烟煤锅炉掺改烧褐煤的研究与实践

陈建国,翟德双,天 罡,于子龙,许国锋

(1. 国家电投集团东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110181； 2.辽宁东方发电有限公司，辽宁 抚顺 113007)



烟煤锅炉掺改烧褐煤的研究与实践

陈建国1,翟德双1,天 罡2,于子龙2,许国锋2

(1. 国家电投集团东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110181； 2.辽宁东方发电有限公司，辽宁 抚顺 113007)

通过对锅炉部分设备进行改造，实现烟煤锅炉掺烧或全烧褐煤,提高企业经营绩效。对空气预热器反转改造，提升热一次风温度；对一次风机增容改造，提升制粉系统的通风出力；对空预器一、二次风仓进行改造，适当增大一次风仓通流面积，降低一次风阻力；对磨煤机风环及冷热风插板门进行改造，提升磨煤机运行稳定性；在空预器出口左、右2个热一次风道内各设置1套一次风加热器系统，使一次风温提高40～45 ℃，实现300 MW负荷全烧褐煤，年降低燃料成本约1 764万元。

烟煤锅炉；掺烧；褐煤；空预器；制粉系统

1 概况

东方发电公司2×350 MW机组锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-1165/17.45-YM1型亚临界、一次中间再热、自然循环、燃煤汽包锅炉，最大连续蒸发量为1 165 t/h，设计燃用煤种为烟煤，低位发热量19 300 kJ/kg。2台机组于2005年投入商业运行。投产后，由于煤炭市场变化，烟煤价格不断上涨，企业经营面临困境，特别是近年来，发电市场供大于求的状况逐年加剧，机组利用小时数明显降低，双重因素下，企业出现连年亏损。为提高机组的竞争优势、降低发电成本，增强企业盈利水平，东方发电公司2台350 MW机组从2007年初开始尝试掺烧褐煤，边掺烧边总结经验，逐步增大掺烧比例[1-3]。但是，随着褐煤掺烧比例的不断加大，先后出现了如下问题。

a.热一次风温度偏低，受制粉系统干燥出力影响，磨煤机出力远低于设计值。锅炉设计热一次风温312 ℃，实际运行中热一次风温一般为280～305 ℃，较燃用褐煤的300 MW等级机组热一次风温偏低80 ℃。

b.因掺烧褐煤，燃料量增加以及干燥出力限制，一次风量需求量大幅增加，原一次风机出力无法满足需求。

c.掺烧褐煤后，随着燃煤总量的增加，需要一次风机高风压、高出力运行，一次风系统阻力增大，运行中经常发生一次风机失速、喘振，多次造成锅炉MFT。

d.随着一次风量增加，粉管内流速大于设计值，造成粉管和燃烧器磨损严重。

e.低负荷时锅炉氧量偏高，致使炉膛出口NOx偏高，环保达标排放压力大。

2 改造技术难点

2.1 烟煤与褐煤的煤质特性差别较大

烟煤热值一般在15 000～25 000 kJ/kg。我国褐煤热值大多在11 000～16 000 kJ/kg，相对于东北地区烟煤来说，褐煤热值较烟煤热值低25%～40%，因形成年代较短，其碳化程度较浅，因此具有水分含量高、热值低和灰熔点温度低等特点[4-6]，烟煤与褐煤煤质特性对比见表 1。

表1 烟煤与褐煤煤质特性对比

2.2 烟煤锅炉与褐煤锅炉原始设计差别大

2.2.1 制粉系统设计差别

因烟煤发热量比褐煤高1.5倍，对于相同出力的机组，不计算锅炉热效率对煤质消耗量的影响，褐煤消耗量约为烟煤的1.5倍，所以燃用褐煤的锅炉配比的磨煤机数量多于燃用烟煤的锅炉，而且单体磨煤机出力一般高于烟煤锅炉所用的磨煤机。锅炉设计的一次风率也不同，烟煤锅炉一次风率通常在20%～30%，褐煤锅炉一次风率通常在35%，烟煤锅炉与褐煤锅炉制粉系统设计区别见表2。

东方发电公司磨煤机型式为弹簧加载，出力为40.95 t/h，通风量为72.22 t/h，磨煤机碾磨出力、干燥出力、通风出力较同容量等级的燃用褐煤电厂设计相差较多，热一次风温度设计相差也较多。

