循环流化床锅炉燃用义马烟煤的运行调整及优化

【摘 要】 通过东方锅炉厂DG440/13.7-II2型循环流化床锅炉在义马锦江能源综合利用有限公司燃用义马烟煤取得的良好效果，来分析义马烟煤在循环流化床锅炉运行过程中燃烧的特点，以及在实际运行过程中的调整优化。使燃用义马烟煤的循环流化床锅炉运行调整具有借鉴意义。
【关键词】 循环流化床锅炉 义马烟煤
一、前言：
DG440/13.7-II2型循环流化床锅炉是东方锅炉(集团)股份有限公司在消化吸收引进技术的基础上，结合自身在125MW、200MW、300MW、600MW大容量机组煤粉锅炉开发、设计、制造方面的丰富经验，自主开发，具有自主知识产权的国产135MW等级的循环流化床锅炉。其设计、制造、安装、调试和运行技术代表着我国现行135MW等级循环流化床锅炉的整体技术水平。
河南义马锦江能源综合利用有限公司2×135MW矸石电厂，锅炉为DG440/13.7-II2型循环流化床锅炉，机组燃用义马劣质烟煤，机组从2004年7月6日开始分部试运，1#机组于2004年9月 16日通过72+24小时考核试运，试验期间负荷率98.9%；2#机组于2004年11月6 日通过72+24小时考核试运，试验期间负荷率96.5%；在实际运行中，锅炉带负荷能力强、变工况运行迅速稳定，排渣通畅，均能按省调度中心负荷指令曲线运行。运行一年来，1#、2#飞灰可燃物一直控制在3%以下，最低达0.5%，底渣可燃物一直控制在1.5%以下，一般在1%以下。1#锅炉最长连续运行时间116天，2#锅炉最长连续运行时间133天，平均运行连续周期80天左右。受到了同行的普遍赞誉。
二、锅炉概述
锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛，两台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井(HRA)三部分组成。炉膛内布置有屏式过热器和屏式再热器管屏；一片全分隔水冷分隔墙。
炉膛与尾部竖井之间，布置有两台汽冷式旋风分离器，其下部各布置一台J阀回料器。尾部由包墙分隔，在锅炉深度方向形成双烟道结构，前烟道布置了两组低温再热器，后烟道从上到下依次布置有高温过热器、低温过热器，向下前后烟道合成一个，布置螺旋鳍片管式省煤器，之后沿锅炉宽度方向分开为左、右烟道，布置卧式空气预热器，空气预热器采用光管式，沿炉宽方向双进双出。
锅炉设有六台给煤机和三个石灰石给料口，给煤机和石灰石口置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置 ，为前墙给料。炉膛底部由水冷壁管弯制围成的水冷风室，通过膨胀节与床下风道点火器相连，风道点火器一共有两台，每台中各布置有一个高能点火燃气燃烧器，无其它助燃燃烧器。炉膛左右两侧各设置一台选择性多仓风水联合冷渣器。
锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器、锅筒、水冷系统、汽冷式旋风分离器进口烟道、汽冷式旋风分离器、HRA包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器及蒸汽连接管道。过热器系统中设置两级喷水减温器，以调节控制蒸汽温度，一、二级减温器分别设置在低过出口、屏过出口蒸汽连接管道上。再热蒸汽系统包括低温再热器、屏式再热器及连接管道。再热系统布置有两级喷水减温器，一级布置在低再进口集箱前的管道上，作为事故喷水减温，二级布置在低再与屏再之间的蒸汽连接管上作为微喷水减温器，再热蒸汽温度主要采用烟气挡板调节。
由两台一次风机、引风机、二次风机、点火风机、播煤增压风机、冷渣风机和三台J阀风机构成锅炉的烟风系统。从一次风机出来的空气分成三路：第一路，经一次风空气预热器加热后的热风（或经点火风机）进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流；第二路，热风经播煤增压风机后，用于炉前气力播煤。第三路，从一次风机出口风道引出至皮带给煤机，作为给煤机密封用风。二次风机供风经二次空预器预热后经炉膛中部前后墙二次风箱分上下两层多喷口送入炉膛。
烟气及其携带的固体粒子离开炉膛，通过布置在水冷壁后墙上的分离器进口烟道进入旋风分离器，在分离器里绝大部分物料颗粒从烟气流中分离出来，烟气及少量的灰粒则通过旋风分离器中心筒引出，由分离器出口烟道引至尾部竖井烟道，从前包墙及中间包墙上部的烟窗进入前后烟道并向下流动，冲刷布置其中的水平对流受热面管组，将热量传递给受热面，而后烟气流经管式空气预热器进入除尘器，最后，由引风机抽进烟囱，排入大气。
三、锅炉设计参数或经优化后运行参数（满负荷）

