董海龍--熱電廠3×220TH鍋爐燃用劣質煤改造方案及經濟性分析

1、熱電廠3X 220T/H鍋爐燃用劣質煤改造方案及經濟性分析摘 要： 本文對 220T/h 煤粉爐燃用劣質煤改造的可行性進行了理論分析及設計，并分析了改造的經濟性， 最后提出幾點改造及運行過程中應該注意的問題。關鍵詞： 劣質煤 燃燒器 防結渣 二次風速 一次風速0 前言某熱電廠于 1986 年開工建設，共分兩期，總裝機容量 17.5 萬千瓦。其中二期為 3 臺 220t/h 煤粉爐，設計煤種 5680 Kcal/kg 的優(yōu)質原煤，近年來隨原煤價格持 續(xù)走高，發(fā)電本錢居高不下， 為落實分公司精煤戰(zhàn)略， 降低發(fā)電本錢，熱電廠二期 3臺 220t/h 煤粉爐準備燃用劣質煤發(fā)熱量 3500-4000Kc

2、al/kg 。根據(jù)現(xiàn)有設備情況，熱電廠組織技術 人員充分討論，并咨詢有關設計單位，并借鑒其他電廠經驗。為保證鍋爐燃用劣質煤要求， 需對鍋爐燃燒器及其他附屬設備進行相應改造。 本文對此項改造進行了理論分析及實踐指導。1 原鍋爐技術參數(shù)某熱電廠220t/h鍋爐系哈爾濱鍋爐廠生產制造的 HG22QZ9.8 YM1型煙煤鍋爐，配50MW 汽輪機組。針對燃用設計煤種具有較高的揮發(fā)份和較高熱值， 采用了較大的爐膛截面尺寸 爐 膛寬度為7570mm深度為7570mm假想切園直徑為800mm采用中間儲藏式制粉粉系統(tǒng)。 燃燒設備為四角布置，切向燃燒，直流燃燒器，風粉氣流從爐膛四角噴入，噴口中心線與爐 膛中心形成

3、假想切圓，每角燃燒器共布置 5 層噴口，包括 2層一次風噴口， 3層二次風噴口。2 影響燃燒器的設計因素分析及原那么2. 1 燃燒器的設計因素分析 原設計煤種具有較高的揮發(fā)份和較高熱值，其著火和燃盡特性良好?，F(xiàn)更換的煤種揮發(fā)分較高，但灰分也很高、發(fā)熱量低，因此，防止噴嘴結焦和燒損是燃燒器設計必須考慮的重 要內容。現(xiàn)煤種灰份高，其結焦特性是很強的。必須對防止結焦給予足夠重視。較大的爐膛 寬深比易造成氣流偏斜，設計燃燒器時必須采取減少爐膛出口煙溫偏差和防止爐膛結焦的措 施。2. 2 燃燒器設計原那么 燃燒器結構設計應以盡可能減少對原設備的改造為原那么。參數(shù)選取應考慮到劣質煤灰分 的特點，增加對燃燒

4、的影響、防止結焦、低污染以及低負荷穩(wěn)定運行的特點。3燃燒器參數(shù)的選取3. 1 一次風速的選取一次風速選為23 m/s。按照設計燃料的燃燒特性一次風速可以選的更高，以強化一、二 次風混合。考慮到雨季燃料水分增大，勢必造成磨煤機通風量增大使一次風速增加。一次風 速選擇過高將影響鍋爐燃燒穩(wěn)定性。3. 2二次風速的選取二次風速選為46m/s，按現(xiàn)有爐膛斷面二次風速可以選的低一些，但是二次風速選擇同 樣須考慮煤質變化的影響，鍋爐總空氣量是不變的，一次風量增加必然使二次風速下降。為 保證一、二次風混合不致過差，二次風速不能選擇太低。3. 3 二次風分配一次風是分散布置的，為保證前期燃燒必需為一次風噴嘴設周

