级受热面均水平布置于炉膛上部。热烟气依次流经低温过热器、末级过热器、末级再热器、中温过热器、低温再热器和省煤器，工质与烟气存在较大的温度差，保证了烟气与各级受热面中工质的换热。

3.3 褐煤干燥技术主要技术特点

褐煤属软质煤，其特征是水份大，能量密度低，与烟煤等硬煤有很大差异。由于褐煤水分高达25%～40%甚至更高，如直接参与燃烧，大量的水分在燃烧汽化的过程中吸收大量热量，使得锅炉效率大大降低。此外，由于大量水分的存在，褐煤锅炉体积也较烟煤锅炉体积更加庞大，锅炉造价增加约25%，限制了大容量褐煤锅炉在我国的发展。

在此背景下，哈锅积极研发新型褐煤应用技术，以国内某电厂煤质为主要研究对象，提出了600 MW等级开式制粉系统超临界锅炉方案。

经过干燥后的煤质水分大大降低，发热值更加接近于烟煤，但由于干燥后的煤种所含灰分的成分没有发生改变，其结焦和磨损特性与干燥前煤质相比没有明显变化，甚至更加恶化。因此锅炉方案除了要与褐煤提水系统作为一个整体进行考虑并提供煤质干燥所需的热量外，还应保证锅炉的长期安全稳定运行。本方案锅炉为超临界参数，采用塔式布置，六角切圆燃烧方式，采用开式制粉系统，每台炉配备6台给粉机，5台运行，1台备用。下炉膛采用螺旋管圈水冷壁，上炉膛采用垂直管圈水冷壁，中间采用混合集箱，可有效对工质进行充分混合并消除工质温度偏差。炉内过热器、再热器和省煤器均采用水平布置方式，为全输水型。烟气向上流动依次流经低温过热器、末级过热器、末级再热器、中温过热器、低温再热器和省煤器，然后进入预热器与冷空气进行换热。

4 结语

随着我国火力发电装机容量迅速增长，优质烟煤供应不足。开发适于燃用褐煤的大容量、高效、环保的电站锅炉、高效褐煤发电炉烟干燥开式制粉系统锅炉以及烟气余热回收技术，充分利用我国储量丰富的褐煤资源，将进一步增强我国大容量高参数锅炉对燃用高水分褐煤的适应性，以满足我国能源发展战略和产业升级的要求。

［1］ 张殿军，尹向梅.1000 MW超超临界褐煤锅炉的研究与初步设计［J］.动力工程，2010，30（8）：559-566.