广汇煤用于电厂锅炉大比例掺烧的探讨及实践



广汇煤用于电厂锅炉大比例掺烧的探讨及实践

卢红玲,侯燕

（酒钢集团能源中心，甘肃嘉峪关735100）

【摘要】介绍了某电厂为应对煤源紧张形势，进行锅炉非设计煤种广汇煤的掺烧，通过对广汇煤特性及掺烧难点分析，制订针对性强的燃烧调整技术措施，进行掺烧试验逐步提高掺烧比例，最终使掺烧比例达80%左右，降低了锅炉对设计煤种的依赖性，缓解了动力煤燃用紧张问题。

【关键词】锅炉;广汇煤;掺烧;实践

1　引言

近年来，自备电厂为适应公司发展需要，装机容量不断增加，动力煤需求量持续增长，到2014年消耗量达到了760万t。本电厂锅炉设计煤种均为新疆哈密煤，但哈密煤因运输能力所限，年采购量仅在300万t左右，本电厂动力煤需求存在很大缺口，因此迫切需要开发燃用其它动力煤来解决这一供需矛盾。

广汇煤产于新疆淖毛湖地区，年开采量2200耀2500万t，供应稳定，且不受运输能力限制，是可满足本电厂燃用需求、运输成本最低的一大煤源。但广汇煤特点是挥发分极高，易燃易爆，易造成锅炉受热面尾部沾污、结渣，冒然燃用有很大的风险，必须通过试验、掺烧摸索，逐步提高锅炉对广汇煤的适应性，从而达到大量掺烧的目的。

2　广汇煤特性分析

为掌握新疆广汇煤的工业特性，2011年10月本电厂委托西安热工研究院对广汇煤进行了特性分析,见表1。

分析数据显示，广汇煤特点是水分高，挥发分超过50%，发热量适中。煤中挥发分过高极易引起着火、爆炸事故，在储存、输送、煤粉制备及锅炉燃用运行管理方面均存在很大安全隐患。另外，广汇煤Na2O含量远远高于设计煤种，对锅炉尾部受热面的积灰、沾污会产生不良影响。因此，广汇煤的掺烧需要从技术和管理方面予以重点防范和控制[1]。

3　广汇煤掺烧难点分析

3.1挥发分过高，易燃易爆

挥发分是煤在加热过程中释放出的气态和汽态物质，煤的挥发分高，有利于煤粉着火和燃尽，但超过某一上限值时煤粉自燃、爆炸的风险会增加。广汇煤的高挥发分特点，决定了其在储存、传送、燃用等环节的爆燃风险大，尤其是中间储仓式制粉系统，在磨制广汇煤、上煤过程中，因配烧不当或现场积粉治理不力，极易引起制粉系统爆炸、锅炉灭火放炮等事故，对设备造成损坏。

3.2着火快，易造成喷口烧损

煤粉在着火初期，主要靠煤粉受热时所析出的挥发份支持燃烧，挥发分越高，着火速度越快。广汇煤在进入燃烧器喷入炉膛瞬间就可着火，着火距较短。但过快的着火速度，缩短了火焰和喷口距离，对燃烧器喷口造成烧损，造成燃烧设备损坏，对炉内燃烧空气动力场造成扰动，会使火焰偏移，炉内燃烧状况紊乱[2]。

3.3抑尘处理造成水分偏大

广汇煤一般在翻卸、胶带机运输过程中采用喷水抑尘处理，在料场储存时往往也是用水浇灌防范自燃或用水灭火，因此广汇煤的外水分很高。水分多的煤引燃和着火困难，且延长燃烧过程，降低燃烧室温度[3]。广汇煤进入炉内后需要的着火热增加，对着火不利,在炉内燃烧后煤中所含的水分将全部变为蒸汽进入烟气系统，增加了锅炉同等负荷下的烟气量，致使引风机、增压风机等出力达到满负荷状态。另外，煤的水分大还会导致磨煤机干燥出力降低，影响磨煤机整体出力。

3.4 Na2O含量高，易导致尾部受热面积灰、结渣

煤中若含有较多的碱性物质的灰，则极易发生结渣问题。煤灰中的碱金属化合物的熔点比较低，当碱金属愈多时，灰的烧结性愈强，受热面就愈容易积灰。尤其在在800~1000益时，容易形成易熔的共晶体。广汇煤的氧化钠含量是4.31%，较锅炉设计煤种哈密煤高出很多。钠属于易挥发的物质，在高温下挥发后，凝结在受热面上形成烧结的灰沉积，这类沉积多发生在屏式过热器和对流过热器等受热面上，影响锅炉传热，形成结渣源。图1示出了钠含量对积灰的影响。

图1　氧化钠含量与积灰速度

从图1可知，煤灰中钠含量较低时（氧化钠含量1%），不管灰分多少，积灰速度很低；当氧化钠含量为5%耀10%时，积灰速度随煤的灰分呈指数关系递增[4]。根据此图判断，广汇煤积灰速度接近图中的线2，属较快速度，对受热面积灰的影响较为明显。

