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新闻动态
大型燃煤电厂锅炉运行现状分析
2012-5-13 13:46:03
我国电厂锅炉已进人大容量高参数多样化高度自动化的发展新时期到目前为止已?#23545;?#30340;500-800MW机组已有近40台;300MW以上的超临界压力机组已有12台?#24230;?#27491;常运行;900MW的超临界压力机组也在建设中对于炉型既有通常采用的ǡ型布置锅炉也有大型塔式布置锅炉;既有四角切圆燃烧墙式燃烧方式也有U和W型下射火焰燃烧方式;既有固态除渣液态除渣锅炉也有倍受关注的循环流化床锅炉燃用煤种从褐煤烟煤劣质烟煤贫煤直到无烟煤一应俱全作为煤粉燃?#23637;?#28809;机组不可缺少的磨煤机特别是中速磨煤机RPHPMPSMBF等均已普遍运行在锅炉辅机上双进双出钢球磨煤机也打破了普通钢球磨煤机一?#31243;?#19979;的?#32622;?#25152;有这些设备中既有国产的从国外直接引进的也有采用引进国外技术国内制造的它们的运行可*性经济性及低污染排放等性能都较以前有了较大幅度提高2001年765台100MW及以上火电机组的等效可用系数为90.64%比2000年高0.34个百分点比1996年高4.26个百分点;300MW及以上容量火电机组近5年的等效可用系数逐年增加2001年达到了91.43%比1996年高出8.92个百分点;600MW火电机组近5年的等效可用系数增长更显著特别是从1996年以来新投产300MW火电机组?#23545;?#21518;第1年的等效可用系数在逐年提高2000年投产后第1年的等效可用系数达到94.63%而1995年投产的14台平均为74.67%大型锅炉的运行经济性普遍较高除一些难燃的无烟煤锅炉外锅炉效率基本上都在90%以上某些烟煤锅炉的效率达到94%在NOx排放控?#21697;?#38754;也取得了进展国产600MW机组锅炉的NOx排放质量浓度最低的在300mz/m3[O2含量m(O2)=6%]以下远低于现行国家标准的规定值

但也有一些大型锅炉机组?#22278;?#21516;程度地存在问题如锅炉承压部件的四管爆漏时有发生仍是构成强迫停运率高的祸首占机组强迫停运总小时数的41.34%;燃烧稳定性欠佳机组调峰能力差;锅炉炉膛及对流受热而结渣;回转式空气预热器漏风大堵?#24050;现?磨煤机出力不足或煤粉达不到要求的细度;某些600MW燃煤机组锅炉存在?#29616;?#30340;过热汽温问题等这些问题影响了机组运行的可*性导致锅炉出力不足或经济性下降这既有设计制造与安装质量方面的原因也有运行管理方面的问题甚至有些是因燃用煤质和设计煤质相差太大(有个别锅炉的设计煤质和校核煤质选择欠妥)

2.1 褐煤锅炉

我国褐煤煤矿主要分布在东北和西?#31995;?#21306;东北主要是水分?#31995;?#30340;老年褐煤西?#31995;?#21306;主要是高水分的褐煤在东北的褐煤锅炉主要有3种分别是以元宝山电厂的12号机组为代表的塔式布置采用风扇磨切圆燃?#23637;?#28809;;以该厂3号炉为代表的ǡ型布置采用中速磨煤机的四角切圆燃?#23637;?#28809;以伊敏电厂为代表的T型布置采用风扇磨煤机八角切圆燃?#23637;?#28809;其中元宝山电厂的2号炉由于?#22266;?#32554;勒公司设计的失误炉内?#29616;?#32467;渣导致长期不能带满负荷只得改铭牌出力为520MW运行经长期努力改进才于2000年1月恢复为600MW的铭牌出力元宝山电厂3号炉是一个十分成功的范例通过对元宝山褐煤特性的深入研究吸取了?#22266;?#32554;勒公司失败的经验和教训合理地选取厂?#31995;?#30340;炉膛容积热负荷(qv=60.8kW/m3)等重要参数获得了很好的运行可*性和经济性唯有该炉排放的NOx质量浓度仍较高(622mg/m3)2号炉通过燃烧器的改造采用分级燃烧器后NOx的排放质量浓度有较大减少达到400mg/m3以下

