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350MW机组锅炉掺烧褐煤技术研究
发布时间：2013-10-17 08:36 来源：未知
0、引言
近几年电煤供应日趋紧张，为了提高机组运行的经济性，许多电厂均开始掺烧褐煤，而且比例逐年增加。某电厂安装的2台350MW机组锅炉设计煤种为烟煤，为降低发电成本，对锅炉进行掺烧褐煤的技术改造…。针对本工程实际，本文提出了350 MW机组锅炉掺烧褐煤的技术改造方案，该方案能够保证制粉系统在掺烧褐煤工况下安全运行，提高机组经济性。
1、锅炉设备概况
阜新发电公司2x350 MW机组锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的型号为HG-1165/17. 45-YM1的亚临界、一次中间再热、自然循环、单炉膛、燃煤汽包锅炉。该锅炉采用平衡通风、四角双切圆摆动式燃烧器、固态排渣，微正压气力除尘、全钢架悬吊、紧身封闭结构、“兀”型布置等方式。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
炉膛四周为膜式水冷壁，炉膛的高负荷区域采用内螺纹管的膜式水冷壁。在炉膛上部布置有墙式再热器、分隔屏、后屏过热器；水平烟道中布置有后屏再热器、末级再热器、末级过热器和立式低温过热器；后烟道竖井布置水平低温过热器和省煤器；后烟道下部布置2台三分仓回转式空气预热器，燃烧器可摆动±30°。锅炉在TRL工况下的主要热力参数如表l所示。
2、煤质特性及掺烧方式
2.1煤质特性
阜新发电公司锅炉原设计煤种为烟煤，低位发热量为4 600 kj/kg，主要煤源地为：黑龙江，内蒙古西乌旗、霍林河，辽宁铁法和抚顺。设计和校核煤种元素分析见表2。
发电厂掺烧的褐煤主要来源为元宝山和霍林河煤矿的褐煤。褐煤煤质特性如表3所示。
由褐煤的平均特性分析可知，该褐煤含水分高、挥发分高、热值低、灰分高、易自燃、易结焦。干燥无灰基挥发分含量高达43.89%，有利于着火，但是也容易造成燃烧器火嘴烧坏、结焦、煤粉储藏自燃自爆等问题；水分含量高，不利于煤粉着火和稳定燃烧；煤粉细度较大，燃尽性能较差，燃烧效率低，易造成燃烧损失。
2.2 混煤方式的选择
对于直吹式双进双出钢球磨煤机制粉系统煤粉锅炉，电厂在配煤掺烧的技术应用上存在2种炉内混煤掺烧方式：炉内完全掺烧和炉内分层掺烧。
阜新发电公司350 MW机组煤场共设有4台卸煤机、4台叶轮给煤机，在给煤机的下部为输煤一段。目前，采用2种方式进行褐煤混配，一种是通过调整输煤一段叶轮给煤机转速（不同给煤机调整不同煤种）按比例进行混配，另一种是采用斗轮机加上叶轮给煤机来进行混配。2种混配方式都比较均匀，完全满足混配要求。
2.3掺烧比的确定
混煤掺烧的掺烧比严重影响燃用混煤锅炉的燃烧稳定性和锅炉整体热效率。掺烧比过低，对锅炉的安全性和稳定性影响不大，无法解决电厂目前面临的燃煤紧张的现状；燃煤掺烧比过高，掺烧煤种与设计煤种相差较大时，会影响到锅炉的稳定燃烧。按照负荷预测和日尖峰低谷的调整进行合理混配煤‘3]。如：日发电量1 200万kW．h，控制掺烧比例35%；日发电量1 300万kW·h，控制掺烧比例30%。
3、掺烧褐煤应注意的问题
3.1掺烧褐煤改造方案的原则
(1)试验表明，对于霍林河褐煤，当制粉系统末端氧量水平低于16%时，才会对防止褐煤的爆炸有明显的效果。因此，改造的主要原理是降低制粉系统末端氧量（钢球磨煤机入口至排粉机人口段）至16%以下，满足褐煤的防火防爆要求，且有效提高磨煤机干燥出力。
(2)提高磨煤机人口干燥介质的温度，在保证安全性的同时最大限度地提高掺烧褐煤的比例。
(3)保证锅炉具有带额定负荷的能力。
(4)利用现有的设备，最大限度减少改造的工作量和改造的投资成本。
3.2 制粉系统末端温度
双进双出筒式钢球磨煤机正压直吹式制粉系统比中速磨煤机正压直吹式制粉系统的煤种适应性强，可以磨制挥发分低的无烟煤。对于这种制粉系统要掺烧挥发分含量高的煤种，需要对制粉系统进行改造，一方面要解决高挥发分煤种在磨煤机中易燃易爆问题，另一方面要解决磨煤机出口煤粉干燥问题。
由于褐煤具有含水分高、挥发分高的特点，在制粉和输粉过程中易出现煤粉堆积、粘连、自燃、自爆等问题�？悸窃谑浞巯低持屑尤胍恍┓辣杓疲憾杂诜巯低�，可以在制粉系统的入口或者出口充人一定比例的惰性气体（如氮气），严格控制制粉系统出口的温度在60℃范围内，来保证制粉和输粉系统的通畅和安全。350 MW机组的3台双进双出筒式钢球磨煤机的构造如图1所示。
