350MW电厂高水份褐煤锅炉系统难点设计分析

350MW电厂高水份褐煤锅炉系统难点设计分析
万辉
【摘要】结合工程实例对燃烧印度尼西亚高水份、高挥发份、低热值、低灰熔点褐煤的锅炉系统设计进行分析,包括锅炉和制粉系统选择、炉前煤斗的设计等,通过一些设计要点及经验的总结,对以后类似项目的锅炉系统设计有所裨益.
【期刊名称】《能源与环境》
【年(卷),期】2016(000)005
【总页数】3页(P35-37)
【关键词】发电厂;锅炉;褐煤;制粉系统
【作者】万辉
【作者单位】中国联合工程公司浙江杭州 310052
【正文语种】中文
【中图分类】TK229.6
中联公司在印度尼西亚承接了1座2×350MW电厂的设计项目，目前该电厂已施工完毕并投入运行。

本工程安装了2台1175t/h亚临界燃煤锅炉，由于锅炉烟气污染物排放指标满足当地环保排放标准，因此没有设置脱硫脱硝设施。

本工程锅炉燃用印尼当地的褐煤，通过海运到电厂专用码头，煤质及灰分如表1，煤质变化范围见表2。

从表1、表2可以看出，本工程的燃煤水份、挥发份都非常高，因此在锅炉、制粉系统、燃煤存储方面都需要充分考虑由此带来的不利影响，下面将结合工程实际情
况逐一分析。

从煤质分析来看，本工程的燃煤属于典型的褐煤，煤龄年轻，高水分、高挥发份、低灰份及低热值，灰熔点也不高。

与国内主要动力用煤元宝山褐煤（Mt，ar24%，Qnet，ar14580kJ/kg）、丰广褐煤（Mt，ar22%，Qnet，ar13410kJ/kg）相比，水份和热值要高，挥发份基本相当，对采用锅炉燃烧方式来说有利有弊。

由于燃煤来源稳定，同时印尼当地烟气污染物的排放标准并不高，为了保证锅炉长期安全稳定的运行，锅炉型式考虑采用煤粉锅炉。

国内在300MW等级以上锅炉业绩较多的厂家主要有：哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、东方锅炉厂、北京巴威锅炉厂等，其中哈尔滨锅炉厂因靠近内蒙、东北地区（国内褐煤的主要产地），在褐煤燃烧方面具有更多的业绩和经验，因此本工程最终采用了哈尔滨锅炉厂的产品。

炉膛结构及热负荷指标是锅炉设计中首先要考虑的问题，它与所使用的燃料煤种密切相关。

本工程褐煤水份高、挥发份高、热值低、灰熔点低的特点，使其具有烟气量大，容易结渣的特性，必须要设计合适的炉膛尺寸和炉膛热负荷指标以控制炉膛的结渣。

炉膛容积热负荷是衡量锅炉容积大小的指标，具体表现为燃料经过锅炉所停留的时间长短。

在锅炉容积方面，以褐煤作为燃料应比以烟煤作为燃料时的容积要大，而热负荷则要减少。

煤粉在炉内停留时间越长，可以降低炉内温度，还能减少氮氧化物的排放。

较大的炉膛尺寸，能够有效减小煤粉气流冲刷到水冷壁上而导致结渣的可能。

炉膛容积这个参数在锅炉设计中应被密切关注，并应将该参数作为锅炉招标技术评判时的一个关键要点。

本工程锅炉炉膛宽度14.048m，炉膛深度14.019m，上层煤粉燃烧器中心至屏底距离为19.5m，炉膛容积9425m3，BMCR工况炉膛截面热负荷为4.478MW/m2，炉膛容积热负荷为93.57kW/m3，锅炉总体尺寸是较大的。

本工程锅炉为亚临界压力、一次中间再热、单炉膛、自然循环、平衡通风、固态排
渣、采用四角布置摆动式燃烧器，切圆燃烧、汽包型燃煤锅炉，露天布置，炉顶设大罩壳，全钢构架，锅炉运转层平台标高为14.0m。