在云?#31995;?#21306;燃烧高水分褐煤锅炉的最大容量为670t/h即阳宗海电厂的12号锅炉2台锅炉的结?#22266;?#24615;与燃烧器有?#27426;?#24046;别1号炉炉膛容积热负荷略低采用风扇磨热炉烟与热风干燥直吹?#21697;?#31995;统乏气分离燃烧器六角布?#20204;?#22278;燃烧;2号炉未采用乏气分离燃烧器同样采用风扇磨热烟与热风干燥直吹系?#24120;?#21807;运行?#26032;?#26174;得干燥出力不足煤粉较粗2台炉均能正常运行炉膛受热面无?#29616;?#32467;渣锅炉效率为87%-89%

2.2 烟煤锅炉

我国东部沿海地区电厂大多燃用烟煤(?#35805;?#25324;贫瘦煤尤其是低挥发分的贫瘦煤)烟煤锅炉的炉型及燃烧方式相对比?#31995;?#19968;除少数因特殊的?#20197;?#22788;理要求采用液态排渣锅炉外?#35805;?#21482;是由于制造厂的传统习惯不同而分别采用常规的切圆燃烧和墙式燃?#23637;?#28809;且各制造厂都力求达到最好的

在切圆燃?#23637;?#28809;中大多采用ǡ型布置只有姚孟电厂34号锅炉为塔式布置盘山电厂的12号炉采用T型布置ǡ型布置锅炉炉膛出门烟气能量偏差大的问题曾相当突出经过数年努力从改进炉内空气动力场特性减少炉膛出口烟气残余旋转;合理设计过热器及其减温系统和选取较高?#29123;?#38050;材等3方面着手无论300MW还是600MW机组锅炉由此引起的高温受热面的超温爆管现象大大减少即便是600MW700MW机组锅炉只要认真从上述3方面采取有效的措施这一问题是可以解决好的如吴泾二电厂的600MW机组锅炉无论炉膛出口烟气温度还是过热器/再热器出口的温度偏差都很小锅炉效率达到93.7%最低不投油稳燃负荷率为35%锅炉最大连续负荷(BMCR)

大量调查测试数据表明在相同情况下切圆燃?#23637;?#28809;的NOx排放的质量浓度比墙式燃?#23637;?#28809;的低?#19994;?#29123;用相近煤种时采用空气分级燃烧技术的直流燃烧器切圆燃烧方式的低NOx排放效果较空气分级旋流燃烧器墙式燃烧方式好吴泾电厂11号300MW机组锅炉排放NOx的质量浓度也是?#31995;?#30340;可达到400mg/m3吴泾二厂锅炉排放的NOx质量浓度仅为252mg/m3

现代的墙式燃?#23637;?#28809;在我国电厂中的应用相对于切圆燃?#23637;?#28809;较晚近年来有逐渐增加的趋势绝大多数采用旋流燃烧器前后墙对冲布置方式个别采?#20204;?#22681;布置的燃烧方式它们基本上都是国外引进或?#22411;?#21512;作生产制造的特别是600MW级机组锅炉尚无国产的其中最引人注目的是北仑电厂的35号锅炉由于炉膛及锅筒内汽水分离装置设计失误以及燃煤结渣性(较轻)与设计煤质(?#29616;?#32467;渣性)的差异导致过热蒸汽温度太低达不到额定值试运行期间不得?#27426;?#29123;烧器的布置进行改造沿炉膛高度全部上移3.5m并对过热器和省煤器的受热面作了适当调整;同时对锅筒内的旋风子做了技术改进使机组能正常运行扬州二电厂的600MW机组锅炉存在过热器减温水量过大的问题在额定负?#19978;?#36807;热器减温水量的设计值为75t/h?#23548;?#36816;行中达300t/h这与炉膛及过热器受热面的设计布置不当有关其炉膛结?#22266;?#24615;与北仑电厂2号炉完全一样但后者的设计煤种为晋北烟煤扬州二电厂的设计煤种和?#23548;?#29123;煤为神府煤它的结渣性更强因此扬州二电厂在运行中锅炉炉膛及屏式过热器结渣导致炉膛出口烟温高以致过热器大量喷水对于神府煤该锅炉的炉膛容积热负荷?#25237;?#38754;热负荷都是偏高的

