董海龙--热电厂×TH锅炉燃用劣质煤改造方案及经济性分析

热电厂3220T/H锅炉燃用劣质煤改造方案及经济性分析 摘 要：本文对220T/h煤粉炉燃用劣质煤改造的可行性进行了理论分析及设计，并分析了改造的经济性，最后提出几点改造及运行过程中应该注意的问题。关键词：劣质煤 燃烧器 防结渣 二次风速 一次风速 0 前言 某热电厂于1986年开工建设，共分两期，总装机容量17.5万千瓦。其中二期为3台220t/h煤粉炉，设计煤种5680 Kcal/kg的优质原煤，近年来随原煤价格持续走高，发电成本居高不下，为落实分公司精煤战略，降低发电成本，热电厂二期3台220t/h煤粉炉准备燃用劣质煤（发热量3500-4000Kcal/kg）。根据现有设备情况，热电厂组织技术人员充分讨论，并咨询有关设计单位，并借鉴其他电厂经验。为保证锅炉燃用劣质煤要求，需对锅炉燃烧器及其他附属设备进行相应改造。本文对此项改造进行了理论分析及实践指导。1 原锅炉技术参数某热电厂220t/h锅炉系哈尔滨锅炉厂生产制造的HG2209.8YM10型烟煤锅炉，配50MW汽轮机组。针对燃用设计煤种具有较高的挥发份和较高热值，采用了较大的炉膛截面尺寸(炉膛宽度为7570mm；深度为7570mm)，假想切园直径为800mm。采用中间储藏式制粉粉系统。燃烧设备为四角布置，切向燃烧，直流燃烧器，风粉气流从炉膛四角喷入，喷口中心线与炉膛中心形成假想切圆，每角燃烧器共布置5层喷口，包括2层一次风喷口，3层二次风喷口。2 影响燃烧器的设计因素分析及原则2. 1 燃烧器的设计因素分析原设计煤种具有较高的挥发份和较高热值，其着火和燃尽特性良好。现更换的煤种挥发分较高，但灰分也很高、发热量低，因此，防止喷嘴结焦和烧损是燃烧器设计必须考虑的重要内容。现煤种灰份高，其结焦特性是很强的。必须对防止结焦给予足够重视。较大的炉膛宽深比易造成气流偏斜，设计燃烧器时必须采取减少炉膛出口烟温偏差和防止炉膛结焦的措施。2. 2燃烧器设计原则燃烧器结构设计应以尽可能减少对原设备的改造为原则。参数选取应考虑到劣质煤灰分的特点，增加对燃烧的影响、防止结焦、低污染以及低负荷稳定运行的特点。3 燃烧器参数的选取3. 1 一次风速的选取一次风速选为23 m/s。按照设计燃料的燃烧特性一次风速可以选的更高，以强化一、二次风混合。考虑到雨季燃料水分增大，势必造成磨煤机通风量增大使一次风速增加。一次风速选择过高将影响锅炉燃烧稳定性。3. 2 二次风速的选取二次风速选为46m/s，按现有炉膛断面二次风速可以选的低一些，但是二次风速选择同样须考虑煤质变化的影响，锅炉总空气量是不变的，一次风量增加必然使二次风速下降。为保证一、二次风混合不致过差，二次风速不能选择太低。3. 3 二次风分配一次风是分散布置的，为保证前期燃烧必需为一次风喷嘴设周界风，及时提供周界风有利燃尽，选择合适的二次风风层厚度，能有效地防止结焦的发生，周界风占二次风的15%。足够的下二次风可起到托粉、减少炉渣含碳量的作用，下二次风的喷口增加面积10%。3. 4 假想切圆直径和二次风反切角度的选取为减少改动工作量，风箱中心线在炉内形成的假想切圆直径仍为800mm，仅通过改变各喷嘴的角度来控制气流的旋转程度。一次风中心线假想切圆直径不变，但一次风浓侧（向火侧）向上游反切10。