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作者:ope体育体育赛事|2020-04-08|浏览:194

大容量褐煤鍋爐燃燒系統優化設計

我國有豐富的褐煤資源,主要分布在東北及西南地區。褐煤具有高揮發分、高水分、高灰分和低發熱量(三高一低)的特點,長距離運輸的經濟性和安全性差,不宜作為工業和生活用煤,就近在坑口電廠利用是符合我國能源政策的行之有效的辦法。如何設計制造優質的、燃用褐煤的鍋爐是擺在我們面前的一項重要課題。

20世紀70年代以前,由于種種原因,ope体育体育赛事在這方面走過彎路,甚至于失誤,ope体育体育赛事致使鍋爐投運后出現不能安全滿發、經濟性偏差等問題,主要問題發生在燃燒系統的設計與運行方面。在不斷總結經驗和研究改進的基礎上逐步完善設計方法,研制開發了從200MW到300MW、600MW容量等級的褐煤鍋爐,取得良好的運行業績,積累了較為豐富的經驗。

1300MW褐煤鍋爐研制開發根據已投運的褐煤鍋爐的經驗和教訓,“七五”、五“期間國家科委又專項撥款,對此課題進行了更深入的探討和總結,并結合引進技術研制開發和完善了300MW及以上容量等級的褐煤鍋爐。

以雙遼電廠300MW鍋爐為例,針對霍林河褐煤水分偏高、灰分偏高,而磨損性、結焦性不強的特點,燃燒系統采用了風扇磨直吹式系統,6臺磨圍繞爐膛四周布置,直流燃燒器六角切圓燃燒方式,干燥劑由熱煙氣、冷風、熱風和漏風組成,溫度為120°C(見表1)。從運行經濟性出發,對流受熱面選用較低煙速,并采用了膜式省煤器。這樣既減輕磨損,延長受熱面使用壽命,又增強傳熱效果。為確保燃燒器處不結焦和減少灰渣的不完全燃燒熱損失,各角收穡日期:2000―基金項目:國家科委“九五”重點科技攻關項目(96燃燒器的二次風風量分配采用中間小上下大的方式。并根據某些鍋爐以往的設計與運行經驗,在各一次風噴口內設置了“十”字二次風(見)以提高燃燒效率。

表1制粉系統主要數據項目100%負荷90%負荷66%負荷鍋爐燃料消耗量(仆)鍋爐計算燃料消耗量(t/h)磨煤機運行臺數(臺)每臺磨煤機出力(Vh)磨煤機通風量(mVh/臺)制粉系統漏風煤粉水分熱風溫度冷風溫度(t)熱煙溫度(t)干燥劑終溫(t)干燥劑量(kg/kg)干燥劑初溫(t)干燥劑中熱風份額干燥劑中冷風份額干燥劑中熱煙份額一次風占鍋爐總風量百分比幾年來的運行實踐證明,該型鍋爐及燃燒系統的設計是成功的。通過運行調整,無論是燃用電廠常用的“混煤”還是霍林河褐煤,各項熱力參數均達到設計指標,燃燒效率達99.63%,熱效率高于設計值(見表2)1一下一次風;2―十字中心風;3―煤粉噴嘴;4一中二次風;5―油配風器;6―上二次風雙遼電廠300MW鍋爐燃燒器結構表2鍋爐熱力性能試驗數據綜合表項目設計值-霍林河煤240MW電負荷(MW)燃煤應用基水分燃煤應用基灰分燃煤可燃基揮發分燃煤應用基低位熱值(/kg)燃煤應用基高位熱值(/kg)汽包壓力(MPa)主蒸汽壓力(MPa)主蒸汽溫度(t)再熱蒸汽進口溫度(t)再熱蒸汽出口壓力(MPa)再熱蒸汽出口溫度(t)給水溫度(t)給水流量(l/h)過熱減溫水流量(1/h再熱減溫水流量(l/h冷風溫度(t)左側熱風溫度(t)右側熱風溫度(t)左側排煙溫度(t)(表盤記錄)實測左側排煙溫度(t)右側排煙溫度(t)(表盤記錄)實測右側排煙溫度(t)省煤器后左側煙溫(t)省煤器后右側煙溫(t)省煤器后實測氧量飛灰可燃物含量大渣可燃物含量省煤器后NO(L/L)省煤器后Nx(L/L)保證條件下排煙溫度(t)鍋爐熱效率保證條件下熱效率2褐煤鍋爐燃燒系統的優化設計一般來說,褐煤的燃燒穩定性比較好。但對于褐煤鍋爐來說,制粉系統的設計與運行是一個相當重要的環節。前面曾提到過,由于褐煤具有“三高一低”的特點,“高”的程度又各不相同,加之灰的成分也不同,故不同的褐煤其燃燒特性、磨損特性、尤其對制粉系統的要求也就各不相同。這樣,在設計燃用不同類型褐煤的鍋爐時所要關注的重點也就不同了。

