无烟煤与烟煤混合燃烧特性研究.docx

2010 年第 3 期大 众 科 技no.3，2010（总第 127 期）da zhong ke ji(cumulatively no.127)无烟煤与烟煤混合燃烧特性研究闫桂林（茂名热电厂，广东 茂名 525000）【摘 要】通过对茂名热电厂电厂 1025t/h 锅炉的无烟煤掺烧试验研究，初步确定了无烟煤与烟煤的掺烧方案，综合比较 了无烟煤与烟煤在不同掺配比例、不同掺烧方式下的安全性经济性及对锅炉各主要参数的影响，提出了优化的掺配比例。【关键词】烟煤锅炉；掺烧；无烟煤；特性研究【中图分类号】tk229.6+3【文献标识码】a【文章编号】1008-1151(2010)03-0113-02（一）掺烧目的为拓宽锅炉对煤种的适应范围，探讨设计燃烧烟煤的煤 粉锅炉掺烧无烟煤煤的可行性，最终为了降低燃料成本，应 对多变的市场经济环境，以适应市场发展的需要，尽可能提 高电厂厂的经济效益。（二）锅炉设备概况茂名热电厂#6 锅炉为东方锅炉厂生产的 dg1025/18.2- 4 型燃煤锅炉，设计煤种为烟煤，型式为亚临界、自然循环、 四角切圆燃烧、单炉膛、平衡通风、露天布置、固态排渣、 全钢架结构、全悬吊结构、炉顶带金属防雨罩锅炉。燃烧设备为四角布置，切向燃烧，风、粉气流从炉膛四 角喷进炉膛，喷口中心线与炉膛中心两个假想切圆相切，假 想切圆直径分别为681mm 和772mm。燃烧器喷口可分上、 下两组。除顶二次风喷口(ofa 喷口)上下摆动 15外，其余 各层喷口均可上下摆动 30。燃烧器采用摆动式水平浓淡煤 粉燃烧器，水平浓淡煤粉燃烧器有利于防止炉膛结焦和高温 腐蚀，并且低负荷稳燃性能好，燃烧器喷口的适当摆动可改 变火焰中心的位置，以调节再热蒸汽温度。燃烧器顶二次风(ofa 喷口)喷口布置为反切 15，可有效 地削弱烟气残余旋转的强度，以减少炉膛出口两侧烟温偏差。制粉系统采用中速磨煤机、冷一次风机、正压直吹制粉 系统，每台锅炉配 6 台磨煤机，5 台运行 1 台备用，磨煤机型 号：zgm95n，设计煤粉细度 r9018.14%。1.煤质资料 （设计煤种：烟煤）2.点火及助燃用油：油种250 号重油运动粘度 (100)0.000974 m2/s水分0.81%灰份0.02%碳85.48%氢11.69%氧0.54%氮0.81%硫0.65%低位热值40600kj/kg20密度0.94g/cm33.煤粉燃烧器的主要设计参数：项 目风 速 (m/s)风 温 ()阻 力 (pa)一次风26801800二次风453351200周界风32335漏风率4%冷风（三）掺烧试验过程及分析1.掺烧概况 越南无烟煤属于低挥发份高灰分的劣质无烟煤，经有关试验研究表明其着火特性和燃烬特性为“难，接近极难”，由 于集团内部电厂尚无设计烟煤锅炉掺烧无烟煤的先例可供参 考，国内其他电厂类似的掺烧情况又不尽相同，按照电力生 产“安全第一，预防为主”的原则，经过充分的讨论分析， 制定了详细的掺烧试验方案，以确保试验期间机组安全稳定 运行。掺烧期间#6 炉五台磨煤机运行一台备用，掺烧工作大致 分为两个阶段：#6炉b 磨煤机于 2009 年 2 月 6 日凌晨 2：00 开始上越南无烟煤与神华动力煤 11 的混煤，约2月 6日 15： 00，混煤从炉前煤仓下至磨煤机，进入炉膛燃烧，开始掺烧 越南无烟煤试验的第一阶段工作（10%掺烧量）；2月7日 21： 30，c 磨同步开始上越南无烟煤与神华动力煤 11 的混煤， 开始掺烧越南无烟煤试验的第二阶段（20%）；全部试验用无 烟煤于2月 10 日 17：30 左右烧完，暂时结束掺烧越南无烟 煤的试验工作。2.