董海龍--熱電廠3×220TH鍋爐燃用劣質(zhì)煤改造方案及經(jīng)濟(jì)性分析

1、熱電廠3X 220T/H鍋爐燃用劣質(zhì)煤改造方案及經(jīng)濟(jì)性分析摘 要： 本文對(duì) 220T/h 煤粉爐燃用劣質(zhì)煤改造的可行性進(jìn)行了理論分析及設(shè)計(jì)，并分析了改造的經(jīng)濟(jì)性， 最后提出幾點(diǎn)改造及運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞： 劣質(zhì)煤 燃燒器 防結(jié)渣 二次風(fēng)速 一次風(fēng)速0 前言某熱電廠于 1986 年開(kāi)工建設(shè)，共分兩期，總裝機(jī)容量 17.5 萬(wàn)千瓦。其中二期為 3 臺(tái) 220t/h 煤粉爐，設(shè)計(jì)煤種 5680 Kcal/kg 的優(yōu)質(zhì)原煤，近年來(lái)隨原煤價(jià)格持 續(xù)走高，發(fā)電本錢(qián)居高不下， 為落實(shí)分公司精煤戰(zhàn)略， 降低發(fā)電本錢(qián)，熱電廠二期 3臺(tái) 220t/h 煤粉爐準(zhǔn)備燃用劣質(zhì)煤發(fā)熱量 3500-4000Kc

2、al/kg 。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況，熱電廠組織技術(shù) 人員充分討論，并咨詢有關(guān)設(shè)計(jì)單位，并借鑒其他電廠經(jīng)驗(yàn)。為保證鍋爐燃用劣質(zhì)煤要求， 需對(duì)鍋爐燃燒器及其他附屬設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)改造。 本文對(duì)此項(xiàng)改造進(jìn)行了理論分析及實(shí)踐指導(dǎo)。1 原鍋爐技術(shù)參數(shù)某熱電廠220t/h鍋爐系哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)制造的 HG22QZ9.8 YM1型煙煤鍋爐，配50MW 汽輪機(jī)組。針對(duì)燃用設(shè)計(jì)煤種具有較高的揮發(fā)份和較高熱值， 采用了較大的爐膛截面尺寸 爐 膛寬度為7570mm深度為7570mm假想切園直徑為800mm采用中間儲(chǔ)藏式制粉粉系統(tǒng)。 燃燒設(shè)備為四角布置，切向燃燒，直流燃燒器，風(fēng)粉氣流從爐膛四角噴入，噴口中心線與爐 膛中心形成

3、假想切圓，每角燃燒器共布置 5 層噴口，包括 2層一次風(fēng)噴口， 3層二次風(fēng)噴口。2 影響燃燒器的設(shè)計(jì)因素分析及原那么2. 1 燃燒器的設(shè)計(jì)因素分析 原設(shè)計(jì)煤種具有較高的揮發(fā)份和較高熱值，其著火和燃盡特性良好。現(xiàn)更換的煤種揮發(fā)分較高，但灰分也很高、發(fā)熱量低，因此，防止噴嘴結(jié)焦和燒損是燃燒器設(shè)計(jì)必須考慮的重 要內(nèi)容?，F(xiàn)煤種灰份高，其結(jié)焦特性是很強(qiáng)的。必須對(duì)防止結(jié)焦給予足夠重視。較大的爐膛 寬深比易造成氣流偏斜，設(shè)計(jì)燃燒器時(shí)必須采取減少爐膛出口煙溫偏差和防止?fàn)t膛結(jié)焦的措 施。2. 2 燃燒器設(shè)計(jì)原那么 燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以盡可能減少對(duì)原設(shè)備的改造為原那么。參數(shù)選取應(yīng)考慮到劣質(zhì)煤灰分 的特點(diǎn)，增加對(duì)燃燒