2.1對于燃用高水分和偏高水分褐煤的鍋爐燃用高水分(一般認為40%)和偏高水分(一般認為Mt在30%40%之間)褐煤的鍋爐,設計時首先應考慮到制粉系統的干燥能力問題。在此情況下,如采用鋼球磨制粉系統,對大容量褐煤鍋爐從經濟性方面來說是不可取的;如采用中速磨制粉系統,則磨煤機的結構本身決定了它所使用的干燥劑溫度只能低于400°C,常用熱風作干燥劑,干燥能力不強;風扇磨能抽取高溫爐煙作為干燥介質,溫度在9001000°C,干燥能力很強,再配以熱風和冷爐煙,系統的干燥出力調節幅度大,對煤的水分變化適應能力強。因此,采用風扇磨直吹式制粉系統是較好的方案。

另外,對于這兩類煤,尤其是高水分褐煤,由于水分高,大量水蒸汽混合于風粉混合物氣流中,大大降低了煤粉濃度,這對著火、穩燃和燃盡都是不利的。因此,為使系統更加完善,鍋爐性能更好,一方面需對燃燒器加以改進,另一方面則可在制粉系統上采取適當措施提高磨煤機出口風溫到160180可在磨煤機出口系統中裝設乏氣分離器,將分離出來的乏氣送至鍋爐上部的乏氣燃燒器。乏氣分離器的使用還可提高鍋爐的燃燒效率,這是因為這類高水分的褐煤大多屬于年輕褐煤,生成年代短,炭化程度低,往往含有木質纖維,木質纖維很難磨細,給燃盡帶來困難,從而使機械不完全燃燒熱損失增加。乏氣分離器和粗粉分離器一樣,可將片狀木質纖維顆粒送回磨煤機繼續磨制成細粉,從而為燃盡創造了有利條件。

2.2對于燃用中等水分褐煤的鍋爐燃用中等水分(一般認為Mt在20%~30%之間)褐煤的鍋爐,其制粉系統采用風扇磨和中速磨系統都是可取的,這就需要綜合煤種磨損性、鍋爐的結構特性等因素一起加以考慮。如煤的磨損性較強,為減輕磨煤機磨損采用中速磨制粉系統相對好些。2.3對于燃用較低水分褐煤的鍋爐設計燃用較低水分褐煤的鍋爐,對干燥出力要求不高,用熱風作干燥劑即可滿足要求。這樣,系統比較簡單運行也方便。同時,磨煤機出口的風溫也可低些。當然,還要結合煤的揮發份高低等其它因素,綜合考慮選取適當的風溫。

2.4對于燃用高灰分褐煤的鍋爐對于燃用高灰分褐煤的鍋爐,因為灰分高,特別是如果煤的磨損性較強,采用風扇磨或中速磨制粉系統就不很合適。采用鋼球磨煤機直吹系統或中儲倉系統來制粉則是可取的。這樣,雖然經濟性差些,但比較可靠,減少了因磨煤機被磨損而經常停運檢修帶來的麻煩。另外,若采用中儲倉制粉系統,可在干燥劑中加入一部分冷爐煙,以降低系統中的含氧量,減少和防止制粉系統自爆現象的發生。

