中速磨煤粉锅炉燃用高水分褐煤的优化调整.docx

中速磨煤粉锅炉燃用高水分褐煤的优化调整贾建波( 神华国华( 印尼) 南苏发电有限公司，北京 100025)摘 要:针对印尼褐煤高水分 ( 高达 50% 以上) 、高挥发分、低热值的特点和国内外电厂燃用此煤种的零经验，结合国内燃用褐煤普遍采取的两种策略，其中燃用褐煤采用中速磨制粉系统的原煤水分基本都在 40% 以 下，神华国华( 印尼) 南苏发电有限公司通过对锅炉和制粉系统的科学选型以及燃烧优化调整，成功实现了印 尼高水分褐煤在中速磨直吹式制粉系统锅炉上的燃烧应用。关键词:高水分; 褐煤; 中速磨; 燃烧优化中图分类号:TK223. 7 + 2文献标识码:A文章编号:1003-9171( 2013) 01-0043-03Optimization of High-moisture Lignite Fueled Boilerwith Race PulverrizerJia Jian-bo( Shenhua Guohua ( Indonesia) Nansu Power Co Ltd ，Beijing 100025，China)Abstract: Lignite of Indonesia was one kind of coal with high moisture ( over 50% ) ，high volatile and low calorieand almost no burning experience of this kind of coal both at home and abroad power plant Combined with two kinds of strategy for lignite burning in which fueled lignite with moisture fewer than 40% in homeland power plant，type-se- lection of boiler and pulverization system as well as optimization of combustion were tested by Shenhua Guohua ( In- donesia) Nansu Power Co Ltd for Indonesia lignite burning in boiler with race pulverization systemKey words: high moisture; lignite; race pulverizer; optimization of combustion所用褐煤的成分如表 1。该项目两台机组已于2011 年投产，经过一年多的燃烧优化调整，达到 了设计预期，为中速磨直吹式制粉系统煤粉锅炉 燃烧高水分印尼褐煤探索和积累了成功经验。概述神华国华( 印尼) 南苏发电有限公司( 以下简 称国华印电) 位于印尼南苏门答腊省穆印县境 内，一期建设 2 150 MW 机组和年产 200 万 t 露 天煤矿。印尼煤炭资源丰富，其中 60% 储量为褐 煤，印尼褐煤的特点是高水分、高挥发分、低热 值。电厂燃用褐煤普遍采用两种策略，一是采用 风扇磨煤机，但是由于印尼国内缺电严重，负荷 率较高，这就要求有较高的磨煤机运行小时数， 以确保机组负荷率，但是风扇磨煤机由于磨损较 大，检修周期短，不具备这个条件; 二是采用循环 流化床锅炉，然而循环流化床锅炉同样存在磨损 大，检修时间较长，无法满足机组高负荷率要求。 所以国华印电在设计初期考虑电厂各方面条件， 充分评估锅炉和制粉系统的维护工作量和设备 可靠性，最终采用了中速磨直吹式制粉系统，四1表 1燃烧所用印尼褐煤的煤质成分内 容数 值全水 M / %49 936 217 8756 7330 112 160 3210 220 112 599t内水 Mad / % 干基灰分 Ad / % 干燥无灰基挥发分 Vdaf / % 收到基碳 Car / %收到基氢 Har / %收到基氮 N / %ar收到基氧 Oar / %全硫 St，ar / %收到基低位发热量 Qnet，ar / ( kcalkg 1 )设备选型2角切圆燃烧、自然循环汽包锅炉，电厂实际燃烧针对所燃用的褐煤特性从项目初期的选型44华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWERNo 1 2013上进行了大量优化工作，特别是在锅炉本体和制粉系统方面有如下特点。2 1锅炉本体型式锅炉炉膛为膜式水冷壁。