仓储式制粉系统四角切圆燃烧锅炉混煤掺烧方式探索

第30卷/2010 年第2期 湖 南 电力研究与试验仓储式制粉系统四角切圆燃烧锅炉混煤掺烧方式探索段学农，朱光明，宾谊沅，雷霖，焦庆丰(湖南省电力公司试验研究院，湖南长沙410007)摘要：详细研究分析了我国火电厂四角切圆燃烧锅炉常见的燃烧系统布置方式及中间 储仓式制粉系统结构特点，结合混煤掺烧理论与实践研究结果，提出了适用于不同制粉 系统与燃烧系统的一系列混煤掺烧方法，并在湖南省多家火电厂开展了应用实践，取得 了较好的实际效果，可供同类型电站锅炉混煤掺烧时参考。关键词：仓储式；四角切圓；粉仓；燃烧器；混煤掺烧中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1008冶198(2010)02“0009*04Optimization of mixed coal combustion for four corner tangential circleboiler with storage pulverizing systemDUE Xue-nong, ZHU Guang-ming, BIN Yi-yuan, LEI Lin, JIAO Qing-feng (Hunan Electric Power Test and Research Institute, Changsha 410007, China)Abstract： Tlie cplied in many thermal power plants in Hunan. Hie practical results were exciting and offered references for the same type boilers.Key words： storage pulverizing system； four comer tangential circle； powder bunk*； burner； mixed coal combustion随着国内火电厂建设规模的持续增加，发电燃 煤需求增长迅猛，而我国煤炭资源分布极不均衡， “北多南少、西富东贫”，煤炭的生产和供应基本 在中、西部地区，煤炭消费则主要在东部地区。国 内多数地区，尤其是东部和中部地区，煤炭资源本 身储量少、开采程度高，造成煤炭资源逐渐枯竭， 煤炭产量有下降趋势。随着经济的高速发展，电力 需求大幅增加，本地煤炭供应已不能满足电厂正常 生产要求，由于交通运输能力的限制，电煤供应形 势日益紧张，目前越来越多的电厂在生产运行时很 难燃用设计煤种，在现有燃煤条件下，为最大限度 地保证锅炉燃烧的稳定性、经济性、安全性以及环 保要求，混煤掺烧已成为火电厂的必然选择。湖南省电力公司试验研究院在总结传统混煤掺 烧方式“炉前掺配、炉内混烧”优缺点的基础上， 提出并实施了 “分磨制粉、分仓储存、炉内掺烧”、“分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧”等混煤 掺烧新方式，成功地解决了传统方式燃烧效率低、燃烧安全性差、掺配煤劳动强度大、输配煤电耗高 等难题。仓储式制粉系统四角切圆锅炉是燃煤锅炉中比较典型的炉型，其混煤掺烧方式的选取与掺混煤种的特性、粉仓与燃烧器连接方式、粉仓之间的联络方式等密切相关。