350MW机组锅炉褐煤掺烧技术探讨

350MW机组锅炉褐煤掺烧技术探讨

作者：段曦鸣

来源：《城市建设理论研究》2014年第03期

摘要：近年来电煤供应日趋紧张，为了提高机组运行的经济性，许多电厂掺烧褐煤的比例开始逐年增加。本文主要就是根据某公司所采用的SG-2060/17.5-M915型锅炉，针对其特性，进行以燃烧烟煤为主，掺烧褐煤的实验，并分析其所面临的问题，再就是掺烧褐煤的经济性。

关键词：机组锅炉；褐煤掺烧；结焦

中图分类号：TK22 文献标识码：A

引言

近几年来电煤供应日趋紧张，为了提高机组运行的经济性，许多电厂均开始掺烧褐煤，而且比例逐年增加。某电厂安装的2台350MW机组锅炉设计煤种为烟煤，为降低发电成本，故对锅炉进行掺烧褐煤的技术改造。针对本工程实际，本文提出了350MW机组锅炉掺烧褐煤的技术改造方案，该方案能够保证制粉系统在掺烧褐煤的工况下安全运行，提高机组经济性。

1、锅炉设备概况

某公司的2×350MW亚临界直接空冷机组所采用的是SG-2060/17.5-M915型、亚临界控制循环汽包炉，摆动式的燃烧器调温，四角布置、切向的进行燃烧，采用正压直吹式的制粉系统，单炉膛，π型紧身封闭布置、固态排渣、全钢架悬吊结构、平衡通风、一次中间再热。而其中磨煤机是北京电力设备总厂制造的型号为ZGM113G中速辊式的磨煤机，其最大的通风量是100.87t/h，在使用设计煤种的时候，磨煤机的额定出力为64.66t/h(R90=20%)。每台炉，我们设计有6台磨煤机，而其中煤种参数的见表1。

2、该电厂燃用褐煤燃烧特性分析

掺烧的这两种褐煤水分比较高、挥发分高、热值较低、灰分低，易自燃，不容易结焦。煤的挥发分高达40％以上，有利于着火，但也容易造成火嘴损坏、结焦等问题；水分高，不利于煤粉着火，而且水分进入炉膛后需要吸收汽化潜热变成蒸汽这样一方面燃烧不稳，另一方面机组加负荷时增加给煤量后热负荷增加出现滞后，锅炉热惯性增大；为增加磨煤机出力，导致煤粉细度较大，燃料的燃尽性较差，从而导致机械不完全热损失增大，燃烧效率降低；由于褐煤热值低，水分含量较高，在40％以上，原制粉系统设计的热风参数不能满足要求，磨煤机干燥出力将大幅度降低，直接影响锅炉出力。

3、掺烧褐煤应注意的问题

3.1、掺烧褐煤改造方案的原则

(1) 对于我们所使用的褐煤，当制粉系统末端的氧量水平低于16％的时候，才会对防止褐煤的爆炸有较为显著的效果。所以说，改造的主要原理就是降低制粉系统的末端氧量(钢球磨煤机的入口到排粉机的入口段) 到16％之下，使其充分的满足褐煤的防火防爆要求，而且还可以有效地提高磨煤机的干燥出力。

(2)充分的保障锅炉具有带额定负荷的能力。

(3)再就是提高磨煤机的入口干燥介质的温度，保障其安全性能的同时，还得在最大限度上来充分的提高掺烧褐煤的比例。

(4)利用现有的设备，在最大程度上来有效地减少改造的投资成本与改造的工作量。

3.2、制粉系统末端温度

双进双出筒式钢球磨煤机正压直吹式制粉系统比中速磨煤机正压直吹式制粉系统的煤种适应性强，可以磨制挥发分低的无烟煤。由于褐煤的含水分高、挥发分高的特点，在制粉和输粉过程中才易出现煤粉堆积、粘连、自燃、自爆等问题。考虑在输粉系统中加入一些防爆设计:对于粉系统，可以在制粉系统的入口或者出口充入一定比例的惰性气体如氮气等，严格控制制粉系统出口的温度在60℃范围内，来保证制粉和输粉系统的通畅和安全。

