华能南京电厂2号锅炉褐煤掺烧运行分析报告.doc

华能南京电厂2号锅炉褐煤掺烧运行分析报告 1 概述华能南京电厂300MW超临界直流锅炉原设计燃烧晋东南贫煤，Vdaf 14.91%，根据燃料市场的变化，于2009年进行了烟煤掺烧技术改造工程，按照烟煤掺烧75%设计，由于烟煤在和劣质贫煤掺烧过程中，锅炉运行经济性下降，为了提高锅炉运行经济性，通过不断的试验，成功实现了烟煤的单烧，也达到了本次烟煤掺烧技术改造工程的最高目标。褐煤掺烧是在烟煤单烧的基础上，进行的一种突破性的尝试，为燃料选择提供更广阔的空间，在源头上控制燃料成本。鉴于褐煤高水分、低热值、易结渣、易爆的特性，在掺烧褐煤前进行了大量的技术储备工作，根据褐煤的特点，制定了相应的安全技术措施，确定了褐煤掺烧的运行方案；本着谨慎的态度，制定了相应的组织措施，有力保证褐煤掺烧过程中的安全。2 技术路线2.1 2009年6月1号锅炉进行了烟煤掺烧技术改造工程，同年8月开始进行烟煤掺烧试验，最高掺烧比例达到75%；2.2 2009年8月1号锅炉进行了烟煤单烧试验，并对锅炉性能进行考核，达到了改造的较高目标；2.3 2010年2月1号锅炉对烟煤单烧进行了长时间的考验，并首次明确确定，以烟煤单烧作为主要的运行方式，掺烧仅作为过渡方式；2.4 2010年5月2号锅炉进行烟煤系统改造，并增加热炉烟系统，首次采用烟煤方式启动；2.5 在前期大量工作的基础上，于2010年6月23日开始进行褐煤掺烧试验。3 煤质分析本次掺烧褐煤煤质见表3-1所示，烟煤煤质见表3-2所示。褐煤的水分很高，预期将对制粉系统的干燥出力有很高的要求，为了适应高水分褐煤的燃烧，本次2号锅炉改造，增加了高温炉烟的抽取管道，与低温炉烟混合后为磨煤机提供干燥介质，暂定掺混后混煤收到基水分不高于20%。褐煤的发热量很低，因此考虑与高发热量的烟煤掺混，掺混后的发热量不低于4600大卡。褐煤Vdaf高达47%以上，属于极易爆煤种，因此考虑制粉系统安全，制粉系统氧量及磨煤机出口温度将受到严格控制，防止因参数不当导致制粉系统爆炸。本次到厂褐煤并未提供灰渣特性，根据常见褐煤的指标判断，其灰熔点接近或低于神华煤的灰熔点，属于易结渣煤种，这是我们在实验过程中重点关注的问题，也是试验能否持续的关键。因此，根据褐煤的性质，我们在褐煤掺烧过程中，重点关注以下几个方面的问题： 制粉系统出力。水分高达35%，影响到制粉系统干燥出力，2号锅炉改造中增加了热炉烟系统，预期可提高系统的干燥出力，由原先水分承受极限16%，上升至20%或以上； 制粉系统防爆。Vdaf高达47%，主要影响到制粉系统防爆，根据导则，在用炉烟干燥时，系统氧量14%时，磨煤机出口温度可维持在90以下； 受热面结渣。褐煤的受热面结渣相对烟煤来说更严重，这是锅炉是否能安全、稳定运行的关键，也是我们最关注的。表3-1 褐煤煤质序号项目单位数值1全水分Mt%35.012水分Marl%6.323灰分Ad%13.604挥发分Vdaf%47.71Vad%35.345低位发热量Qnet,v,arKJ/g13.72Cal/g3282表3-2 烟煤煤质序号项目单位数值1全水分Mt%9.502水分Marl%2.833灰分Ad%16.984挥发分Vdaf%38.45Var%28.275低位发热量Qnet,v,arKJ/g22.91Cal/g54794 锅炉运行安全性4.1 制粉系统防爆制粉系统防爆是我们在褐煤掺烧时首要考虑的问题，根据根据电站磨煤机及制粉系统选型导则DL/T 466-2003，在采用炉烟干燥，系统氧量在14%时，磨煤机出口温度不超过90。不同干燥介质下的磨煤机出口温度允许值见表4-1。首先应确定系统运行的氧量。