4、的影響、防止結(jié)焦、低污染以及低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。3燃燒器參數(shù)的選取3. 1 一次風(fēng)速的選取一次風(fēng)速選為23 m/s。按照設(shè)計(jì)燃料的燃燒特性一次風(fēng)速可以選的更高，以強(qiáng)化一、二 次風(fēng)混合?？紤]到雨季燃料水分增大，勢(shì)必造成磨煤機(jī)通風(fēng)量增大使一次風(fēng)速增加。一次風(fēng) 速選擇過(guò)高將影響鍋爐燃燒穩(wěn)定性。3. 2二次風(fēng)速的選取二次風(fēng)速選為46m/s，按現(xiàn)有爐膛斷面二次風(fēng)速可以選的低一些，但是二次風(fēng)速選擇同 樣須考慮煤質(zhì)變化的影響，鍋爐總空氣量是不變的，一次風(fēng)量增加必然使二次風(fēng)速下降。為 保證一、二次風(fēng)混合不致過(guò)差，二次風(fēng)速不能選擇太低。3. 3 二次風(fēng)分配一次風(fēng)是分散布置的，為保證前期燃燒必需為一次風(fēng)噴嘴設(shè)周

5、界風(fēng)，及時(shí)提供周界風(fēng)有 利燃盡，選擇適宜的二次風(fēng)風(fēng)層厚度，能有效地防止結(jié)焦的發(fā)生，周界風(fēng)占二次風(fēng)的15%足夠的下二次風(fēng)可起到托粉、減少爐渣含碳量的作用，下二次風(fēng)的噴口增加面積10%3. 4 假想切圓直徑和二次風(fēng) 反切角度的選取為減少改開(kāi)工作量，風(fēng)箱中 心線在爐內(nèi)形成的假想切圓直 徑仍為© 800mm僅通過(guò)改變各 噴嘴的角度來(lái)控制氣流的旋轉(zhuǎn) 程度。一次風(fēng)中心線假想切圓直 徑不變，但一次風(fēng)濃側(cè)向火側(cè) 向上游反切10°。三層二次風(fēng) 中心線假想切圓直徑不變。 第二層及第三層二次風(fēng)下半個(gè) 噴口中心線向下游切20°。這 也是防止結(jié)焦及減輕兩側(cè)氣溫 偏差的重要因素。 4燃燒器布

6、置燃燒器二次風(fēng)噴嘴根本布置方式不變。兩層一次風(fēng)中心線標(biāo)高不變，一次風(fēng)為水平濃淡 煤粉燃燒器，煤粉燃燒器為分散布置并配有周界風(fēng)。上兩層二次風(fēng)分上下兩局部，下部為剛 性偏置二次風(fēng)。燃燒器布置見(jiàn)圖1：a圖1 燃燒器布置示意圖將所有八臺(tái)一次風(fēng)改為對(duì)置丘體煤粉別離裝置+水平濃淡WF煤粉燃燒器。布置于風(fēng)箱內(nèi)的對(duì)置丘體煤粉濃縮器利用機(jī)翼葉柵及濃側(cè)的對(duì)置丘體的慣性別離作用將煤粉氣流分為濃 淡兩股。煤粉別離器的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖 2。濃相位于向火側(cè)，淡相位于背火側(cè)，向火側(cè)氣流 向上游反切10°。煤粉噴嘴中間設(shè)置 WR鈍體，濃一次風(fēng)噴嘴的向火側(cè)設(shè)計(jì)為 WF齒型擾流結(jié) 構(gòu)噴嘴。位于煤粉噴嘴四周的周界風(fēng)是均勻分

7、布的。對(duì)置丘體煤粉濃縮器對(duì)其入口段的煤粉管道無(wú)特殊要求，可保證濃煤粉位于上游，不會(huì) 出現(xiàn)原有用煤粉管道別離所造成的某些噴嘴濃煤粉在下游現(xiàn)象，或用隔板強(qiáng)行導(dǎo)向所造成的 四角阻力不同現(xiàn)象。對(duì)置丘體煤粉濃縮器可將7580%以上的煤粉別離至濃側(cè)，20%左右的煤粉位于淡側(cè)，同時(shí)保證兩側(cè)濃淡風(fēng)比在適宜的設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)，以真正實(shí)現(xiàn)濃淡別離的技 術(shù)要求，即滿足濃淡兩側(cè)煤粉濃度之比為比 3: 1。一次風(fēng)噴嘴上割有多條膨脹縫，煤粉噴嘴 和周界風(fēng)噴嘴之間用多條拉筋相連。這種結(jié)構(gòu)不但可以減小熱應(yīng)力，而且可以防止產(chǎn)生過(guò)大 熱態(tài)噴口產(chǎn)生變形。一次風(fēng)室、水平濃淡煤粉燃燒器、以及對(duì)置丘體煤粉別離器結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。在下二次風(fēng)