5、界風，及時提供周界風有 利燃盡，選擇適宜的二次風風層厚度，能有效地防止結焦的發(fā)生，周界風占二次風的15%足夠的下二次風可起到托粉、減少爐渣含碳量的作用，下二次風的噴口增加面積10%3. 4 假想切圓直徑和二次風 反切角度的選取為減少改開工作量，風箱中 心線在爐內形成的假想切圓直 徑仍為© 800mm僅通過改變各 噴嘴的角度來控制氣流的旋轉 程度。一次風中心線假想切圓直 徑不變，但一次風濃側向火側 向上游反切10°。三層二次風 中心線假想切圓直徑不變。 第二層及第三層二次風下半個 噴口中心線向下游切20°。這 也是防止結焦及減輕兩側氣溫 偏差的重要因素。 4燃燒器布

6、置燃燒器二次風噴嘴根本布置方式不變。兩層一次風中心線標高不變，一次風為水平濃淡 煤粉燃燒器，煤粉燃燒器為分散布置并配有周界風。上兩層二次風分上下兩局部，下部為剛 性偏置二次風。燃燒器布置見圖1：a圖1 燃燒器布置示意圖將所有八臺一次風改為對置丘體煤粉別離裝置+水平濃淡WF煤粉燃燒器。布置于風箱內的對置丘體煤粉濃縮器利用機翼葉柵及濃側的對置丘體的慣性別離作用將煤粉氣流分為濃 淡兩股。煤粉別離器的結構示意圖見圖 2。濃相位于向火側，淡相位于背火側，向火側氣流 向上游反切10°。煤粉噴嘴中間設置 WR鈍體，濃一次風噴嘴的向火側設計為 WF齒型擾流結 構噴嘴。位于煤粉噴嘴四周的周界風是均勻分

7、布的。對置丘體煤粉濃縮器對其入口段的煤粉管道無特殊要求，可保證濃煤粉位于上游，不會 出現(xiàn)原有用煤粉管道別離所造成的某些噴嘴濃煤粉在下游現(xiàn)象，或用隔板強行導向所造成的 四角阻力不同現(xiàn)象。對置丘體煤粉濃縮器可將7580%以上的煤粉別離至濃側，20%左右的煤粉位于淡側，同時保證兩側濃淡風比在適宜的設計要求范圍之內，以真正實現(xiàn)濃淡別離的技 術要求，即滿足濃淡兩側煤粉濃度之比為比 3: 1。一次風噴嘴上割有多條膨脹縫，煤粉噴嘴 和周界風噴嘴之間用多條拉筋相連。這種結構不但可以減小熱應力，而且可以防止產生過大 熱態(tài)噴口產生變形。一次風室、水平濃淡煤粉燃燒器、以及對置丘體煤粉別離器結構示意見圖2。在下二次風

8、噴嘴有一切口，使一局部二次風沖向下水冷壁以防止噴嘴下堆焦，其較低的 風溫也起到了防焦的作用。上兩層二次風下部偏置二次風向下游切 20°，防止爐膛及高溫腐 蝕結焦。油槍和點火器還布置在下二次風噴嘴內。5 燃燒系統(tǒng)性能保證措施5. 1 提高煤種適應能力5采用對置丘體煤粉別離器+水平濃淡WR然燒器對置丘體煤粉別離器將 70%以上的煤粉別離至濃側，減少了著火所需熱量。即使在低負 荷，濃相的煤粉濃度也高于常規(guī)然燒器的正常煤粉濃度，保證不投油穩(wěn)定然燒。對水平濃淡 然燒器，鈍體形成的熱煙氣回流和齒形邊造成的一次風與熱煙氣間強烈的熱交換使一次風迅 速被加熱著火，溫度急劇升高，揮發(fā)份析出量大增。 80

