贫煤锅炉无烟煤高效掺配技术研究丁鹏1安冬冬1李军2

贫煤锅炉无烟煤高效掺配技术研究丁鹏1 安冬冬1 李军2
发布时间：2023-07-17T14:09:16.438Z 来源：《中国电业与能源》2023年9期作者：丁鹏1 安冬冬1 李军2 [导读] 在火电机组劣质煤掺烧和深度调峰的大背景下，锅炉燃烧不佳成为常态，实际运行效率偏低。

从掺配优化和燃烧器改造两方面入手，使锅炉对贫煤掺配无烟煤的适应性大幅提高。

模拟分析显示，提高焦炭燃尽率的核心在于提高空气和煤粉的混合强度。

采用风包粉燃烧方式，当一次风和二次风旋向相反时取得了非常显著的降低焦炭排放的效果，其取得了非常理想的降炭效果。

综合来看，使飞灰含碳量
降低5%，炉渣含碳量降低10%，影响供电煤耗约1.9g/kWh。

投资回报显著。

1华电青岛发电有限公司山东青岛 266031；2华电国际电力股份有限公司技术服务分公司济南 250000摘要：在火电机组劣质煤掺烧和深度调峰的大背景下，锅炉燃烧不佳成为常态，实际运行效率偏低。

从掺配优化和燃烧器改造两方面入手，使锅炉对贫煤掺配无烟煤的适应性大幅提高。

模拟分析显示，提高焦炭燃尽率的核心在于提高空气和煤粉的混合强度。

采用风包粉燃烧方式，当一次风和二次风旋向相反时取得了非常显著的降低焦炭排放的效果，其取得了非常理想的降炭效果。

综合来看，使飞灰含碳量降低5%，炉渣含碳量降低10%，影响供电煤耗约1.9g/kWh。

投资回报显著。

关键词：无烟煤掺烧；锅炉炉效；燃烧器；含碳量
1 改造背景
目前，随着全球及国内经济、能源和环保形势的发展，燃煤发电企业的发展进入了新的关键时期，面临着经济增长方式的转变、市场竞争、资源约束、环境保护等多方面的严峻挑战。

在电力改革变化的大背景下，鉴于火力发电企业经营策略、燃料市场复杂波动，锅炉深度调峰、掺烧经济煤种成为常态。

某电厂锅炉实际掺烧有40%的无烟煤。

由于无烟煤挥发分低、锅炉燃烧不佳，飞灰含碳量达14%，底渣含碳量达20%，造成锅炉效率低至86%。

给机组的安全高效经济运行带来了巨大挑战。

常用的改善无烟煤的着火和稳燃特性的措施有一次风喷口集中布置、设置钝体、热风送粉仓储式制粉等。

华南理工大学马晓茜等[1]认为欲增强钝体稳燃能力，除增大回流量外，还可增强煤粉的前期浓缩，从而降低所需着火热。

法国Stein公司提出，对于贫煤，应有85%～90%的煤粉颗粒通过200目的筛子（即R75=10%～15%），无烟煤的通过率则应在90%以上[2]。

从现有文献综述来看，缺乏全面系统的研究。

2 运行优化
在实际运行过程中，通过强化煤质管控、优化进煤堆煤方式、细化掺配方式、完善掺配掺烧评价体系进行掺配比例的严格控制和优化。

3 技术改造
当建立完善的掺配体系后，为适应低挥发分煤质，需进行燃烧器改造。

分别从一次风速、燃尽风SOFA喷口开度、SOFA射流角度、配风方式、下层喷口面积、敷设卫燃带、燃烧方式改善、增设中间钝体、采用局部富氧、增设稳燃环等方式进行优化改造。

（a）风道改造（b）喷口改造图1 改造内容
（1）一次风速优化
对比三种一次风速（20m/s、24m/s（对比工况）和28m/s）对燃尽率的影响发现，降低或增加一次风速，焦炭燃尽率都降低。

降低一次风速，使主燃区二次风速增加，温度降低明显；增加一次风速，使主燃区二次风速减小，主燃区温度增加明显，但是燃尽区温度有所降低，总体焦炭燃尽程度也降低。

（2）燃尽风SOFA喷口开度改造
燃尽风SOFA喷口开度的影响，同步改变燃尽风喷口开度到基础工况的1/2，1/3或2倍，发现降低1/2或增加到2倍都会对焦炭燃烧有利，尤其增加SOFA开度，降低焦炭出口流量达9.5%。

