降低燃烧成本提高锅炉效率

冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第4期总第182期1前言酒钢集团宏晟电热公司4号锅炉是哈尔滨锅炉厂设计制造的HG-220/9.8-MQ13型锅炉，单锅筒、自然循环、集中下降管、固态排渣煤粉炉。锅炉于1992年12月建设投入运行，设计燃料为新疆哈密煤，为烟煤其挥发分为Vdaf=28.80%左右。燃烧器的设计以及布置形式均按照哈密煤种设计安装，对非设计煤种的适应能力不强，尤其是在掺烧劣质煤或是强结焦性煤种时，对锅炉运行工况和运行参数影响较大。随着设计煤种哈密煤及其他优质煤种的采购限制，单一设计煤种的采购已无法满足要求，必需组织进行其它非设计煤种的掺烧调整。非设计煤种价格便宜、容易购买。掺烧后可为电厂带来了一定经济效益。同时，4号锅炉燃烧器，自投产以来一直未进行过更换，存在变形和破损现象，对燃烧气流的影响较大，燃烧效率相对较低。为了减轻煤粉燃烧器的磨损，降低飞灰可燃物含量，同时掺烧部分非设计煤种可降低生产成本。2011年6月，某钢厂自备电厂决定采用双通道煤粉燃烧器，对4号炉燃烧器进行改造。2设备概述2.1锅炉主要参数过热蒸汽流量220t/h；过热蒸汽温度540益；过热蒸汽压力9.8MPa；给水温度215益；热风温度337益；排烟温度156益；锅炉效率89.68%；计算燃料量21960kg/h。2.2燃烧器的设计参数锅炉炉膛截面尺寸为8050伊8050mm，一次风煤粉燃烧器采用直喷式燃烧器，正四角切圆燃烧方式，假想切圆直径为椎674mm，逆时针旋转。每组燃烧器沿高度方向共有7个喷口，自上而下依次为二、一、二次风（内含高炉煤气火嘴）二、一、二次风（内含焦炉煤气火嘴）、二次风（内含高炉煤气火嘴）布置方式。其中焦炉煤气火嘴4支，供点火及稳燃使用。2.3设计燃料煤粉锅炉设计煤种为哈密烟煤掺烧高炉煤气，其燃料特性见表1~3。降低燃烧成本提高锅炉效率任雪鹏,韩立芳,陈富珍（酒钢集团宏晟电热公司，甘肃嘉峪关，735100）【摘要】宏晟电热公司HG-220/9.8-MQ13型锅炉存在一次风喷口磨损和飞灰可燃物含量偏高等问题，分析了原因，提出了煤粉燃烧器的改造措施。实施后解决了一次风喷口磨损问题，降低了飞灰可燃物含量，提高了锅炉效率，锅炉在额定负荷下掺烧30%的高挥发分煤种，锅炉不结渣，全年可以节约资金193.24万元。【关键词】锅炉；燃烧器;磨损;飞灰可燃物含量;煤种掺烧【中图分类号】TK229【文献标识码】B【文章编号】1006-6764（2015）04-0030-06ToReduceCombustionCostandImproveBoilerEfficiencyRenXuepeng,HanLifang,ChenFuzhen(HongshengElectrothermalCo.,Ltd.ofJiuquanSteel,Jiayuguan,Gansu735100,China)【Abstract】TheHG-220/9.8-MQ13boilerofHongshengCompanyhadtheproblemofwearoftheprimaryairnozzleandhighcontentofflammablesinfly-ash.Causesoftheproblemwereanalyzedandmodificationmeasuresforthepulverizedcoalburnerwereputforward.Afterimplementationofthemodificationmeasuresthenozzlewearproblemwassolved,flammablescontentinfly-ashwasloweredandboilerefficiencywasimproved.Asaresult,theboilerhadnoslagbondingwith30%ofhighvolatilecoalblendingcombustionunderratedload,savingCNY1.9324millionannually.