国内常规的300MW等级机
组运转层高度一般都为12.6m。

锅炉主要技术参数如下：
型号：HG-1175/17.5-HMBMCR。

BMCR工况：过热器出口蒸汽流量：1175t/h；过热器出口蒸汽压力：17.5MPa （g）；过热器出口蒸汽温度：541℃；再热器出口蒸汽流量：971.05t/h；再热器出口蒸汽压力：3.724MPa（g）；再热器出口蒸汽温度：541℃；再热器进口蒸
汽压力：3.914MPa（g）；再热器进口蒸汽温度：336.9℃；省煤器进口给水压力：19.292MPa（g）；省煤器进口给水温度：283.7℃；空预器出口排烟温度（修正后）：140.6℃；空预器出口一次风温度：391.1℃；空预器出口二次风温度：380.6℃；炉膛出口过量空气系数：1.2；锅炉保证效率（TMCR）：92.5%；最低不投油稳燃负荷：≯35%；空气预热器：配2台三分仓容克式预热器。

煤粉锅炉燃烧系统中1个最重要的部分就是制粉系统，制粉系统是为锅炉提供粒
度合适、分布均匀的煤粉来满足锅炉正常燃烧的需要。

整个系统包括原煤仓、给煤机、磨煤机和送粉管道，以及与上述设备相关的辅助设备。

本工程燃用印尼当地褐煤，其可燃基（干燥无灰基）挥发份为52.85%，哈氏可磨性指数为45，水份在25%～35%之间，适合选择的磨煤机主要有风扇磨煤机和中速磨煤机。

风扇式磨煤机其结构主要部件是叶轮，其上装有8～12片由耐磨钢制
成的厚叶片，称冲击板，外壳内装有耐磨护甲。

原煤和干燥剂从进口引进，煤块与飞快旋转的叶轮相撞击，依靠撞击力及加热干燥进程中的脆裂作用被粉碎。

风扇磨适合磨制水份高和可磨性系数低的褐煤及烟煤。

它具有干燥能力强（可抽取一部分高、低温炉烟作为干燥剂）、系统简单、结构简单紧凑、金属耗量小、磨煤电耗低等优点。

但在运行中，存在叶轮磨损严重，检修周期短，维护工作量大；部件磨损
后，磨煤出力下降，煤粉变粗；不平均磨损会使振动加重，系统容易漏风等缺点。

中速磨煤机的特点是碾磨部件由2组相对运动的碾磨体构成。

煤块在这2组碾磨
体表面之间受到挤压、碾磨而被粉碎。

同时，通入磨煤机的热风将煤烘干，并将煤粉送到碾磨区上部的分离器中。

经分离后，一定粒度的煤粉随气流带出磨外，粗颗粒的煤粉返回碾磨区重磨。

该制粉系统简单、安全可靠，磨制原煤的单位能耗低，运行中能源耗量少，运行经济性较好，且噪音小、密封性好、使生产环境得到改善，运行、操作、检修方便。

经过综合性能价格比较，本工程优先考虑中速磨煤机，并采用正压直吹式冷一次风机制粉系统。

由于燃煤的收到基水份高达25%～35%，同时热值较低，因此中速磨制粉系统的
干燥出力是一个需要慎重考虑的难点。

热值低导致锅炉的耗煤量大，水份高需要的干燥热风风量就要多，2者叠加后会导致锅炉燃烧的一次风率居高不下，一次风率高对锅炉的燃烧运行存在非常多的不利影响。

比如：风量大流速高会导致制粉管线设备的磨损；风量大导致煤粉输送出力加大，煤粉颗粒加粗，因动能大而穿越燃烧区不能燃尽，增大未完全燃烧损失；甚至冲刷炉墙，造成炉墙结渣，同时容易火焰中心偏斜、烟温偏差增大；一次风量加大，煤粉与二次风混合退后，燃烧推迟；一次风量大，着火热能也需要更多，不利于点火和低负荷下的稳定燃烧等等。

为了克服这些不利的因素，经设计人员、锅炉厂与磨煤机厂技术人员对热力计算进行仔细反复对接，选择合理的煤粉水份和细度，合理的一次热风温度，合适的一次风率，作为锅炉本体设计及磨煤机设计的重要依据。

