W火焰双拱燃烧锅炉燃用无烟煤燃尽率低的原因分析

作者简介: 单凤玲,男,高级工程师,享受政府津贴专家。1961年西安交通大学锅炉专业毕业,一直从事锅炉与燃烧设备研究工作。 W火焰双拱燃烧锅炉 燃用无烟煤燃尽率低的原因分析 单凤玲,王新华 (武汉锅炉股份有限公司,湖北 武汉 430070) 摘 要 通过对国内已运行的20余台300 MW机组燃用无烟煤W火焰双拱锅炉实际运行情况的分析 研究,认为其燃尽率较低的主要原因为制粉系统、 炉膛、 燃烧器匹配不好,各煤粉管道风煤比偏差过大,燃 烧后期混合差。对此,提出四角切圆燃烧或对冲布置旋流燃烧方式也是燃用无烟煤锅炉的优选方式之一。 关键词 无烟煤;W火焰锅炉;燃烧;燃尽率;四角切圆燃烧;对冲布置;旋流燃烧 中图分类号TK229. 63 + 文献标识码A 文章编号10023364(2003)04002103 我国煤炭资源种类丰富,从无烟煤到褐煤均有一 定的储藏量。随着电力工业的快速发展,发电机组燃 用低挥发分无烟煤的大容量锅炉也越来越多。但是, 在实际运行中,有相当数量的大容量锅炉的燃尽率达 不到应有水平,特别是W火焰双拱燃烧锅炉更差。 本文通过对国内20余台300 MW机组W火焰双 拱燃烧锅炉实际运行情况的分析比较,找出其燃尽率 较低的原因。分析主要针对Vdaf10 %的无烟煤。 1 300 MW机组火焰双拱燃烧锅炉 运行情况 至2001年,国内已有20余台300 MW级W火焰双 拱燃烧锅炉投运(其中大部分为进口设备 ) , 投运时间最 长的达到11年。实践证明,此种锅炉具有如下特性: (1) W双拱燃烧锅炉作为一种适应低挥发分煤的 炉型,在运行可靠性和最低稳燃负荷方面较优越,但从 燃尽角度看,则尚有欠缺。多数锅炉的飞灰可燃物偏 高(尤其是燃用Vdaf= 8 %12 %煤种 ) , 这是炉型及燃 烧系统设计不够成熟的表现1。 (2)对于极低挥发分的无烟煤即使采用 “W” 型锅炉, 在燃烧稳定性和经济性方面也不能令人满意,其大致适 合范围是Vdaf=10 %15 %的较难着火燃尽的煤2。 1. 1 华能岳阳电厂362 MW机组锅炉 华能岳阳电厂362 MW机组1、2号 “W” 双拱燃烧 锅炉考核试验分别采用以潞安煤或晋城煤为主的混 煤,其试验结果见表13。 表1 华能岳阳电厂1、2号炉试验结果 项目1号炉2号炉 煤种以潞安煤为主的混煤以晋城煤为主的混煤 Qnetar/ MJkg - 1 24. 4826. 72 Vdaf/ %14. 127. 9 飞灰可燃物含量/ %3. 6018. 76 q4/ %0. 876. 25 随着煤质的变化,锅炉飞灰可燃物发生了极大的 变化。对晋城煤Vdaf= 7. 9 % ,其飞灰可燃物高达 18. 76 % ,离预期的可燃率相差甚远。 1. 2 山西阳光公司300 MW机组锅炉 燃用阳泉煤的阳光发电公司300 MW机组W火 焰燃烧锅炉实际运行中也存在着燃尽率差、 炉膛喉部 结渣、 火焰短路等许多问题。 技术交流 热力发电2003(4) 21 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 阳泉煤是属于煤质较好的无烟煤(表 2) 4 ,虽然 从Vdaf看,阳泉煤比松藻、 芙蓉、 曲仁煤要低,但其煤粉 气流着火温度IT却与其它几种煤基本相当,燃尽指数 Cb远远好于松藻和曲仁煤。像阳泉煤采用W火焰双 拱燃烧、 热风送粉和直吹式制粉系统的2种炉型,理应 达到较好的效果,但实际也未能达到预期的燃尽率。 表2 阳泉煤与其它煤种燃烧特性比较 项目Vdaf/ % Qnetar / MJkg- 1 反应 指数 RI/ 燃尽 指数 Cb 煤粉气流 着火温度 IT/ 阳泉煤10. 6724. 1531910. 43820 松藻煤13. 4824. 7639513. 26810 芙蓉煤1421. 313259. 88800 曲仁煤11. 9918. 1442516. 09825 1. 3 贵州安顺电厂300 MW机组锅炉 安顺电厂一期工程2台300 MW机组引进美国 FW公司技术设计制造的W火焰锅炉燃用煤种为易 结渣的极难燃无烟煤,挥发分Vdaf10 % ,Aar= 25 % 30 %5。锅炉投产以来一直存在高负荷运行时加风 困难、 不稳定、 抗扰动能力差等问题,因此长期缺氧运 行,经济性很差。调试及投产初期飞灰可燃物高达 30 %40 % ,大渣可燃物也在30 %左右。通过锅炉燃 烧调整,氧量(省煤器后)从1 %以下提高到3. 1 %以 上,飞灰可燃物由20 %左右降到13 %左右,最低9 % 10 % ,大渣含碳量由30 %左右降到15 %左右。尽管 如此,燃尽率离要求还相差甚远。 1. 4 山西阳城电厂350 MW机组锅炉 国内投产问题较多的要算山西阳城电厂美国FW 公司350 MW机组 “W” 型火焰炉,其设计煤质与试验 煤质见表3。 表3 山西阳城电厂设计煤质与试验煤质特性 项目设计煤阳城煤高平煤成庄煤 Vdaf/ %7. 027. 2511. 01 11. 41 11. 077. 977. 48. 28 Aar/ %17. 99 18. 34 15. 96 18. 29 17. 26 16. 02 17. 92 15. 91 Qnet ,ar / MJkg - 125. 53 24. 18 26. 