但是降低1/3却对焦炭燃烧不利。

（3）燃尽风SOFA射流角改造
研究燃尽风SOFA射流角度的影响，每次使射流角度变化5o，分别形成了弱正旋（5o）和逆旋（10o）的工况，两种工况都促进焦炭燃尽，其中，逆旋降低焦炭出口流量达12.1%。

（4）配方方式选择
研究矩形、正宝塔、倒宝塔、缩腰等配风方式对焦炭燃尽的影响，这四种工况对焦炭燃尽都有促进作用，其中，矩形工况促进燃尽效果最好，降低焦炭出口流量达16%。

（5）改变最小层喷口面积
增加最下层喷口面积20%，50%和100%对燃尽的影响，提高最低层拖风能力，发现均有促进作用，其中，50%效果最好，降低焦炭出口流量8.4%。

（6）卫燃带敷设
分别在两个区域：第一层一次风上下到第二层一次风之间、主燃烧器区和燃尽风区之间敷设卫燃带，提高区域温度，都可以增加燃尽率，其中上部敷设卫燃带效果更好，降低焦炭出口流量4.4%。

（7）风包粉燃烧方式
采用风包粉燃烧方式，即以一次风内偏5o（弱正旋）和10o（一二次风旋向相反），发现一二次风旋向相反后竟然降低焦炭出口流量达28.8%。

（8）中间钝体燃烧器增设
将下面两层燃烧器改造成中间钝体燃烧器，并改变燃烧器内钝体的位置改进燃尽率，但是三种钝体位置燃尽率都降低，效果不理想。

（9）局部富氧燃烧
采用局部富氧燃烧大幅度提高燃尽率。

其中，增氧浓度40%时，降低了炉膛出口焦炭流量含量达40%；工增氧浓度60%降幅虽然最小，但是也达到了34%；增氧浓度80%位于中间，降幅37%。

因此，并不是增氧浓度越高越好，增氧浓度低时气流流动速度大，增加了混合的强度，提高了燃尽率。

（10）增设稳燃环
采用稳燃环在不同程度上降低焦炭未完全燃烧，其中随着稳燃环上立方体数量的增加，焦炭流量先降低再升高，存在最佳的立方体数量使得出口焦炭流量最小。

稳燃环上存在12个立方体时降低炉膛出口焦炭流量达18%。

（11）采用双调风燃烧器
采用双调风燃烧器时，腰部风对出口焦炭流量有非常重要的影响，腰部风为100%开度时，焦炭燃尽最容易，焦炭排放降低9.5%。

4 效果与效益
通过优化掺配和改造燃烧器，使锅炉对贫煤掺配无烟煤的适应性大幅提高。

对过量空气较少燃烧温度较高的燃烧无烟煤的四角切圆锅炉来说，提高局部的温度并不能提高焦炭的燃尽率。

提高焦炭燃尽率的核心在于提高空气和煤粉的混合强度。

采用风包粉燃烧方式，当一次风和二次风旋向相反时取得了非常显著的降低焦炭排放的效果，其降低出口焦炭流量达28.8%。

但同时，NO排放从118mg/Nm3增加到296mg/Nm3；如果想进一步提高燃尽率，可以采用富氧燃烧方法，采用40%氧气浓度时，该方法降低炉膛出口焦炭流量达40%，取得了非常理想的降炭效果。

综合来看，使飞灰含碳量降低5%，炉渣含碳量降低10%，影响供电煤耗约1.9g/kWh。

无烟煤高效掺配，运行优化和燃烧器改造总计投资：950万。

经济效益：具体节能收益根据机组节能一体化改造后机组运行状态确定，初步估计可掺烧劣质无烟煤后节约燃料成本338.69万元/年，静态投资回报周期为2.8年。

5 结论
面对大幅掺烧无烟煤后炉效大幅降低的问题，进行智能掺配控制，并开发适应无烟煤的燃烧器，显著改善燃烧效果，含碳量大幅降低，投资回报显著。

参考文献：
[1]马晓茜，陈烈强四角切圆炉无烟煤稳定燃烧技术分析[J]电站系统工程，1998，14（1）：34-8.
[2]胡荫平，贾鸿祥新型煤粉燃烧器[M]新型煤粉燃烧器，1993.。