煤质变化对锅炉设备的影响及其治理对策

沈鲁锋，宋绍伟

（1.中国国电集团公司，北京 100034；2.国电菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032）

煤质变化对锅炉设备的影响及其治理对策

沈鲁锋1，宋绍伟2

（1.中国国电集团公司，北京 100034；2.国电菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032）

介绍了一种W火焰锅炉燃烧系统的设计特点，该锅炉因燃用非设计煤种，出现了制粉系统出力不足、一次风流量过高、飞灰可燃物质量分数增加、燃烧不稳定等一系列问题。通过燃烧调整试验，加强燃用煤质管理、优化磨煤机出力、冲洗空气预热器蓄热元件等措施，锅炉的燃烧稳定性和燃烧效率得到提高。

锅炉；煤质；变化；效率

0 引言

我国火力发电以煤为主要燃料，煤在我国能源的生产和消耗构成中均占70%以上。由于煤炭市场的变化，电煤供应日趋紧张，电煤的品位高低参差不齐，变化范围很宽，锅炉燃煤种类变化很大，燃用非设计煤种，不仅影响机组的带负荷能力、使供电煤耗上升、设备磨损加剧，引发的设备缺陷明显增多，更严重的是出现了锅炉灭火事故，危及机组安全稳定运行。

1 锅炉概况

某电厂二期工程2×300 MW机组，锅炉系英国Mitsui Babcock公司设计制造的1 025 t/h亚临界、单汽包、单炉膛、平衡通风、自然循环、一次中间再热、露天式煤粉锅炉，型号为MBEL-1025/17.3-541/541，2台机组分别于2001年、2002年投产。该锅炉采用W型火焰燃烧，配有3套双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统，一次热风送粉；24个缝隙式直流燃烧器对称地布置在拱上的同一标高27 m层的前、后侧，每侧分3组（即3个风室），每组有4个主火嘴、2个乏气火嘴、2支油枪；煤粉火嘴四周是二次风口，二次风携带着一次风射向燃烧室；主火嘴布置在内侧，乏气火嘴布置在外侧；为防结焦，前后墙设有贴墙风，锅炉主要设计参数见表1。锅炉设计煤种为85%无烟煤+15%半无烟煤，设计煤种特性见表2［1］。

表1 锅炉主要设计参数

表2 煤种特性

2 煤质变化对锅炉设备的影响

自2005年6月以后，该厂3号、4号锅炉经常出现高负荷下燃烧不稳的险情。调查分析表明：燃煤煤质差而又变化大，收到基低位发热量最低为18 700 kJ/kg，最高达25 000 kJ/kg；灰分最高达40%以上；干燥无灰基挥发分在8~16%之间波动。由此带来以下几个方面问题。

2.1 制粉系统出力不足，制粉单耗增加

每台炉设计安装3台磨煤机，每台磨煤机设计出力58.3 t/h，磨煤机的总出力可满足锅炉最大连续出力（BMCR）的120%，设计最大装球量103.1t，电机额定功率1 400 kW。为降低制粉单耗，燃烧设计煤种时磨煤机电机功率控制在1 150 kW左右，每台磨煤机出力约40 t/h。但是煤种发生变化，特别是煤质变差后，由于燃煤热值降低、灰分增加、满负荷耗原煤达160 t/h，每台磨煤机出力要求在48～57 t/h，高于正常出力的40 t/h，出现磨煤机出力不足、带不起负荷的情况，3台磨煤机只能带负荷270 MW。为此，只能增加磨煤机钢球装载量，提高磨煤机出力，带来后果的是磨煤机耗电量增加。有些煤种发热量高，但硬度大，也会使制粉单耗增加。制粉单耗与燃煤收到基低位发热量关系曲线见图1。

2.2 一次风流量过高

若煤质变差，为保证磨煤机的制粉出力和机组带负荷，增大磨煤机进口一次风流量和压力，在机组280 MW负荷下，一次风挡板开度为90%，致使一次风粉管的风速偏大，一次风管压力达11.5 kPa，煤粉明显变粗，磨煤机出口温度下降，影响锅炉燃烧。燃烧劣质煤时，一次风速过高或过低都是不合适的，一次速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，而且较粗的煤粉因惯性过大易穿过剧烈的燃烧区而落下或逸走，形成机械不完全燃烧损失；一次风速过低，则因着火点距离喷嘴较近，容易烧坏燃烧器。

