廣匯煤用于電廠鍋爐大比例摻燒的探討及實(shí)踐

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廣匯煤用于電廠鍋爐大比例摻燒的探討及實(shí)踐

盧紅玲,侯燕

（酒鋼集團(tuán)能源中心，甘肅嘉峪關(guān)735100）

【摘要】介紹了某電廠為應(yīng)對(duì)煤源緊張形勢(shì)，進(jìn)行鍋爐非設(shè)計(jì)煤種廣匯煤的摻燒，通過(guò)對(duì)廣匯煤特性及摻燒難點(diǎn)分析，制訂針對(duì)性強(qiáng)的燃燒調(diào)整技術(shù)措施，進(jìn)行摻燒試驗(yàn)逐步提高摻燒比例，最終使摻燒比例達(dá)80%左右，降低了鍋爐對(duì)設(shè)計(jì)煤種的依賴性，緩解了動(dòng)力煤燃用緊張問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】鍋爐;廣匯煤;摻燒;實(shí)踐

1　引言

近年來(lái)，自備電廠為適應(yīng)公司發(fā)展需要，裝機(jī)容量不斷增加，動(dòng)力煤需求量持續(xù)增長(zhǎng)，到2014年消耗量達(dá)到了760萬(wàn)t。本電廠鍋爐設(shè)計(jì)煤種均為新疆哈密煤，但哈密煤因運(yùn)輸能力所限，年采購(gòu)量?jī)H在300萬(wàn)t左右，本電廠動(dòng)力煤需求存在很大缺口，因此迫切需要開發(fā)燃用其它動(dòng)力煤來(lái)解決這一供需矛盾。

廣匯煤產(chǎn)于新疆淖毛湖地區(qū)，年開采量2200耀2500萬(wàn)t，供應(yīng)穩(wěn)定，且不受運(yùn)輸能力限制，是可滿足本電廠燃用需求、運(yùn)輸成本最低的一大煤源。但廣匯煤特點(diǎn)是揮發(fā)分極高，易燃易爆，易造成鍋爐受熱面尾部沾污、結(jié)渣，冒然燃用有很大的風(fēng)險(xiǎn)，必須通過(guò)試驗(yàn)、摻燒摸索，逐步提高鍋爐對(duì)廣匯煤的適應(yīng)性，從而達(dá)到大量摻燒的目的。

2　廣匯煤特性分析

為掌握新疆廣匯煤的工業(yè)特性，2011年10月本電廠委托西安熱工研究院對(duì)廣匯煤進(jìn)行了特性分析,見表1。

分析數(shù)據(jù)顯示，廣匯煤特點(diǎn)是水分高，揮發(fā)分超過(guò)50%，發(fā)熱量適中。煤中揮發(fā)分過(guò)高極易引起著火、爆炸事故，在儲(chǔ)存、輸送、煤粉制備及鍋爐燃用運(yùn)行管理方面均存在很大安全隱患。另外，廣匯煤Na2O含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)煤種，對(duì)鍋爐尾部受熱面的積灰、沾污會(huì)產(chǎn)生不良影響。因此，廣匯煤的摻燒需要從技術(shù)和管理方面予以重點(diǎn)防范和控制[1]。

3　廣匯煤摻燒難點(diǎn)分析

3.1揮發(fā)分過(guò)高，易燃易爆

揮發(fā)分是煤在加熱過(guò)程中釋放出的氣態(tài)和汽態(tài)物質(zhì)，煤的揮發(fā)分高，有利于煤粉著火和燃盡，但超過(guò)某一上限值時(shí)煤粉自燃、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。廣匯煤的高揮發(fā)分特點(diǎn)，決定了其在儲(chǔ)存、傳送、燃用等環(huán)節(jié)的爆燃風(fēng)險(xiǎn)大，尤其是中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)，在磨制廣匯煤、上煤過(guò)程中，因配燒不當(dāng)或現(xiàn)場(chǎng)積粉治理不力，極易引起制粉系統(tǒng)爆炸、鍋爐滅火放炮等事故，對(duì)設(shè)備造成損壞。

