我国大型燃煤电厂锅炉运行现状分析

  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“∏”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“U”、“W”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，而且要从燃烧器及制粉系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制粉系统，只是近20多年来在一些贫煤锅炉上配用中速磨煤机直吹系统，同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机组的墙式燃烧锅炉可在50%BMCR负荷下稳定燃烧挥发分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，且单只燃烧器的功率较大)。马鞍山电厂300MW机组切圆燃烧锅炉可较好地燃用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机组切圆燃烧锅炉可较好地燃烧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机组的切圆燃烧锅炉可较好地燃烧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机组的切圆燃烧锅炉采用双进双出磨煤机半直吹系统，能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，且这种制粉系统简单可*。说明采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”型双拱燃烧锅炉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1、2号660MW机组锅炉，燃用邯峰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一般可较之低约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。对于现有投运的“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吹热风送粉系统为好。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;为提高燃尽度及避免局部结渣，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讨论。

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，应深入细致地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构特性参数的选择，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，应留有足够余地，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机组锅炉都选取了较低的炉膛容积热负荷，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，其敷设的位置和面积应予特别考究。最好尽量不敷，华能南京电厂、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，除拱式燃烧锅炉外，一般可不敷设卫燃带。(4)燃烧器、燃烧系统及吹灰器、炉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。强化运行中的吹灰仍不失为十分有效的措施(应选用实践证明是确实有效的吹灰器)。

  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度及较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，将炉膛高度加高了3m，德州及汉川电厂3、4号炉也在本厂1、2号炉的基础上加高了炉膛高度，都使运行性能得到了一定程度的改善。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统，或双进双出钢球磨半直吹热风送粉系统。(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，对要求的煤粉细度及其相应的出力应有足够的余量。上安电厂1、2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，导致飞灰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)。

  3.3NOx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研，最近一次是在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烧锅炉的NOx排放质量浓度高于低NOx直流燃烧器切圆燃烧锅炉。确切地说，前者尚需通过一定努力才可达到这一要求。墙式燃烧锅炉中最好者为高井电厂采用荷兰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。在切圆燃烧锅炉中以吴泾电厂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一定的经济性。在墙式燃烧锅炉中，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，与炉膛结构特性参数有较大关系。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，但此时锅炉效率仅为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，还应开展燃料再燃技术的应用研究，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。