文中重点阐述了仓储式制粉系统四角切圆燃烧锅炉粉仓与一次风火嘴的对应关系、粉仓间的输粉方式对混煤掺烧方式的选取的影响，并在电站锅炉上得到应用。1混 煤 掺 烧 方 式 选 取 的 基 本 原 则1.1传统混煤掺烧方式的不足传统的混煤掺烧方式，即“炉前掺配、炉内 混烧”，是指燃料在进人原煤斗之前，通过各种手收稿日期： 2009-12-14万方数据 9 研究与试验 湖 南 电力第30 4/2010年第2期段按一定的比例混合，混配均匀的原煤在磨煤机中 一同被磨制成粉，再送人炉内燃烧。从混煤掺烧理 论上看这种方式充分利用了 “混煤的着火特性接 近于易着火煤”的优点，有利于煤粉的着火和燃 烧的稳定，但无法避免混煤的“抢风”现象、可 磨特性趋向于难磨煤种、燃尽特性接近于难燃尽煤 种等不利因素。从实际应用上看存在以下问题： 1.1.1现有的炉前掺混手段都很难保证煤质掺配 的均匀性，掺配煤的管理难度也很大，劳动强度 大，输配煤设备运行时间长，厂用电增加。1.1.2如果混煤不均勻，煤质波动较大，会产生 一系列的燃烧问题，如发生锅炉局部甚至全炉膛灭 火、锅炉结焦垮焦、带不起负荷。在极端情况下， 如掺人优质烟煤比例太大、制粉系统参数控制不 当，甚至会发生制粉系统爆炸、一次风管烧损等事 故。113对于煤质特性差异较大的煤，特别是可磨 性差异较大的煤，易磨的煤会“过磨”，成粉样中 细粉比例大；而难磨的煤“欠磨”，成粉样中粗颗 粒比例大，煤粉细度和均勻度均难以保证，从而导 致飞灰含碳量、炉渣含碳量较高。114由于烟煤着火较迅速，将煤粉气流周围氧 气迅速燃烧，就算难着火煤种达到或超过了着火温 度，如果补氧不及时，也无法迅速着火，造成燃烧 推迟，因此燃烧不完全。1.2新型混煤掺烧方式为克服“炉前掺配、炉内混烧”的上述不足， 湖南省电力公司试验研究院创造性地提出了“分 磨磨制”的方法，并根据粉仓之间的联络方式， 提出并实施了 “分磨制粉、分仓储存、炉内掺 烧”，“分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧”等混煤 掺烧新方法。12.1分磨制粉、分仓储存、炉内掺烧磨煤机磨制各自选定的煤种，再输人各自的粉 仓，煤粉由不同的粉仓接到不同的燃烧器喷口，即 不同的燃烧器所燃用的煤种不同，煤粉的混合在炉 内完成。这种混合方式可根据锅炉的不同温度区域 送人合适的煤种，以改善锅炉的燃烧环境，例如： 将易着火煤种送人下层燃烧器，以提高燃烧稳定 性；将不易结渣的煤送人易结渣区域的燃烧器 (燃烧器的中间2层），以减小炉膛结渣问题发生 的可能。 10 1.2.2分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧磨煤机磨制各自选定的煤种，不同的煤粉输人 同一个煤粉仓，即煤粉的混合在煤粉仓内完成，各 燃烧器燃用的是同样的混煤。这种混合方式保留了 混煤着火特性接近于易着火煤种的优点，同时由于 分磨制粉可保证磨细难燃尽煤种，克服了可磨特性 趋向于难磨煤种、混煤燃尽特性接近于难燃尽煤种 的缺点。1.3混煤掺烧方式选取的基本原则理论研究和实验研究表明，混煤的着火特性接 近于易着火煤种，可磨特性趋向于难磨煤种，燃尽 特性接近于难燃尽煤种。在混掺烧方式的选取上必 须充分利用着火特性接近于易着火煤种这一特性， 以避免可磨特性趋向于难磨煤种，燃尽特性接近于 难燃尽煤种的问题。混煤掺烧实际应用中必须注意以下4点：(1) 保证人炉煤质的相对稳定，避免煤质大 幅度波动，提高锅炉燃烧稳定性。