78 25. 57 26. 06 26. 39 25. 92 26. 18 HGI5538697170484848 调整 最好 水平 Cfh/ %40. 5515. 28 24. 09 (Vdaf= 9. 78 % 试验值) Clz/ %27. 68. 14 由于阳城煤可磨性指数HGI为38 ,与设计煤HGI 55相差甚远,以致磨煤机达不到额定的出力与细度, 使飞灰与大渣可燃物极高;但即使燃用煤质与可磨度 均大大好于设计煤的高平煤,其不完全燃烧的热损失 也大于设计值2. 88 %。 成庄煤Vdaf为9. 78 % ,高出设计煤约2 % ,利于燃 烧,但运行中在磨煤机出力及细度达到设计要求的工 况下,其飞灰可燃物竟达到24. 09 % ,其中问题值得探 讨。 1. 5 其它300 MW机组锅炉 国内采用W火焰燃烧锅炉的还有珞璜、 上安、 鸭 河口、 鄂州,其燃尽率也是良莠不齐,但因其燃煤挥发 分均高于无烟煤,故在此不作讨论。 2 锅炉燃尽率较低原因分析 (1)制粉系统、 炉膛、 燃烧器匹配不好 W火焰燃 烧锅炉燃烧Vdaf10 %无烟煤燃尽率较低,原因是多 方面的,而制粉系统、 炉膛、 燃烧器等匹配不好是重要 原因之一。主要表现在采用双进双出钢球磨煤机制粉 系统,在锅炉额定负荷时往往煤粉粗,或者磨煤机无富 裕出力;有的全炉膛或者下部炉膛容积热负荷太高;燃 烧器设计与拱上风和拱下风匹配不好。 (2)各煤粉管道风煤比偏差较大 双进双出钢球 磨煤机制粉系统风粉分配好于直吹式中速磨煤机,但 粉量偏差达 20 % ,风煤比偏差 25 % ,已远远超过 火力发电厂煤粉制备系统和设计方法 中所要求的 8 %和 10 %。 (3)燃烧后期混合差 300 MW机组W火焰燃烧 锅炉一般炉膛宽度比相同容量前后墙对冲和四角切圆 燃烧锅炉炉膛要宽得多。这是因为 “W” 燃烧方式为防 止高负荷时炉膛喉部结渣、 低负荷时烟气短路,一般燃 烧器气流扩散角较小,射程较远,各燃烧器独立工作。 燃烧器沿整个炉拱宽度布置,距离随宽度拉得很开,以 致在各煤粉管道较大的风煤比差异下不能相互补充。 因此,对固定碳含量很高的无烟煤将会有相当部分处 于缺氧状态下燃烧,这样必然会使燃尽率降低。浙江 大学曾在华能岳阳电厂W火焰屏式过热器底部标高 处两侧墙看火孔用抽气热电偶测得沿炉宽的烟温分 布,可以看到因燃烧器布置集中于中部,导致两侧烟温 衰减区过宽(均大于3. 5 m)。由此可以推断即使在炉 膛出口,烟气仍未得到充分混合7。在各煤粉管道风 煤比差异很大的情况下,后期得不到充分混合可能是 “W” 火焰炉的致命弱点。 技术交流 22 热力发电2003(4) 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3 对冲布置旋流燃烧和四角切圆燃烧 前后墙对冲布置旋流燃烧器有利于火焰在炉内扩 展相互作用,四角切圆燃烧方式更具有后期混合好的 优势,它们可以弥补风煤比差异大的缺陷。例如,燃用 金沙无烟煤(Vdaf7. 0 %)的125 MW机组锅炉采用 四角切圆燃烧,当R90从10 %15 %降到4 %6 % 时,飞灰可燃物从20 %降到5 %6 %。另外,125 MW 机组锅炉燃用高平煤(Vdaf= 11 %时)飞灰可燃物可达 3 %6 %8,燃用晋东南无烟煤(Vdaf= 7. 75 %) ,其飞 灰可燃物为9. 68 %9。这些成绩均已超过W火焰锅 炉的可燃率。 一般而论,当锅炉从125 MW级增大到300 MW 级,由于断面热负荷及燃烧区热负荷将会提高,炉内温 度提高,炉膛容积热负荷将会降低,煤粉停留时间加 长,燃尽率还会提高。 4 结 论 (1) W火焰双拱燃烧锅炉在着火、 稳燃方面有明 显优势,但燃尽率存在明显不足。对此,需要解决以下 问题 :1) 制粉系统、 炉膛、 燃烧器匹配 ;2) 减少各煤粉管 道风煤比偏差 ;3) 加强燃烧后期混合。 (2)随着燃烧技术的不断发展和进步,四角切圆 燃烧和对冲布置旋流燃烧方式在解决低挥发分煤质着 火、 稳燃方面已积累相当多的经验,并经实践检验成熟 可靠。加之其良好的后期混合,煤粉燃尽率大大提高。 这2种燃烧方式也不失为燃用无烟煤锅炉的优选方 案。 (3) W火焰锅炉造价高,占地面积大 ,安装周期长 (不利于组合安装 ) , 运行调整时间长。对于燃用无烟 煤是否必须采用W火焰双拱燃烧锅炉,需慎重分析后 决定。 参 考 文 献 1 袁颖,相大光.大容量煤粉燃烧锅炉炉膛特征参数探讨 J .热力发电,2001 ,(6) . 2 许传凯,许云松.我国低挥发分煤燃烧技术的发展C. 低挥发分煤的燃烧与W型火焰专题研讨会论文集, 2001. 3 邹忠学,毕玉森.燃煤对W型火焰锅炉运行经济性的影 响C.低挥发分煤的燃烧与W型火焰专题研讨会论文 集,2001. 4 高春文.阳光发电公司W型火焰锅炉运行情况介绍C. 低挥发分煤的燃烧与W型火焰专题研讨会论文集, 2001. 5 石践,张韵杰.安顺发电厂W火焰锅炉燃烧调整试验研 究C.低挥发分煤的燃烧与W型火焰专题研讨会论文 集,2001. 6 武卫红,李凯勇.阳城电厂W火焰锅炉性能分析C.低 挥发分煤的燃烧与W型火焰专题研讨会论文集,2001. 7 袁颖,相大光.我国W火焰双拱锅炉燃烧性能调整调查 研究 C.电站锅炉低质煤燃烧学术讨论会论文集, 1999. 