4、烟煤锅炉掺烧褐煤系统改造方案
4.1概述
阜新发电公司350 MW机组制粉系统设计为正压直吹式，采用防爆设计，适合掺烧一定比例的褐煤。设计煤种（烟煤）的低位发热量为19 300 kj/kg，双进双出钢球筒式磨煤机原设计为燃用烟煤，热风温度设计为430℃左右，不满足完全单烧褐煤的能力，只能将褐煤和烟煤进行一定比例的掺烧。锅炉设计煤种（烟煤）和掺烧的煤种（褐煤）挥发分含量均比较高，因此要严格执行炉膛吹扫，防止炉膛爆燃，制粉系统停止前应将煤粉吹净，保证蒸汽消防系统随时投用。
电厂制粉系统采用冷炉烟热风送粉方式。在冬季环境温度较低时，制粉系统的干燥出力不能满足大负荷要求，一旦钢球磨煤机出口温度小于60℃，容易造成磨煤机出口至排粉机入口管道结露粘粉并形成粉块，粉块长时间粘附在管壁上引起自燃或爆炸。含氧量控制在16%，经测试实际运行时含氧量为18% ~19%，不能满足防火防爆要求。根据改造原则对烟煤锅炉掺烧褐煤提出如下3种改造方案。
4.2改造方案1
将锅炉烟道的排烟从除尘器出口抽取冷炉烟送入一次风中，和热一次风进行混合送入双进双出钢球筒式磨煤机，降低制粉系统末端含氧量。抽取除尘器后冷炉烟的位置有2种选择：引风机入口和出口；送入位置同样有2种选择：一次风机入口和出口。综合起来共有如下4种改造方式。
(1)锅炉的低温炉烟从引风机人口抽取，并将抽取的低温炉烟送至一次风机出口；
(2)锅炉的低温炉烟从引风机入口抽取，并将抽取的低温炉烟送至一次风机入口；
(3)锅炉的低温炉烟从引风机出口抽取，并将抽取的低温炉烟送至一次风机出口；
(4)锅炉的低温炉烟从引风机出口抽取，并将抽取的低温炉烟送至一次风入口。
由表4分析可知：方案l冷炉烟抽取点最佳位置宜选在引风机出口，送人最佳位置宜选在一次风机入口。冷炉烟系统改造见图2。
4.3改造方案2
选择从锅炉转向室两侧墙抽取温度较高(550—600℃)且含氧量较低的高温热炉烟（乏汽）作为干燥介质送人双进双出钢球筒式磨煤机入口防爆门，提高钢球磨煤机的干燥出力，如图3所示。此方案的关键在于热烟系统的阻力大小。若热烟系统阻力小，制粉系统调整的裕度大，就能保证烟气量，可实现有效降低制粉系统的氧量，满足褐煤的防爆要求；若热烟系统阻力大，只能抽吸少量的热烟，惰性气体含量少，制粉系统达不到褐煤防爆要求。为克服从锅炉转向室处抽取的低压热炉烟送入正压双进双出钢球筒式磨煤机系统的阻力，须增加风机来提升从锅炉转向室处抽取热炉烟的压头，以保证所抽取的热炉烟送人双进双出钢球筒式磨煤机制粉系统，从锅炉转向室处抽取热炉烟含氧量较低，为3%~4%，温度高达550~ 600℃，能够有效提高制粉系统安全性。
4.4改造方案3
从锅炉引风机出口两侧抽取冷炉烟作为干燥风送入磨煤机防爆门入口，如图4所示。同理为克服直吹式制粉系统内正压，同样需要增加冷烟风机，以提高冷炉烟压头，保证所抽取的冷炉烟顺利地送入双进双出钢球筒式磨煤机制粉系统。
4.5最优方案的选取
综合分析以上3种方案，由于直吹式制粉系统具有正压的特点，为保证抽取足够的烟气量，3种方案共同点是都需要增设增压风机，克服冷炉烟管道阻力，3种方案比较参见表5。
由表5可知：从造价、现场改造、维护等方面来看，方案1明显优于方案2和方案3。因此，选取方案1作为烟煤锅炉掺烧褐煤改造方案。
5、掺烧褐煤经济性比较
阜新发电公司与霍林河煤矿的运输距离约为600 km，霍林河煤矿经铁路调配至各地后，燃料成本有所差异。从阜新发电厂入厂煤标价来看，褐煤为430元／t左右，烟煤为530元／t左右，按照掺烧30%比例褐煤计算，与单烧烟煤相比可节约30元／t左右。
改造方案总投资约180万元，若投入后按照掺烧褐煤30%，年平均负荷为280 MW，全年运行6 000 h计算，半年就可节约成本约400万元，不到半年即可收回投资成本，经济效益显著。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
6、结论
本文讨论了褐煤掺烧技术应用中应注意的问题，基于增设增压风机，克服冷炉烟管道阻力，提出了3种350 MW机组锅炉掺烧褐煤的技术改造方案。通过工程造价、现场改造、维护等方面的比较，选取方案1作为烟煤锅炉掺烧褐煤改造方案。该方案能够保证制粉系统在掺烧褐煤工况下安全运行，提高机组经济性。
面对日益严峻的煤炭供应形势，机组掺烧褐煤改造为锅炉燃用多煤种提供了经验，节约了燃料费用，提高了发电公司的经济效益。