對于具有很強磨損性且水分又高的褐煤,鍋爐的制粉系統宜采用風扇磨直吹系統。為提高風扇磨的使用壽命,須加裝前置錘或將原煤預破碎,并取消磨煤機出口的粗粉分離器。這樣做對煤粉均勻性雖有些影響,而對燃燒效率不會有大的影響。

2.6制粉系統漏風問題制粉系統的漏風問題是困擾制粉系統乃至鍋爐正常運行的一大問題,風扇磨直吹系統更是如此,它是造成制粉系統干燥出力不足的主要原因。制粉系統的漏風不可避免,但如何控制漏風在最小程度倒是值得研究的問題,它需要系統的設計者、制造安裝續表12燃機葉片沉積物初期有,換床料改進啟動步驟后解決燃機磨損高壓透平入口導葉內環,低壓透平控制導葉和動葉處磨損燃機葉片損壞低壓透平、壓氣機葉片發現疲勞裂斷;低壓透平控制導葉缺陷引起共振,加速疲勞,造成1號機組燃機葉片飛出2片低壓透平葉片飛出損害嚴重省煤器沾污積灰省煤器布置吹灰器機組控制系統未發現有計算機容量不足,后增加嚴重,引起管子斷裂無后加裝有項目瑞典1號機組,2號機組美國西班牙日本第二代PFBC―CC方案的關鍵技術是:電廠的改造方面。我國有大量的舊電廠,即使是高參研制流化床式的炭化爐或部分氣化爐;研究高溫條件下的除塵技術;頂置燃燒室內低熱值煤氣的燃燒技術。

目前,第二代PFBC技術已有很多的外國公司數的電廠,其發電效率也只有31%左右。除相當一部分退役外,其他電廠則迫切需要用新技術加以改造;b.燃油電廠改燃煤,用PFBX技術十分合適,因為PFBC鍋爐占地面積小,結構緊湊。而且PFBC在進行研制、開發,處于領先地位的是美國的FOS-―CC電站的絕大部分為蒸汽發電,系統特點與常規TERWHEELER公司。

5結束語我國在未來相當長的一段發展時期,礦物燃料(以煤為主)發電量仍將占總發電量的絕大部分,隨著對大氣污染的防治要求的提高,PFBC發電技術將擁有非常廣闊的市場,可用于下列方面:a.PFBC發電裝置可用在效率低、污染嚴重的舊電站較為接近,過渡比較容易;c.我國高硫煤年產量超過1億t,這些煤最適宜用PFBC技術發電。此外,廣東、云南、福建、貴州、四川等地大片地區出產高灰分難燃煤,東北和內蒙古又有大量的褐煤,這些能源資源不太適用于常規煤粉鍋爐,發展PFBC―CC發電技術為解決高硫煤、難燃煤和褐煤燃燒提供了最佳途徑。

目前,由于種種原因,制粉系統的漏風在實際運行中還相當大。因此,對于系統的設計者來說,一方面從結構上和控制系統上加以改進;另一方面,在設計制粉系統時盡可能選取接近實際的漏風系數。以往由于設計取用的漏風系數過小導致制粉系統運行達不到干燥出力,從而影響鍋爐正常運行。

根據我國目前情況,結合過去的經驗,制粉系統的漏風可取30%.2.7煤粉水分值的選定煤粉水分值的選定對于制粉系統能否達到設計的干燥出力也有一定影響。如果設計時選用值過高,據此設計的制粉系統可能會導致實際運行中干燥出力不足。

綜上所述,對于褐煤鍋爐來說,制粉系統的設計恰當與否對鍋爐的運行性能至關重要。褐煤鍋爐的制粉系統設計,從已有經驗來看,最重要的是要針對不同褐煤的特點,抓住關鍵,區別對待,在可能的條件下留有一定的裕度,選用合適的制粉系統形式,尤其對高水分、高灰分和強磨損性褐煤應特別予以關注;另外,在目前技術水平包括安裝運行水平下,制粉系統的漏風取30%是合適的。