燃用褐煤对660MW超超临界直流锅炉机组影响对策

王文贺

摘 要：大唐锡林浩特电厂燃用大唐胜利东二矿露天煤矿褐煤，通过长度仅2公里的输煤皮带机将燃煤运至厂内，属典型坑口电厂；内蒙古东部地区褐煤储量丰富，根据褐煤煤质的特点分析，制定相应的燃烧对策。

关键词：褐煤 特点 分析 对策

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）12-0-02

一、项目概述

1.设备概述

大唐锡林浩特发电公司燃煤汽轮发电机组锅炉为东方锅炉股份有限公司生产制造的高效超超临界参数、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、∏型布置的变压运行直流炉，尾部烟道布置脱硝装置和空气空预器，锅炉型号为 DG2127/29.3-∏12。设计主燃料为锡林浩特矿业公司褐煤，低位发热量 11934.3kJ/kg，正常运行燃用设计煤种、负荷为 100%BMCR 时，热效率为 93.78%，不投油最低稳燃负荷不大于 40%BMCR。

2.煤种参数

锅炉设计煤种为大唐胜利东二矿露天煤矿4号原煤与6号筛下煤1：2比例混合褐煤，校核煤种1为4号原煤与6号筛下煤7：3比例混合褐煤，校核煤种2为胜利东二号6号筛下褐煤，其主要煤种特性如表1-3。

二、褐煤煤种的特点及影响

褐煤特点是：挥发分高、含氧量高、水分与灰分的变化范围大（其总和一般>50%）、含碳量低、发热值低[1]、易自燃、灰熔融温度低和易结渣。褐煤挥发分的起始析出温度约130～170℃，着火温度约250～450℃，一般为350℃左右，褐煤的辐射着火温度约为550～600℃[2]。

由于褐煤水分高，影响燃料的着火燃烧，需考虑磨煤机干燥出力是否满足；由于褐煤挥发分高，着火容易，需注意适当提高一次风速，可以防止烧毁燃烧器喷口，还可以减轻燃烧器附近的结焦；由于褐煤易结焦，结焦会造成锅炉出力降低，排烟损失增大，锅炉效率降低等危害；

综合以上问题在褐煤锅炉设计中需综合考虑煤粉的着火、燃烧的稳定、高效，同时需考虑防止炉内结渣的问题。

三、褐煤水分高的应对策略

我厂锅炉制粉系统配置 7 台 MPS235HP-II 型中速磨煤机，煤粉细度为 R90=35%，由于褐煤的高水分特性，需要空预器出口热一次风温度达到 400℃以上，此时空预器入口则至少需要达到 420℃以上，而脱硝催化剂一般能保证在烟气温度不高于420℃情况下连续运行，一般400℃以上烟气温度建议采用高温催化剂，成本更高；同时烟气温度超过 420℃时，催化剂寿命受很大影响。所以常规空预器和中速磨配置方案，虽然提高了一次风温来满足中速磨制粉系统对干燥出力的要求，但是也会对脱硝和空预器的设计和运行有不利影响。同时会造成排烟温度的升高和锅炉效率的下降。

针对以上问题，我厂设置了热一次风蒸汽加热系统，采用3段抽汽蒸汽来先一步加热热一次风，然后蒸汽再进入3号高加，如图1。

由于3段抽汽蒸汽温度较高，同时蒸汽量也较大，完全具备将热的一次风空气加热到 410℃以上的能力，在部分负荷时也具有将空气加热到足够温度的能力。采用“热一次风蒸汽加热系统”后，脱硝入口烟气温度只需 380℃，可以采用常规的催化剂，大大降低了脱硝系统的投资和运行成本；同时可以使排烟温度降低，锅炉效率提高；采用汽轮机3段抽汽的过热度将回转式空预器出口 365℃热一次风温加热至 416℃，满足制粉系统干燥出力要求，同时热一次风温度受烟气温度的影响更小，蒸汽加热器后热一次风温比较稳定；如表4。

加装热一次风蒸汽加热系统对机组的影响

1）汽轮机3段抽汽温度较高，直接进入汽轮机3号高加，一方面对汽轮机热耗有一定影响，另一方面提高了3号高加的成本。在3段抽汽上增加热一次风加热器，可以进一步提高热一次风温度，同时也降低了进入3号高加的温度，可以节省3号高加的造价。布置热一次风加热器和不布置热一次风加热器，汽机热耗相差约 15kj/kw·h，影响煤耗约 0.5g/kw·h 左右。

