1、熱電廠3220T/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的優質原煤，近年來隨原煤價格持續走高，發電本錢居高不下，為落實分公司精煤戰略，降低發電本錢，熱電廠二期3臺220t/h煤粉爐準備燃用劣質煤發熱量3500-4000Kcal/kg。根據現有設備情況，熱電廠組織技

2、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 原鍋爐技術參數某熱電廠220t/h鍋爐系哈爾濱鍋爐廠生產制造的HG2209.8YM10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。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、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份和較高熱值，其著火和燃盡特性良好。現更換的煤種揮發分較高，但灰分也很高、發熱量低，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。參數選取應考慮到劣質煤灰分的特點，增加對燃燒的影響、防止結焦、低污染以及低負荷穩定運行的特點。3 燃燒器參數的選取3. 1

4、 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定性。3. 2 二次風速的選取二次風速選為46m/s，按現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生，周

5、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

6、下兩局部，下部為剛性偏置二次風。燃燒器布置見圖1：改造前噴口布置圖改造后噴口布置圖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WR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WR齒型擾流結構噴嘴。位于煤粉噴嘴四周的周界風是均勻分布的。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，不會出現原有用煤粉管道別離所造成的某些噴嘴濃煤粉在下游現象

7、，或用隔板強行導向所造成的四角阻力不同現象。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

8、焦。油槍和點火器還布置在下二次風噴嘴內。5 燃燒系統性能保證措施5. 1 提高煤種適應能力5.1.1 采用對置丘體煤粉別離器 + 水平濃淡WR燃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燃燒器的正常煤粉濃度，保證不投油穩定燃燒。對水平濃淡燃燒器，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，揮發份析出量大增。80%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燃燒所需的空氣量，可以得到相當高的燃燒效率。5.1.2 一次風內設

9、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，揮發份析出量增大，降低了著火溫度，加快了火焰傳播速度。5. 2防止結焦的措施5.2.1 采用水平濃淡燃燒器使濃相位于向火側 ，淡相位于背火側以防止煤粉貼墻，防止結焦。5.2.2 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。5.2.3 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。

10、6 改造后所到達目的6.1 在鍋爐運行滿負荷工況，可以燃用發熱量在35004000kcal/kg的劣質煤，保證穩定燃燒。6.2 至少保證鍋爐在70%負荷不投油穩定燃燒。6.3 保證鍋爐長期運行后，水冷壁及燃燒器不結焦、不腐蝕。6.4 燃燒器有良好的調節性。6.5 燃燒器改造后能長期、平安、穩定運行。7 經濟效益分析將原設計燃用發熱量5680kcal/kg、灰份23.01%的優質原煤改造為燃用發熱量3500-4000kcal/kg、灰份45%的劣質煤。現三臺鍋爐改造后已全部投入運行，設備運行穩定，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，發熱量為4000kca

11、l/kg左右。改造后每年可節省5000kcal/kg左右的優質原煤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 改造前使用原煤發熱量4900 kcal/kg左右，全年耗量50.8萬噸，那么全年用煤本錢支出：0.0632490050.8萬噸15731.744萬元改造后使用原煤發熱量3500-4000 kcal/kg左右，全年耗量63.3萬噸，那么全年用煤本錢支出：0.04444

12、00063.3萬噸11242.08萬元全年減少原煤本錢支出15731.74411242.084489.664萬元7.2 以分公司最新煤炭價格計算混煤發熱量47015100千卡/千克價格608.55元/噸不含稅洗混煤發熱量35004000千卡/千克價格305.98元/噸不含稅改造前原煤本錢支出608.5550.8萬噸30914.34萬元改造后原煤本錢支出305.9863.3萬噸19368.534萬元全年減少原煤本錢支出30914.3419368.53411545.806萬元7.3從以上分析得出：按集團公司原煤炭價格標準，改造后全年節省4489.664萬元。按集團公司最新煤炭價格標準，改造后全年節

13、省11545.806萬元。以上效益分析不含節省50.8萬噸原煤入洗利潤6600萬元。8 幾點應注意的問題8. 1制粉系統存在的問題因劣質原煤中石塊、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實，只能從運行調整及原煤入手。8.1.1 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。8.1.2 運行方面：需保證

14、球磨機襯板完好、及鋼球質量、數量。建議使用優質鋼球，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，并根據實際運行工況調整通風量，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

15、、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#、6#爐磨損已相當嚴重，7#爐一省磨損也較嚴重。2023年只更換6#爐二級過熱器40組。現雖通過鋪設防磨瓦、補焊等措施，但也只能維持現狀，情況不容樂觀，運行中也屢次發生爆管等事故，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

16、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。如措施不到位發生大面積磨損，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10，如長期運行，可能升高更多。因此隨各金屬壁溫的升高，可能發生超溫爆管。從目前數據顯示，此項問題雖不突出，但應引起重視。2制粉系統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

17、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在已十分突出建議采取措施：對制粉系統和一次風管、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，以