图1 制粉单耗与燃煤收到基低位发热量关系曲线

2.3 磨煤机回粉阀动作不正常、煤粉细度难以保证

实际来煤煤种杂、变化大、灰分高，固定碳含量高，回粉阀动作不正常，容易导致造成回粉管堵塞。在电网负荷紧张的情况下，只能与调度联系减负荷停磨煤机组以对磨组的回粉管进行人工疏通。另外，回粉管堵塞，在瞬间吹通情况下容易导致锅炉正压灭火。

2.4 原煤斗及给煤机堵煤

由于煤种变化，颗粒细、粘性大、水分较高的煤，易牢牢地粘在煤斗壁上，造成经常性的堵煤。设计煤种的水分在8.75%左右，而入炉煤有时水分高达12%。这些煤不仅经常性的堵煤斗，还多次堵塞磨煤机入口。

2.5 燃尽率降低

由于实际来煤为多变的劣质煤及无烟煤，煤质杂、灰分高、挥发分低、煤质变化大，再加上煤粉细度大。锅炉燃烧的稳定性差，炉膛负压波动大，2005年6-8月飞灰分可燃物由以前的5%以下上升到6%～9%，部分天数达到15%以上，炉渣可燃物也由以前的6%以下上升到8～20%，锅炉效率降低。煤质变差对机组经济性的影响不仅局限于锅炉效率，对热力循环效率、厂用电率消耗等都有明显影响。

2.6 空气预热器蓄热元件堵灰、腐蚀严重

当燃煤煤质含硫量大时，易引起水冷壁的高温腐蚀，以及锅炉尾部烟道、空预器蓄热元件等部位低温腐蚀。2006年10月，3号锅炉停炉后，进入空气预热器内部检查发现，空气预热器低温段蓄热片、中温段最外侧蓄热片堵灰严重（图2）；B空气预热器低温段A圈、A空气预热器B圈蓄热片下部腐蚀、吹损较严重（图3）。分析认为：燃煤中S含量和灰分含量超过设计值，冬季烟气温度偏低，导致低温腐蚀加剧，硫酸蒸汽会在波形板受热面上凝结，并造成大量粘灰，导致蓄热元件堵灰。空气预热器的差压是气流在空气预热器中流通情况的直接反映，空气预热器烟、风侧差压的增大说明空气预热器堵灰情况在不断加重。

图2 空气预热器蓄热元件堵灰

图3 空气预热器蓄热元件腐蚀、吹损

2.7 锅炉燃烧稳定性变差，机组出力受到限制

在实际运行中煤种变化是经常的，有时偏离设计值，即使混煤时，如果不均匀，对负荷及燃烧影响较大。从燃烧不稳时取得煤样看，一种情况是挥发分较低时出现燃烧不稳定的现象，另一种情况是固定碳含量较高时出现燃烧不稳定的现象。在挥发分较低时，由于燃烧推迟，火焰下冲严重，使着火困难，出现燃烧不稳定的情况，引起炉膛负压波动明显增大。韶关电厂10号锅炉在调试初期，未注意到煤种变化大，以至经常出现在某个时期内锅炉燃烧稳定，但运行不到一两个小时，锅炉负压波动增大，负荷下降，于是运行人员开始增加磨煤机出力，维持锅炉出力，但随之而来的是锅炉负压波动更大，最终导致锅炉因负压大、燃烧不稳而灭火［2］。

在烧劣质煤时，要注意过热器和再热器管壁温度的监视，注意是否有管壁超温和热偏差现象的存在，如果存在超温现象要及时采取有效措施，当减温水量不足时，要及时调整燃烧，调整无效时要降低锅炉负荷运行，以确保过热器的安全运行。

3 采取的对策

针对燃料市场变化后机组面临的安全、经济运行严峻形势，对锅炉存在燃烧不稳和带负荷能力差的原因进行了认真分析和研究，制定并实施了一系列的措施，锅炉的燃烧稳定性、经济性显著提高。