8、噴嘴有一切口，使一局部二次風(fēng)沖向下水冷壁以防止噴嘴下堆焦，其較低的 風(fēng)溫也起到了防焦的作用。上兩層二次風(fēng)下部偏置二次風(fēng)向下游切 20°，防止?fàn)t膛及高溫腐 蝕結(jié)焦。油槍和點(diǎn)火器還布置在下二次風(fēng)噴嘴內(nèi)。5 燃燒系統(tǒng)性能保證措施5. 1 提高煤種適應(yīng)能力5采用對(duì)置丘體煤粉別離器+水平濃淡WR然燒器對(duì)置丘體煤粉別離器將 70%以上的煤粉別離至濃側(cè)，減少了著火所需熱量。即使在低負(fù) 荷，濃相的煤粉濃度也高于常規(guī)然燒器的正常煤粉濃度，保證不投油穩(wěn)定然燒。對(duì)水平濃淡 然燒器，鈍體形成的熱煙氣回流和齒形邊造成的一次風(fēng)與熱煙氣間強(qiáng)烈的熱交換使一次風(fēng)迅 速被加熱著火，溫度急劇升高，揮發(fā)份析出量大增。 80

9、%以上的煤粉在濃相使一次風(fēng)率減少。 這兩個(gè)條件使著火條件大大改善。 淡煤粉氣流逐漸混入著火氣流保證前期然燒所需的空氣量， 可以得到相當(dāng)高的然燒效率。5 一次風(fēng)內(nèi)設(shè)豎直 WR鈍體，噴嘴四周設(shè)齒型邊WR鈍體形成的熱煙氣回流和齒型邊造成的一次風(fēng)與熱煙氣間強(qiáng)烈的熱交換使風(fēng)粉混合 物溫度急劇升高，揮發(fā)份析出量增大，降低了著火溫度，加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣取?. 2 防止結(jié)焦的措施5 采用水平濃淡然燒器使?jié)庀辔挥谙蚧饌?cè) ，淡相位于背火側(cè)以防止煤粉貼墻，防止結(jié)焦。5 局部剛性偏置二次風(fēng)切壁設(shè)計(jì)減小了一次風(fēng)的沖擊可防止火焰沖墻防止結(jié)焦。5 下二次風(fēng)噴嘴有一切口，使一局部二次風(fēng)沖向下水冷壁以防止噴嘴上下堆焦。上述措施

10、同時(shí)也可起到防止結(jié)焦及高溫腐蝕的作用。5. 3 減小爐膛出口煙溫偏差的措施濃一次風(fēng)氣流向上游反切 10°以減小假想切圓直徑，減弱爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)程度。6 改造后所到達(dá)目的6.1 在鍋爐運(yùn)行滿負(fù)荷工況， 可以然用發(fā)熱量在 35004000kcal/kg 的劣質(zhì)煤，保證穩(wěn)定然燒。6.2 至少保證鍋爐在 70%負(fù)荷不投油穩(wěn)定然燒。6.3 保證鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行后，水冷壁及然燒器不結(jié)焦、不腐蝕。 。6.4 然燒器有良好的調(diào)節(jié)性。6.5 然燒器改造后能長(zhǎng)期、平安、穩(wěn)定運(yùn)行。7 經(jīng)濟(jì)效益分析將原設(shè)計(jì)然用發(fā)熱量 5680kcal/kg 、灰份 23.01%的 優(yōu)質(zhì)原煤改造為然用發(fā)熱量 3500-4000kc

11、al/kg 、灰份 45%的劣質(zhì)煤?，F(xiàn)三臺(tái)鍋爐改造后已全部投入運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，到達(dá)了改造目的目前，熱電廠三臺(tái) 220t/h 煤粉爐燃煤為某選煤廠和南選洗中煤，發(fā)熱量為 4000kcal/kg 左右。改造后每年可節(jié)省 5000kcal/kg 左右的優(yōu)質(zhì)原煤 50.8 萬(wàn)噸，全年預(yù)計(jì)燃用劣質(zhì)煤 63.3 萬(wàn)噸，改造后經(jīng)濟(jì)效益顯著，現(xiàn)將改造前后效益分析如下：7.1 以分公司原有煤炭?jī)r(jià)格標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算動(dòng)力煤價(jià)格：47015000kcal/kg 價(jià)格0.0632元/兆卡不含稅39014000kcal/kg 價(jià)格0.0444元/兆卡不含稅改造前使用原煤發(fā)熱量 4900 kcal/kg 左右，全年耗量 50.