由于本系统氧量计安装在磨煤机入口，且仓储式制粉系统为负压系统，漏风导致排粉机出口氧量上升，因此，我们确定系统氧量应该控制在12%以下，从运行的情况来看，由于热炉烟的氧量较低，一般系统氧量能达到10%左右，安全性完全能得到保证。其次确定磨煤机出口温度。根据系统运行的情况来看，通过调节热炉烟，磨煤机出口温度在7080之间波动，仍具有较大的安全裕度。制粉系统爆炸一般都发生在系统启动或者停运时，主要是此阶段系统氧量较高的缘故，因此，严控启动或者停运过程中的参数及方式，是防止制粉系统爆炸的主要方面。 系统启动时，应先通入炉烟加冷风，系统处于整体加热状态，磨煤机出口温度上升缓慢，可较好的控制系统氧量及出口温度，在磨煤机出口温度上升至7080时，可启动给煤机下煤，逐步关闭冷风，启用热风； 系统停运时，由于炉烟温度高达200度及以上，可多开冷风作为冷却介质，系统在抽空时，磨煤机出口温度不得高于70，必要时单用冷风吹扫。表 4-1 不同干燥介质下的磨煤机出口温度允许值制粉系统型式热空气干燥烟气空气混合干燥球磨机仓储式贫煤 130烟煤 120烟煤、褐煤 70褐煤 904.2 燃烧系统安全性燃烧器烧损是我们重点关注的问题。根据电站磨煤机及制粉系统选型导则DL/T 466-2003，当Vdaf超过15%，风粉混合物温度应降低至160以下。原烟煤系统设计一次风粉混合物温度在160以下，根据运行情况看，一般都维持在110130，但当磨煤机出口温度高于80时，一次风粉混合物温度就接近了160，虽然系统内有惰性的炉烟，但仍可能对燃烧器造成威胁。考虑目前的大型烟煤锅炉都采用直吹系统，风粉混合物温度都不超过70。我们目前的温度要高出许多，虽然用肉眼观察或者测量着火点温度，都表明燃烧器受到煤粉的保护，但燃烧器是否存在着火过近而烧损一次风喷口的问题，仍值得我们去关注。本次掺烧褐煤，Vdaf远远超过15%，已达到了40%以上，因此，安全起见，燃烧器前一次风粉混合物温度宜控制在更低水平。一次风粉混合物温度与磨煤机出口温度的关系如表4-2所示。因此，考虑燃烧器的安全，我们更倾向于将磨煤机出口温度控制在7075。在掺烧褐煤期间，从就地燃烧器观察孔用肉眼观察，均能看见黑色的煤粉回流，表明燃烧器受到煤粉很好的保护。鉴于B修解体时，发现上排燃烧器一次风喷口均出现了烧损现象，本次试验前，将上排燃烧器内、外二次风旋流均由50调整至25左右，降低二次风旋流，推远着火距离。表 4-2 一次风粉混合物温度与磨煤机出口温度的关系磨煤机出口温度燃烧器前一次风粉混合物温度7012080135901504.3 受热面结渣受热面结渣是褐煤掺烧试验中最重要的问题，也是褐煤是否能长期运行的关键。本次入炉的褐煤并未提供灰渣特性，但从试烧的结果来看，其结渣倾向强于以往入炉的所有烟煤。在烟煤单烧时，每班水冷壁短吹投入不超过30只，就可以避免相变点后移的情况，上辐射二通道出口工质温度可控制在430左右，高再前烟温可控制在700以下。褐煤掺烧后，每班都要将所有水冷壁短吹吹一遍，甚至要吹到60只以上，才能维持相变点不后移，如停止吹灰3小时，上辐射二通道出口工质温度即下降至420及以下，因此，吹灰工作量巨大，而且2号锅炉蒸汽短吹故障率明显高于1号锅炉，与吹灰频率也是有关系的。此外，我们仍需要关注前屏处的挂焦，虽然肉眼无法观察，但根据理论分析，贫煤锅炉炉膛较矮，烟窗出口温度设计高达1180，高于烟煤或褐煤的软化温度，前屏挂焦的可能性是很大的，必须对前屏加大吹灰力度。炉底排渣是否正常，是我们关注的另一个重要方面。从捞渣机处观察，渣量很小，水较清，考虑此混煤灰分低，渣量只占总灰分的10%，因此排渣从目前看，未看出有搭桥、排渣不畅的现象，也确实很难观察到，这是在试验过程中最担心的地方。