试验相关数据分析 在掺烧过程中锅炉燃烧稳定，主蒸汽/再热蒸汽温度、压力和汽包水位、炉膛压力、各受热面壁温、排烟温度、烟气 含硫量等主要运行参数均正常。下面就几个对机组经济性影 响较大的参数做逐个分析说明：名称符号单位设计煤种校核煤种收到基碳car%59.657.42收到基氢har%3.783.71收到基氧oar%8.197.06收到基氮nar%1.210.93收到基硫sar%0.730.66收到基灰份aar%17.2921.37收到基全水份mar%9.28.85干燥无灰基挥发份vdaf%28.2126.85收到基低位发热值qnet,armj/kg23.0222.19哈氏可磨性指数hgi5570灰开始变形温度dt1250灰软化温度st13501500半球温度ht1370流动温度ft1400【收稿日期】2010-01-12【作者简介】闫桂林（1982），男，黑龙江人，茂名热电厂锅炉专责。- 113 -16：0010%20998.999.724：0010%21094.594.32 月 8 日 08：0020%209100.398.616：0020%209107.1106.624：0020%210102.9104.12 月 9 日 08：0020%209101.1101.816：0020%209107.1106.624：0020%210102.9104.12 月 10 日 08：0020%248105.1105.916：0020%237109.8110.424：0020%207102.4104.9（1）煤粉细度及制粉电耗 掺烧越南无烟煤前后，磨煤机出口折向挡板及加载力未作调整，掺入无烟煤后经化学分部取样化验分析，煤粉细度 在掺烧前后并无明显变化（见表 1），说明在掺烧量较小的前 提下，中速磨对无烟煤与烟煤的混煤具有一定的适应性。取样点bb 粉管 (09-2-7)bc 粉管 (09-2-7)bb 粉管 (09-2-8)cb 粉管 (09-2-8)细度r200（%）0.3430.3150.7850.108r90（%）2.8394.3535.762.491表 1 掺烧后煤粉细度经计算 b、c 磨煤机掺烧前的磨煤单耗分别约为 8.211kwh/t 和 9.057kwh/t,掺烧后的磨煤单耗约为 8.362 kwh/t 和 9.602kwh/t，分别略微上升了 1.84%和 6.02%。由于 试验期间并未对每台磨的一次风量做针对性的调整，所以磨 煤机的通风单耗应该都变化不大。整体来讲，掺烧越南无烟 煤后，磨煤机的制粉单耗略微增加，但磨煤机的耗电率只占 0.4%，对机组整体经济性的影响非常有限。（2）磨煤机出口温度 在掺烧越南无烟煤的过程中，为尽量让无烟煤燃烧充分，将 b、c 磨煤机出口温度调整到 75以上，一般维持在 75 79之间波动。在控制好磨煤机出口温度的同时，尽量保证 总风量不增大，延长无烟煤在炉膛停炉的时间.（3）飞灰及炉渣可燃物一般情况下，#6 炉采用倒三角配风或者缩腰形配风，考 虑到越南煤本身的难燃尽特性，及烟煤的快速燃烧会对越南 煤产生抢风效应，掺烧后将对应掺烧煤层的周界风关小，并 采用接近正梯形配风方式，尽量形成对越南煤有利的燃烧环 境，但越南无烟煤属于难燃尽的煤种，掺烧后锅炉飞灰可燃 物和炉渣可燃物还是有明显上升，掺烧前后的飞灰可燃物及 炉渣可燃物具体参数见表 2。由下表的参数对比可以看出，炉 膛温度对飞灰及炉渣可燃物的影响比较大，在同样掺烧 20% 越南煤不同负荷情况下，负荷越高炉膛温度越高，飞灰及炉 渣可燃物越低，建议低负荷工况下应适当减少越南煤的掺烧 量，机组负荷低于 230mw 时，掺烧量最好不超过 20%。表 2 飞灰及炉渣可燃物（5）烟气含硫量 越南无烟煤自身的硫分含量较低，掺烧后烟气含硫量略有下降，但不明显，在此掺烧过程中主要随入炉神华动力煤 的含硫量及机组负荷变化，一般在 5601365 mg/nm3 之间波 动，对机组脱硫效率没有影响。