(2) 保证难着火、难燃尽煤种煤粉细度，提 高燃烧经济性。(3) 考虑不同煤种燃烧器的均匀投入，以保 证对难着火煤种的火焰支持，确保难着火煤种的着 火、燃尽。(4) 要综合考虑掺混煤种的着火、燃尽特性， 合理进行二次风的分配，保证各煤种氧量的及时补 充，确保燃烧效率。2中 储 式 制 粉 系 统 锅 炉 粉 仓 与 燃 烧 器 连 接 的 几 种 典 型 布 置 方 式2.1粉仓与燃烧器同边连接以湖南大唐某发电有限公司1，2 号锅炉、湖 南华电某发电有限公司3, 4号锅炉为例，300 MW 机组中储式制粉系统、四角切圆锅炉，配4套制粉 系统，A，B制粉系统和C，D制粉系统分别对应 1， 2号2个粉仓，1 号粉仓通过一次风管与1, 2 号角燃烧器（炉左）相接，2号粉仓通过一次风管 与3, 4号燃烧器（炉右）相接。这种连接方式管 道布置简单，一次风速调平容易，但对混煤掺烧方 式的适应性较弱。2.2粉仓与燃烧器对角连接以某厂300 MW机组仓储式制粉系统、四角切 圆锅炉为例，4套制粉系统，A， B制粉系统和C，万方数据2010 No. 2 HUNAN ELECTRIC POWERVol. 30D制粉系统分别对应1，2 号2个粉仓，1号粉仓 对应2, 4号角燃烧器（对角），2号粉仓对应1, 3号角燃烧器（对角）。这种管道连接方式简单， 同层一次风管长短偏差小，一次风速调平简单，对 混煤掺烧方式的适应性较好。2.3粉仓与燃烧器分层连接湖南华润某发电有限公司300 MW机组1，2 号锅炉，仓储式制粉系统、四角切圆锅炉，配4套 制粉系统，A，B制粉系统和C，D制粉系统分别 对应1，2号2 个粉仓，1 号粉仓对应A , B层燃烧 器和Cl， C3燃烧器，2号粉仓对应D，E 层燃烧器 和C2, C4燃烧器。湖南大唐某发电有限公司300 MW机组1，2 号锅炉，湖南经投某发电有限公司300 MW机组1 ， 2号锅炉，其粉仓与燃烧器的分层相接方式则是1 号粉仓对应A，C层火嘴和E2, E4燃烧器，2 号 粉仓对应B，D层和El，E3燃烧器。这种管道布置方式复杂，一次风速调平工作量 大，一次风管阻力损失也较大，但对混煤掺烧方式 的适应性较强，几乎可适用于各种混煤掺烧方式。3仓 储 式 制 粉 系 统 粉 仓 与 粉 仓 的 联 络 方 式为保证2个粉仓粉位的匹配，同炉2个粉仓之 间、甚至与邻炉粉仓之间一般设置有相互输粉的设 备或装置，主要有以下2种。3.1输 粉 机最典型、最常见的粉仓与粉仓联络方式是输粉 机。输粉机灵活、方便，但可靠性不高，维修也不 方便，利用率不高。输粉机无法实现两粉仓间煤粉 的同步掺混。3.2输 粉 裤 叉 管输粉裤叉管是一种方便简单、可靠性高的新装 置。湖南大唐某发电有限公司1，2号锅炉、湖南 华电某发电有限公司3, 4号锅炉，选取离 2个粉 仓相近的B，C 制粉系统，将细粉分离器粉筛下的 原单根落粉管设计为裤叉管并装设调节档板，使 B, C制粉系统可单独或同时向1 ，2号粉仓输粉， 见示意图1。输粉裤叉管装置能较好地实现不同制 粉系统所制煤粉的仓内掺混，并保证混合基本均 匀。此外，通过调节挡板位置，还可实现粉位调 节，避免频繁启停磨煤机。