考虑煤的结焦性， 炉膛断面尺寸定为 11 360 11 360，正方形炉膛。 顶棚中心线标高为 46 000。火焰中心位置系数 M 为 0 4611。设计炉膛容积热负荷为 95 88 kW / m3 ，断面热负荷为 3 260 13 kW / m2 。燃烧器区域 热负荷为 1 13 MW / m2 。炉膛上部和水平烟道依 次布置了大屏过热器、后屏过热器、高温过热器 和高温再热器。尾部竖井两侧墙为水包墙。尾 部竖井深 7 800 mm，光管加焊扁钢形成气密膜式 管墙。尾部竖井分为前竖井和后竖井，前竖井设 置低温再热器，后竖井设置低温过热器。考虑到 省煤器区域烟气流速较低会影响传热，所以将烟 道的深度缩短为 5 500 mm。为了保证一次风温达到 405 ，在结构上将 省煤器和二次风空预器与一次风空预器并列布 置，并在一、二次风空预器进口处各布置一个烟 气调节档板，用于调节通过一、二次风的烟气量， 以达到调节风温的目的。锅炉为华西能源公司 生产，型号为 DGJ500 /13 7-7。主要设计技术 参数如表 2。表 2护工作量少、运行小时数多等特点，如果解决好磨煤机干燥出力的问题，就完全可以使用中速磨 燃用高水分褐煤。该厂在设计选型时已经充分 考虑将热一次风温度提高至 400 ，以满足磨煤 机干燥出力的需求。磨煤机为北京电力修造总 厂生产 ZGM95G-I 型中速磨，其参数如表 3。表 3项 目参 数每台炉配磨煤机 / 台磨煤机基本研磨出力 / ( th 1 ) 磨煤机最大干燥出力 / ( th 1 ) 磨机最小空气流量 / ( kgs 1 ) 磨机额定空气流量 / ( kgs 1 ) 磨机出口气体温度( BMCR) / 磨机入口气体温度( BMCR) / 464 3541 615 2421 6365379正是由于在选型阶段针对高水分褐煤进行了专门的参数与设备选型和设计，因此保证了在 运行带负荷中调整的可靠性，否则仅靠调整将无 法达到预期的效果。优化调整机组投产后，由于各种原因入炉煤水分较设 计值( 原设计入炉煤的水分在 40% 左右) 偏高，基 本维持在 50% 左右，因此导致炉膛烟气温度降 低，热一次风温度达不到设计值，直接影响磨煤 机的干燥出力，同时也给运行及检修带来巨大的 工作压力。为了满足褐煤水分升高的变化，优化 调整工作主要集中在磨煤机干燥出力的提高和 燃烧稳定上，经过一年多的现场优化调整，目前 运行参数已得到很大的提升，基本满足电厂长期 安全、稳定、经济的运行要求。以下主要介绍进 行的相关优化调整工作。3 1一次风量调整由于燃煤水分增加导致炉膛烟气温度降低， 致使一次热风温度实际运行为 350 ，远偏离设 计值，再加上燃用煤水分的调高，因此更加恶化 了磨煤机的干燥出力。燃烧调整前磨煤机出口 风粉温度很难达到 60 ，虽然基本能够满足燃 烧，但是燃烧的稳定性和安全性大大降低。因此 必须尽量提高磨煤机的干燥出力，提高磨煤机出 口的风粉温度。其最为直接的办法就是增加进 入磨煤机的一次风风量，但是一次风如果提高太 多，同样会造成燃烧器出口速度提高，燃烧初期3参数名称数 值锅炉最大连续蒸发量 / ( th 1 )过热蒸汽压力 / MPa 过热蒸汽温度 / 再热蒸汽流量 / ( th 1 )再热蒸汽压力( 进口 / 出口) / MPa再热蒸汽温度( 进口 / 出口) / 给水温度 / 空气预热器出口一次热风温度 / 空气预热器出口二次热风温度 / 50013 7540425 82 56 /2 384320 /540244400313正是由于在选型阶段针对高水分褐煤进行了专门的参数与设备选型和设计，因此保证了在 运行带负荷中调整的可靠性，否则仅靠调整将无 法达到预期的效果。2 2 制粉系统型式按照传统设计方案，中速磨不适用于全水分 大于 30% 的褐煤，火力发电厂设计技术规程 ( DL 50002000) 中 8 2 1 规定“燃用高水分、磨 损性不强的褐煤时，宜选用风扇式磨煤机”。但是中速磨具有系统简单、操作方便、可靠性高、维45华北电力技术No 1 2013NORTH CHINA ELECTRIC POWER不充分，同时一、二次风比例也会失调，严重时会使炉膛的燃烧恶化，存在锅炉燃烧不稳和灭火的 危险。同时燃烧不好更不利于一次风温度的提 高。因此对制粉系统一次风量进行优化调整至 关重要。经过多次的调整试验及数据积累，基本 确定优化后磨煤机煤量与风量曲线如图 1。烁; 各段受热面的温升基本接近设计值，减温水用量维持正常; 在启停制粉系统的过程中，稳定 性比以前大幅提高，机组负荷的控制更加平稳， 因此充分说明调整的效果较为明显。