三层二次风中心线假想切圆直径不变。第二层及第三层二次风下半个喷口中心线向下游切20。这也是防止结焦及减轻两侧气温偏差的重要因素。4 燃烧器布置燃烧器二次风喷嘴基本布置方式不变。两层一次风中心线标高不变，一次风为水平浓淡煤粉燃烧器，煤粉燃烧器为分散布置并配有周界风。上两层二次风分上下两部分，下部为刚性偏置二次风。燃烧器布置见图1：改造前喷口布置图改造后喷口布置图1燃烧器布置示意图将所有八台一次风改为对置丘体煤粉分离装置 + 水平浓淡WR煤粉燃烧器。布置于风箱内的对置丘体煤粉浓缩器利用机翼叶栅及浓侧的对置丘体的惯性分离作用将煤粉气流分为浓淡两股。煤粉分离器的结构示意图见图2。浓相位于向火侧 ，淡相位于背火侧，向火侧气流向上游反切10。煤粉喷嘴中间设置WR钝体，浓一次风喷嘴的向火侧设计为WR齿型扰流结构喷嘴。位于煤粉喷嘴四周的周界风是均匀分布的。对置丘体煤粉浓缩器对其入口段的煤粉管道无特殊要求，可保证浓煤粉位于上游，不会出现原有用煤粉管道分离所造成的某些喷嘴浓煤粉在下游现象，或用隔板强行导向所造成的四角阻力不同现象。对置丘体煤粉浓缩器可将7580%以上的煤粉分离至浓侧，20%左右的煤粉位于淡侧，同时保证两侧浓淡风比在合适的设计要求范围之内，以真正实现浓淡分离的技术要求，即满足浓淡两侧煤粉浓度之比为比3：1。一次风喷嘴上割有多条膨胀缝，煤粉喷嘴和周界风喷嘴之间用多条拉筋相连。这种结构不但可以减小热应力，而且可以防止产生过大热态喷口产生变形。一次风室、水平浓淡煤粉燃烧器、以及对置丘体煤粉分离器结构示意见图2。在下二次风喷嘴有一切口，使一部分二次风冲向下水冷壁以防止喷嘴下堆焦，其较低的风温也起到了防焦的作用。上两层二次风下部偏置二次风向下游切20，防止炉膛及高温腐蚀结焦。油枪和点火器还布置在下二次风喷嘴内。5 燃烧系统性能保证措施5. 1 提高煤种适应能力5.1.1 采用对置丘体煤粉分离器 + 水平浓淡WR燃烧器对置丘体煤粉分离器将70%以上的煤粉分离至浓侧，减少了着火所需热量。即使在低负荷，浓相的煤粉浓度也高于常规燃烧器的正常煤粉浓度，保证不投油稳定燃烧。对水平浓淡燃烧器，钝体形成的热烟气回流和齿形边造成的一次风与热烟气间强烈的热交换使一次风迅速被加热着火，温度急剧升高，挥发份析出量大增。80%以上的煤粉在浓相使一次风率减少。这两个条件使着火条件大大改善。淡煤粉气流逐渐混入着火气流保证前期燃烧所需的空气量，可以得到相当高的燃烧效率。5.1.2 一次风内设竖直WR钝体，喷嘴四周设齿型边WR钝体形成的热烟气回流和齿型边造成的一次风与热烟气间强烈的热交换使风粉混合物温度急剧升高，挥发份析出量增大，降低了着火温度，加快了火焰传播速度。5. 2防止结焦的措施5.2.1 采用水平浓淡燃烧器使浓相位于向火侧 ，淡相位于背火侧以避免煤粉贴墙，防止结焦。5.2.2 部分刚性偏置二次风切壁设计减小了一次风的冲击可避免火焰冲墙防止结焦。5.2.3 下二次风喷嘴有一切口，使一部分二次风冲向下水冷壁以防止喷嘴上下堆焦。上述措施同时也可起到防止结焦及高温腐蚀的作用。 5. 3 减小炉膛出口烟温偏差的措施浓一次风气流向上游反切10以减小假想切圆直径，减弱炉内气流旋转程度。6 改造后所达到目的6.1 在锅炉运行满负荷工况，可以燃用发热量在35004000kcal/kg的劣质煤，保证稳定燃烧。