燃用准东煤对锅炉运行的影响

2015-06-05李鹏曾琦任建平俞立洋

综合智慧能源 2015年1期

关键词：准东烟温煤种

李鹏，曾琦，任建平，俞立洋

（新疆新特能源股份公司自备电厂，乌鲁木齐 830011）

燃用准东煤对锅炉运行的影响

李鹏，曾琦，任建平，俞立洋

（新疆新特能源股份公司自备电厂，乌鲁木齐 830011）

准东煤有着价格低廉、挥发分高、热值高、灰熔点低、易结焦的特性，燃用后结焦严重，直接威胁锅炉的安全运行。新疆新特能源股份公司自备电厂采用科学理论和实际经验相结合的方法进行了掺配掺烧并采取了防结焦措施，掺配掺烧后，有效降低了炉膛出口烟温，减少了锅炉结焦，保证了锅炉安全运行。

准东煤；掺配掺烧；炉膛温度；结焦

1 问题的提出

准东煤田储量大，预测储量达3 900亿t，目前累计探明煤炭资源储量为2 136亿t，煤田成煤面积1.4万km2，是我国目前最大的整装煤田。以现在我国煤炭年产量计算，一个准东煤田可供全国使用100年。作为新疆地区四大煤源之一，准东煤已经成为乌昌地区各发电企业的主要用煤。

近年来，由于煤电价格的脱节，使得新疆地区各火力发电厂的经营压力非常大。在国家宏观政策的调控下，电煤价格一路攀升，电煤供应呈现“价高质低”的通行态势。为了缓解发电厂的经营压力，各发电企业多方采购发电用煤，这样会直接导致发电厂入炉煤品质偏离设计煤种。对于燃料成本占发电成本70%的发电厂来说，如何最大限度保证燃煤储量和防止入炉煤结焦，实施燃料配煤掺烧措施和运行人员燃烧调整是一个重大的技术问题。

2 锅炉概况

新疆新特能源股份公司自备电厂（以下简称自备电厂）锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的超临界锅炉，锅炉型号为HG-1176／25.4-HM2，为一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、∏型，采用紧身封闭布置，锅炉为不带再循环泵的大气扩容式启动系统直流锅炉，采用中速磨煤机直吹式制粉系统。每台锅炉配6台MPS160HP-II型磨煤机，5运1备。锅炉采用四角切圆燃烧方式，每层4个喷口对应1台磨煤机。锅炉分离燃尽风（SOFA）燃烧器布置在主燃烧器区上方水冷壁的四角，以实现分级燃烧，降低NOx排放。锅炉以最大连续出力（BMCR）工况为设计基准，在设计条件下，5台磨煤机运行时，锅炉能长期带BMCR负荷运行。＃1，＃2锅炉主要设计参数见表1，表中ECR表示额定工况。

表1＃1，＃2锅炉主要设计参数

3 燃用准东煤对锅炉运行的影响

3.1 煤质特征

自备电厂＃1，＃2锅炉设计煤种及核对煤种参数见表2。

3.2 影响分析

（1）制粉系统出口温度较低。因准东煤水分较大且磨煤机出口温度低，导致煤粉推迟燃烧、着火点远、火焰中心上移、炉膛出口烟温升高，造成炉膛结焦，给锅炉运行带来影响。低负荷会影响着火的稳定性，严重时将使燃烧恶化。为提高磨煤机出口温度，必须提高一次风压和风温，在低负荷时需要运行4台磨煤机。

表2 自备电厂＃1，＃2锅炉设计煤种及核煤种参数

（2）炉膛出口烟温升高，与同工况相比，锅炉低温过热器入口烟温上升约20℃，锅炉容易结焦，运行中减温水量增大，受热面管壁温度上升。

（3）负荷在300MW以上时，就地实测锅炉本体47.1m屏式过热器后两侧烟温，温度达到1 250～1300℃，检查锅炉水平烟道后发现积灰、结焦比以前严重，高温过热器管排间有明显的大块焦。

（4）检查捞渣机刮板上黑焦块明显增多，说明炉膛结焦量大。

4 燃煤掺烧的依据

针对自备电厂来煤煤源及锅炉结焦实际状况，来煤煤质要根据以下条件进行掺配。

（1）按照＃1，＃2锅炉设计煤种的变形温度1025℃、软化温度1 040℃选取煤种，1 025-100＝925（℃），1040-150＝990（℃），两者选取低者作为入选煤种上述计算根据锅炉设计煤种相关规范要求确定。