项目	数值
主蒸汽温度/℃	530～540
主蒸汽压力/Mpa	13.5～13.8
再热汽温度/℃	530～540
给水温度/℃	248
主、再热汽温两侧温差/℃	<20
汽包水位/mm	±76
床温/℃	800～900,max<950
床层压力/Kpa	5～7.5
炉膛差压/Kpa	>2.6
J阀底部温度/℃	<900, max<950
J阀底部压力/Kpa	>42
排渣温度/℃	<150
排烟温度/℃	<132
最低流化风量/Nm3/h	79000
冷渣器床压/Kpa	3～7
冷渣器一室温度/℃	<800
烟气含氧量/%	3～5
点火风道壁温/℃	<1100

四、设计煤种、校核煤种、实际燃用煤种以及灰渣特性：
表1：

名 称	符 号	单 位	设计煤种	校核煤种
灰变形温度	DT（t1）	℃	1225	1401
灰软化温度	ST（t2）	℃	1285	1465
灰熔化温度	FT（t3）	℃	1300	1407

表2：

 我厂煤制备系统采用一级筛分，二级破碎，其设计流程如下：
1#输煤皮带 2#输煤皮带 振动筛 3#输煤皮带 4#输煤皮带
破碎到合格粒度
粗碎机 细碎机
因燃用义马烟煤，煤质比较松软，煤燃烧后灰渣为粉末状，锅炉正常运行不能产生合适粒度物料，锅炉燃烧不易控制。根据摸索，将振动筛蓖由原来的10mm扩大至20mm，炉膛物料达到了设计要求。
五、燃用义马烟煤存在的问题以及解决、优化运行办法
1、燃用义马烟煤存在的问题
在调试、试运及前期运行阶段，因为对440T/H循环流化床锅炉燃烧调整还处于摸索阶段，对循环流化床锅炉燃用义马烟煤也处于摸索阶段阶段，因此在煤的采购和运行调整、事故处理方面没有足够的认识和准备给设备、运行造成了一定的困难和问题，因为周遍地区循环流化床锅炉没有采用义马烟煤作为燃用煤种的，部分电厂曾经掺烧义马烟煤，最终也放弃了燃用义马烟煤，改用发热量大于4500 Kcal/Kg，灰份低、煤质硬的烟煤或贫煤、无烟煤。在试运中曾经一度得出义马烟煤不适宜循环流化床锅炉燃用的结论。
因对循环流化床锅炉燃用义马烟煤认识不够，电厂采购了大批低热值发热量在2500~3500 Kcal/Kg灰份在50%左右的劣质义马烟煤，导致用煤量最大达到150T/H，才勉强带够满负荷。因皮带称重给煤机出厂未安装自动调偏装置，如此大的给煤量（满出力180 T/H）经常导致皮带跑偏，一旦跑偏，给煤机便积满煤，要停给煤机处理，曾经出现因6条给煤机全跑偏导致锅炉停运的事故。
排渣量极大导致冷渣器频繁结焦。因破碎到10mm的煤粒，燃烧后大部分成为粉末，导致不排渣时往冷渣器里自流，或排渣风停止后无法控制红渣自流，导致冷渣器结焦或床压过低而压火。
因为义马煤质松软，燃烧后大部分成为粉末，导致床料粒度偏细，90%的床料小于1mm，致使运行中床压不稳，满负荷时，床压从3~10Kpa波动，按照正常床压4~6Kpa运行存在危险。锅炉在床压10Kpa压火时，60%的床料从风帽流入风室，导致扬火时，床压到2Kpa，热启动失败。漏到风室内数十吨高温细灰，难以清理。
在试运过程中，按照调试方案加床料厚度600mm，启动风机床压只能达到6Kpa左右，经过2小时点火升温过程，大量细物料被携带走，临投煤时，床压降至3Kpa以下，投煤时非常困难，这里投煤这里温度高，那里投煤那里温度高，一般床温测点单只一旦超过1000℃，遇到床压波动，我们就认为锅炉已经结焦，事实也是这样。
2、燃用义马烟煤解决、优化运行办法
经过10次的启动，总结每一次教训和经验，痛定思痛，我作出了排除思想干扰，立足义马烟煤，针对性解决问题，运行调整进行改变和优化。于第11次启动顺利通过72+24小时试运行，试验期间负荷率98.9%。受到了省电网公司、中试所的好评。2#机组试运时，因为汽机振动原因，机组停运2次，汽机振动消除后，2#机组第3次一举通过72+24小时试运行和性能试验检测，并连续满负荷运行45天，因电厂股权转让，而停运。其中燃用义马烟煤解决、优化运行办法有：
（1）振动筛与入炉煤粒度