6.2 至少保证锅炉在70%负荷不投油稳定燃烧。6.3 保证锅炉长期运行后，水冷壁及燃烧器不结焦、不腐蚀。6.4 燃烧器有良好的调节性。6.5 燃烧器改造后能长期、安全、稳定运行。7 经济效益分析将原设计燃用发热量5680kcal/kg、灰份23.01%的优质原煤改造为燃用发热量3500-4000kcal/kg、灰份45%的劣质煤。现三台锅炉改造后已全部投入运行，设备运行稳定，达到了改造目的。目前，热电厂三台220t/h煤粉炉燃煤为某选煤厂和南选洗中煤，发热量为4000kcal/kg左右。改造后每年可节省5000kcal/kg左右的优质原煤50.8万吨，全年预计燃用劣质煤63.3万吨，改造后经济效益显著，现将改造前后效益分析如下：7.1 以分公司原有煤炭价格标准计算动力煤价格：47015000kcal/kg 价格0.0632元/兆卡（不含税） 39014000kcal/kg 价格0.0444元/兆卡（不含税） 改造前使用原煤发热量4900 kcal/kg左右，全年耗量50.8万吨，则全年用煤成本支出：0.0632490050.8万吨15731.744万元改造后使用原煤发热量3500-4000 kcal/kg左右，全年耗量63.3万吨，则全年用煤成本支出：0.0444400063.3万吨11242.08万元全年减少原煤成本支出15731.74411242.084489.664万元7.2 以分公司最新煤炭价格计算混煤（发热量47015100千卡/千克）价格608.55元/吨（不含税）洗混煤（发热量35004000千卡/千克）价格305.98元/吨（不含税）改造前原煤成本支出608.5550.8万吨30914.34万元改造后原煤成本支出305.9863.3万吨19368.534万元全年减少原煤成本支出30914.3419368.53411545.806万元7.3从以上分析得出：按集团公司原煤炭价格标准，改造后全年节省4489.664万元。按集团公司最新煤炭价格标准，改造后全年节省11545.806万元。以上效益分析不含节省50.8万吨原煤入洗利润6600万元。8 几点应注意的问题8. 1制粉系统存在的问题因劣质原煤中石块、矸石较多，使原煤硬度增大，并且耗煤量升高，因此造成制粉系统出力不足，可能不能满足锅炉负荷需求，煤粉细度将升高。较粗的煤粉对燃烧非常不利（燃用劣质煤后，细度应低于设计值，即越细越好，认为以20%25%为宜）。同时大颗粒煤粉对尾部受热面磨损将大幅度上升。建议措施：因目前情况，增加或改造球磨机等设备不太现实，只能从运行调整及原煤入手。8.1.1 原煤方面：采取措施尽最大可能降低原煤中石头、矸石等含量，如无法清除也应尽量减小其粒度。8.1.2 运行方面：需保证球磨机衬板完好、及钢球质量、数量。建议使用优质钢球，保证磨内钢球充足（球磨机空载电流应达到45A）。同时合理调整粗粉分离器挡板，并根据实际运行工况调整通风量，使磨煤出力及煤粉细度达到最佳结合点，即尽量提高出力，同时保证细度要求。8. 2排灰、渣方面问题 因燃用劣质煤后，在相同负荷下，灰、渣量大幅度增加，灰量增加尤为明显，可达到2.2倍以上。目前除灰系统已进行扩容改造，此问题已得到解决，但应注意加强检修维护，保证设备稳定运行。