2）换热器布置在热一次风管道上，会增加一次风管道的阻力，阻力增加值最大 1Kpa，即机组一次风机选型会提高 1Kpa 压头。

3）热一次风蒸汽加热器利用的是汽轮机系统 3段抽汽蒸汽的过热度，这部分热量原是用来进一步加热给水，现在用来加热热一次风送入炉膛，通过烟气热量再次提供给工质，因此仅仅是进行了一次热量转移，并没有消失，也不存在热损失。

四、褐煤易结焦特性的应对策略

1.锅炉设计与选用方面

根据表3计算出我厂校核煤种1结渣指数为0.209中等结渣；校核煤种2结渣指数为0.5979属严重结渣。因此褐煤锅炉调试和运行燃烧调整中如何防止结渣是重点；我厂为高效超超临界锅炉，在锅炉方案上考虑了对褐煤的适应性，锅炉炉膛尺寸（宽、深、高）为 23.534m×16.9808m×72m，炉膛容积为 25482.4m3，炉膛容积热负荷为64.27kW/m3，炉膛截面热负荷为4.10MW/m2，燃烧器区域面积热负荷为1.15MW/m2。炉膛高热负荷区域采用内螺纹管膜式螺旋水冷壁，上部为垂直水冷壁，两者间由过渡段水冷壁和水冷壁中间过渡集箱连接。

炉膛容积能保证燃料在炉膛中有足够的燃尽时间，并布置足够的受热面，保证炉膛内的燃烧产物热量得到充分冷却，使炉膛出口烟温降低到灰的软化温度以下，不至于引起其受热面结渣。

2.燃烧器设计与选用方面

我厂锅炉燃烧方式为正压直吹式前后墙对冲燃烧，共配有 42 只低 NOx 轴向旋流式煤粉燃烧器，前墙 3层、后墙 4 层燃烧器分别布置在锅炉前后墙水冷壁上，每层 6 只，相邻燃烧器中心线之间的水平距离为4849.2mm，燃烧器列间距3048mm，顶层燃烧器至屏底距离为 27065.5mm，底层燃烧器至冷灰斗折角的距离为 3232.9mm，最外侧燃烧器与侧墙距离为 4147mm，燃烧器一次风筒内流速19.88m/s，燃烧器二次风速度36.25m/s，能够避免侧墙结渣及发生高温腐蚀。为了防止燃烧区域结焦，在燃烧器靠近侧墙水冷壁侧還设有 4 层贴壁风。

燃烧器的设计布置，合理组织了炉内空气动力工况，使火焰不发生偏转贴壁，不冲刷水冷壁，以防止水冷壁管结渣和烟气高温腐蚀，保证沿炉膛周界及炉膛出口烟气能量分布均匀性。

3.褐煤锅炉运行中需注意的几个问题

3.1加强配风调整，调节二次风保证充足的氧量使煤粉充分燃烧，严禁缺氧燃烧。

3.2由于胜利煤田褐煤煤灰特性灰熔点较低，且煤灰中钠含量较高，造成在锅炉折焰角上方结渣严重，结渣再烧结积存越积越多，最后把折焰角上方结渣积存堆满堵死。所以严密注意检查监视锅炉折焰角上方结渣情况，加强锅炉燃烧调整，及时进行吹灰器吹灰，必要时增加吹灰次数。

3.3由于褐煤挥发分高，着火容易，需注意适当提高一次风速，可以防止烧毁燃烧器喷口还可以减轻燃烧器附近的结焦。

3.4严格执行锅炉定期吹灰工作，必要时增加吹灰次数。

3.5借停炉机会做好锅炉受热面检查及清焦工作。

3.6由于褐煤发热量较低，水分较高，同等负荷相对烟煤5000大卡的煤，对于褐煤3000大卡的褐煤燃烧的煤量增加较多，原煤燃烧所需吸热量较大，相对于烟煤从吸热到燃烧的燃烧时间长，造成汽温汽压升压升温速度慢，自动调整跟踪反应较慢；由于烟气量增大，受热面磨损及除尘、除灰、脱硫电耗等都偏大。

结束语

根据褐煤特点分析，燃用褐煤对机组在各个方面的影响都很大，但通过采用上述的应对策略，能保证褐煤燃烧的稳定、高效，同时防止炉内结渣，降低褐煤对机组经济性的影响，提高褐煤的利用率，节省燃料成本，降低发电成本。

参考文献

[1]陈嘉铨；褐煤及其燃烧技术简论[J]；云南电力技术；1997年02期。

[2]文汉英；燃烧褐煤电厂锅炉的主要问题和改进意见[J]；内蒙古电力；1987年02期。