【Keywords】boiler;burner;wear;flammablescontentinfly-ash;blendingcombustionofcoal30冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第4期总第182期项目参数燃煤特性收到基碳Car/%62.44收到基氢Har/%2.77收到基氧Oar/%10.36收到基氮Nar/%0.67收到基硫Sar/%0.18水分Mar/%15.02灰分Aar/%8.26干燥无灰基挥发分Vdaf/%27.56收到基低位发热值Qnet,ar/%22466VTI可磨性系数KVTI/%1.274灰熔特性变形温度DT/益1110软化温度ST/益1170熔化温度FT/益1280项目风率/%风速/(m/s)风温/益一次风27.893560二次风65.4355321高炉煤气2.6810321焦炉煤气-3720炉膛漏风4.0-30项目风率/%风速/(m/s)风温/益一次风293560二次风51.2742337高炉煤气14.9753337焦炉煤气-3520炉膛漏风4.76-30表1设计煤质特性表2锅炉燃料为80%煤+20%高炉煤气时的设计参数表3锅炉燃料为100%煤时的设计参数图1HG-220/100-MQ13型锅炉煤粉燃烧器改造前示意图3HG-220/9.8-MQ13型锅炉煤种适应差与炉膛区域结渣原因分析3.1煤种适应性分析结合图1和图2所示，HG-220/9.8-MQ13锅炉原煤粉燃烧器的一次风喷口为普通直流喷口煤粉燃烧器，无任何稳定燃烧的措施，其主要着火方式是燃烧器最基本的着火机理：1）一次风煤粉气流卷吸高温烟气，高温烟气对煤粉气流进行加热，煤粉气流升温到着火温度。此项占传热能量的60%耀70%。2）上游邻角火焰的撞击。3）炉内高温火焰的辐射加热（图2）。而对于普通的直流煤粉燃烧器由于没有采用稳定燃烧的措施（如钝体、船体、V型波纹钝体等），与一些稳燃功能较强的煤粉燃烧器相比（如双通道燃烧器、钝体燃烧器、浓淡燃烧器等），其着火时间和着火距离长，着火稳定性差。这样也间接影响焦炭粒子后期燃尽，降低锅炉的燃煤效率，影响电厂运行的经济性。图2普通直流喷口煤粉燃烧器稳燃原理示意图3.2非设计煤种煤质特性某钢厂自备电厂锅炉掺烧的非设计煤种主要为新疆广汇煤种，其煤质特性如表4。31冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第4期总第182期煤质特性炉膛容积热负荷qV炉膛结构特性影响锅炉结渣的因素燃烧器特性炉膛容积热负荷qF炉膛容积热负荷qH酸碱比B/ASiO2/Al2O3煤的灰熔点ST硅比G结果渣综合指数R燃烧器参数燃烧器热风荷燃烧器辅助风直流燃烧器分组间距驻H燃烧器区域容积热负荷qrV周界风燃烧器区域壁面热负荷qrH单只燃烧器热功率WW假想切圆直径djw一次风喷口高宽比h/b一次风速W1一次风速W2二侧风贴壁二次风项目参数燃煤特性收到基碳Car/%56.31收到基氢Har/%3.86收到基氧Oar/%13.06收到基氮Nar/%0.73全硫St,ar/%0.47全水分Mt/%20.1收到基灰分Aar/%5.47干燥无灰基挥发分Vdaf/%50.45收到基低位发热值Qnet,ar/%21710哈氏可磨指数HGI43灰熔特性变形温度DT/益1340软化温度ST/益1370熔化温度FT/益1308表4非设计煤种煤质特性从上述煤质特性可以看出，某钢厂自备电厂掺烧设计制煤种与原设计煤种相比，其发热量也略低于设计煤种，挥发分远远高于设计煤种，其火焰中心将逼近燃烧器出口处，可能烧损燃烧器造成停炉事故；也可能因火焰中心位置偏斜，使正常的水循环恶化，引起管子均布过热、胀粗或爆管。随着国内煤炭资源的日益紧俏，锅炉掺烧资源变化较为频繁。相对设计煤种较低的低挥发分煤种，也时常掺烧。底挥发分煤种掺烧后会影响煤种燃尽程度，增加飞灰可燃物含量，增加不完全燃烧热损失，甚至会导致锅炉灭火。