3.2著火快，易造成噴口燒損

煤粉在著火初期，主要靠煤粉受熱時(shí)所析出的揮發(fā)份支持燃燒，揮發(fā)分越高，著火速度越快。廣匯煤在進(jìn)入燃燒器噴入爐膛瞬間就可著火，著火距較短。但過(guò)快的著火速度，縮短了火焰和噴口距離，對(duì)燃燒器噴口造成燒損，造成燃燒設(shè)備損壞，對(duì)爐內(nèi)燃燒空氣動(dòng)力場(chǎng)造成擾動(dòng)，會(huì)使火焰偏移，爐內(nèi)燃燒狀況紊亂[2]。

3.3抑塵處理造成水分偏大

廣匯煤一般在翻卸、膠帶機(jī)運(yùn)輸過(guò)程中采用噴水抑塵處理，在料場(chǎng)儲(chǔ)存時(shí)往往也是用水澆灌防范自燃或用水滅火，因此廣匯煤的外水分很高。水分多的煤引燃和著火困難，且延長(zhǎng)燃燒過(guò)程，降低燃燒室溫度[3]。廣匯煤進(jìn)入爐內(nèi)后需要的著火熱增加，對(duì)著火不利,在爐內(nèi)燃燒后煤中所含的水分將全部變?yōu)檎羝M(jìn)入煙氣系統(tǒng)，增加了鍋爐同等負(fù)荷下的煙氣量，致使引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)等出力達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)。另外，煤的水分大還會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)干燥出力降低，影響磨煤機(jī)整體出力。

3.4 Na2O含量高，易導(dǎo)致尾部受熱面積灰、結(jié)渣

煤中若含有較多的堿性物質(zhì)的灰，則極易發(fā)生結(jié)渣問(wèn)題。煤灰中的堿金屬化合物的熔點(diǎn)比較低，當(dāng)堿金屬愈多時(shí)，灰的燒結(jié)性愈強(qiáng)，受熱面就愈容易積灰。尤其在在800~1000益時(shí)，容易形成易熔的共晶體。廣匯煤的氧化鈉含量是4.31%，較鍋爐設(shè)計(jì)煤種哈密煤高出很多。鈉屬于易揮發(fā)的物質(zhì)，在高溫下?lián)]發(fā)后，凝結(jié)在受熱面上形成燒結(jié)的灰沉積，這類沉積多發(fā)生在屏式過(guò)熱器和對(duì)流過(guò)熱器等受熱面上，影響鍋爐傳熱，形成結(jié)渣源。圖1示出了鈉含量對(duì)積灰的影響。

圖1　氧化鈉含量與積灰速度

從圖1可知，煤灰中鈉含量較低時(shí)（氧化鈉含量1%），不管灰分多少，積灰速度很低；當(dāng)氧化鈉含量為5%耀10%時(shí)，積灰速度隨煤的灰分呈指數(shù)關(guān)系遞增[4]。根據(jù)此圖判斷，廣匯煤積灰速度接近圖中的線2，屬較快速度，對(duì)受熱面積灰的影響較為明顯。

3.5廣匯煤沾污性強(qiáng)

在煤粉鍋爐的燃燒過(guò)程中，爐內(nèi)灰沾污是由煤灰中易揮發(fā)物質(zhì)在高溫下?lián)]發(fā)后，凝結(jié)于對(duì)流受熱面上，繼續(xù)黏結(jié)灰顆粒形成的高溫黏結(jié)灰沉積，它的內(nèi)層往往是由易熔物（或是由堿金屬化合物）包覆的灰粒黏結(jié)而成[5]。一般將煤灰中鈉含量作為沾污判別指標(biāo)的分級(jí)界限。

離表1　煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

表2　煤灰中鈉含量作為沾污判別指標(biāo)的分級(jí)界限

廣匯煤屬褐煤范疇，判別沾污程度中等，相對(duì)于設(shè)計(jì)煤種哈密煤的低沾污特性，廣匯煤在燃用時(shí)易在尾部受熱面形成沾污，影響傳熱，加重結(jié)焦，對(duì)鍋爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅。

4　摻燒試驗(yàn)技術(shù)及安全措施

4.1制粉系統(tǒng)