图1细粉分离器输粉裤叉管示意图4仓 储 式 制 粉 系 统 、 四 角 切 圆 燃 烧 锅 炉 混 煤 掺 烧 方 式 的 选 择4.1粉仓与燃烧器同边连接时混煤掺烧方式的选 取在粉仓与燃烧器同边连接系统中，没有实现仓 内掺混手段时，只能选取“炉前掺混、炉内混 烧”，不能选用“分磨制粉、分仓储存、炉内掺 烧”，否则，将会出现锅炉半边炉烧好煤，另半边 炉烧差煤的情况，产生燃烧稳定性变差、汽温、烟 温左右偏差大、飞灰含碳量分布不均勻且整体高等 一系列问题。如果有实现仓内掺混的输粉裤叉装置，最佳的 混煤掺烧方式是“分磨制粉、仓内掺混、炉内混 烧”，华电某发电有限公司3, 4号锅炉采用该混 煤掺烧方法，取得了良好的效果；如果掺混煤种差 异不大亦可采用“炉前掺混，炉内混烧”，大唐某 发电有限公司1，2 号锅炉就采用这种混煤掺烧方 式。4.2粉仓与燃烧器对角连接时混煤掺烧方式的选 取在粉仓与燃烧器对角连接系统中，如果掺混原 煤可磨性差异不大、又能保证掺混基本均勻，可优 先采用“炉前掺混，炉内混烧”。如果原煤可磨性差异大、又装有输粉库叉装 置，建议釆用“分磨制粉，仓内掺混，炉内混 烧”。如果混煤可磨性差异大、又没有输粉裤叉装置 11 万方数据研究与试验 湖 南 电力第30 4/2010年第2期时，建议采用“分磨制粉、分仓储存、炉内掺 烧”，此时，一个对角烧好煤，另一个对角烧差 煤，2个对角可根据各自煤种的燃烧特性采用不同 的煤粉细度和配风方式，烧好煤的火焰对烧差煤的 一次风射流起火焰支持作用，依然能保证燃烧的稳 定。4.3粉仓与燃烧器分层连接时混煤掺烧方式的选 取在粉仓与燃烧器分层连接系统中，如果混煤的 可磨性差异不大、又能保证掺混基本均匀，可优先 采用“炉前掺混、炉内混烧”，如大唐湖南某发电 有限公司1，2号锅炉就长期使用该混煤掺烧方式。如果混煤的可磨性差异大、又装设有输粉裤叉 装置，建议采用“分磨制粉、仓内掺混、炉内混 烧”。如华电湖南某发电有限公司3, 4号 锅 炉 就 采用该混煤掺烧方式成功地掺烧了晋城无烟煤，使 飞灰含碳量由“炉前掺混，炉内混烧”的20%降 到了 10%以下。如果混煤的可磨性差异大、又没有装输粉裤叉 装置，建议采用“分磨制粉、分仓储存、炉内掺 烧”，此时，某2层半火嘴烧好煤、另外2层半火 嘴烧差煤 ，可根据各自煤种的燃烧特性采用不同的 煤粉细度和配风方式，上下层之间的火焰支持力度 也很大，锅炉燃烧较稳定。湖南华润某发电有限公 司1 ，2 号锅炉、湖南经投某发电有限公司1 ，2号 锅炉就长期采用“分磨制粉、分仓储存、炉内掺 烧”的方式。5结 论应根据掺混煤种的可磨性、着火特性、燃尽特性， 以及煤种掺混设备、粉仓与燃烧器的连接方式等综 合考虑，选取合适的混煤掺烧方法。5.2新建火电厂采用仓储式制粉系统锅炉设计时， 应充分考虑混煤掺烧需要，建议粉仓与燃烧器的连 接方式以分层连接或对角连接为宜，非特殊情况不 采用同边连接方式。5.3鉴于“ 分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧”混 煤掺烧方法的优势，建议新建火电厂设计选型时或 有条件进行制粉系统设备改造的在役火电厂，在细 粉分离器下增设输粉裤叉管，以获得仓内掺混手 段，提高煤粉掺混质量，保证锅炉燃烧稳定性和发 电机组的安全经济运行水平。参 考 文 献1段学农，朱光明，焦庆丰，等. 电站锅炉混煤掺烧技术研究 与实践J. 中国电力， 2008 , 41 (6), 51-54.2湘电技中 200718号，湖南省电力系统技术中心：湖南省 电站锅炉混煤掺烧指导性意见.3侯栋岐，冯金梅，陈春元，