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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可行性進行了理論分析及設計，并分析了改造經濟性，最終提出幾點改造及運行過程中應該注意問題。關鍵詞：劣質煤 燃燒器 防結渣 二次風速 一次風速 0 序言 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優質原煤，多年來隨原煤價格連續走高，發電成本居高不下，為落實分企業精煤戰略，降低發電成本，熱電廠二期3臺220t/h煤粉爐準備燃用劣質煤（發燒量3500-4000Kcal/kg）。依據現有設備情況，熱電廠組織技術人員2、充足討論，并咨詢相關設計單位，并借鑒其它電廠經驗。為確保鍋爐燃用劣質煤要求，需對鍋爐燃燒器及其它隸屬設備進行對應改造。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HG2209.8YM10型煙煤鍋爐，配50MW汽輪機組。針對燃用設計煤種含有較高揮發份和較高熱值，采取了較大爐膛截面尺寸(爐膛寬度為7570mm；深度為7570mm)，假想切園直徑為800mm。采取中間儲藏式制粉粉系統。燃燒設備為四角部署，切向燃燒，直流燃燒器，風粉氣流從爐膛四角噴入，噴口中心線和爐膛中心形成假想切圓，每角燃燒器共部署5層噴口，包含2層一次風噴口，3層二次風噴3、口。2 影響燃燒器設計原因分析及標準2. 1 燃燒器設計原因分析原設計煤種含有較高揮發份和較高熱值，其著火和燃盡特征良好?，F更換煤種揮發分較高，但灰分也很高、發燒量低，所以，預防噴嘴結焦和燒損是燃燒器設計必需考慮關鍵內容?，F煤種灰份高，其結焦特征是很強。必需對預防結焦給足夠重視。較大爐膛寬深比易造成氣流偏斜，設計燃燒器時必需采取降低爐膛出口煙溫偏差和預防爐膛結焦方法。2. 2燃燒器設計標準燃燒器結構設計應以盡可能降低對原設備改造為標準。參數選擇應考慮到劣質煤灰分特點，增加對燃燒影響、預防結焦、低污染和低負荷穩定運行特點。3 燃燒器參數選擇3. 1 一次風速選擇一次風速選為23 m/s。根據設計4、燃料燃燒特征一次風速能夠選更高，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 二次風速選擇二次風速選為46m/s，按現有爐膛斷面二次風速能夠選低部分，不過二次風速選擇一樣須考慮煤質改變影響，鍋爐總空氣量是不變，一次風量增加肯定使二次風速下降。為確保一、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部署，為確保前期燃燒必需為一次風噴嘴設周界風，立即提供周界風有利燃盡，選擇適宜二次風風層厚度，能有效地預防結焦發生，周界風占二次風15%。足夠下二次風可起到托粉、降低爐渣含碳量作用，下二5、次風噴口增加面積10%。3. 4 假想切圓直徑和二次風反切角度選擇為降低改動工作量，風箱中心線在爐內形成假想切圓直徑仍為800mm，僅經過改變各噴嘴角度來控制氣流旋轉程度。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。這也是預防結焦及減輕兩側氣溫偏差關鍵原因。4 燃燒器部署燃燒器二次風噴嘴基礎部署方法不變。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，煤粉燃燒器為分散部署并配有周界風。上兩層二次風分上下兩部分，下部為剛性偏置二次風。燃燒器部署見圖1：改造前噴口部署圖改造后噴口部署圖6、1燃燒器部署示意圖將全部八臺一次風改為對置丘體煤粉分離裝置 + 水平濃淡WR煤粉燃燒器。部署于風箱內對置丘體煤粉濃縮器利用機翼葉柵及濃側對置丘體慣性分離作用將煤粉氣流分為濃淡兩股。煤粉分離器結構示意圖見圖2。濃相在向火側 ，淡相在背火側，向火側氣流向上游反切10。煤粉噴嘴中間設置WR鈍體，濃一次風噴嘴向火側設計為WR齒型擾流結構噴嘴。在煤粉噴嘴四面周界風是均勻分布。對置丘體煤粉濃縮器對其入口段煤粉管道無特殊要求，可確保濃煤粉在上游，不會出現原有用煤粉管道分離所造成一些噴嘴濃煤粉在下游現象，或用隔板強行導向所造成四角阻力不一樣現象。