绥中电厂2台800MW机组锅炉是我国目前已?#23545;?#30340;最大容量的T型布?#20204;?#24335;燃?#23637;?#28809;制造厂对煤质特性作了认真研究并在设计中采取了相应的技术措施选用了?#31995;?#30340;炉膛容积热负荷(qv=84.33kW/m3)和较高的火焰高度28.0m并在炉膛内布置了足?#27426;?#32780;?#36136;?#20998;有效的水力吹灰装置运行正常锅炉效率达到91.9%(此时空气预热器漏风率大于12%最大为23.7%)NOx排放为628mg/m3且煤种适应性较好当燃用结渣性比设计煤种强的神府煤时也能正常运行而不会发生炉膛水冷壁及屏式过热器?#29616;?#32467;渣2001年机组的等效可用系数达88.19%

利港电厂一期的2台350MW机组采用旋流燃烧器前墙布置的燃烧方式运行虽属正常但与燃用同类煤种的旋流燃烧器前后墙对冲布置的墙式燃?#23637;?#28809;相比锅炉效?#24335;系停?号锅炉考核试验效率为91.84%飞灰可燃物高空气预热器漏风大该炉排放的NOx的质量浓度位居同类锅炉之首平均为1035mK/m3最高达1366mg/m3这与该炉炉膛容积热负荷过高(qv=166kW/m3)及燃烧器的设计布置有关旋流燃烧器的着火燃烧相对独立一只燃烧器就是一支火炬相互影响较少煤粉气流的后期混合较差特别是?#22791;?#29123;烧器的风粉分配存在?#29616;?#19981;均现象时炉内会出现局部区域?#29616;?#32570;风而另有局部区域却风量大大过剩若是前后墙对冲布置燃烧方式由于前后火炬的碰撞后期混?#31995;?#20197;加强这一现象将会得到大大改善;加上1号锅炉单只燃烧器功率偏高燃烧器区域温度相对较高这些也许正是造成该炉运行中用风需要较大而飞灰可燃物又较高特别是NOx排放特高的原因可见前墙燃烧方式并不可取该厂二期的34号锅炉的炉膛容积热负?#23665;系停?#21333;只燃烧器的功?#23460;步系停?#20854;结构型式也有所不同NOx另排放的质量浓?#20154;?#26377;所降低但仍超过700mg/m3

烟煤锅炉中还有一个值得关注的是华能高碑店及杨柳青电厂分别从德国引进250MW及300MW机组的双拱单阶梯W型闭式液态排渣锅炉2厂因堆?#39029;?#22320;的限制不得以而用此型锅炉250MW机组?#23545;?#20197;来曾出现较?#29616;?#30340;熔渣室炉墙振动经试验查证是因风量测量系统存在?#29616;?#22833;实而导致炉内?#29616;?#32570;风所致缺陷消除后运行正常由于这些锅炉在采用低NOx旋流燃烧器的同时又进?#26032;?#20869;整体分级送风使NOx排放的质量浓度分别约为550mg/m3和约700mg/m3因此这2个厂的液态排渣锅炉的设计和运行相当成功

2.3贫煤无烟煤锅炉

燃烧低挥发分煤的锅炉型式较多大多采用ǡ型布置仅有蒲城电厂330MW机组锅炉为塔式布置除常规的切圆和墙式燃烧外还有UW型的拱式燃烧方式和循环流化床锅炉此类煤的最大特点是着火与燃尽相当困难不仅要从炉型设计而且要从燃烧器及?#21697;?#31995;统的设计选型方面采取相应技术措施解决这一问题由此出现了一次风置换(PAX)双调风旋流燃烧器各式浓淡分离直流燃烧器等而且大多采用钢球磨煤机储仓式?#21697;?#31995;?#24120;?#21482;是近20多年来在一些贫煤锅炉上配用中速磨煤机直吹系?#24120;?#21516;时也出现了双进双出钢球磨煤机直吹系统和半直吹系统

