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版权信息

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杂志名称:《价值工程》
主管单位:河北省科学技术协会
主办单位:河北省技术经济管理现代化研究会
国际刊号:1006-4311
国内刊号:13-1085/N
邮发代号:18-2
责任编辑:张崇
咨询电话:18132119945
投稿邮箱:vezzs02@163.com

原创作品选编
烟煤锅炉掺烧褐煤影响试验研究

Experimental Study on the Effect of Lignite Blended in Bituminous Coal Boiler

曹兴伟 CAO Xing-wei
(云南电力技术有限责任公司,昆明 650217)
(Yunnan Electric Power Technology Co.,Ltd.,Kunming 650217,China)

摘要:为了研究烟煤锅炉掺烧褐煤的影响,以便建立科学的多煤源供应结构,降低运营成本,以XX电厂300MW 烟煤锅炉为研究对象,采用掺烧褐煤方式进行了不同比例的褐煤掺烧试验。并对烟煤锅炉掺烧褐煤的锅炉运行安全性、经济性以及锅炉运行特性进行了分析,揭示了掺烧褐煤对锅炉运行的影响,为掺烧褐煤提供机组掺烧比例以及运行调整提供试验依据和基础,提高了掺烧以后机组运行安全性和经济性。
Abstract: In order to study the influence of lignite blending on bituminous coal boilers, in order to establish a scientific multi-coal supply structure and reduce operating costs, the 300MW bituminous coal boilers in XX Power Plant were taken as the research object, and the lignite blending tests were carried out by blending pioneer lignite. The operation safety, economy and operation characteristics of lignite-fired bituminous coal-fired boilers are analyzed. The influence of lignite-fired boilers on the operation of boilers is revealed. The test basis and basis are provided for mixing ratio and operation adjustment of lignite-fired boilers. The operation safety and economy of the units after mixing-fired are improved.
关键词:烟煤锅炉;褐煤;煤质特性;锅炉;掺烧比例;安全性;经济性
Key words: bituminous coal boiler;lignite;coal quality characteristics;boiler;blending ratio;security;economy
中图分类号:TK229.6                                       文献标识码:A                                  文章编号:1006-4311(2019)35-0199-03