8 张韵杰,祝明,等.贵州低挥发份无烟煤燃烧技术简介 C.低挥发分煤的燃烧与W型火焰专题研讨会论文集, 2001. 9 郭永浩.四角切园燃烧方式对无烟煤的适应性C.低挥 发分煤的燃烧与W型火焰专题研讨会论文集,2001. 作者撰写论文摘要及选择关键词注意事项 热力发电 杂志是国家中文核心期刊,请您在撰写论文摘要和选择关键词时,按以下要求进行: 1.摘要以200字为宜。要求语言通顺、 精炼、 具有实质性内容(背景材料不写,评论性语言不用 ) , 即是全文的缩写。 2.语法运用恰当。逻辑关系清楚,指代明确,搭配合理;开头不用 “本文” 字样。 3.缩写词语交待清楚(外文符号需要用汉语文字说明其含义)。 4.关键词选38个,可显著表示论文的核心内容,最精确地表达论文的各个重要层面。 技术交流 热力发电2003(4) 23 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. THERMAL POWER GENERATION Vol. 32 No. 4 Mar. 2003 Contents deviation of air/ fuel ratio among individual coal - powder pipelines is too large; the mixing behaiour during the final stage of combustion is not good. Hence, it is sug2 gested that the four corner tangential firing or in - opposition arranged swirl firing mode is still an optimal mode for anthracite firing boilers. STATUS QUO OF RESEARCH AND APPLICATION FOR SOOTBLOWINGOPTIMIZATION ON UTILIYTY BOILERS ZHOU Jun - hu(24) In view of the lowutilization factor of sootblowers, the im portance and status quo of researchandapplication for optimization of sootblower operation on utility boilers have been presented, emphatically discussing the monitoring methods of slagging andash deposition , as well as the existing sootblowering optimization systems, having sigificance for refer2 ence to further research and use sootblowing optimization on utility boilers. ANALYSIS OF THE PROBLEM CONCERNING LOWER TEMPERATURE OF THE MAIN STEAM FROM DG 220/ 110 - 4 TYPE BOILERXUE Jing - jie et al(28) Analysis and study have been performed, it is considered that the main cause leading to continuously lower temperature of the main steam from boiler No.5 at Thermal Power Branch Plant under China Aluminium Shanxi Company w as due to heat surface fouling and saturated steam containing w ater, being hard to be thoroughly solved only via opera2 tional adjustment of combustion. After inspection during boiler stoppage, the uniformly flow- distributing device of the failured w ater separator has been restored, and the foul2 ing on every section of heat surface being cleared aw ay, making the steam parameter returned to the normal value. A NEW METHOD FOR MEASURING AND ADJUSTINGCLEARANCE OF STEAM SEAL G LANDXIONG G ang(31) A new technology and device for measuring clearance o