12、8 萬(wàn)噸，那么全年用煤本錢(qián)支出：X 4900 X =改造后使用原煤發(fā)熱量 3500-4000 kcal/kg 左右，全年耗量 63.3 萬(wàn)噸，那么全年用煤本錢(qián)支出：X 4000 X =全年減少=7.2 以分公司最新煤炭?jī)r(jià)格計(jì)算混煤發(fā)熱量 47015100千卡/千克價(jià)格 608.55元/噸不含稅 洗混煤發(fā)熱量 35004000千卡/千克價(jià)格 305.98 元/噸不含稅X =X =全年減少=從以上分析得出： 按集團(tuán)公司原煤炭?jī)r(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，改造后全年節(jié)省。按集團(tuán)公司最新煤炭?jī)r(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，改造后全年節(jié)省 11545.806 萬(wàn)元。6600 萬(wàn)元。8 幾點(diǎn)應(yīng)注意的問(wèn)題8. 1 制粉系統(tǒng)存在的問(wèn)題 因劣質(zhì)原煤中石

13、塊、矸石較多，使原煤硬度增大，并且耗煤量升高，因此造成制粉系統(tǒng) 出力缺乏，可能不能滿足鍋爐負(fù)荷需求，煤粉細(xì)度將升高。較粗的煤粉對(duì)燃燒非常不利燃 用劣質(zhì)煤后，細(xì)度應(yīng)低于設(shè)計(jì)值，即越細(xì)越好，認(rèn)為以20%25%為宜。同時(shí)大顆粒煤粉對(duì)尾部受熱面磨損將大幅度上升。建議措施：因目前情況，增加或改造球磨機(jī)等設(shè)備不太現(xiàn)實(shí)，只能從運(yùn)行調(diào)整及原煤入 手。8 原煤方面：采取措施盡最大可能降低原煤中石頭、矸石等含量，如無(wú)法去除也應(yīng)盡量減小 其粒度。8 運(yùn)行方面：需保證球磨機(jī)襯板完好、及鋼球質(zhì)量、數(shù)量。建議使用優(yōu)質(zhì)鋼球，保證磨內(nèi)鋼 球充足球磨機(jī)空載電流應(yīng)到達(dá) 45A同時(shí)合理調(diào)整粗粉別離器擋板，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況 調(diào)整通

14、風(fēng)量，使磨煤出力及煤粉細(xì)度到達(dá)最正確結(jié)合點(diǎn)，即盡量提高出力，同時(shí)保證細(xì)度要 求。8. 2 排灰、渣方面問(wèn)題因燃用劣質(zhì)煤后，在相同負(fù)荷下， 灰、渣量大幅度增加，灰量增加尤為明顯，可到達(dá) 2.2 倍以上。目前除灰系統(tǒng)已進(jìn)行擴(kuò)容改造，此問(wèn)題已得到解決，但應(yīng)注意加強(qiáng)檢修維護(hù)，保證 設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。8. 3 鍋爐燃用劣質(zhì)煤后，尾部受熱面磨損問(wèn)題 燃用劣質(zhì)煤后，飛灰大幅度增加，而飛灰依次通過(guò)屏過(guò)、一級(jí)、二級(jí)對(duì)流過(guò)熱器，二級(jí)、 一級(jí)省煤器等受熱面，致使受熱面磨損加劇，同時(shí)因增加一、二次風(fēng)速及風(fēng)量，尾部煙氣流 速升高，而磨損量與流速三次方成正比，因此，綜合磨損量將以幾何方式增長(zhǎng)，以目前二期 鍋爐磨損量看， 5#