0  引言
现今,我国燃煤锅炉面临着煤质下降、变动频繁等问题,并受国家能源政策的限制,燃煤锅炉开始燃用劣质煤[1-3]。为了消除火电厂的煤源供应潜在危机,建立多煤源供应结构,降低运营成本与危机。特别是考虑到近年来煤炭市场的供求关系,国内部分设计煤种为烟煤的电站锅炉逐渐开始掺烧褐煤[4,5]。由于褐煤的高水分、低热值、低灰熔点、高挥发分等特点,掺烧褐煤对烟煤锅炉带来了很大的挑战[6-8]。同时,基于特定煤种设计的电站锅炉,掺烧褐煤后锅炉的运行特性将偏离设计值,其运行工况也将偏离设计工况,势必对锅炉运行的经济性和可靠性造成影响。根据锅炉掺烧褐煤的实际运行状况,对锅炉系统的进行改造,并对燃烧过程的调整及优化运行都是十分现实且重要的。
1  设备概况
锅炉为WGZ1025/18.24-4 型亚临界中间一次再热、自然循环、单炉膛、平衡通风、固态排渣燃煤锅炉。锅炉燃烧方式采用水平浓淡式燃烧器,四角布置、同心双切圆、最上两排二次风采用反切燃烧,燃烧器可上下摆动。锅炉配备5 套HP863C 中速磨煤机直吹式制粉系统。
2  试验方法及影响因素分析
试验对褐煤间接掺混进行研究,然后不同煤种的煤粉通过燃烧器在炉膛内完成混合燃烧。试验依据《入炉煤样品的采集方法》 DL/T 567.2-1995、《入炉煤、入炉煤粉、飞灰和炉渣样品的制备》 DL/T 567.4-1995和《电站锅炉性能试验规程》 GB10184-2015标准进行。本次试验掺烧比例在5%、10%、15%、20%下进行,试验主要研究煤质特性对锅炉运行的影响。
2.1 因素分析
煤质特性包括煤的发热量、灰分、水分、挥发份含量以及氮、硫的含量等。煤中的各种成分不仅影响锅炉运行的安全经济性,同时有的成分还对煤炭运输、制粉等造成影响,为了研究掺烧褐煤后对锅炉造成的影响,需要对煤中各种成分对锅炉运行造成的影响进行分析。根据锅炉实际燃用煤种具体情况,我们对主要入厂煤进行详细的调研,对十个烟煤和一个褐煤取原煤样进行煤质特性分析,分析结果见表1。
从表1可以看出,XX电厂实际燃用的烟煤与褐煤有很大的区别。电厂燃用的烟煤大多属于高硫、高灰分煤,而褐煤属于高挥发份、高水份年轻褐煤。在掺烧过程中,随着掺烧比例的增加,将对锅炉运行造成不同程度的影响,主要表现在对锅炉制粉系统的影响,对锅炉烟风系统的影响,对锅炉受热面的影响等。下面将参照表1中的各项指标分析煤质特性对锅炉运行的影响。
2.2 水分的影响
煤中水分对锅炉运行的影响比较大。主要表现在以下几个方面:
①煤中水分会吸热变成水蒸气随同烟气排除炉外,增加烟气量而使排烟损失增加,降低锅炉效率;
②烟气量加大导致引风机电耗增加;
③燃料中水分增加,水分吸热变成水蒸气,烟气含湿量增加,加大了低温受热面的结灰、腐蚀风险;
④水分增大,对锅炉过热汽温也有运行,根据有关资料的经验数据表明:相同煤种条件下,水分每增加1%、过热气温就会升高1.5℃。
⑤燃料中水分对制粉系统的影响,从表2煤质特性分析可以看出,入厂烟煤水分含量数都在10%以内,而褐煤水分高达30%以上,磨制1kg褐煤需要的干燥剂量是磨制1kg烟煤所需干燥剂量的3倍,因此掺烧褐煤后水分对机组的影响最主要还是对制粉系统出力的影响。
2.3 灰分的影响
煤中金属有害成分。灰分增加,煤的发热量降低;燃烧推迟,着火困难;炉膛温度降低,未完全燃烧损失增加;会加速尾部受热面的磨损。同时对过热蒸汽温度也造成影响,根据有关资料的经验数据表明:相同煤种条件下,灰分每变化±10%,过热汽温就相应变化±5℃。
2.4 硫分的影响
根据表1可以看出,电厂燃用的烟煤大多属于中高硫煤。煤中硫分的最大影响,是会产生硫酸蒸汽冷却后变成硫酸,对低温受热面造成低温腐蚀,以及随之而来的堵灰和烟道堵塞问题,对于煤粉锅炉、煤中全硫量小于1.5%时、不产生明显的堵灰与腐蚀;当煤中全硫达到1.5%-3%时、如不采取措施、就会产生较明显的腐蚀与堵灰;当硫分大于3%时、锅炉尾部受热面就会出现严重腐蚀与堵灰、从而大大缩短空气预热器的使用寿命、严重影响锅炉的安全经济运行、甚至停炉检修。对于电力生产而言,应该严格控制入炉煤的含硫量。
2.5 挥发份的影响
煤的挥发份是煤分类的主要依据。煤的挥发份属于气体物质,其着火温度比较低,易于着火。含量越高,相对来说,固定碳含量就减少,使煤易于完全燃烧。煤越容易着火,燃烧也易于燃烧完全;挥发份大量析出,着火燃烧后放出大量的热,使炉内高温,有助于固定碳的着火和燃烧;同时挥发份越多的煤,其煤的空隙越多,也越大,增加煤与空气的接触面积,使反应速度加快,也易于煤的完全燃烧。挥发份高的煤,着火容易,着火温度低,达到着火温度所需要的时间短,着火点离燃烧器喷口的距离也短,造成燃烧器区域热负荷增加,容易使燃烧区域结焦甚至烧坏燃烧器喷口,褐煤的挥发份(Vdaf)高达50%以上,因此,随着掺烧比例的增加,可能会出现上述问题,在掺烧过程中需要密切观察机组的运行情况。
