华能南京电厂2号锅炉褐煤掺烧运行分析报告.docx
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华能南京电厂2号锅炉褐煤掺烧运行分析报告
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,Vdaf14.91%,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
2.12009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%;
2.22009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;
2.32010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;
2.42010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:
Ø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;
Ø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;
Ø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
%
35.01
2
水分Marl
%
6.32
3
灰分Ad
%
13.60
4
挥发分Vdaf
%
47.71
Vad
%
35.34
5
低位发热量Qnet,v,ar
KJ/g
13.72
Cal/g
3282
表3-2烟煤煤质
序号
项目
单位
数值
1
全水分Mt
%
9.50
2
水分Marl
%
2.83
3
灰分Ad
%
16.98
4
挥发分Vdaf
%
38.45
Var
%
28.27
5
低位发热量Qnet,v,ar
KJ/g
22.91
Cal/g
5479
4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/T466-2003》,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70~80℃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。
Ø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70~80℃时,可启动给煤机下煤,逐步关闭冷风,启用热风;
Ø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90
4.2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/T466-2003》,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110℃~130℃,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70℃~75℃。
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℃
70
120
80
135
90
150
4.3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5~8℃,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
1.35
1.50
1.34
6月24日
1.47
1.59
1.31
6月25日
1.60
1.96
1.65
6月26日
1.97
1.67
1.74
6月27日
1.33
1.27
1.61
6月28日
1.48
1.52
平均
1.55
5.3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65~70t/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:
Ø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;
Ø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;
Ø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:
Ø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℃;
Ø炉渣份额10%,飞灰份额90%,飞灰采用1.55%,炉渣碳含量估为5%。
;
Ø排烟温度根据表盘数据,减去实测差值5℃;
Ø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
q2
5.72
6.38
q4
0.52
0.52
实测η
93.16
92.49
校核η
93.44
92.77
5.6.2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,如更换其它煤种,仍需谨慎。
7煤种选择建议
从2009年起,经过不断的试验,我厂原设计为贫煤的锅炉,单烧烟煤日趋成熟,安全性与经济性都能得到保证,根据历年来煤种燃烧的经验,总结出以下几条,以期给煤炭采购提供依据。
7.11、2号锅炉燃用优质贫煤,比如潞安、浏桥等,其安全性、经济性都可以得到保证,锅炉效率最高;
7.21、2号锅炉燃用低挥发分贫煤,安全性下降,锅炉灭火的概率增加,经济性下降,锅炉效率可能降至90%左右;
7.31、2号锅炉在热炉烟系统未改造之前,可燃用水分不超过16%的烟煤,安全性能得到保证,经济性好于低挥发分的贫煤;
7.42号锅炉在热炉烟系统改造后,可掺烧30%左右的褐煤,安全性较单烧烟煤下降,经济性低于单烧烟煤,但仍好于低挥发分的贫煤;
7.5低挥发分贫煤与烟煤掺烧,是经济性最差的一种方式,基本上被摒弃。
综上,在能采购到优质贫煤时,应优先考虑;在贫煤市场趋紧,入炉煤挥发分大幅偏离设计值时,则应考虑单烧烟煤;高水分褐煤属于经济掺烧煤种,可对其价格与燃烧效率进行技术经济比较。
8进一步的工作
8.1根据2号锅炉的运行情况,尽快实施对1号锅炉的完善工作,包括高温炉烟系统的改造,以利于经济煤种的掺烧;
8.2粗粉分离器可调性差,尤其是两台原苏联径向式粗粉分离器,建议进行改造,以适应各煤种的磨制,提高经济性;
8.3木块分离器老旧,清理繁琐困难,是制粉系统爆炸的危险点,建议进行改造,以适应烟煤、褐煤的磨制,提高安全性;
8.4炉底冷灰斗常年失修,破损较多,有漏风现象,观察孔多破损,建议进行检修或更改,提高安全性及经济性;
运行部
2010年6月30日