（2）根据自备电厂锅炉对各煤种燃烧的实际情况，将灰熔点软化温度高于1025℃和二氧化硅质量分数大于50%作为主要判断依据，氧化钙质量分数作为辅助判断依据来选取掺配比例。

1）灰熔点软化温度高于1 025℃且二氧化硅质量分数超过50%，为不易结焦煤，掺配煤与结焦煤以1∶1比例掺配。

2）灰熔点在1 000～1 025℃内且二氧化硅质量分数在40%～50%内，视为弱结焦煤，根据机组负荷170MW以下负荷实际情况，掺配煤与结焦煤以1∶1比例掺配。

3）灰熔点低于1025℃，二氧化硅质量分数小于40%，即认为是结焦煤。

4）无论二氧化硅质量分数或氧化钙质量分数如何，只要灰熔点低于1 000℃就视为结焦煤，必须掺配。

（3）在燃用掺配煤种时，对各台锅炉的炉膛出口烟温进行测量，在该煤种煤质条件下，＃1锅炉负荷不大于300MW，＃2锅炉负荷不大于320MW。负荷高于此限时，炉膛出口烟温会大幅度升高，锅炉容易结焦。

5 二次风配风方式

通过试验可知，在高负荷的情况下，主蒸汽流量为1130 t／h、一次风压为8.8 kPa、氧的质量分数为4.0%。二次风配风方式分别为束腰型、倒塔型、鼓腰型，炉内温度分布发生了明显变化。炉内29个温度对比状况如图1所示。

图1 炉内29个温度对比

由图1可以清楚地看出：束腰型的配风方式下，炉内温度分布整体较低，这种配风方式有利于炉膛烟温的控制。

6 防结焦措施

（1）锅炉主蒸汽流量在50%额定容量以上时，必须连续投入蒸汽吹灰。吹灰时，母管蒸汽应保持较高的压力。

（2）加强设备巡检次数。每班2次检查管屏和迎火面结焦积灰情况，同时严密监视引风机电流、低温过热器入口或低温再热器入口烟温。当参数异常时，立即就地检查水冷壁结焦是否严重，此时应加强炉膛吹灰次数。从人孔及打焦孔观察（每小时1次）是否有熔融状态的焦落下，当发现人孔火焰颜色发亮、刺眼且有液态熔融焦及底部有结焦情况时，应及时汇报并联系有关人员清焦，同时应减负荷降低炉膛出口烟温并联系燃料运行人员尽快换煤。

（3）炉渣的正常颜色应为黄色，当某种元素超标及炉内工况变化时，会产生不同颜色的焦。低温焦很酥松，密度小。中温焦为半琉璃状和琉璃状的结焦。高温焦就是煤粉几乎完全熔化且呈现琉璃状的结焦，甚至可以形成花岗岩状的结焦，质地非常坚硬，颜色偏黑，有高温熔化的小孔。以此可以推断当班的煤质情况以及作为炉膛是否结焦的辅助判断手段。

（4）当燃用煤种的灰分变形温度、软化温度、半球温度、融化温度接近且熔点较低的煤时，煤的灰分会迅速地变成熔融状的流体，黏附在受热面上，严重时会在炉膛内壁形成成片的结焦区，使炉膛内水冷壁吸热量减少、炉膛出口烟温升高。当发现捞渣机刮板上较长时间无渣以及经常落下大块熔融状的无法破碎的黑焦时，此时应特别注意炉内结焦情况。

（5）煤质较差期间，在总负荷允许的情况下，采取轮流带低负荷的方式进行掉焦。自备电厂采用了4台磨煤机低负荷的掉焦方式。负荷降至200MW以下，主、再热蒸汽温度由566℃滑降至520℃时，由于负荷降低，炉温迅速降低，附着在受热面上的焦块迅速冷却，与管壁的接触面积发生变化，附着力随之变化，焦块就掉落下来。经统计，2013年下半年自备电厂共发生异常结焦8次，及时采取低负荷掉焦措施，避免了锅炉停运。

（6）采取倒停磨煤机改变燃烧中心的扰动方式进行了扰动掉焦。通过对燃烧中心温度的调节，改变了炉膛内的温度分布，使高温区温度下降，焦块掉落。