经过多次协商，本工程设计煤种的最终一次风率定为30%，一次风温为381℃，最差煤种的一次风率为34%，一次风温为381℃。

本工程选用了ZGM型中速磨。

该型磨煤机对煤种的适应性好，特别是对煤质多变及煤质较差的电厂，其安全和可靠性更为突出，且石子煤的排放量少。

为了适应印尼当地煤的高水分特性，本工程每台炉配置了6台ZGM113N型中速磨煤机，满
足其干燥出力。

每台磨煤机带一层燃烧器，每台锅炉配置6层燃烧器，5台磨煤机运行可满足锅炉BMCR工况运行的要求，1台备用。

整个制粉系统的规模已接近
国内燃用烟煤600MW机组的容量配置。

根据本工程及国内褐煤燃烧锅炉的经验，建议以含水量≤35%的褐煤为燃料的锅炉，可采用中速磨煤机；使用含水量＞35%的褐煤燃料锅炉，就需要对中速磨煤机或
风扇磨煤机进行仔细比选，主要是考虑干燥出力因素和防爆问题，采用风扇磨煤机的可能性会更大。

印尼当地的电厂为了节省投资，干煤棚经常设置的比较小甚至取消，本工程电厂燃煤就是露天煤场堆放。

印尼属于热带海洋性气候，雨季雨水非常多，有时候每天都会下1场大雨。

同时电厂燃煤主要采用当地的褐煤，全水份本身就非常高，综合
导致燃煤的湿度非常大。

燃煤经过初级破碎后，如果外水份大，同时小颗粒或粉状煤过多，极容易造成炉前煤斗的堵煤。

本工程每台锅炉设置6座原煤仓，每座原煤仓的有效容积为405m3，设计煤质按
5座煤斗计算，能满足锅炉MCR负荷8.7h耗煤量；最差煤质6个煤斗能满足锅
炉BMCR负荷10h的耗煤量，均符合《大中型火力发电厂设计规范》的要求。

为了避免炉前煤斗的堵煤，采取了以下几个方面措施：
（1）炉前6座原煤仓采用圆形双曲线钢煤斗设计，煤斗锥段的斜角不小于70°，
出口锥段处，角度最大达到80.35°。

（2）原煤仓容积按照规范的下限设计，避免原煤仓积煤太多，上部煤重量过重压实了下部锥段的煤造成堵塞。

（3）原煤仓内壁内衬不锈钢板，减少煤与仓壁之间的摩擦阻力，同时在煤仓内部加装了耙式疏松机，通过耙齿在仓壁刮推煤粒促进下煤。

（4）后来根据现场的实际运行情况，又在煤仓中下部适当位置增加了捅煤孔，美观上虽有不足，但非常实用。

通过以上措施，基本解决炉前煤斗堵煤的情况。

燃用高水份、高挥发份、低热值、低灰分及灰熔点的褐煤，在锅炉燃烧系统中要重点注意以下几点：
（1）慎重选择炉膛结构及热负荷指标。

褐煤锅炉的热负荷指标应向小选择，采用较大的炉膛尺寸，避免结渣。

（2）制粉系统磨煤机的选择应根据褐煤水份含量进行仔细核算，除满足干燥出力及防爆的要求外，还要注意锅炉的一次风率。

（3）炉前煤斗的设计应充分考虑褐煤水份过高带来的不利影响，采取多种措施避免煤斗内堵煤，影响锅炉运行。

随着国内公司越来越多的承接国外工程项目，设计单位也应根据当地的实际条件，解决各种与国内不同情况造成的技术难题，积累工程经验，合理选型设计，避免考虑不周影响到电厂安全稳定的运行。

【相关文献】
1 中华人民共和国住房和城乡建设部.大中型火力发电厂设计规范. GB50660-2011
2 国家能源局.火力发电厂制粉系统设计计算技术规定.DL/T.5145-2012
3 樊泉桂，阎维平.锅炉原理.北京：中国电力出版社，2004。