對置丘體煤粉濃縮器可將7580%以上煤粉分離至濃側，20%左右煤7、粉在淡側，同時確保兩側濃淡風比在適宜設計要求范圍之內，以真正實現濃淡分離技術要求，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。這種結構不僅能夠減小熱應力，而且能夠預防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、和對置丘體煤粉分離器結構示意見圖2。在下二次風噴嘴有一切口，使一部分二次風沖向下水冷壁以預防噴嘴下堆焦，其較低風溫也起到了防焦作用。上兩層二次風下部偏置二次風向下游切20，預防爐膛及高溫腐蝕結焦。油槍和點火器還部署在下二次風噴嘴內。5燃燒系統性能確保方法5.1 提升煤種適應能力5.1.1 采取對置丘體煤粉分離器 +8、 水平濃淡WR燃燒器對置丘體煤粉分離器將70%以上煤粉分離至濃側，降低了著火所需熱量。即使在低負荷，濃相煤粉濃度也高于常規燃燒器正常煤粉濃度，確保不投油穩定燃燒。對水平濃淡燃燒器，鈍體形成熱煙氣回流和齒形邊造成一次風和熱煙氣間強烈熱交換使一次風快速被加熱著火，溫度急劇升高，揮發份析出量大增。80%以上煤粉在濃相使一次風率降低。這兩個條件使著火條件大大改善。淡煤粉氣流逐步混入著火氣流確保前期燃燒所需空氣量，能夠得到相當高燃燒效率。5.1.2 一次風內設豎直WR鈍體，噴嘴四面設齒型邊WR鈍體形成熱煙氣回流和齒型邊造成一次風和熱煙氣間強烈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9、度，加緊了火焰傳輸速度。5.2預防結焦方法5.2.1采取水平濃淡燃燒器使濃相在向火側 ，淡相在背火側以避免煤粉貼墻，預防結焦。5.2.2部分剛性偏置二次風切壁設計減小了一次風沖擊可避免火焰沖墻預防結焦。5.2.3 下二次風噴嘴有一切口，使一部分二次風沖向下水冷壁以預防噴嘴上下堆焦。上述方法同時也可起到預防結焦及高溫腐蝕作用。 5.3 減小爐膛出口煙溫偏差方法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改造后所達成目標6.1 在鍋爐運行滿負荷工況，能夠燃用發燒量在35004000kcal/kg劣質煤，確保穩定燃燒。6.2 最少確保鍋爐在70%負荷不投油穩定燃燒。6.3 10、確保鍋爐長久運行后，水冷壁及燃燒器不結焦、不腐蝕。6.4 燃燒器有良好調整性。6.5 燃燒器改造后能長久、安全、穩定運行。7經濟效益分析將原設計燃用發燒量5680kcal/kg、灰份23.01%優質原煤改造為燃用發燒量3500-4000kcal/kg、灰份45%劣質煤?，F三臺鍋爐改造后已全部投入運行，設備運行穩定，達成了改造目標?，F在，熱電廠三臺220t/h煤粉爐燃煤為某選煤廠和南選洗中煤，發燒量為4000kcal/kg左右。改造后每十二個月可節省5000kcal/kg左右優質原煤50.8萬噸，整年估計燃用劣質煤63.3萬噸，改造后經濟效益顯著，現將改造前后效益分析以下：7.1 以分企業原有煤11、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） 改造前使用原煤發燒量4900 kcal/kg左右，整年耗量50.8萬噸，則整年用煤成本支出：0.0632490050.8萬噸15731.744萬元改造后使用原煤發燒量3500-4000 kcal/kg左右，整年耗量63.3萬噸，則整年用煤成本支出：0.0444400063.3萬噸11242.08萬元整年降低原煤成本支出15731.74411242.084489.664萬元7.2 以分企業最新煤炭價格計算混煤（發燒量47015100千卡12、/千克）價格608.55元/噸（不含稅）洗混煤（發燒量35004000千卡/千克）價格305.98元/噸（不含稅）改造前原煤成本支出608.5550.8萬噸30914.34萬元改造后原煤成本支出305.9863.3萬噸19368.534萬元整年降低原煤成本支出30914.3419368.53411545.806萬元7.3從以上分析得出：按集團企業原煤炭價格標準，改造后整年節省4489.664萬元。按集團企業最新煤炭價格標準，改造后整年節省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幾點應注意問題8.1制粉系統存在問題因劣質原煤中石塊、矸石較多，使原煤硬度13、增大，而且耗煤量升高，所以造成制粉系統出力不足，可能不能滿足鍋爐負荷需求，煤粉細度將升高。