（6）主/再热蒸汽温度 掺烧越南无烟煤后，主/再热蒸汽温度均未出现明显上升的情况，但由于试验期间平均负荷较低，掺烧后减温水量还 略有减少。（7）锅炉热效率在此次掺烧试验过程中，共做了 4 次热效率试验：掺烧 前一次、掺烧 10%一次、掺烧 20%两次，由于飞灰、炉渣可燃 物含量的增加，使锅炉效率有所下降，整体来讲掺烧后锅炉 效率下降约 12 个百分点，具体参数见表 4。表 4 #6 炉掺烧越南无烟煤前后锅炉效率计算结果样品名称： #6 炉飞灰、炉渣可燃物含量（%）取样日期掺烧工况机组负荷飞灰炉渣09-6/2掺烧前196mw2.361.3109-7/2掺烧 10%208 mw2.916.8709-8/2掺烧 20%206 mw7.5912.6609-9/2掺烧 20%278 mw6.264.7909-10/2掺烧 20%235 mw7.9213.01项目单位数据来源数值数值数值数值0 试验内容掺烧前掺烧10%掺烧20%掺烧20%工况编号#6锅炉#6锅炉#6锅炉#6锅炉试验日期2009-2-62009-2-62009-2-92009-2-10试验时间10：3017：3010：3010：301 燃煤分析car%试样分析56.4253.5652.4252.42har%试样分析3.583.503.383.38oar%试样分析9.478.758.538.53nar%试样分析0.740.710.720.72sar%试样分析0.250.510.640.64mt%试样分析15.7012.6411.3211.32aar%试样分析13.8420.3322.9922.99vdaf%试样分析36.9533.9831.0231.02qnet,arkj/kg试样分析21830.0021659.0021488.0021488.002 水和蒸汽试验时蒸发量t/h表盘记录623.00723.1859.00840.00给水温度表盘记录250.00255.6265.00262.003 烟气分析排烟氧含量%网格测量9.268.097.538.34排烟温度网格测量101.00105.00113.50107.004 空气大气压力pa测量100000.00100000100000.00100000.00送风机入口空气温度测量25.0025.224.0024.00空气相对湿度%测量62.006262.0062.005 灰、渣特性炉渣可燃物含量%试样分析3.4417.195.9213.01飞灰可燃物含量%试样分析0.247.594.296.306 锅炉热效率排烟热损失%计算5.224.945.415.25化学未完全燃烧热 损失%计算0.380.340.420.45固体未完全燃烧热 损失%计算0.103.401.672.71散热损失%计算0.400.340.290.30灰渣物理热损失%计算0.070.160.160.16热损失总和%计算6.189.187.968.86锅炉热效率%计算93.8290.8292.0491.147 修正锅炉热效率排烟热损失%计算5.284.995.405.27修正后排烟温度计算102.82106.62115.31109.23修正后锅炉热效率%计算93.7690.7692.0591.12（4）排烟温度 考虑到外界环境温度对排烟温度的影响，掺烧越南无烟煤后锅炉排烟温度未见明显变化，另外由于是在 b、c 磨煤机 进行掺烧，虽然燃烧延迟造成火焰中心会有所上升，但掺烧 的无烟煤主要集中在 b、c 层，并对燃烧器摆角向下调整，排 烟温度仅仅略有上升，对锅炉效率影响不大。具体见表 3。