54%水份褐煤中速磨+∏型汽包炉燃烧调整

54%水份褐煤中速磨+∏型汽包炉燃烧调整
神华国华印尼（南苏）发电有限公司
付林刘海山伊喜来
摘要：针对神华国华（印尼）南苏发电有限公司高水分褐煤（高达52%）、高挥发分、低热值的特点和国内外电厂燃用此煤种的零经验，结合国内燃用褐煤普遍采取的两种策略，其中燃用褐煤采用中速磨制粉系统的原煤水分均小于40%以下，通过燃烧优化和制粉系统运行优化调整，神华国华（印尼）南苏发电有限公司，成功实现了中速磨制粉系统锅炉燃用高水分52-55%高水份褐煤。

关键词：高水分、褐煤、中速磨、燃烧优化
1.概述
神华国华(印尼)南苏发电有限公司（以下简称国华印电）位于印尼南苏门答腊岛穆印县境内。

神华国华印尼南苏发电公司是神华集团第一个“煤电一体化”的海外投资项目。

南苏电厂一期工程为2×150MW燃煤发电机组，锅炉燃用就近坑口煤矿褐煤。

锅炉设计褐煤原煤水份52%，实际原煤水份达到62%，煤矿开采的原煤通过蒸汽干燥机将原煤水分干降至38%再送入锅炉原煤斗。

机组投产试运后发现当煤干燥机后原煤水分达到40%左右，干燥机至原煤斗沿程输煤皮带像一条翻江倒海的黑龙，根本无法控制且粉尘飞扬沉积到哪里，哪里就会发生着火或爆炸，电厂人员每天都在到处救火、防爆炸困惑中；且干燥机干燥后原煤因粉尘较大干燥机烟尘排放浓度达到1000mg/m3，干燥机除尘器排放的煤泥无法处置，电厂安全生产经意受到从来未遇到煤的困扰，煤的问题不能彻底解决关系到电厂是否能经营的下去境地，失败就意味着国家资财无形的损失、神华公司海外投资发展战略同样受阻搁浅。

通过锅炉燃烧优化调整，锅炉成功实现燃用52-54%高水份褐煤，从源头上解决了煤干燥带来的一系列问题（安全、环保、经济）。

52-54%高水分的褐煤的成功燃烧，国华公司乃至中国火电厂领域也尚属首例。

对公司今后开展其他诸如此类煤炭发电项目具有一定的借鉴意义，建立了高水份褐煤干燥燃烧应用的成功典范。

表1 国华印电入炉煤煤质特性
2.制粉系统优化调整
2.1变一次风量优化调整
制粉系统热态风煤比调整，保证磨煤机合适风煤比例，既能使四个角煤粉气流同步着火，又能防止燃烧中心偏斜及炉膛结焦。

通常褐煤水份偏高，磨煤机在设计中必须充分考虑干燥出力对磨煤机出力影响，而对于直吹式制粉系统，一次风比例占据较多时，锅炉助燃二次风比例过分降低会加剧燃烧恶化。

低负荷时段因炉膛温度较低，若一、二次风比例严重失调势必引起锅炉燃烧不稳甚至出现锅炉灭火事故。

在实际运行中通常因制造和安装质量以及实际运行风环磨损以及仪器仪表测量误差等原因，因风粉比失调引起一次风量偏高（火焰偏斜或冲刷水冷壁），偏低(磨煤机出口粉管风速偏低引起一次粉管堵塞)。

为此需要在运行当中通过试验做出不同煤量与风量曲线，作为运行人员调整依据。

试验以磨煤机石子煤不增加，出口温度不低于57℃，不超过65℃，一次风管不堵粉为基础。

试验在干燥煤前提下进行，给煤机煤量分别在25t/h、35t/h，45t/h、50 t/h一台磨煤机上进行热态调整试验。

#1锅炉通过对13磨煤机，#2锅炉22磨煤机运行参数分析比对得出试验最佳控制曲线如下。

图1 给煤量与一次风量关系曲线
在目前干燥煤（水分52-54%）前提下，通过本次试验得出的煤量与磨煤机入口风量关系可以保证磨煤机安全可靠与运行，但如果原煤水分增加，对应关系可通过设置风量偏置来调整，设置偏置前提条件是为了保证磨煤机出口温度最低不得低于56℃，建议：保证磨煤机出口温度在60-65 ℃，不低于58℃为佳；为了保证锅炉运行安全，控制一次风量比例不得高于总风量45%及以上，否则就要采取降负荷措施，为了保证锅炉运行安全，控制一次风量比例最高也不得超过45%及以上，否则一次风量偏高，导致炉膛温度下降，一次风温进一步降低，形成锅炉燃烧恶性循环。