3.3影响结渣的有关因素影响锅炉结构的主要因素见图3。图3影响锅炉结渣的因素32冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第4期总第182期固态排渣锅炉djx/ddl单切圆0.05~0.139双切圆0.04~0.12根据图3可以看出：影响锅炉结渣的因素有三个方面：煤质特性，炉膛结构特性，燃烧器的结构和运行方式。3.4煤质结渣特性对于用煤灰软化温度方法ST作判别，根据煤的分析结果总结出用ST判别结渣性界限如下：ST约1260益结渣严重；ST越1260耀1390益结渣中等；ST跃1390益结渣轻微。设计煤种的ST=1370益，某钢厂自备电厂HG-220/9.8-MQ13型锅炉燃煤的结渣特性为结渣中等的煤种。3.5炉膛截面热负荷HG-220/9.8-MQ13型锅炉的炉膛容积热负荷为：qV=0.1516MW/m3；根据计算标准查证燃用易结渣煤种的锅炉允许炉膛容积热负荷qV为0.093耀0.151MW/m3。显然，如果HG-220/9.8-MQ13型锅炉燃用低灰熔点的煤种时，炉膛容积热负荷略微偏大。但从推荐值来看，炉膛容积热负荷不是结渣的主要因素。3.6假想切圆直径为了防止携带煤粉的高温烟气偏斜、贴壁冲刷水冷壁引起结渣。切圆过大会使燃烧器出口两侧夹角差增大，出口射流的“吸附效应”加剧，火焰偏斜的可能性较大。对于结渣性较强的煤种宜选用推荐值下限。按表5推荐方法对某钢厂自备电厂4号锅炉HG-220/9.8-MQ13型锅炉的假想切圆直径进行计算，实际上HG-220/9.8-MQ13型锅炉的假想切圆直径为椎674mm。其djx辕ddl越0.076。HG-220/9.8-MQ13型锅炉的假想切圆直径不是结渣的原因。（说明：表5中djx为假想切圆直径;ddl为炉膛断面长度，单位均为单位mm；djx辕ddl为比值。）表5切向燃烧假想切圆直径推荐值3.7一次风风速分析一次风速的大小取决于煤质的挥发分含量和挥发分的发热值，当煤质一定时，一次风速是影响煤粉气流着火和着火稳定性的主要因素，一次风速越大，煤粉加热到着火所需的热量越多，即着火热越多，着火速度越慢，会引起燃烧不稳定。燃烧过程包括着火时间和燃尽时间，燃烧时间约为2耀3s，通常在煤粉燃烧器的一次风速是根据燃煤挥发分的高低，一般推荐25耀35m/s，设计上一次风的着火距离一般0.3耀0.5m，设计着火时间为0.01耀0.02s左右。某钢厂自备电厂HG-220/9.8-MQ13型4号锅炉一次风风速经实际测量为28耀30m/s，这样，一次风煤粉气流与周围的高温烟气传热传质效果差，在规定的着火距离内无法实现煤粉气流着火，使得煤粉气流着火推迟，火焰长，水冷壁在着火的距离内吸热量大，降低高温烟气温度，影响煤粉粒子的燃尽。因此，调整、降低一次风风速可减少管道磨损并有利于着火和稳燃。3.8燃烧器分析某钢厂自备电厂HG-220/9.8-MQ13型4号锅炉煤粉燃烧器为均衡布置的普通直流喷口煤粉燃烧器。喷口固定无法调整，喷口角度是根据设计煤种煤质设定的，因此不能根据煤种变化调整燃烧。因此，喷燃器对煤种适应性差，无任何稳定燃烧的措施，其主要着火方式是燃烧器最基本的着火机。因此，在煤种发生变化时容易造成喷燃器、水冷壁甚至是过热器结焦。同时，由于直流可调式燃烧器改造相对于固定式燃烧器所需空间较大，现场不具备改造条件且改造费用较高。为了提高锅炉的燃烧燃性能，某钢厂自备电厂4号锅炉进行过燃烧器改造，用“撞击块式水平浓淡”燃烧器代替原燃烧器。该燃烧器改造后，对稳燃起到一定作。运行实践表明：当HG-220/9.8-MQ13锅炉燃用挥发分较高的煤种，如Vad逸30%，或负荷较高时，锅炉燃烧稳定。但是，当锅炉燃用挥发分较低的煤种，如Vad臆30%，或灰分较高时，会出现着火特性较差，燃烧不稳定、飞灰可燃物含量偏高等问题。影响了锅炉安全、经济运行。解决这一问题的方法是：进行煤粉燃烧器改造，选用对煤种适应性较好的宽煤种、防结渣燃烧器代替原燃烧器，使之能够实现宽煤种、防结渣燃烧，适应煤种的变化。4双通道