9、%以上的煤粉在濃相使一次風率減少。 這兩個條件使著火條件大大改善。 淡煤粉氣流逐漸混入著火氣流保證前期然燒所需的空氣量， 可以得到相當高的然燒效率。5 一次風內設豎直 WR鈍體，噴嘴四周設齒型邊WR鈍體形成的熱煙氣回流和齒型邊造成的一次風與熱煙氣間強烈的熱交換使風粉混合 物溫度急劇升高，揮發(fā)份析出量增大，降低了著火溫度，加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣取?. 2 防止結焦的措施5 采用水平濃淡然燒器使?jié)庀辔挥谙蚧饌?，淡相位于背火側以防止煤粉貼墻，防止結焦。5 局部剛性偏置二次風切壁設計減小了一次風的沖擊可防止火焰沖墻防止結焦。5 下二次風噴嘴有一切口，使一局部二次風沖向下水冷壁以防止噴嘴上下堆焦。上述措施

10、同時也可起到防止結焦及高溫腐蝕的作用。5. 3 減小爐膛出口煙溫偏差的措施濃一次風氣流向上游反切 10°以減小假想切圓直徑，減弱爐內氣流旋轉程度。6 改造后所到達目的6.1 在鍋爐運行滿負荷工況， 可以然用發(fā)熱量在 35004000kcal/kg 的劣質煤，保證穩(wěn)定然燒。6.2 至少保證鍋爐在 70%負荷不投油穩(wěn)定然燒。6.3 保證鍋爐長期運行后，水冷壁及然燒器不結焦、不腐蝕。 。6.4 然燒器有良好的調節(jié)性。6.5 然燒器改造后能長期、平安、穩(wěn)定運行。7 經濟效益分析將原設計然用發(fā)熱量 5680kcal/kg 、灰份 23.01%的 優(yōu)質原煤改造為然用發(fā)熱量 3500-4000kc

11、al/kg 、灰份 45%的劣質煤?，F(xiàn)三臺鍋爐改造后已全部投入運行，設備運行穩(wěn)定，到達了改造目的目前，熱電廠三臺 220t/h 煤粉爐燃煤為某選煤廠和南選洗中煤，發(fā)熱量為 4000kcal/kg 左右。改造后每年可節(jié)省 5000kcal/kg 左右的優(yōu)質原煤 50.8 萬噸，全年預計燃用劣質煤 63.3 萬噸，改造后經濟效益顯著，現(xiàn)將改造前后效益分析如下：7.1 以分公司原有煤炭價格標準計算動力煤價格：47015000kcal/kg 價格0.0632元/兆卡不含稅39014000kcal/kg 價格0.0444元/兆卡不含稅改造前使用原煤發(fā)熱量 4900 kcal/kg 左右，全年耗量 50.

12、8 萬噸，那么全年用煤本錢支出：X 4900 X =改造后使用原煤發(fā)熱量 3500-4000 kcal/kg 左右，全年耗量 63.3 萬噸，那么全年用煤本錢支出：X 4000 X =全年減少=7.2 以分公司最新煤炭價格計算混煤發(fā)熱量 47015100千卡/千克價格 608.55元/噸不含稅 洗混煤發(fā)熱量 35004000千卡/千克價格 305.98 元/噸不含稅X =X =全年減少=從以上分析得出： 按集團公司原煤炭價格標準，改造后全年節(jié)省。按集團公司最新煤炭價格標準，改造后全年節(jié)省 11545.806 萬元。6600 萬元。8 幾點應注意的問題8. 1 制粉系統(tǒng)存在的問題 因劣質原煤中石

13、塊、矸石較多，使原煤硬度增大，并且耗煤量升高，因此造成制粉系統(tǒng) 出力缺乏，可能不能滿足鍋爐負荷需求，煤粉細度將升高。較粗的煤粉對燃燒非常不利燃 用劣質煤后，細度應低于設計值，即越細越好，認為以20%25%為宜。同時大顆粒煤粉對尾部受熱面磨損將大幅度上升。建議措施：因目前情況，增加或改造球磨機等設備不太現(xiàn)實，只能從運行調整及原煤入 手。8 原煤方面：采取措施盡最大可能降低原煤中石頭、矸石等含量，如無法去除也應盡量減小 其粒度。8 運行方面：需保證球磨機襯板完好、及鋼球質量、數(shù)量。建議使用優(yōu)質鋼球，保證磨內鋼 球充足球磨機空載電流應到達 45A同時合理調整粗粉別離器擋板，并根據(jù)實際運行工況 調整通