联系检修部开冷灰斗孔门，但多数孔门已经锈蚀，里面全部用保温砖砌死，无法观察。综上，从结渣的角度看，目前30%的掺烧比例，已经是极限，再增加比例，有可能会出现结渣导致受热面超温的现象，也有可能会出现排渣不畅的问题。4.4 各部受热面金属温度由于加强了各受热面的吹灰，尤其是水冷壁吹灰，避免了水冷壁大面积结渣导致的相变点后移现象，各受热面吸热水平并未出现本质的变化，因此，各受热面的壁温水平都维持在允许范围内，未发现局部或大面积超温现象。5 锅炉运行经济性5.1 排烟热损失排烟热损失包括烟气量及排烟温度两方面。从烟气量来看，由于褐煤的水分很高，烟气量增加较多，烟气量的增加也导致排烟温度升高，从这个角度看，水分高的褐煤对锅炉效率是不利的。但从排烟温度的情况来看，在掺烧30%褐煤后，排烟温度的变化并不明显，单磨维持在135，双磨运行维持在150左右（此排烟温度已经根据实测温度修正，实测温度低于表盘温度5），此温度水平基本和单烧烟煤时相差无几，判断主要是采用了热炉烟，冷炉烟用量减少所致。热炉烟在空预器前抽取，而且热炉烟氧量较低，不存在象冷炉烟那样的漏风量，因此，提高热炉烟用量、减少冷炉烟用量，可明显降低排烟温度，幅度在58，抵消了因排烟量增加导致的排烟温度升高。因此，从排烟热损失的角度看，在掺烧褐煤后，排烟温度不变，但排烟量增加，排烟热损失增大。5.2 飞灰含碳量我们统计近6天来飞灰含碳量，见表5-1所示。在掺烧褐煤时，平均飞灰含碳量只有1.55%，而且非常稳定，因此不需要再增加采样点，此数据已经能代表此种混煤的燃尽性能。鉴于我们在以往的运行中，大多数烟煤的燃尽性能都相当好，因此，在掺混褐煤后，在飞灰含碳量的水平上不会有较大的变化，固体未燃烧损失只随着不同煤种灰分含量变化而变化。目前使用的褐煤混煤灰分含量是较小的，因此，固体未燃烧损失不大。具体在后面的性能计算来确定。表5-1日期飞灰含碳量6月23日1.351.501.346月24日1.471.591.316月25日1.601.961.656月26日1.971.671.746月27日1.331.271.616月28日1.481.52平均1.555.3 制粉系统出力本次掺烧的褐煤并未提供可磨性，从实际运行的情况来看，低于以往入炉的烟煤，在R90为18%时，基本上能维持在6570t/h之间。我们将磨煤机出口温度提高至85，出力并没有明显增加，考虑其可磨性限制了出力，单纯的提高干燥介质温度，无法再有效的提高出力。根据混煤的Vdaf，煤粉细度应选择R90为22%左右，甲制粉系统通过调整粗粉分离器折向板，细度上升至18%以上，出力变化不明显；乙侧制粉系统折向板无法调整，但由于回粉量巨大，细度自动上升至18%以上。锅炉原设计300MW，煤种低位发热量5825大卡，每小时需煤量116吨。那么如果发热量下降至4500大卡，那么带满负荷需每小时耗煤150吨左右，两套制粉系统则无法满足满出力的需要，这在迎峰度夏时比较困难，而在其它季节则可以承受。给粉机最大出力为10t/h，实际出力从运行观察可能无法达到10t/h，16台给粉机有可能无法带满负荷。因此，发热量也限制了褐煤的掺烧比例。从目前的掺烧比例看，加权平均发热量达到4700大卡以上，制粉系统的出力是能满足要求的。如果用一份5500发热量的优质烟煤，掺一份5000左右发热量的烟煤，再加一份褐煤，发热量也能达到4700左右，这种掺烧方式也是可以考虑的，可以节省高热值优质烟煤，给采购带来便利，但对掺混带来困难。5.4 炉烟风机耗电量在目前掺烧比例下，水分基本维持在18%左右，炉烟混合温度由140提高至220，双磨运行时，炉烟风机频率基本上接近工频。