表 3 空预器出口排烟温度记录时间掺烧量负荷（mw）a 侧温度（）b 侧温度（）2 月 6 日 08：00掺烧前22497.997.216：0010%224105.3104.824：0010%20193.893.72 月 7 日 08：0010%209100.4100.6（下转第 120 页）- 114 -座、联接套、电机固定架等零件组成，这些零件是需要我们 设计的，三速电机、轴承、定位销、螺栓等标准件可以在市 场上采购就可以了。底座结构比较复杂，稳定性要好，所以其要求是：刚度 较高，支撑面和壁厚都要求较厚。常用的材料是灰口铸铁或 者是合金铸铁，如果是单件或者小批量生产其价格一般比较 高，而却生产周期比较长，我们采用报废的车床床身，或者 是用厚度为 3040mm 的钢板焊接。变速器定位板、花键连接 轴、轴套、花键固定架、轴承支撑座、电机固定架这些零件 相对比较小，单件生产时可以使用钢板焊接、圆钢等进行二 次加工，这样的话，缩短了加工周期，同时成本也比较低。在做台架试验时，由于每天试验的变速器很多，每天大 约 200 台，所以在变速器的拆装方面要求方便，灵活。操作 简单，连接牢固可靠。所以我们采取了两种方法，一种是将 变速器吊起放在一个小车上面，然后在车床的导轨上向前滑 行，再装到连接板上。一种是用简易吊车将变速器吊起来直 接装到台架上面。后者一般是用在用钢板焊接成底座的台架 上。经过多次试验后，我们采用了用简易吊车直接吊装的方 法，因为这种方法虽然增加了劳动强度，但是提高了效率， 节省了成本。（四）工艺参数设计1.底座、变速器定位板、电机固定架等零件的设计 底座不论是用机床底座改造还是用钢板焊接，在其设计或者加工过程都没有特别的要求，如果是钢板焊接的则要求 上下两面进行粗加工即可。变速器定位板、电机固定架、花 键固定架都是用钢板焊接而成，要求用 45mm 的钢板，然后用 螺栓固定在底板上。为了拆装方便，以及再一次安装的准确 性，在变速器定位板、电机固定架、花键固定架与底座上加 工定位销孔，定位销孔对角加工两个即可。由于变速器在在 跑合的过程对整个台架振动比较大，所以在其结构要求有加 强筋，螺栓要求比较大，而却在变速器定位板和花键固定架 的顶上要求用一块 25mm 的钢板固定，以防止变速器定位板由 于振动和频繁的装卸而变形。2.电机的选择 由于变速器在做台架试验时，要求用不同的转速来检验每一档位的性能，用低、中、高速换档来检查换档的灵活性， 同步器的结合情况，轴承的质量等。同时齿轮的齿形等参数 则需要用低、中、高三种不同的速度来检验，轴承、齿轮、 同步器和拨叉等结合面的异响也需要用的不同的转速来判 断，如果专门设计一个减速器或减速机构，就会加大工作量， 同时增加了成本。所以我们综合各种因素后，选择了 yd 系列 变极多速三相异步电动机（jb/t7127-1993）。3.工艺的制定 本台架装配以及加工的总工艺原则是以三相异步电动机的连接口为基准，首先将轴承支撑座和花键固定架分别加工好后并连接成一个整体。然后将变速器定位板、电机固定架、 花键固定架等固定在底座上，并钻好定位孔，用定位销固定 好。确认将定位板以及固定架紧固以后再进行下一步加工， 花键固定架和电机固定架的中心孔先分别粗加工好后，将其 固定在底座上，然后加工80 轴承孔和230 的电机定位孔， 保证两者的同轴度小于 0.025mm，将变速器固定板固定在底座 上，以电机安装孔为基准，加工孔230 及端面。其他零件则 要焊接牢固或连接牢固。花键连接轴则根据变速器的型号选 择，本台架适应于 465、474、140、145、6t53、6t90 等多种 型号的变速器。变速器的吊装有装在导轨上和移动吊装两种， 不同的工作条件可以选用不同的吊装方式，我公司是大批量 生产故选用装有固定轨道的移动吊车来吊装。4.材料的选择底座可以选用报