14、風量，使磨煤出力及煤粉細度到達最正確結合點，即盡量提高出力，同時保證細度要 求。8. 2 排灰、渣方面問題因燃用劣質煤后，在相同負荷下， 灰、渣量大幅度增加，灰量增加尤為明顯，可到達 2.2 倍以上。目前除灰系統(tǒng)已進行擴容改造，此問題已得到解決，但應注意加強檢修維護，保證 設備穩(wěn)定運行。8. 3 鍋爐燃用劣質煤后，尾部受熱面磨損問題 燃用劣質煤后，飛灰大幅度增加，而飛灰依次通過屏過、一級、二級對流過熱器，二級、 一級省煤器等受熱面，致使受熱面磨損加劇，同時因增加一、二次風速及風量，尾部煙氣流 速升高，而磨損量與流速三次方成正比，因此，綜合磨損量將以幾何方式增長，以目前二期 鍋爐磨損量看， 5#

15、、6#爐磨損已相當嚴重， 7#爐一省磨損也較嚴重。 2022 年只更換 6#爐二 級過熱器 40 組?，F(xiàn)雖通過鋪設防磨瓦、補焊等措施，但也只能維持現(xiàn)狀，情況不容樂觀， 運行中也屢次發(fā)生爆管等事故，如進一步加劇磨損，情況將進一步惡化，事故率將大幅度上 升，最終如受熱面大面積磨損將無法進行處理。 此項也是燃用劣質煤后最應引起重視的問題。目前應采取的措施：從目前看，現(xiàn)能采取的措施只能是在過熱器、省煤器等易磨損部位 大量鋪設防磨瓦，以減輕磨損。但鋪設防磨瓦因中間等部位無法進行，那么變形等處受熱面管 道得不到保護，因此必須同時對過熱器、省煤器進行整形，盡量保證管束整齊排列此項工 作車間已經進行。如措施不

16、到位發(fā)生大面積磨損，后果將相當嚴重，只能進行過熱器、省煤 器等更換，但此項資金投入巨大，并且我廠無檢修能力進行更換。8. 4 其他應注意的問題 1因燃用劣質煤后，火焰中心上移，尾部各煙溫及排煙溫度將不同程度地上升，目前煙溫及排煙溫度最高上升10C，如長期運行，可能升高更多。因此隨各金屬壁溫的升高，可能發(fā) 生超溫爆管。從目前數(shù)據(jù)顯示，此項問題雖不突出，但應引起重視。2制粉系統(tǒng)等磨損問題 因燃用劣質煤后，制粉管道、一次風管、彎頭等磨損將非常嚴重，尤其對排粉機的磨損將進一步加劇，目前 7#爐排粉機葉輪更換周期為一年，燃用劣質煤后，更換周期可能進一步 縮短。 7#爐排粉機磨損問題現(xiàn)在已十分突出建議采取

17、措施：對制粉系統(tǒng)和一次風管、彎頭等加大投入，大修期間對已磨損的應盡量 挖補，并對局部嚴重的予以更換。排粉機采用防磨措施。 3電除塵的功率及平安運行 如燃用劣質煤后，電除塵負荷增加一倍，因此電除塵的平安運行至關重要，如電除塵出 現(xiàn)故障，那么大量飛灰將進入引風機后從煙囪排出，引風機出力將可能無法滿足排風需求，并且對引風機葉片磨損將非常嚴重，可能造成風機故障。4燃料上煤可能出現(xiàn)困難 因劣質煤中石頭、雜物較多，可能造成上煤難度增大。同時因燃煤量升高，輸煤系統(tǒng)負 荷增加，壓力將進一步加大。57#爐撈渣機，碎渣機應作為檢修重點，因燃用劣質煤后灰渣硬度可能增大，渣量增多， 撈、碎渣機工況將可能惡化 5#6#爐碎渣機應問題不大 ，如發(fā)生該設備故障將影響鍋爐運行。6鍋爐與熱工配合做好各風門擋板調校，保證實際開度與指示相同，并保證靈活好用