2.2一次风压优化调整
根据国内同类型磨煤机运行经验，ZGM磨煤机阻力较大，一次风压通常根据锅炉负荷对一次风压（热风母管）进行控制，在保证制粉系统安全稳定前提下，适度降低一次风压，降低一次风系统节流损失是降低制粉单耗主要手段，针对本制粉系运行特点结合国内同类型磨煤机运行经验，通过一次风压变动试验，给出一次风压与锅炉负荷控制曲线如下图所示。

图2 一次风压与锅炉负荷（蒸发量）关系曲线
2.3 磨煤机加载力优化调整
根据印尼电厂褐煤比较易磨的特点，为了避免因原煤水分高加载力过高导致磨煤机堵煤（原煤水分高，加载力高时磨盘内原煤压实成煤饼）为了解决磨煤机因原煤水分高，带来的出力问题，通过不同给煤量进行加载力试验最终找出加载力与给煤量关系曲线如下图所示。

图3 给煤量与加载力关系曲线
2.4磨煤机煤粉细度优化试验
针对ZGM磨煤机运行特点本次分别对四套制粉系统不同折向挡板开度下，煤量在额定出力80%以上进行，维持试验磨煤机給煤量30t/h不变，在保持磨煤机出口温度在任何情况下均不得低于56℃的前提下开始试验（控制范围60-65℃），分离器折向挡板在40°、45°、
通过以上数据可以看出：在磨煤机出力45t/h情况下，随着磨煤机分离器折向挡板开度增加，磨煤机出口温度呈上升趋势，煤粉细度逐步变粗，煤粉水分增加，通过试验在分离器出口挡板开度在50°情况下，磨煤机运行电流比40°降低3.2A,比45°降低约2A。

分离器挡板开度在50°情况下，综合评价最佳。

3．燃烧优化调整
3.1 变周界风（燃料风）风量试验
通过合理控制锅炉运行氧量和一次风母管压力（空预器出口），可改善炉内壁面气氛，有利于防止高温腐蚀和炉膛结焦。

本次通过高负荷试验观测，在磨煤机煤量50t/h情况下，喷口着火距离目测400mm左右，比较适中，未做优化，控制曲线仍维持以下控制曲线。

图4 周界风挡板开度与给煤量关系曲线
3.2 变辅助风挡板试验（炉膛与风箱差压）
喷燃器运行磨煤机上下二次风门开度主要控制炉膛风箱差压，合理的锅炉炉膛负压与二次风箱差压，可保证二次风速在最佳风速下运行，使得喷燃器出口煤粉与二次风合理配风实现完全燃烧，同时可降低烟气回流区增大导致喷燃器口结焦。

对于低熔点煤种，二次风配风采取“正塔型配风”即二次风挡板开度由下至上逐步开大。

通常采取“正塔形”较“倒塔型”配风炉膛出口烟温低。

通过试验确定以下锅炉炉膛负压与二次风箱差压最佳控制曲线。

通过对炉膛风箱差压加-150Pa“偏置”进行不同负荷跟踪，就地观测喷口及炉内燃烧火焰卷席情况均比较理想，获取控制优化曲线如下图。

图5 炉膛风箱差压与锅炉负荷（蒸发量）关系曲线
为了控制分隔屏入口蒸汽温度不超温，若二次风门或炉膛风箱差压等风门均不能投自动情况下，通过调节各层二次风挡板开度保持炉膛风箱差压与上述曲线相吻合。

在二次风控制调整中：AA层二次风在50-100%负荷，开度控制在15-35%；AB层二次风在50-100%负荷，开度控制在15-35%；0FA层二次风开度0-50%， BC、CD、DD根据风箱差压进行控制(控制原则：停运磨煤机对应其上层二次风挡板可以关小至10%)，由下至上逐步开大直至风箱差压对应负荷值即可。