4、烟煤锅炉掺烧褐煤系统改造的方案

发电公司350MW机组制粉系统设计为正压直吹式，采用防爆设计，适合掺烧一定比例的褐煤，设计煤种(烟煤)的低位发热量为19300KJ/kg，双进双出钢球筒式磨煤机原设计为燃用烟煤，热风温度设计是430℃左右，根本就不会充分的满足完全单烧褐煤的能力，所以我们只能将褐煤与烟煤进行一定比例的掺烧。掺烧的煤种(褐煤)与锅炉设计煤种(烟煤)都是挥发的分含量是较高的，所以，我们务必要严格的执行炉膛吹扫，从而就可以有效地防止炉膛发生爆燃，在制粉系统停止之前就应该将煤粉吹净，进而就可以保障蒸汽消防系统。依据其改造的原则对烟煤锅炉掺烧褐煤提出以下的三种改造方案:

4.1、烟煤锅炉掺烧褐煤系统改造方案一

选择从锅炉转向室内两侧的墙抽取温度比较高(大约为550~600℃之间) 而且含氧量比较低的高温热炉烟来作为干燥介质，并将其送入双进双出的钢球筒式磨煤机入口的防爆门，进而就可以有效地提高钢球磨煤机的干燥出力，如图1所示。该方案的关键之处在于热烟系统阻力的大小。假如热烟系统阻力小，制粉系统调整的速度大，就可以保障烟气量，可以实现有效降低制粉系统的氧量，充分的满足褐煤的防爆要求。

我们为了克服从锅炉转向室来抽取的低压热炉烟，来将其送入双进双出钢球筒式磨煤机系统磨煤机制粉系统，从锅炉转向室处抽取热炉烟含氧量是比较低的，大约为3％~4％之间，其温度高达550~600℃左右，可以在很大程度上来提高制粉系统安全性。

4.2、烟煤锅炉掺烧褐煤系统改造方案二

从锅炉的引风机出口两侧抽取冷炉烟来作为干燥风，并将其送入磨煤机防爆门的入口，如图2所示。同样的原理为了克服直吹式制粉系统内正压，也需要增加冷烟风机，使其可以提高冷炉烟压头，保障所抽取的冷炉烟顺利的可以送入双进双出钢球筒式磨煤机制粉系统。

4.3、烟煤锅炉掺烧褐煤系统改造方案三

将锅炉烟道的排烟，从除尘器的出口来抽取冷炉烟，再送入到一次风中，和热一次风来进行混合之后，送入到对双进双出钢球筒式的磨煤机，减小制粉系统末端的含氧量。抽取除尘器之后冷炉烟的位置有两种选择: 引风机的出口以及入口，其送入的位置同样也有两种选择:一次风机出口与入口。

由表2分析我们可以知道: 方案三冷炉烟抽取点的最佳位置适宜选在引风机的出口，其送入最佳的位置适宜选在一次风机的入口。冷炉烟系统改造图如图3所示。

4.4、最优方案的选取

综合分析以上3种方案，由于直吹式制粉系统具有正压的特点，为保证抽取足够的烟气量，3种方案共同点是都需要增设增压风机，克服冷炉烟管道阻力，3种方案比较参见表3。

由表3可以得知：从造价、现场改造难易程度、维护简单等方面来看，方案三明显优于方案一和方案二。因此，选取方案三作为烟煤锅炉掺烧褐煤改造方案。

5、掺烧褐煤的经济性分析

从发电厂入厂煤标价来看，褐煤在435元/t左右，烟煤在540元/t左右，按照掺烧30％比例褐煤计算，与单烧烟煤相比每吨煤可盈利31.5元左右。

改造方案总投资需要约180万元，若投入后按照掺烧褐煤30％，年平均负荷为280MW，全年按运行6000h计算，一年就可节约成本约800万元，不到半年即可收回投资成本，产出与成本相比经济效益显著。

结束语

在试验研究基础上，发电厂350MW机组掺烧褐煤比例为30%时，可以保证锅炉满负荷运行。制粉系统末端含氧量能够控制在15%-17%之间时，能够保证制粉系统在掺烧褐煤土况之