在诸多低挥发分煤的锅炉中华能南京电厂300MW机组的墙式燃?#23637;?#28809;可在50%BMCR负?#19978;?#31283;定燃烧挥发分Vdaf=12%的阳泉煤额定负荷时的效率为91%只是NOx排放的质量浓度高达约1100mg/m3(未采用低NOx双调风旋流燃烧器?#19994;?#21482;燃烧器的功?#24335;?#22823;)马鞍山电厂300MW机组切圆燃?#23637;?#28809;可较好地燃用Vdaf=11.6%12.5%范围的低挥发分贫煤额定负荷时的热效率达到设计值91.3%最低不投油稳燃负荷为60%-65%BMCR;石门电厂300MW机组切圆燃?#23637;?#28809;可较好地燃烧Vdaf=14.5%左右的煤额定负荷时的锅炉效率可达91%最低不投油稳燃负荷为55%BMCR;金沙电厂125MW机组的切圆燃?#23637;?#28809;可较好地燃烧Vdaf=6%的无烟煤额定负荷时的效率为88%-89%此外大港电厂的328.5MW机组的切圆燃?#23637;?#28809;采用双进双出磨煤机半直吹系?#24120;?#33021;很好地燃烧阳泉和西山混煤Vdaf=12%额定负荷时的锅炉效率为91%-92%最低不投油稳燃负荷为40%BMCR且这种?#21697;?#31995;统简单可*?#24471;?#37319;用常规的燃烧方式可较好地燃烧低挥发分煤至少对于Vdaf>10%的煤来讲是可以的

近十几年来W型双拱燃?#23637;?#28809;被大量用来燃烧低挥发分煤目前最大容量机组为邮峰电厂期12号660MW机组锅炉燃?#29028;?#23792;地区万年尤烟煤以及贫煤的混煤初步调试运行表明虽然在660MW负荷时过热器减温水量比没计值(30.3kg/s)高出约25kg/s空气预热器人口烟温比设计值(396)高出约15左右但运行尚属正常调查研究表明有相当一部分机组运行良好特别是在低负荷稳燃性能方面要比常规燃烧方式锅炉强些;最低不投油稳燃负荷?#35805;?#21487;?#29616;?#20302;约1O个百分点但在经济性等方面并无突出之处飞灰可燃物水平多无明显的建树而NOx排放的质量浓度(850-1300111(1/13)却较常规燃烧方式要高此外尚有一些锅炉存在着设备和运行的问题如炉膛容积热负荷偏大燃烧器设计问题及磨煤机出力不足满负荷时煤粉过粗等对于现有?#23545;?#30340;W型锅炉对于更难着火更难燃尽的无烟煤以采用钢球磨煤机中间储仓式热风送粉系统或双进双出钢球磨半直?#31561;?#39118;送粉系统为好这无论对着火燃烧的稳定性还是对运行的经济性都是十分有利的同时研究也表明在炉膛轮廓选型设计和燃烧器的设计布置方面尚未完善成熟;为提高燃尽?#29123;?#36991;免局部结渣在上述2方面更有待深入研究和慎重斟酌;煤粉细度和风粉3 ?#33268;?/P>