較粗煤粉對燃燒很不利（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。提議方法：因現在情況，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：采取方法盡最大可能降低原煤中石頭、矸石等含量，如無法清除也應盡可能減小其粒度。8.1.2運行方面：需確保球磨機襯板完好、及鋼球質量、數量。提議使用優質鋼球，確保磨內鋼球充足（球磨機空載電流應達成45A）。同時合理調整粗粉分離器擋板，并依據實際運行工況調整通風量，使磨煤出力及14、煤粉細度達成最好結合點，即盡可能提升出力，同時確保細度要求。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，灰量增加尤為顯著，可達成2.2倍以上?，F在除灰系統已進行擴容改造，此問題已得四處理，但應注意加強檢修維護，確保設備穩定運行。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，而飛灰依次經過屏過、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，而磨損量和流速三次方成正比，所以，綜合磨損量將以幾何方法增加，以現在二期鍋爐磨損量看， 5#、6#爐磨損已相當嚴重，7#爐一省磨損也較嚴15、重。（只更換6#爐二級過熱器40組）?，F雖經過鋪設防磨瓦、補焊等方法，但也只能維持現實狀況，情況不容樂觀，運行中也數次發生爆管等事故，如深入加劇磨損，情況將深入惡化，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發重視問題?，F在應采取方法：從現在看，現能采取方法只能是在過熱器、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，則變形等處受熱面管道得不到保護，所以必需同時對過熱器、省煤器進行整形，盡可能確保管束整齊排列（此項工作車間已經進行）。如方法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16、入巨大，而且我廠無檢修能力進行更換。8.4其它應注意問題（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一樣程度地上升，現在煙溫及排煙溫度最高上升10，如長久運行，可能升高更多。所以隨各金屬壁溫升高，可能發生超溫爆管。從現在數據顯示，此項問題雖不突出，但應引發重視。（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、彎頭等磨損將很嚴重，尤其對排粉機磨損將深入加劇，現在7#爐排粉機葉輪更換周期為十二個月，燃用劣質煤后，更換周期可能深入縮短。（7#爐排粉機磨損問題現在已十分突出）提議采取方法：對制粉系統和一次風管、彎頭等加大投入，大修期間對已磨損應盡可能挖補，并對局部嚴重給予更17、換。排粉機采取防磨方法。（3）電除塵功率及安全運行如燃用劣質煤后，電除塵負荷增加一倍，所以電除塵安全運行至關關鍵，如電除塵出現故障，則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，而且對引風機葉片磨損將很嚴重，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，壓力將深入加大。（5）7#爐撈渣機，碎渣機應作為檢修關鍵，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）鍋爐和熱工配合做好各風門擋板調校，確保實際開度和指示相同，并確保靈活好用，方便運行調整燃燒。關鍵為各二次風檔板。運行中應注意合適增大上、下二次風量及增加一次風速。9 結束語熱電廠3臺220t/h煤粉爐改造，經過近4個月運行，能夠達成設計燃用35004000千卡/千克劣質煤要求，而且鍋爐在最低70%負荷時不投油并能確保穩定燃燒。同時鍋爐長久運行后，水冷壁及燃燒器無結焦、腐蝕，燃燒器長久、安全、穩定運行。改造后，按集團企業最新煤炭價格標準，熱電廠僅此項改造整年就節省支出11545.806萬元。經過此項改造，發明了良好經濟效益和社會效益。為礦區節能減排做出了較大貢獻。而且為中國、外同類型電廠提供了良好借鑒經驗。