若分隔屏入口温度低可采取由下至上逐步关小方式，但风箱差压必须保持与对应负荷不变。

3.3 变燃尽风0FA试验
OFA层风为燃尽风，该喷嘴与下层其余二次风喷嘴反向切角-15°，反切的目的降低炉膛出口上部烟气残余旋转，通过OFA层二次风合理开度，可降低左右两侧烟气偏差，同时
可减低锅炉NOx排放，提高锅炉运行效率。

在锅炉蒸发量350-500t/h情况下，通过变OFA 层二次风开度试验，以及锅炉两侧烟气温度，和分隔屏过热汽温度、锅炉一级减温水投运情况，通过参数分析得出锅炉蒸发量与开度最佳控制曲线如下图所示。

图6 OFA燃尽风与锅炉负荷（蒸发量）关系曲线
通过合理控制炉膛与风箱差压，可以控制炉膛上部高温烟气的残余旋转，实现两侧汽温偏差在允许范围内，尤其上层磨煤机运行时，通过合理调整可降低炉膛出口烟温，避免锅炉分隔屏过热器超温运行。

在不同负荷下，在保证锅炉炉膛与风箱差压满足上述曲线前提下，随着燃尽风OFA开打，锅炉NOx会有所降低，通过燃烧优化#1,2锅炉NOx排放均低于260mg/m3。

3.4 变总风量试验(变氧量试验)
锅炉运行中合理二次风配比，是保证锅炉燃烧充分前提条件，保证合理的锅炉过量空气系数，避免锅炉缺氧、和过氧燃烧是控制锅炉结焦有效手段。

在锅炉蒸发量500t/h情况下进行变氧量试验，在原控制基础上下降1-2%，额定蒸发量锅炉氧量做了1.5%和2.0%两个工况试验，氧量在1.8%大渣明显发黑，化验大渣可燃物达到24.87%，在氧量2.0%大渣可燃物10.76%。

为了保证锅炉完全燃烧，提高锅炉效率，对原氧量控制曲线进行如下修改。

适度降低锅炉氧量，控制不同负荷SO3生成，减缓尾部受热面发生复合硫酸盐腐蚀和空预器酸腐蚀。

图7炉膛氧量与锅炉负荷蒸发量控制曲线
在500t/h锅炉氧量在2%时，就地看火比较明亮，喷燃器煤粉着火距喷口400mm左右；在氧量1.5%喷口看火较2%差（稍微发红感觉），氧量稍显不足；。

锅炉正常运行时，考虑到实际情况，建议按照以上曲线控制，变化幅度±0.5%可满足锅炉燃烧需要。

4．结论
完成燃烧优化试验后，及时将试验结果（得出最佳控制曲线），固化到DCS控制系统控
制逻辑中，成功实现燃用高水分52%以上褐煤燃烧自动控制方式彻底解决煤干燥带来的一系列问题，锅炉燃用52%以上褐煤，机组负荷可以带额定负荷，在国内及国际上也尚属创举，本燃烧优化调整为高水分褐煤燃烧调整开创先河，为今后燃用高水分褐煤锅炉设计提供有效数据，具有较高推广价值。

提高锅炉原煤份分后，干燥机消耗蒸汽大幅降低，以每台干燥机入口煤量90t/h，计算，每小时每台磨煤机比原来节约10t/h（0.6MPa，350℃），四台煤干燥机按照每天20小时计算，每天节约蒸汽量800t折算热值，节约标煤25.24吨；锅炉排烟温度增加约10℃，影响锅炉效率降低约0.7%；节约800吨蒸汽折算发电量按照煤干燥抽汽量75t/h影响15MW负荷计算，机组日增加负荷约15万kWh。

同时也减少了含煤废水和尾气含尘量的原煤损失。

本项目的成功实施，解决了锅炉燃用超高水份褐煤锅炉安全、稳定运行问题，提高了锅炉在褐煤领域煤质变化的适应性。

100%燃用电厂坑口煤矿高水份褐煤，充分利用了地理资源，避免了因不能燃用坑口煤，而需要长途运输带来安全问题，也大大降低运输及发电成本，促进了印尼当地经济发展，为国家争得了荣誉。