15、、6#爐磨損已相當(dāng)嚴(yán)重， 7#爐一省磨損也較嚴(yán)重。 2022 年只更換 6#爐二 級(jí)過(guò)熱器 40 組?，F(xiàn)雖通過(guò)鋪設(shè)防磨瓦、補(bǔ)焊等措施，但也只能維持現(xiàn)狀，情況不容樂(lè)觀， 運(yùn)行中也屢次發(fā)生爆管等事故，如進(jìn)一步加劇磨損，情況將進(jìn)一步惡化，事故率將大幅度上 升，最終如受熱面大面積磨損將無(wú)法進(jìn)行處理。 此項(xiàng)也是燃用劣質(zhì)煤后最應(yīng)引起重視的問(wèn)題。目前應(yīng)采取的措施：從目前看，現(xiàn)能采取的措施只能是在過(guò)熱器、省煤器等易磨損部位 大量鋪設(shè)防磨瓦，以減輕磨損。但鋪設(shè)防磨瓦因中間等部位無(wú)法進(jìn)行，那么變形等處受熱面管 道得不到保護(hù)，因此必須同時(shí)對(duì)過(guò)熱器、省煤器進(jìn)行整形，盡量保證管束整齊排列此項(xiàng)工 作車(chē)間已經(jīng)進(jìn)行。如措施不

16、到位發(fā)生大面積磨損，后果將相當(dāng)嚴(yán)重，只能進(jìn)行過(guò)熱器、省煤 器等更換，但此項(xiàng)資金投入巨大，并且我廠無(wú)檢修能力進(jìn)行更換。8. 4 其他應(yīng)注意的問(wèn)題 1因燃用劣質(zhì)煤后，火焰中心上移，尾部各煙溫及排煙溫度將不同程度地上升，目前煙溫及排煙溫度最高上升10C，如長(zhǎng)期運(yùn)行，可能升高更多。因此隨各金屬壁溫的升高，可能發(fā) 生超溫爆管。從目前數(shù)據(jù)顯示，此項(xiàng)問(wèn)題雖不突出，但應(yīng)引起重視。2制粉系統(tǒng)等磨損問(wèn)題 因燃用劣質(zhì)煤后，制粉管道、一次風(fēng)管、彎頭等磨損將非常嚴(yán)重，尤其對(duì)排粉機(jī)的磨損將進(jìn)一步加劇，目前 7#爐排粉機(jī)葉輪更換周期為一年，燃用劣質(zhì)煤后，更換周期可能進(jìn)一步 縮短。 7#爐排粉機(jī)磨損問(wèn)題現(xiàn)在已十分突出建議采取

17、措施：對(duì)制粉系統(tǒng)和一次風(fēng)管、彎頭等加大投入，大修期間對(duì)已磨損的應(yīng)盡量 挖補(bǔ)，并對(duì)局部嚴(yán)重的予以更換。排粉機(jī)采用防磨措施。 3電除塵的功率及平安運(yùn)行 如燃用劣質(zhì)煤后，電除塵負(fù)荷增加一倍，因此電除塵的平安運(yùn)行至關(guān)重要，如電除塵出 現(xiàn)故障，那么大量飛灰將進(jìn)入引風(fēng)機(jī)后從煙囪排出，引風(fēng)機(jī)出力將可能無(wú)法滿足排風(fēng)需求，并且對(duì)引風(fēng)機(jī)葉片磨損將非常嚴(yán)重，可能造成風(fēng)機(jī)故障。4燃料上煤可能出現(xiàn)困難 因劣質(zhì)煤中石頭、雜物較多，可能造成上煤難度增大。同時(shí)因燃煤量升高，輸煤系統(tǒng)負(fù) 荷增加，壓力將進(jìn)一步加大。57#爐撈渣機(jī)，碎渣機(jī)應(yīng)作為檢修重點(diǎn)，因燃用劣質(zhì)煤后灰渣硬度可能增大，渣量增多， 撈、碎渣機(jī)工況將可能惡化 5#6#爐碎渣機(jī)應(yīng)問(wèn)題不大 ，如發(fā)生該設(shè)備故障將影響鍋爐運(yùn)行。6鍋爐與熱工配合做好各風(fēng)門(mén)擋板調(diào)校，保證實(shí)際開(kāi)度與指示相同，并保證靈活好用