3.5广汇煤沾污性强

在煤粉锅炉的燃烧过程中，炉内灰沾污是由煤灰中易挥发物质在高温下挥发后，凝结于对流受热面上，继续黏结灰颗粒形成的高温黏结灰沉积，它的内层往往是由易熔物（或是由碱金属化合物）包覆的灰粒黏结而成[5]。一般将煤灰中钠含量作为沾污判别指标的分级界限。

离表1　煤质分析数据

表2　煤灰中钠含量作为沾污判别指标的分级界限

广汇煤属褐煤范畴，判别沾污程度中等，相对于设计煤种哈密煤的低沾污特性，广汇煤在燃用时易在尾部受热面形成沾污，影响传热，加重结焦，对锅炉的长周期稳定运行造成威胁。

4　掺烧试验技术及安全措施

4.1制粉系统

1）制粉设备中，沉积煤粉的自燃往往是引爆的火源，气粉混合物温度越高，危险性就越大[6]。制粉系统运行中要严格控制磨煤机出口气粉混合物的温度臆70益，控制磨入口混合风温度臆260益，防止煤粉结露沉积发生自燃，防止制粉系统着火、爆炸。

2）掺烧广汇煤的磨煤机入口一次风压力保持在4.0耀4.5 kap，一次风速控制在27 m/s左右；广汇煤的煤粉细度R90保持在25%耀30%。

3)广汇煤全水分高，磨煤机干燥出力下降，值班员加强磨煤机各参数的监视调整，发现磨煤机电流、入口一次风压偏高时，给煤自动改手动，及时调整煤

量[7]。

4）发现断煤、皮带压死、给煤机跳闸等异常时，应立即开大磨煤机冷风门、关小热风门降低磨煤机出口温度不超过70益[8]，密切注意断煤后的磨煤机各项参数，并启动相应原煤斗敲打装置使原煤斗落煤管下煤正常为止。

5）磨煤机停运若超过48 h，必须将原煤斗内存煤烧净。停止给煤机后空磨运转5 min，将磨内煤粉抽净；启磨前先通入冷风，制粉系统通风时间不少于10 min。

6）彻底清理磨制广汇煤的磨煤机分离器挡板，后期形成定期工作（2周清理一次）。

7）制粉系统各部防爆门及储煤筒仓防爆门完好，磨煤机系统消防蒸汽要可靠备用，磨煤机出口温度以及粉仓温度显示正确、可靠。

8）为防止磨煤机在启、停过程中发生爆炸，要求磨煤机启、停过程中均投入消防蒸汽。

4.2燃烧系统

1）保持合适的炉内过量空气系数，炉膛氧量按2.5%耀3.5%控制，适当开大配烧广汇煤层的周界风（周界风逸30%），保证燃料和空气的良好混合，避免局部高温，防止燃烧器喷口结焦或被烧损。

2）适当提高一次风速及增加上部风量，使火焰中心居于炉膛中心，观察燃烧器喷口处煤粉气流的着火、燃烧及结焦情况。

3)当烟气侧横向冲刷错列布置的管束时，随运行时间的增加，积灰现象会越来越严重，它很容易从烟气流经受热面时的阻力的不断增加上反应出来[9]，因此运行中严密监视、控制空预器差压不超过1600 Pa。

4）控制炉膛出口温度不大于800益，加强对主、再热蒸汽温度的监视调整，合理调整减温水量，防止受热面管壁超温。

5）对火焰检测装置进行调整、检查，确保火焰检测装置能如实反映炉内燃烧状况。加大燃烧器喷口处的定期巡检及测温，监视各喷口温度变化。定期对炉膛出口温度和各段烟气压降进行监测、对比分析。

6）优化吹灰方式，适当加强对炉膛、屏区、尾部烟道及空预器的吹灰频次[10]。

4.3现场治理

1）制订广汇煤掺烧安全预控措施，严格执行。每月组织广汇煤掺烧专项检查，进行现场积粉、漏粉的治理，消除隐患。

2）每值有专职人员进行现场检查，每班不少于两次对给煤机清扫链运行情况及给煤机底部积煤重点巡检，防止积煤自燃。

3）加强对粉仓、输粉机吸潮管的检查，发现堵塞立即联系处理。及时处理制粉系统各管道的漏粉、漏风现象，发现热风门不严、锁气器发生卡涩时，及时更换和处理。

5　掺烧试验情况

本次在300 MW机组上进行广汇煤掺烧试验，锅炉为HG—1025/17.5—YM24型自然循环汽包炉，制粉系统配备3台BBD4060型低速钢球磨。初次掺烧比例控制在17%左右，掺烧方式按照“分仓上煤、分磨制粉、炉内混烧”的原则，和哈密煤进行混烧，试验按照17%、33%、50%的掺烧比例逐步递增。掺烧试验分别进行了磨出口温度优化、磨通风量标定、煤粉细度及一次风速调整，二次风配风试验等内容。掺烧比例33%以上时，炉膛中心温度升高20耀30益，整体上来说未影响炉内燃烧、炉内结焦等，炉内燃烧状况在可控范围内。空预器差压是重点监测数据，在掺烧试验调整中，空预器差压与负荷之间基本成线性比例关系。锅炉蒸发量800耀900 t/h左右时，差压曲线与负荷呈线性比例关系；在900耀970 t/h蒸发量下，差压有波动，但基本维持在1600 Pa上下。