1）制粉設(shè)備中，沉積煤粉的自燃往往是引爆的火源，氣粉混合物溫度越高，危險(xiǎn)性就越大[6]。制粉系統(tǒng)運(yùn)行中要嚴(yán)格控制磨煤機(jī)出口氣粉混合物的溫度臆70益，控制磨入口混合風(fēng)溫度臆260益，防止煤粉結(jié)露沉積發(fā)生自燃，防止制粉系統(tǒng)著火、爆炸。

2）摻燒廣匯煤的磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓力保持在4.0耀4.5 kap，一次風(fēng)速控制在27 m/s左右；廣匯煤的煤粉細(xì)度R90保持在25%耀30%。

3)廣匯煤全水分高，磨煤機(jī)干燥出力下降，值班員加強(qiáng)磨煤機(jī)各參數(shù)的監(jiān)視調(diào)整，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)電流、入口一次風(fēng)壓偏高時(shí)，給煤自動(dòng)改手動(dòng)，及時(shí)調(diào)整煤

量[7]。

4）發(fā)現(xiàn)斷煤、皮帶壓死、給煤機(jī)跳閘等異常時(shí)，應(yīng)立即開大磨煤機(jī)冷風(fēng)門、關(guān)小熱風(fēng)門降低磨煤機(jī)出口溫度不超過(guò)70益[8]，密切注意斷煤后的磨煤機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，并啟動(dòng)相應(yīng)原煤斗敲打裝置使原煤斗落煤管下煤正常為止。

5）磨煤機(jī)停運(yùn)若超過(guò)48 h，必須將原煤斗內(nèi)存煤燒凈。停止給煤機(jī)后空磨運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，將磨內(nèi)煤粉抽凈；啟磨前先通入冷風(fēng)，制粉系統(tǒng)通風(fēng)時(shí)間不少于10 min。

6）徹底清理磨制廣匯煤的磨煤機(jī)分離器擋板，后期形成定期工作（2周清理一次）。

7）制粉系統(tǒng)各部防爆門及儲(chǔ)煤筒倉(cāng)防爆門完好，磨煤機(jī)系統(tǒng)消防蒸汽要可靠備用，磨煤機(jī)出口溫度以及粉倉(cāng)溫度顯示正確、可靠。

8）為防止磨煤機(jī)在啟、停過(guò)程中發(fā)生爆炸，要求磨煤機(jī)啟、停過(guò)程中均投入消防蒸汽。

4.2燃燒系統(tǒng)

1）保持合適的爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)，爐膛氧量按2.5%耀3.5%控制，適當(dāng)開大配燒廣匯煤層的周界風(fēng)（周界風(fēng)逸30%），保證燃料和空氣的良好混合，避免局部高溫，防止燃燒器噴口結(jié)焦或被燒損。

2）適當(dāng)提高一次風(fēng)速及增加上部風(fēng)量，使火焰中心居于爐膛中心，觀察燃燒器噴口處煤粉氣流的著火、燃燒及結(jié)焦情況。

3)當(dāng)煙氣側(cè)橫向沖刷錯(cuò)列布置的管束時(shí)，隨運(yùn)行時(shí)間的增加，積灰現(xiàn)象會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，它很容易從煙氣流經(jīng)受熱面時(shí)的阻力的不斷增加上反應(yīng)出來(lái)[9]，因此運(yùn)行中嚴(yán)密監(jiān)視、控制空預(yù)器差壓不超過(guò)1600 Pa。

4）控制爐膛出口溫度不大于800益，加強(qiáng)對(duì)主、再熱蒸汽溫度的監(jiān)視調(diào)整，合理調(diào)整減溫水量，防止受熱面管壁超溫。

5）對(duì)火焰檢測(cè)裝置進(jìn)行調(diào)整、檢查，確?；鹧鏅z測(cè)裝置能如實(shí)反映爐內(nèi)燃燒狀況。加大燃燒器噴口處的定期巡檢及測(cè)溫，監(jiān)視各噴口溫度變化。定期對(duì)爐膛出口溫度和各段煙氣壓降進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)比分析。

6）優(yōu)化吹灰方式，適當(dāng)加強(qiáng)對(duì)爐膛、屏區(qū)、尾部煙道及空預(yù)器的吹灰頻次[10]。

4.3現(xiàn)場(chǎng)治理

1）制訂廣匯煤摻燒安全預(yù)控措施，嚴(yán)格執(zhí)行。每月組織廣匯煤摻燒專項(xiàng)檢查，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)積粉、漏粉的治理，消除隱患。