3.1 炉膛结渣沾污

大型电厂锅炉的炉内结渣沾污是各类锅炉中较普遍的问题只是程度上各有差别综合分析现有各厂锅炉结渣的原因及对策必须切实注意以下几点(1)在锅炉炉膛及燃烧器设计选型前应深入?#38050;?#22320;掌握设计煤种和校核煤种的着火燃尽结渣与沾污特性对于电厂业主应提供确实的真正具有代表性的设计煤种和校核煤种而不是凭空想象的人造煤种(2)在炉膛设计中对关键结?#22266;?#24615;参数的选择如炉膛容积热负荷断面热负荷燃烧器区域壁面热负荷及炉膛火焰高度等必须以保证运行可*性为主要目标鉴于我国电厂用煤变化较大应留有足?#25381;?#22320;这方面的经验教训是不少的华能南京电厂300MW机组锅炉(qv=96.3kW/m3)吴泾二厂600MW机组锅炉(qv=87.41kW/m3)和绥中电厂800MW机组锅炉都选取了?#31995;?#30340;炉膛容积热负荷给运行带来了诸多方便是十分成功的范例(3)燃烧低挥发分煤而在水冷壁上必须敷设卫燃带时其敷设的?#24674;煤?#38754;积应予特别考究最好尽量?#29615;?#21326;能南京电厂天津大港电厂锅炉尽管都未敷设卫燃带却都能很好地燃用Vdaf=12%左右的难燃贫煤可见燃烧Vdaf>12%的煤种时除拱式燃?#23637;?#28809;外?#35805;?#21487;?#29615;?#35774;卫燃带(4)燃烧器燃烧系统及吹?#31227;?#28809;底除渣装置等辅助设备的选型与设计布置也必须子以足够充分的考虑(5)在运行中应加强燃煤管理及锅炉燃烧工况的调整强化运行中的吹灰?#22278;?#22833;为十分有效的措施(应选用?#23548;?#35777;明是确实有效的吹?#31227;?

3.2 低挥发分煤的燃烧

(1)低挥发分煤具有着火燃尽困难需要较高的着火与燃尽温?#29123;?#36739;长的燃尽时间的特点在电厂锅炉的设计和运行调整方面必须给予充分认识和高度的重视其中采用相对较大一些的炉膛尤为重要衡水电厂锅炉在西柏坡电厂的经验基础上将炉膛高?#29123;?#39640;了3m德州及汉川电厂34号炉也在本厂12号炉的基础上加高了炉膛高度都使运行性能得到了?#27426;?#31243;度的改善但单纯加高可能不如整体放大更有效(2)为保证着火燃烧的稳定性和煤粉的燃尽特别是对于低挥发分的难燃贫煤和无烟煤应优先考虑采用钢球磨中储式热风送粉系?#24120;?#25110;双进双出钢球磨半直?#31561;?#39118;送粉系统(3)W型火焰锅炉是一种较好的低挥发分煤的燃烧炉型但对于一些较高挥发分的贫煤并无必要采用应视其着火特性而定该型锅炉必竟尚有其不足之处迄今为止相当数量的锅炉运行性能不尽如人意尤其是燃煤Vdaf偏低者因此在研究改进W型火焰锅炉性能的同时还宜在总结已有经验基础上开展利用常规燃烧方式燃用低挥发分煤乃至极低挥发分的无烟煤的研究(4)磨煤机的选型对低挥发分煤尤为重要对要求的煤粉细?#29123;?#20854;相应的出力应有足够的余量上安电厂12号炉及阳城电厂的磨煤机就是选小了的典型实例为保证出力而不得不牺牲煤粉细度导?#36335;?#28784;可燃物含量大幅度增高这类事例在W型火焰锅炉中比较多见所以个别无烟煤的可磨性指数可能是非常低的(HGI=37)