氧量调整富氧燃烧是提高燃烧效率、节约能源、降低 污染的有效途径，尤其是对于高水分、高挥发分、 低热值的褐煤更是如此。由于燃烧褐煤本身一 次风风率较高，初期着火较快，因此如果氧量过 小，会造成燃烧后期不充分，损失加大，效率降 低，同时增加了燃烧不稳的危险; 但是如果氧量 过大，会白白增加送引风机的单耗，整体运行不 经济，而且也会降低热风温度。因此在一、二次 风优化调整的基础上，控制合理的氧量是保证锅 炉经济、安全运行的又一重要手段。通过调整不 同负荷下的氧量水平，最终对炉膛氧量控制曲线 调整如图 3。3 3图 1 给煤量与磨一次风量关系在此风煤比曲线下，磨煤机出口温度基本能够达到设计要求。同时为了进一步提高一次风 温，将二次风空预器烟气挡板作适当调整，使二 次风温维持在较低水平，不但可以满足正常燃烧 要求，而且还最大程度地提高了一次风温，更加 有利于磨煤机的干燥出力。通过优化调整风煤 比使一次风风率为 42% ，与设计值 40% 接近，调 整后磨煤机干燥能力显著提高，磨煤机出口温度 基本能够维持在 65 左右，锅炉燃烧更加稳定、 安全，磨煤机的运行更加平稳，取得了较好效果。3 2二次风挡板调整由于一次风风率的变化，造成燃烧器喷口一 次风速提高，因此需要调整相应二次风和周界风 挡板开度，以组织良好的炉内燃烧工况，保证火 焰的充满度，维持良好的燃烧效果。经过多次的 调整和优化，最终确定炉膛风箱差压曲线如图 2。图 3 锅炉蒸发量与炉膛含氧量关系3 4一次风压的调整一次风压是保证磨煤机正常运行的重要参 数，随着磨煤机一次风量的调整，带来了一次风 压的变化，因此为了满足风机的安全经济运行以 及制粉系统的可靠运行，势必要对一次风压力的 控制进行重新调整。一次风压调整后的曲线如 图 4。经过不同负荷的运行参数反映，该一次风压 的控制曲线完全能够满足制粉系统的正常运行， 同时又能使一次风机处在比较经济和安全的运 行区域。因此一次风压的调整达到了预期目的。4结论图 2 炉膛风箱差压与锅炉负荷关系通过科学的设备选型和运行优化调整，国华印电配置中速磨煤机的煤粉锅炉完全可以燃( 下转第 49 页)调整后经就地测试炉膛温度水平较高( 基本在 1 100 1 200 ) ，而且比较均匀，说明燃烧 的充满度较好，同时各燃烧器的火检稳定不闪49华北电力技术No 1 2013NORTH CHINA ELECTRIC POWER空白试验 b = 13 02 mL。以上数据表明，BPFS 去除 COD 效果较好，这 与其形态有关。在 pH 约等于 7 的情况下，水中 主要形态是高聚合度低电荷和高电荷低聚合度 的铁的络合物，这两种络合物互相补充彼此混凝 作用的不足，可以充分发挥电性中和和吸附架桥 作用。而普通的铝盐、铁盐还要经历一个水解络 合的过程，虽然这个过程进行的很快，但由于水 中大量的有机物，有比较高的电负性。在混凝剂 水解的同时，使水解产物来不及形成较高聚合度 的络合物就被吸附，其作用主要表现为电性中和 作用。在实验水质的条件下，吸附架桥作用比电 性中和作用能更好地吸附水中较大的分子，溶解 态的 COD 物质，而表现出更高的 COD 去除率。 在本实验中，PAC 的混凝效果也低于 BPFS，说明 BPFS 和 PAC 都属于无机高分子混凝剂，但由于 铁原子和铝原子本身的性质差异很大，因此其聚 合物的性质也有较大差异。BPFS 有利于混凝作 用的成分多于 PAC，另一方面的原因可能是由于 PAC 形成的矾花质量很轻，沉降速度很慢，在测 试时间内，还有部分混凝物悬浮在水中，以致测试 取样中含有来不及沉降的絮状物，使 COD 升高。含量进行测定，其结果表明全铁含量低于普通的聚合铁，但混凝效果却优于普通聚合铁。对生物聚合铁进行了腐蚀性研究，其结果表 明其腐蚀性较小，特别是处理后水的腐蚀性小， 有利于使用者的设备维护，也体现本产品的优越 所在。对生物聚合铁混凝影响因素进行了研究，结 果表明该混凝剂有如下优点:( 1)( 2)BPFS 适用的 pH 范围宽( 4 11) 。BPFS 对浊度从 20 90NTU 的浊度体系都能有较好的处理效果。( 3)( 4)BPFS 混凝效果受温度影响小。与其他混凝剂相比，BPFS 在达到相同的出水剩余浊度时，加药量远低于普通混凝剂，与聚合铝相比加药量略大，但由于其来源广，价格 便宜，所以与其他混凝剂相比更经济。( 5)BPFS 对水中 COD 的去除率较高。生物法制备的聚合铁 BPFS 与其他混凝剂相比具有投加量少、混凝效率高等优点。参考文献1关晓辉，牛艳，尹荣，等 生物聚合