2）每值有專職人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，每班不少于兩次對(duì)給煤機(jī)清掃鏈運(yùn)行情況及給煤機(jī)底部積煤重點(diǎn)巡檢，防止積煤自燃。

3）加強(qiáng)對(duì)粉倉(cāng)、輸粉機(jī)吸潮管的檢查，發(fā)現(xiàn)堵塞立即聯(lián)系處理。及時(shí)處理制粉系統(tǒng)各管道的漏粉、漏風(fēng)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)門不嚴(yán)、鎖氣器發(fā)生卡澀時(shí)，及時(shí)更換和處理。

5　摻燒試驗(yàn)情況

本次在300 MW機(jī)組上進(jìn)行廣匯煤摻燒試驗(yàn)，鍋爐為HG—1025/17.5—YM24型自然循環(huán)汽包爐，制粉系統(tǒng)配備3臺(tái)BBD4060型低速鋼球磨。初次摻燒比例控制在17%左右，摻燒方式按照“分倉(cāng)上煤、分磨制粉、爐內(nèi)混燒”的原則，和哈密煤進(jìn)行混燒，試驗(yàn)按照17%、33%、50%的摻燒比例逐步遞增。摻燒試驗(yàn)分別進(jìn)行了磨出口溫度優(yōu)化、磨通風(fēng)量標(biāo)定、煤粉細(xì)度及一次風(fēng)速調(diào)整，二次風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn)等內(nèi)容。摻燒比例33%以上時(shí)，爐膛中心溫度升高20耀30益，整體上來(lái)說(shuō)未影響爐內(nèi)燃燒、爐內(nèi)結(jié)焦等，爐內(nèi)燃燒狀況在可控范圍內(nèi)?？疹A(yù)器差壓是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在摻燒試驗(yàn)調(diào)整中，空預(yù)器差壓與負(fù)荷之間基本成線性比例關(guān)系。鍋爐蒸發(fā)量800耀900 t/h左右時(shí)，差壓曲線與負(fù)荷呈線性比例關(guān)系；在900耀970 t/h蒸發(fā)量下，差壓有波動(dòng)，但基本維持在1600 Pa上下。

圖2　300MW機(jī)組空預(yù)器差壓變化圖

通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整，鍋爐制粉系統(tǒng)、煙氣側(cè)、工質(zhì)側(cè)各項(xiàng)參數(shù)正常，各輔機(jī)能適應(yīng)摻燒。在鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定后，廣匯煤摻燒比例后期逐步增加到60%、70%、80%。隨著摻燒比例增大，主燃燒器上部及屏過(guò)區(qū)域有結(jié)焦現(xiàn)象，鍋爐過(guò)熱器、再熱器減溫水量明顯升高，減溫水調(diào)門開度增加到70%左右，爐膛出口溫度達(dá)到810益。經(jīng)過(guò)總結(jié)，采取相應(yīng)措施：調(diào)整OFA風(fēng)門開度；對(duì)OFA層擺角向下擺動(dòng)調(diào)整；調(diào)整一次風(fēng)母管壓力不高于7.5 kPa，一次風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速不超過(guò)1200 r/min；投入L1-L5長(zhǎng)吹進(jìn)行吹灰。采取以上措施后，結(jié)焦現(xiàn)象有所緩解，減溫水調(diào)門收回到60%左右，有一定調(diào)整余量。結(jié)合鍋爐運(yùn)行情況及試驗(yàn)調(diào)整，制訂出300 MW機(jī)組燃燒調(diào)整配風(fēng)卡。

表3　300MW機(jī)組大比例摻燒廣匯煤調(diào)整配風(fēng)卡

備注：A1、A2、B1、B2、C1、C2為煤粉層，OA、OB、OC為油槍層。

通過(guò)對(duì)300 MW機(jī)組進(jìn)行3個(gè)月左右的摻燒試驗(yàn)，廣匯煤的摻燒比例穩(wěn)定在70%~80%（個(gè)別時(shí)段甚至超過(guò)80%），機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，屏過(guò)區(qū)域及主燃燒區(qū)域焦塊經(jīng)過(guò)調(diào)整可得到有效控制，各項(xiàng)參數(shù)正常。在廣匯煤摻燒比超過(guò)60%以上時(shí)，需遵循以下原則：