图2　300MW机组空预器差压变化图

通过试验调整，锅炉制粉系统、烟气侧、工质侧各项参数正常，各辅机能适应掺烧。在锅炉运行稳定后，广汇煤掺烧比例后期逐步增加到60%、70%、80%。随着掺烧比例增大，主燃烧器上部及屏过区域有结焦现象，锅炉过热器、再热器减温水量明显升高，减温水调门开度增加到70%左右，炉膛出口温度达到810益。经过总结，采取相应措施：调整OFA风门开度；对OFA层摆角向下摆动调整；调整一次风母管压力不高于7.5 kPa，一次风机变频转速不超过1200 r/min；投入L1-L5长吹进行吹灰。采取以上措施后，结焦现象有所缓解，减温水调门收回到60%左右，有一定调整余量。结合锅炉运行情况及试验调整，制订出300 MW机组燃烧调整配风卡。

表3　300MW机组大比例掺烧广汇煤调整配风卡

备注：A1、A2、B1、B2、C1、C2为煤粉层，OA、OB、OC为油枪层。

通过对300 MW机组进行3个月左右的掺烧试验，广汇煤的掺烧比例稳定在70%~80%（个别时段甚至超过80%），机组运行稳定，屏过区域及主燃烧区域焦块经过调整可得到有效控制，各项参数正常。在广汇煤掺烧比超过60%以上时，需遵循以下原则：

1）广汇煤尽量在下层燃烧器进行掺烧，控制炉膛上部温度，预防水平烟道积灰沾污；配风方面尽量增大燃烧器的周界风量和上部燃尽风量。

2）机组连续高负荷运行5天以上，必须降低机组负荷至200 MW左右进行2耀3 h的扰动脱焦，同时进行吹灰后再接带高负荷。

3)对空预器进行定期吹灰，控制空预器差压不超过1600 Pa。

4）掺烧广汇煤的磨煤机容量风开度不小于35%，全关冷风门运行，保证磨煤机出力。

6　结语

通过以上实践可知，在做好现场广汇煤的积粉治理、爆燃防范，保证安全的前提下，锅炉掺烧广汇煤的比例可达到80%甚至以上。锅炉长周期大负荷下高比例的掺烧广汇煤时，主燃烧器区及屏过有结焦现象，通过调整可有效控制。在严格执行技术措施、适时做好配风调整、适当增加吹灰频次的情况下，各项参数可控，机组运行稳定，锅炉可适应广汇煤的大比例掺烧。通过本次实践，有效拓宽了锅炉燃用煤种，降低了锅炉对设计煤种的依赖，缓解了动力煤燃用紧张问题。

[参考文献]

[1]朱光明,段学农等.仓储式制粉系统锅炉混煤掺烧方式优化试验研究[J].中国电力，2008（11）：33-37.

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[3]冯明池.锅炉设备运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2004.

[4]岑可法,周昊等.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].北京：中国电力出版社，2003.

[5]孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京：中国电力出版社，2001.

[6]李永华,刘长良等.火电厂锅炉系统及优化运行[M].北京：中国电力出版社，2011.

[7]嘉峪关宏晟电热公司2伊300MW机组集中控制运行规程[R]. 2008.

[8]吕海涛,王彦朋等.中储式制粉系统燃用高挥发分煤爆炸原因分析及对策[J].热力发电，2005（10）：78-79.

[9]应静良,李永华等.电站锅炉空气预热器[M].北京：中国电力出版社，2002.

[10]高建生,祁清福等.关于锅炉掺烧高挥发分、易结焦烟煤调试的探讨[J].中国电业，2012，（7）：50-52.

Discussion and Practice of High-proportion Blending of Guanghui Coal in Boiler Combustion of the Power Plant

Lu Hongling, Hou Yan

(Energy Centre of Jiuquan Iron and Steel Co., Ltd., Jiayubuan, Gansu 735100, China)

[Abstract]To cope with the problem of tense coal supply source, the power plant of Jiuquan Steel blended undersigned Guanghui coal in its boiler combustion. Through analysis of the characteristics and blending difficulties of Guanghui coal, highly specific combustion adjustment technical measures were established to carry out mixed burning test and gradually increase the proportion of mixed burning up to about 80%, which reduced the dependence of the boiler on designed type of coal and relieved the tension of coal supply.

[Keywords]boiler; Guanghui coal; practice of mixed burning

作者简介：卢红玲（1973-），女，大学本科学历，工程师，现从事电厂热力试验工作。

收稿日期:2015-09-02

【文章编号】1006-6764（2015）12-0045-04

【文献标识码】B

【中图分类号】TK229