表2 烟煤锅炉与褐煤锅炉制粉系统设计区别

2.2.2 一次风机与引风机出力设计差别

由于褐煤的高水分特性，需要一次风机提供较大的通风出力和干燥出力，所以相同容量褐煤锅炉的一次风机设计出力要比烟煤锅炉设计值高。受总空气量偏大以及烟气中水蒸气含量偏高的影响，褐煤锅炉产生烟气量一般比烟煤锅炉偏大10%左右。另外，排烟温度也比烟煤锅炉高出20 ℃左右，所以褐煤锅炉引风机出力要比烟煤锅炉高，褐煤机组与烟煤机组设计参数比较见表3。

表3 褐煤机组与烟煤机组设计参数比较

2.2.3 炉膛结构尺寸差别

因烟煤和褐煤煤质特性不同，炉膛结构设计也不同。根据JB/T 10440—2004《大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范》，对于300 MW级别机组，烟煤锅炉炉膛容积热负荷推荐为90～118 kW/m3，褐煤锅炉推荐为75～90 kW/m3；烟煤锅炉炉膛截面热负荷推荐为3.8～5.1 MW/m2，褐煤锅炉推荐为3.3～4.0 MW/m2，烟煤锅炉L3距离推荐为16～20 m，褐煤锅炉推荐为18～24 m。可见，对于相同出力的机组，褐煤锅炉无论从炉膛容积、截面面积、燃尽区高度均要大于烟煤锅炉。东方发电公司锅炉与燃烧褐煤的300 MW等级机组锅炉参数相近， 烟煤锅炉与褐煤锅炉炉膛结构尺寸区别见表4。

表4 烟煤锅炉与褐煤锅炉炉膛结构尺寸区别

3 解决方案

3.1 空预器反转方案

东方发电公司为实现小比例掺烧褐煤，2009年利用机组大修期间先后对1、2号炉进行了空预器反转改造，将空预器由烟气→二次风→一次风侧的旋转方向，改造为由烟气→一次风→二次风侧的旋转方向，使一次风先与空预器储热原件接触，提高一次风温。

改造后，320 MW负荷工况下，可掺烧25%的褐煤，预热器出口热一次风温度从287 ℃提高到306 ℃，平均提高了19 ℃，磨煤机入口温度也从200 ℃上升到280～290 ℃。具体数据见表5。经过6年的实际运行，取得了较好的经济效果，见表6，掺烧褐煤和低质烟煤量逐年增多，累计节约燃料成本达5.3亿元，见表7。

表5 320 MW负荷下表盘及试验对比结果汇总

表6 改造后燃料成本节约情况

表7 改造前后对比

3.2 综合改造方案

经过预热器反转改造后，一次风温虽然有一定提高，但与褐煤锅炉设计值比还有较大差距，掺烧褐煤比例仍然有限，电网负荷尖峰时段和冬季供暖期间仍以燃用优质煤为主，东方发电公司的经营困境还没有完全解决。通过对锅炉本体结构分析，锅炉本体燃烧室尺寸和容积与全烧褐煤的300 MW机组相仿；再结合电网运行实际，机组满负荷运行的几率较低，并从系统改动小、投资少等角度出发，以锅炉80%～90%BRL工况全烧褐煤为改造目标，确定了一次风机增容改造方案、空预器分仓改造方案、一次风加热改造方案、热一次风及风管增容改造方案，因投资大，改造周期长，按轻重缓急分步实施。

3.2.1 一次风机增容及空预器分仓改造

2015年利用机组检修计划，将2台机组一次风机更换为动叶可调轴流式风机，更换后风机各项参数与设计燃用褐煤的300 MW机组参数相当，一次风机最大通风量增加37%，最大全压升增加约54%。将空预器进行分仓改造，将原一、二次风的分仓角度由50°/130°调整为70°/110°，加大了一次风侧通风截面，在空预器出口一次风温有所提高的前提下，减少空预器阻力约30%。