8. 3锅炉燃用劣质煤后，尾部受热面磨损问题燃用劣质煤后，飞灰大幅度增加，而飞灰依次通过屏过、一级、二级对流过热器，二级、一级省煤器等受热面，致使受热面磨损加剧，同时因增加一、二次风速及风量，尾部烟气流速升高，而磨损量与流速三次方成正比，因此，综合磨损量将以几何方式增长，以目前二期锅炉磨损量看， 5#、6#炉磨损已相当严重，7#炉一省磨损也较严重。（2010年只更换6#炉二级过热器40组）。现虽通过铺设防磨瓦、补焊等措施，但也只能维持现状，情况不容乐观，运行中也多次发生爆管等事故，如进一步加剧磨损，情况将进一步恶化，事故率将大幅度上升，最终如受热面大面积磨损将无法进行处理。此项也是燃用劣质煤后最应引起重视的问题。目前应采取的措施：从目前看，现能采取的措施只能是在过热器、省煤器等易磨损部位大量铺设防磨瓦，以减轻磨损。但铺设防磨瓦因中间等部位无法进行，则变形等处受热面管道得不到保护，因此必须同时对过热器、省煤器进行整形，尽量保证管束整齐排列（此项工作车间已经进行）。如措施不到位发生大面积磨损，后果将相当严重，只能进行过热器、省煤器等更换，但此项资金投入巨大，并且我厂无检修能力进行更换。8. 4其他应注意的问题（1）因燃用劣质煤后，火焰中心上移，尾部各烟温及排烟温度将不同程度地上升，目前烟温及排烟温度最高上升10，如长期运行，可能升高更多。因此随各金属壁温的升高，可能发生超温爆管。从目前数据显示，此项问题虽不突出，但应引起重视。（2）制粉系统等磨损问题因燃用劣质煤后，制粉管道、一次风管、弯头等磨损将非常严重，尤其对排粉机的磨损将进一步加剧，目前7#炉排粉机叶轮更换周期为一年，燃用劣质煤后，更换周期可能进一步缩短。（7#炉排粉机磨损问题现在已十分突出）建议采取措施：对制粉系统和一次风管、弯头等加大投入，大修期间对已磨损的应尽量挖补，并对局部严重的予以更换。排粉机采用防磨措施。（3）电除尘的功率及安全运行如燃用劣质煤后，电除尘负荷增加一倍，因此电除尘的安全运行至关重要，如电除尘出现故障，则大量飞灰将进入引风机后从烟囱排出，引风机出力将可能无法满足排风需求，并且对引风机叶片磨损将非常严重，可能造成风机故障。（4）燃料上煤可能出现困难因劣质煤中石头、杂物较多，可能造成上煤难度增大。同时因燃煤量升高，输煤系统负荷增加，压力将进一步加大。（5）7#炉捞渣机，碎渣机应作为检修重点，因燃用劣质煤后灰渣硬度可能增大，渣量增多，捞、碎渣机工况将可能恶化（5#6#炉碎渣机应问题不大），如发生该设备故障将影响锅炉运行。（6）锅炉与热工配合做好各风门挡板调校，保证实际开度与指示相同，并保证灵活好用，以便运行调整燃烧。重点为各二次风档板。运行中应注意适当增大上、下二次风量及增加一次风速。9 结束语热电厂3台220t/h煤粉炉的改造，经过近4个月的运行，可以达到设计燃用35004000千卡/千克劣质煤要求，并且锅炉在最低70%负荷时不投油并能保证稳定燃烧。同时锅炉长期运行后，水冷壁及燃烧器无结焦、腐蚀，燃烧器长期、安全、稳定运行。改造后，按集团公司最新煤炭价格标准，热电厂仅此项改造全年就节省支出11545.806万元。通过此项改造，创造了良好的经济效益和社会效益。为矿区节能减排做出了较大贡献。并且为国内、外同类型的电厂提供了良好的借鉴经验。