3  实验结果及分析
3.1 飞灰、大渣可燃物的影响
从图1可知,随着掺烧比例增加,飞灰、大渣可燃物含量随着掺烧比例的呈现先降后升的现象,主要由于随着掺烧比例的增加,负荷降低,炉膛温度下降。但总体上处于较为经济的水平。
3.2 掺烧对锅炉效率的影响
在分析锅炉效率随掺烧比例变化时,由于几次试验环境温度不一样,因此,在计算锅炉效率时,为便于比较,将排烟温度统一修正到掺烧10%比例时的环境温度进行计算。从图2可知,锅炉效率随着掺烧比例的增加而减小,主要是由于烟气量增加,流速尾部烟道流速加快,尾部烟道受热面内工质吸热面变化不大,受热面烟气温降减小,排烟温度增加,导致排烟损失增加。
3.3 对机组整体经济性的影响
本次研究试验掺烧比例在5%、10%、15%、20%下进行,根据XX电厂长期掺烧6%褐煤实际情况,节约燃料成本的计算以掺烧5%比例为基准计算。
按630元/吨的烟煤标煤价和420元/吨褐煤标煤价,在不同比例下根据试验有关数据计算年节约燃料成本如表2,掺烧比例与机组负荷以及节约燃料成本关系见图3所示。
由表2可以看出,虽然在各掺烧比例下,风机电耗、制粉电耗略有增加,锅炉效率略有下降,但是锅炉燃烧经济性未造成太大的影响,由于掺烧后原煤综合标煤价的降低,给电厂产生良好经济效益。
根据对各掺烧比例试验的情况分析可以看出,虽然在各掺烧比例下,风机电耗、制粉电耗略有增加,锅炉效率略有下降,但是锅炉燃烧经济性未造成太大的影响,由于掺烧后原煤综合标煤价的降低,给电厂产生良好经济效益。
4  掺烧对锅炉运行特性的影响分析及建议
从图4看出,随着褐煤掺烧比例增加,机组负荷逐渐下降,主要是由于随着掺烧比例增加,燃煤发热量逐渐降低,燃煤水分增加,制粉系统需要的干燥出力增加,超过磨煤机的最大出力时,影响机组带负荷的能力。
本次试验在5%到20%时,均为每台磨配置相同比例的褐煤,同时还进行了A、B、C、D 四台磨掺入20%褐煤,E 磨掺入25%的褐煤。从试验结果来看,从掺烧5%到20%时,机组运行稳定,各项参数正常,未出现管壁温度及汽温超温的现象,通过对现场燃烧器喷口观察,未出现明显的结焦现象。但是当E 磨掺烧到25%的比例时,E 磨出口温度下降较快,E 磨出口温度在20 分钟内由90℃降到65℃,威胁制粉系统的安全。因此当需要大量掺混时,结合前面对制粉系统安全性的分析,建议最高掺烧比例不宜超过20%,掺烧方式采用“炉前掺混,炉内掺烧”的方式,尽量掺混均匀。
5  结论
通过不同比例的掺烧试验,并且对各种工况下机组运行参数进行分析及相关计算,掺烧褐煤时机组主要具有以下几个方面的特性:①随着掺烧比例的增加,飞灰、大渣含碳量呈现先将后升的趋势,但总体上变化不大,处于较为经济的水平。②随着掺烧比例的逐渐增加,燃料发热量下降,燃料含水量增加,制粉系统需要的干燥出力增加,超过磨得最大干燥出力时,影响机组带负荷的能力。
参考文献:
[1]高继录,邹天舒,李志山,等.1000MW机组神华煤掺烧霍林河褐煤的试验研究[J].动力工程学报,2012,32(6):430-434.
[2]程玉贵,高继录,闫洪勇,等.800MW 超临界锅炉大比例掺烧褐煤安全性分析[J].东北电力技术,2013,34(5):24-27.
[3]才延福,高继录,邹天舒.1000MW 超超临界机组掺烧褐煤试验研究[J].东北电力技术,2014,35(6):27-29,33.
[4]宁新宇,梁绍华,张希光,等.1025t/h烟煤锅炉掺烧褐煤的可行性试验研究[J].热力发电,2010(12):53-55.
[5]张国平.火力发电厂劣质煤掺烧技术探讨及应用[J].陕西电力,2013,41I(3):83-85.
[6]高继录,程善勤,祝志福,等.300MW 褐煤锅炉严重结焦原因分析及治理措施[J].东北电力技术,2013,34(4):24-27.
[7]白永会,王辉,高继录.800MW超临界机组掺烧褐煤的研究与应用[J].东北电力技术,2012,33(8):43-45.
[8]李战国,袁鸿飞,冷杰,等.MPS-HP-II型磨煤机磨制高水分褐煤出力计算及应用研究[J].东北电力技术,2014,35(10):41-43.

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