1）廣匯煤盡量在下層燃燒器進(jìn)行摻燒，控制爐膛上部溫度，預(yù)防水平煙道積灰沾污；配風(fēng)方面盡量增大燃燒器的周界風(fēng)量和上部燃盡風(fēng)量。

2）機(jī)組連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行5天以上，必須降低機(jī)組負(fù)荷至200 MW左右進(jìn)行2耀3 h的擾動(dòng)脫焦，同時(shí)進(jìn)行吹灰后再接帶高負(fù)荷。

3)對(duì)空預(yù)器進(jìn)行定期吹灰，控制空預(yù)器差壓不超過(guò)1600 Pa。

4）摻燒廣匯煤的磨煤機(jī)容量風(fēng)開度不小于35%，全關(guān)冷風(fēng)門運(yùn)行，保證磨煤機(jī)出力。

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上實(shí)踐可知，在做好現(xiàn)場(chǎng)廣匯煤的積粉治理、爆燃防范，保證安全的前提下，鍋爐摻燒廣匯煤的比例可達(dá)到80%甚至以上。鍋爐長(zhǎng)周期大負(fù)荷下高比例的摻燒廣匯煤時(shí)，主燃燒器區(qū)及屏過(guò)有結(jié)焦現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)整可有效控制。在嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)措施、適時(shí)做好配風(fēng)調(diào)整、適當(dāng)增加吹灰頻次的情況下，各項(xiàng)參數(shù)可控，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐可適應(yīng)廣匯煤的大比例摻燒。通過(guò)本次實(shí)踐，有效拓寬了鍋爐燃用煤種，降低了鍋爐對(duì)設(shè)計(jì)煤種的依賴，緩解了動(dòng)力煤燃用緊張問(wèn)題。

[參考文獻(xiàn)]

[1]朱光明,段學(xué)農(nóng)等.倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)鍋爐混煤摻燒方式優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].中國(guó)電力，2008（11）：33-37.

[2]黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[3]馮明池.鍋爐設(shè)備運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[4]岑可法,周昊等.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[5]孫學(xué)信.燃煤鍋爐燃燒試驗(yàn)技術(shù)與方法[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[6]李永華,劉長(zhǎng)良等.火電廠鍋爐系統(tǒng)及優(yōu)化運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[7]嘉峪關(guān)宏晟電熱公司2伊300MW機(jī)組集中控制運(yùn)行規(guī)程[R]. 2008.

[8]呂海濤,王彥朋等.中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)燃用高揮發(fā)分煤爆炸原因分析及對(duì)策[J].熱力發(fā)電，2005（10）：78-79.

[9]應(yīng)靜良,李永華等.電站鍋爐空氣預(yù)熱器[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[10]高建生,祁清福等.關(guān)于鍋爐摻燒高揮發(fā)分、易結(jié)焦煙煤調(diào)試的探討[J].中國(guó)電業(yè)，2012，（7）：50-52.

Discussion and Practice of High-proportion Blending of Guanghui Coal in Boiler Combustion of the Power Plant

Lu Hongling, Hou Yan

(Energy Centre of Jiuquan Iron and Steel Co., Ltd., Jiayubuan, Gansu 735100, China)

[Abstract]To cope with the problem of tense coal supply source, the power plant of Jiuquan Steel blended undersigned Guanghui coal in its boiler combustion. Through analysis of the characteristics and blending difficulties of Guanghui coal, highly specific combustion adjustment technical measures were established to carry out mixed burning test and gradually increase the proportion of mixed burning up to about 80%, which reduced the dependence of the boiler on designed type of coal and relieved the tension of coal supply.

[Keywords]boiler; Guanghui coal; practice of mixed burning

作者簡(jiǎn)介：盧紅玲（1973-），女，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事電廠熱力試驗(yàn)工作。

收稿日期:2015-09-02

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）12-0045-04

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【中圖分類號(hào)】TK229