两年来实际运行情况为一次风机母管风压可达10～12 kPa，全烧褐煤时，制粉总体出力增加约14.2 t/h，机组负荷可达到213 MW，带负荷能力增加了29 MW；掺烧褐煤比例在65%～70%时，磨煤总量为170 t/h，能够满足75%以上负荷要求，基本满足采暖期热负荷需求，300 MW最大掺混褐煤比例能达到65%～70%，较之前提高了30个百分点，节约燃料成本1.42亿元，改造后燃料成本节约情况见表8。

表8 改造后燃料成本节约情况

3.2.2 一次风加热改造方案

为进一步解决负荷高峰时段和供暖期对优质煤依赖的问题，2017年，东方发电公司计划开展一次风提温改造，在热一次风分配集箱前左、右2个热一次风道内各设置1套热一次风加热器系统。利用热再过热度来加热热一次风，加热后的蒸汽通过减压阀减到三抽压力后，代替三抽蒸汽回到3号高加继续加热给水。同时，在原三抽蒸汽管路设置截止阀，也可用三抽蒸汽加热热一次风，两路可切换。全烧褐煤时用热再蒸汽加热热一次风，掺烧褐煤时，干燥出力富裕，可用三抽蒸汽加热热一次风，提高机组回热的经济性，热一次风加热器蒸汽系统如图1所示。

图1 热一次风加热器蒸汽系统

4 结论

上述改造全部完成后，热一次风温度能提高40～45 ℃，实现300 MW负荷全烧褐煤，褐煤掺烧比提高30%，年降低燃料成本约1 764万元。并可以灵活适应煤炭市场，根据烟煤、褐煤市场价格变化，调整燃煤结构，可有效缓解企业经营压力。全烧褐煤后，炉膛内理论燃烧温度降低约35 ℃，可有效降低炉内NOx生成，可提高SCR进口烟温约8 ℃。由于热一次风风温提升，低负荷时可减少一次风风率，增强二次风切圆可靠性，有助于稳燃，改善机组深度调峰能力，在电力辅助调峰服务市场上获利。

[1] 高继录，邹天舒，李志山，等.1 000 MW机组神华煤掺烧霍林河褐煤的试验研究[J].动力工程学报，2012，32(6)：430-434.

[2] 程玉贵，高继录，闫洪勇，等.800 MW超临界锅炉大比例掺烧褐煤安全性分析[J].东北电力技术，2013,34(5)：24-27.

[3] 才延福，高继录，邹天舒.1000 MW超超临界机组掺烧褐煤试验研究[J].东北电力技术，2014，35(6)：27-29，33.

[4] 高继录，程善勤，祝志福，等.300 MW褐煤锅炉严重结焦原因分析及治理措施[J].东北电力技术，2013,34(4)：24-27.

[5] 白永会，王 辉，高继录.800 MW超临界机组掺烧褐煤的研究与应用[J].东北电力技术，2012,33(8)：43-45.

[6] 李战国，袁鸿飞，冷 杰，等.MPS-HP-II型磨煤机磨制高水分褐煤出力计算及应用研究[J].东北电力技术，2014，35(10)：41-43.

Research and Practice on Mix-Burnning Lignite of Bituminous Coal Boiler

CHEN Jianguo1, ZHAI Deshuang1, TIAN Gang2, YU Zilong2, XU Guofeng2

(1. SPIC Northeast Electric Power Co., Ltd. ,Shenyang，Liaoning 110181,China;2. Liaoning dongfang power Co., ltd., Fushun,Liaoning 113007, China)

Through the transformation of some boiler equipments, it achieves mix-burnning lignite of bituminous coal boiler or bituminous coal boiler to improve performance. To reverse transforming the air preheater in order to improve the heat transfer rate and to improve the ventilation of the coal pulverizing system for the first and second wind warehouse of air preheater,the flow area of primary flow passage increasing once the wind resistance is reduced.The transformation of the air ring structure,heating and cooling air door of the coal mill improve the operation stability of the coal mill.A set of primary air heater system is arranged in the left and right heat primary air ducts of the air preheater outlet to increase the primary air temperature 40～45 ℃.It realizes the lignite with 300 MW load, and reduces the fuel cost by about ￥17,640,000 Chinese RMB.

bituminous coal boiler；mix-burnning；lignite；air preheater；milling system

TK227.1

A

1004-7913(2017)06-0041-04

陈建国(1969)，男，高级工程师，主要从事火力发电管理及相关技术研究工作。

2017-04-10)