主要原因为工质温度提高后，体积流量增加，而且与低温炉烟相比，高温炉烟为负压，较难抽取。因此，在采用高温炉烟后，炉烟风机出力在双磨时基本带足，电流由80A上升至120A。炉烟风机出力也限制了更高比例的掺混，水分极限可能在20%左右。因此，在掺混时，尽量避免与蒙煤等高水分烟煤掺混，掺混后的水分不宜高于20%。5.5 高温炉烟系统分析2号锅炉增加了热炉烟系统，主要是为燃烧更高水分的烟煤或褐煤。根据1号锅炉长期运行的情况看，低温炉烟能够承受的最高水分为15%左右，如果水分再高，就会影响到制粉系统出力，必须减出力运行。根据对高温炉烟系统的试验，炉烟温度最高可以达到300以上，磨煤机出口温度可以提高10左右，估计水分最高可以承受20%左右，这为掺烧褐煤提供了基础。根据上述分析，可以总结出高温炉烟有以下几方面的影响： 与低温炉烟相比较，高温炉烟不存在漏风，氧量更低，在保障制粉系统安全的同时，降低了炉膛漏风，提高了锅炉的经济性，部分抵消了高水分煤种带来的锅炉效率下降； 高温炉烟提高了制粉系统干燥能力，但根据试验，提高制粉系统出口温度，对制粉系统出力提高有限，但对燃烧器安全造成不利影响； 高温炉烟抽取口负压较大，与低温炉烟相比体积流量增大，影响炉烟风机的出力，炉烟风机耗电量增加。1号锅炉目前暂不具备掺烧褐煤的条件，当煤种水分达到16%以上时，磨煤机出口温度下降至70以下，此时可以考虑减少冷炉烟用量，提高热风用量，但带来系统氧量的提升，制粉系统抗爆性能下降。因此，不建议1号锅炉进行高水分煤种掺烧，如若掺烧，则必须降低出力运行，系统氧量应维持在14%，这样才能保证制粉系统的安全。5.6 锅炉效率计算分析5.6.1 效率计算混煤的煤质相对复杂，需不断取样混合后缩分，由于无试验条件，在此仅根据掺混比例进行算术平均，得出混煤的水分、灰分、挥发分、低位发热量等指标作为计算依据。其它数据依据基准如下： 空预器后烟温、空预器进口氧量采用实际运行数据，进口氧量2%，空预器出口氧量按照空预器漏风率6%计算，空预器进口风温采用平均数据，确定为35； 炉渣份额10%，飞灰份额90%，飞灰采用1.55%，炉渣碳含量估为5%。； 排烟温度根据表盘数据，减去实测差值5； 机组负荷确定为315MW。根据以上数据，以GB10184-88计算，锅炉在315MW负荷时的效率见表5-2所示。表5-2 锅炉效率计算结果运行方式单磨双磨q25.726.38q40.520.52实测93.1692.49校核93.4492.775.6.2 锅炉效率分析上述锅炉效率计算虽相对较粗，但和实际相差不远，此效率为满负荷下锅炉效率，其它负荷点效率会有所变化，但相差不大。从计算的结果看，30%掺烧褐煤时，单磨锅炉效率达93%以上，双磨达92%以上，和单烧烟煤相比，效率略微下降。主要原因是，掺烧褐煤后，由于水分的增加，烟气量增加，排烟温度升高，但由于热炉烟的使用，有效的降低了排烟温度，部分抵消了因排烟量增加导致的锅炉效率下降。仅从经济性来看，掺烧褐煤后，与水分相同的烟煤单烧相比，经济性是类似的，并无多大差别。6 运行初步结论6.1 在热炉烟系统改造完成后，2号锅炉制粉系统可承受更高水分的煤种，水分最高可达20%左右，为褐煤掺烧提供了基础；6.2 受限于受热面结渣等因素，褐煤掺烧比例不宜超过30%；6.3 掺烧褐煤的经济性可以得到保证，与单烧相同水分的烟煤基本一致；双磨运行锅炉效率达92%以上；单磨运行锅炉效率达93%以上；6.4 由于烟煤与褐煤均有较好的燃尽性能，固体未燃烧损失较小，掺烧褐煤的经济性要高于劣质贫煤；6.5 以上结论仅针对目前试验煤种而言，由于混煤的情况复杂，如更换其