3.1 加强燃料分析，做好配煤掺烧工作

混煤或配煤工作可提高劣质煤的利用率，降低燃料成本，减少排放。通过合理的将不同类、不同性质的煤种，按照一定比例加工混合成混煤，在保证机组安全运行的条件下，使混煤的价格最低，可以有效地降低发电成本。另外，对煤中矿物质引起的锅炉受热面结渣、积灰、腐蚀、磨损等问题，可以通过配煤来改善或解决。随着“厂网分开、竞价上网”的市场经济发展以及煤炭供应的多样化，配煤是稳定煤质保证锅炉安全经济燃烧的最佳选择。

运行人员要及时掌握入炉煤的煤质分析情况，特别是入炉煤的挥发份、发热量、灰份的含量，特别是入炉煤的挥发份数据，以便在控制锅炉运行时做到有的放矢。直吹式锅炉运行人员可以根据给煤机煤量大致判断煤质优劣，特别应避免入炉煤煤质的突然大幅波动。

3.2 解决原煤斗、给煤机堵煤问题

雨季应备足一定数量的干煤，防止超湿的原煤直接进入原煤仓。颗粒细、粘性大、水分较高的煤，易牢牢地粘在煤斗壁上和原煤仓空气炮打不到的上部死角部位，针对这类煤，需严格控制煤仓煤位在60%～80%，原煤仓上方煤篦子处应进行定期清仓；同时在原煤仓2台电动振大装置基础上增加了2台空气炮和2台疏松机，增强原煤仓的振打、疏通力度（图4）。

图4 空气炮、疏松机配合使用

3.3 合理选择煤粉细度，适当加大磨煤机出力裕度

煤粉细度对燃烧的稳定性和经济性有相当大的影响。理论研究和运行实践表明，对于低挥发份煤种，煤粉磨的更细一些，对其着火和燃尽都十分有利。西安热工研究院修订的“电站磨煤机及制粉系统选型导则”（DL/T466-2004）中，将原导则中煤粉细度的推荐公式由R90=0.5nVdaf+4修正为R90=0.5nVdaf，并对降低煤粉细度经济性做了认真的比较［3］。菏泽发电厂W火焰锅炉合理的煤粉细度为R90=7%乃至更细一些比较合适。煤粉细度受煤的可磨性系数、磨煤机料位、磨煤机钢球装载量、磨煤机风量等的影响。根据磨煤机功率的变化，及时补加钢球，现每台磨煤机每周加1次钢球，每次1 t，一般控制磨煤机功率在1 250 kW，亦可根据磨煤机的功率变化随时补加钢球。现在，磨煤机运行稳定出力得到较大提高，满足了锅炉对煤粉细度的要求。同时根据磨煤机衬板波峰、波谷的磨损情况，对衬板进行更换或波峰的焊接堆高处理，以进一步提高磨煤机的制粉出力。

3.4 恢复、修整部分卫燃带

W型火焰锅炉敷设卫燃带是燃烧低挥发分煤的必要手段，也是为了强化低挥发分煤的着火和燃尽所需高火焰温度的需要。卫燃带对于提高火焰根部温度、低负荷状态下的稳定着火以及强化燃烧都是非常重要的措施。原设计整个炉膛内均敷设有569 m2卫燃带，炉膛温度很高，后因种种原因拆除掉两侧墙和前后墙部分卫燃带，现在留有242.4 m2的卫燃带（由于锅炉运行中卫燃带脱落，停炉后技术人员进入炉膛检查发现卫燃带面积仅剩120m2），造成炉膛温度下降。建议增加卫燃带的敷设面积，提高炉膛温度水平和蓄热能力［4］。

3.5 更换或冲洗空气预热器蓄热元件

原空气预热器冲洗装置，冲洗压力低，只能冲掉浮灰，不能有效清除蓄热元件上的灰垢，当再次点火时潮湿的灰垢被烧结成了“砖”使堵灰更加严重。为此，应改变空气预热器蓄热元件冲洗方式（可采用高压水射流冲洗、碱洗），缩短冲洗周期（由原先的每年冲洗1次，改为每年冲洗2次），必要时应对磨损、腐蚀、减薄的低温段换热元件进行更换。空气预热器蓄热元件冲洗后，空气预热器压差大幅度降低，漏风率降低、换热效率得到提高，锅炉燃烧稳定，风机电耗降低。某台锅炉空气预热器冲洗前炉膛负压波动-400～350 Pa，燃烧不稳定；空气预热器冲洗后炉膛负压波动-100～0 Pa，燃烧稳定（图5）。