3.3 NOx排放控制

国电热工研究院对燃用各种煤种和不同燃烧方式的大型锅炉的NOx排放状况进行厂数次全面的测试调?#26657;?#26368;近一次是在1998-2000年期间进行的通过对调研数据和结果的分析可得到如下几点认识(1)现有大刑褐煤锅炉中元宝山电厂1号锅炉的NOx排放的质量浓度为550mg/m3;2号锅炉通过燃烧器的分级送风改造后约为400mg/m3;3号锅炉为622mg/m3(2)在烟煤锅炉巾大多采用了低NOx燃烧器基本可达到NOx质量浓度小于等于650mK/m3但其中采用低NOx旋流燃烧器的墙式燃?#23637;?#28809;的NOx排放质量浓度高于低NOx直流燃烧器切圆燃?#23637;?#28809;确切地说前者?#34892;?#36890;过?#27426;?#21162;力才可达到这一要求墙式燃?#23637;?#28809;中最好者为高井电厂采?#29028;?#20848;HTNR型低NOx旋流燃烧器改造后NOx质量浓度为480mg/m3而利港电厂350MW机组1号锅炉为最差在切圆燃?#23637;?#28809;中以吴泾电厂600MW机组锅炉的NOx排放质量浓度为最低(3)贫煤无烟煤锅炉的NOx排放质量浓度普遍较高大于650mg/m3特别是当煤的挥发分Vdaf<15%时NOx排放都在900mg/m3以上最高者大于1300mg/m3且空气分级技术对降低NOx效果不如其它煤种锅炉(4)在低NOx燃烧技术中空气分级技术具有经济方便有效的突出优点是现在应用最普遍的技术应予大力推广同时也应注意空气分级的深度会影响?#27426;?#30340;经济性在墙式燃?#23637;?#28809;中炉膛整体空气分级即OFA(过氧燃烧)在国内用得较少(在沙角B厂和北仑电厂的3-5号锅炉采用)为满足国家环保法规的日趋严格的要求应加强试验研究并逐渐推广应用(5)NOx排放质量浓度与煤质特性燃烧器与炉膛设计及运行工况等因素有关研究表明在其他条件相近时与炉膛结?#22266;?#24615;参数有较大关系容积热负荷低者有利于降低NOx的排放利港电厂和吴泾二厂的情况就是很好的实例此外南通电厂3号锅炉的NOx排放质量浓度很低性能考核试验时为435mg/m3可能与用风较小及燃烧器有关但此时锅炉效?#24335;?#20026;91.45%远低于保证值93.5%(6)鉴于低挥发分煤锅炉的NOx排放质量浓度相当高当前除应加强空气分级技术对该型锅炉提高低NOx效果的研究外还应开展燃?#26174;技?#26415;的应用研究以求应用比较简单易行的炉内低NOx燃烧技术使其NOx排放的质量浓度能达到国家环保法规的要求

3.4 混煤燃烧

在电厂锅炉设计和运行中常常会有不同煤种混烧的问题特别应子强调的是不宜将燃烧特性相差很大的不同煤种混烧若非要不可则需采取适当的措施以下2种混烧方法是比较好的

(1)在不同的原煤仓内分别输入不同的煤种磨制后输入相应的燃烧器(?#35805;?#26159;燃烧器层)分别单独燃烧如在易结渣区域的燃烧器送人不易结渣的煤或在上层燃烧器输入较易燃尽的煤而在下层输入较难燃尽的煤上海吴泾与石洞口二厂等均有采用此法的?#23548;?#32463;验 :

(2)在电厂设计时每台磨煤机设置2个原煤仓输入不同煤种运行中按燃烧要求由2台给煤机分别控制输入磨煤机的煤量德国Badenwerk电厂500MW机组的固态排渣锅炉早巳采用这一方式该炉设有4台RP948磨煤机同时燃烧Vdaf=14%的Aachen煤和Vdaf=32%的Ruhr煤设计混煤Vdaf=20%在满负荷时可配以较多的较难着火燃尽的Aachen贫煤而在低负荷时可配以较多的易着火燃尽的Ruhr烟煤控制煤粉细度R90=10%邯峰电厂2660MW机组锅炉也如此每台双进双出钢球磨两端各设2台给煤机分别从存有万年煤和邯峰贫混煤的2个原煤仓给煤运行十?#22336;?#20415;灵活但此法给电厂的运行造成了?#27426;?#30340;复?#26377;ԡ?/P>

4结论与建议

(1)我国大型电厂锅炉的设计制造安装和运行水平都有很大的提高运行可*性经济性和环保性都达到了较好的水平(2)各类锅炉的运行经验表明为保证锅炉运行的各项性能指标并为适应燃煤特性的变化适当放大炉膛容积及高度是十分必要的(3)运行中出现的一些问题如四管爆漏结渣NOx排放质量浓度高及有关锅炉存在的高温腐蚀等问题仍需各方给予重视特别应从燃煤特性和锅炉设计相适应着手做起(4)在大力推广应用空气分级低NOx燃烧技术的同时应加强该技术在低挥发分煤锅炉上用以降低NOx效果的研究并深人开展不同再燃燃料的再燃烧技术的工程应用研究工作(5)为适应电网对锅炉调峰性能的要求还应实事求是地根据不同煤质和炉型进行各种燃烧器低负荷稳燃性能的研究

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