义马烟煤70%粒度在10mm以下，90%粒度在20mm以下，所以我们第一级采用了振动筛10mm以下的原煤直接进入3号皮带，输至原煤仓。10mm以上的原煤依次进入粗碎机、细碎机被破碎成10mm以下再进入3号皮带，输至原煤仓。这样极大的减轻了粗、细碎煤机的负担，保证了粗、细碎煤机碎煤的合格率。根据燃烧后大部分成为粉末，导致床料粒度偏细，90%的床料小于1mm，致使运行中床压不稳，排渣自流，风帽漏渣等问题，我们将振动筛筛蓖由原来的10mm规格扩宽到20mm，取得了明显的效果。
（2）启动床料
在锅炉启动前，我们添加启动床料，由原来的600mm增加到850~900mm。风机启动后床压达到8~9kpa。投煤时床压仍然能维持到5~6Kpa，使锅炉投煤安全系数大大提高，床温能根据需要稳步上升至稳燃。我们从多次试验得出，冷态时，静止料层厚度每升高100mm，流化试验时床压平均升高1 Kpa。
（3）床压控制
运行过程中，床压控制由原来的4~6Kpa，逐渐改为6~8Kpa，使床压更加稳定，床温控制也越来越稳定。我们从多次压火后达开人孔门，试验得出，热态时，床压每升高1 Kpa，静止料层厚度平均升高110mm。
（4）床温控制
我们根据负荷的不同，煤质的不同，选择不同的床温来保证锅炉的燃烧稳定。一般控制在750~850℃，锅炉断煤时，只要床温高于550℃，都能使再投煤时，床温恢复。燃用煤种发热量超过4000 Kcal/Kg的，床温控制在800~880℃，燃用煤种发热量3000~4000 Kcal/Kg的，床温控制在760~850℃，燃用煤种发热量2500~3000 Kcal/Kg的，床温控制在730~850℃，并尽可能维持到较高床温。
（5）排渣控制
我们排渣采取间断排渣的方式，勤排少排，依次从两边排渣，一次左边排，下一次右边排。每次排渣使床压降低2Kpa左右。排渣时，为了避免红渣自流现象，在排渣过程中就关闭风渣管进风。
（6）一、二次风量控制
一、二次风的调整、控制是调整燃烧的主要手段。我们根据摸索，满负荷时一次风量从180000Nm3/h逐渐优化到160000Nm3/h。二次风量逐渐由100000Nm3/h优化到150000Nm3/h。有效的保证了义马烟煤的燃烧，使排渣可燃物控制到1%以下，飞灰可燃物控制到1.5%以下。我们根据长时间观察，决定负荷50MW以上时，一次风量不低于100000Nm3/h，最低稳燃负荷35MW时，一次风量不低于89000 Nm3/h，二次风的用量由氧量来决定其大小，低负荷氧量控制在6~8%。这样减少了风帽的漏渣，起到了良好的效果。
（7）投煤控制
在锅炉启动投煤时，我们在床温450℃以上便开始脉冲投煤，床温超过550℃，投煤燃烧便趋于稳定，床温随煤量增加稳步上升。锅炉转入热备用时，我们床压一般控制在8Kpa左右，床温控制在850℃左右，断煤后，氧量上升便进行压火操作。我们最长一次压火时间42小时，床温最高一点在450℃，扬火启动成功。
（8）义马烟煤掺烧矸石自脱硫效应
义马烟煤含硫份不高，我们掺烧煤矸石时，煤矸石含CaCO3量超过30%，CaCO3在炉内分解成为CaO与CO2，CaO与SO2发生反应，起到了一定的脱硫效果，我厂不投入石灰石时，SO2排放浓度便达到了800mg/m3，投入石灰石粉，SO2排放浓度能达到了250mg/m3，达到国家规定排放标准。自脱硫效应使我厂减少了部分石灰石粉，节省了一定的费用。
六、结论
实践表明，循环流化床锅炉对煤种的适应性是比较广泛的，我厂燃用发热量2500~5000Kcal/Kg的燃煤，均取得了良好的效果，排渣可燃物控制到1%以下，飞灰可燃物控制到1.5%以下。义马烟煤适应循环流化床锅炉燃用，并且在燃烧效率、排渣方面具有很大的优势得到了充分的表现。2005年5月中电投河南分公司组团对我厂进行了考察，并在中电投河南分公司所属循环流化床锅炉推行燃用义马烟煤，来解决长期以来存在的排渣可燃物、飞灰可燃物偏高，燃烧效率偏低的问题，也取的了良好的效果，飞灰可燃物从20%降至7%左右。通过运行的调整，不断提高运行适应水平。使义马烟煤在循环流化床锅炉上燃用取得良好的经济效益。