图5 空气预热器冲洗前后炉膛负压波动比较

3.6 锅炉的配风原则

锅炉的合理配风影响到锅炉的燃烧性能，若优化调整后，运行方式合理，则锅炉能安全、经济运行。一次风速、风压不要过高或过低。磨煤机的通风量在保证不堵磨前提下采用低风量，以提高燃烧器附近的烟气温度及煤粉浓度，提高着火稳定性；为增加W形火焰行程及煤粉在炉内的停留时间，三次风及炉底热风量宜调整适当，否则会造成火焰行程缩短或造成较粗颗粒，末燃烬煤粉冲向炉底，不利于燃料的燃烬；密切注意氧量的变化，氧量是反映燃烧最重要的参数，特别是煤质变差时氧量上升较快。一般氧量应控制在3%～5%为宜。

3.7 正确投助燃油，找到稳燃和降耗的平衡点

正常燃烧过程中，若锅炉突然出现大幅度掉压，炉膛抽负压现象，则往往是煤质突变的前兆。若锅炉燃烧恶化需要投油助燃时，坚决果断投油助燃，并有管理人员现场指导，避免因煤质问题导致锅炉灭火。健全配煤掺烧快速反应机制，管理人员和煤检验人员随时候命，锅炉燃烧出现不稳时，快速启动应急预案，化学分析、燃料部、发电部管理人员紧急行动，指导上煤和锅炉燃烧调整，确保煤种正确更换或掺配，维护机组稳定。本着保安全和经济节约并重的原则，尽量减少投用油枪数量和投油时间，燃烧稳定后及时解列助燃用油。

3.8 运检协作，加强设备查漏消缺

在劣质煤入炉后，锅炉设备受其影响，磨损严重，“四管”泄漏严重影响经济运行。针对这种情况，该厂运行、检修部门齐抓共管，加大对设备的管理工作力度，使设备适应了煤种变化。一是严格执行设备缺陷的管理制度和定期分析制度，提高设备的可靠性。二是强化“四管”的检查工作，利用一切停炉机会入炉查看，对磨损严重部位早做修补并采取防磨措施，延长设备使用寿命。三是针对设备情况把一些平时大修才做的改造项目，利用短时间停炉机会及时完成。尽最大努力减少因设备原因造成机组非计划停运。

4 结语

通过以上具体解决方案和技术措施的实施，锅炉的燃烧稳定性和效率得到提高，锅炉飞灰可燃物含量和炉渣可燃物含量下降到4%以下，供电煤耗降低了约3 g/kW·h。现在，用电紧张局势得到缓解，但是电煤紧张趋势一时难以缓解，煤价居高不下、煤质下降、库存不足，这是目前面临的现状，燃用非设计煤种，任重道远。新的形势面前，只能通过主动适应电力市场的需要、适应煤炭市场的变化，实现锅炉燃烧稳定和经济性不断提高的双赢。

［1］英国Mitsui Babcock公司.锅炉运行维护手册［Z］.2002.

［2］徐齐胜，马斌，罗萌，等.W火焰锅炉的稳燃试验研究［J］.华东电力，2003（6）：69-71.

［3］毕玉森，陈国辉.低挥发分煤种与 W型火焰锅炉［J］.热力发电，2005（7）：7-10.

［4］宋绍伟，邱现堂，杨真学，等.“W”火焰锅炉炉膛负压波动大原因分析与对策［J］.中国电力，2006（8）：45-48.

Effects of Coal Quality on Boiler and Countermeasures

This paper analyzed the operating conditions of the W-type flame boilers of 300 MW in Heze Power Plant，in accordance with its designed characteristics.With the burning of non-designed coal，there are many problems in boiler equipments，such as overload running of pulverizing system，over high flow of primary air and high the mass fraction of unburned carbon in fly ash etc.Based on this，this paper proposed adjusting of the combustion，enhancing regulation of coal，increasing safeguard belt zone，improving pulverize power.The application experiences show that the combustion stability and efficiency of boiler has been improved greatly.

boiler；coal quality；variation；efficiency

book=37,ebook=18

TK227.1

B

1007－9904（2010）04－37－05

2010－05－16

沈鲁锋（1968-），男，山东省鄄城县人，高级工程师，主要从事电厂运行技术管理工作。

宋绍伟 （1977-），男，山东省郓城县人，工程师，主要从事火电厂节能技术管理工作。