600MW高水分褐煤锅炉变负荷特性试验.pdf

第 4 2卷第 2期 2 0 1 1 年 3月 锅 炉 技 术 BOi l ER TECH NOI OGY Vo 1 ． 4 2，NO ． 2 M a r ．．2 0 l l 文章编 号 C N3 1 1 5 0 8 2 0 1 1 0 3 0 0 3 2 0 4 6 0 0 MW 高水分褐煤锅炉变 负荷特性试验 张清峰 ，曹红加 ，李俊 忠 ，问树荣。 华北电力科学研 究院有限责任公 司，北京 1 0 0 0 4 5 ； 2 ．内蒙古上都发电有 限责任公司，内蒙古 正蓝旗 0 2 7 2 0 0 关键词 高水分褐煤 ；变负荷 ；一次风压 ；燃烧器负荷分配 摘要 由于高水分褐煤 的低发热 量和 易结 渣特 性 ， 锅炉 一般 采用 非常 低的 炉膛 容积热 负 荷 和非常 低 的 炉膛断 面热负荷 。该类 型的褐煤 锅炉 变负荷 速率 低 于普通 烟煤 锅炉 。进行 了一 次风 压 、 燃烧 器 负荷 分配 、 二次风配 风调整等对 锅炉变 负荷 影响的试验 。试 验结果表 明 在机 组需要 快速 升负荷 时 ， 先提 高一 次风 ， 然后增加 给煤量可 以提高锅炉 的升负荷速率 。如果锅炉 的氧量 偏差 不大 ， 可 以短期 内不增 加送 风量 。适 当 优先增加 上层燃烧器 的给煤量 ， 可 以提 高锅炉 的升负荷速率 。机 组协调投运 时 ， 负荷变化率最 大不 超过 5 ～ 6 MW ／ mi n 。 中 图 分 类 号 TK2 2 9 ． 6 文献 标 识 码 A 0 前 言 我 国褐煤 锅 炉机 组 的起 步 较 晚 、 目前 已经 投 产 的褐煤 机组 主要 有 元 宝 山电厂 一 期 引进 l x 3 0 0 Mw ， 二 期 引进 1 5 0 0 Mw ， 三 期 国产 1 6 0 0 MW ， 伊 敏 电厂 一 期 引进 2 5 0 0 MW ， 富 拉尔 电厂 国产 6 2 0 0 MW ， 通 辽 电厂 4 2 0 0 MW ， 以及 最 近 投 产 的 上 都 发 电 公 司 4 6 0 0 MW ， 初步 形成 一定 规模 ] 。 内蒙古上 都 发 电有 限责 任公 司为 4 X 6 0 0 Mw 汽 轮 发 电 机 组 ， 锅 炉 为 某 公 司生 产 的 亚 临 界压 力 、 一 次 中 间再 热 、 单 炉 膛 平衡 通 风 、 控制 循 环 汽 包 锅 炉 ； 其 型 号 为 HG 一 2 0 7 0 ／ 1 7 ．5一 HM8 ， 锅 炉 整 体采 用 Ⅱ型 布 置 ， 为全 钢 构 架悬 吊 紧身全 封 闭结 构 。炉 膛 尺 寸 为 2 0 ． 1 9 3 2 0 ． 0 5 2 7 8 ． 2 6 1 T I ， 水 冷 壁 尺 寸 为 5 16 ． 5 mm， 共 1 2 2 8 根 。炉膛 容 积热 负 荷 6 O ． 2 k W／ m。 ， 炉 膛 断 面热 负 荷3 ． 9 0 7 MW／ m 。锅 炉设 计 燃 用 锡 林 浩 特胜 利 煤 田一 号露 天 矿褐 煤 ， 炉 膛燃 烧 方式 为正 压直吹 四角切圆燃烧 ， 采用直流水平浓淡摆动式 燃烧 器 。制 粉 系 统 配 置 8台 HP1 1 0 3型 碗 式 中 速磨煤机 ， 锅炉燃 用设计 煤种 满负荷 运行 时， 7 台运行 1台备用。上都发 电公 司燃 用煤种属 于 高水分 、 高挥发分 、 低发热量、 低灰熔 点， 有强结 渣 特性 的褐煤 。为 了 防止锅 炉 结渣 ， 设 计 采 用 了 较 大 的 炉膛 断 面 、 较 高 的炉 膛 高 度 ， 从 而 获 得 了 非 常 低 的炉 膛 容 积 热 负 荷 和 非 常 低 的炉 膛 断 面 热负 荷 。 为 了满 足 煤 粉 制 备 中保 证 碾 磨 出力 和 十燥 出力 ， 锅 炉 配 置 了较 多 台数 和 较 大 容 量 大 磨 煤 机 ， 而 且在 空 气 的加 热 系统 上 进 行 特 殊 设 计 ， 在 一般 锅炉 回转 式 空气 预 热 器后 面 ， 义增 加设 计 了一级 管式 空气 预 热器 ， 使 锅 炉 可 以在 额 定 负荷 产 生 4 0 0℃ 以上 的高 温热 风 ， 以满 足 该煤 种 干燥 的需要 。这 虽然 满 足 了煤 种 的需 要 ， 但 使 得 系统 复杂 了 ， 在 变 负 荷 过 程 中 ， 需 要 更 长 时 间来 达 到 热平 衡 。 该 锅 炉设 计 燃 用 锡 林 浩 特 胜 利 煤 田一 号露 天矿 5层 和 6层 混 煤 ， 设 计 煤 种 和 校 核 煤 种 收 到基 低 位 发 热 量 分 别 为 1 4 7 2 0 k J ／ k g和 l 3 4 0 0 k J ／ k g ， 设 计 和 校 核 煤 种 的 全 水 分 在 3 0 左 右 ， 由于 设 计 煤 种 发 热 量 非 常 低 ， 只 有 优 质 烟 煤 发 热 量 的 一半 ， 而 且 水 分 含 量 非 常 高 ， 是 烟 煤 的 2 倍 以上 。由 于 人 炉 煤 发 热 量 很 低 ， 而 且 为 了 防 止锅 炉 结 渣 ， 控制 炉膛 出 口温 度 ， 所 以该 锅 炉 炉 膛 温 度 较 一 般 锅 炉 低 ， 炉 膛 出 口 娴 温 为 1 1 5 O ℃ ～ 1 2 2 0℃ 1 燃用煤种分析 试验 时锅 炉燃用 煤质 分析 见表 1 。 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 1 6 作者简介 张清峰 1 9 6 4 男 ， 高级工程师 ． 主要从事燃烧科学 与污染控制 的研究 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 张清峰 ， 等 6 0 0 MW 高水分褐煤锅炉 变负荷特 性试 验 3 3 表 1 实际煤 种 的煤质 分 析数据 褐 煤 的挥 发分 含 量较 高 ， 达 到 4 0 ． 6 。挥 发 分 燃烧 产生 的热 量 多 少 ， 取 决 于原 煤 挥 发 分 的 数 量 与挥 发分 的热 值 。如 果 原 煤 的 挥 发 分 多 ， 挥 发 分的热值也高， 则挥 发分燃 烧产生 的热量就高 ， 容易达到焦炭 的着火温度 ， 使焦碳着 火提前 ， 更 容 易燃 尽 。 同 时 褐 煤 的 全 水 分 含 量 极 高 ， 接 近 4 0 ， 过高的水分需要更 高的磨煤机入 口温度及 一 次风量来 保证磨煤机 的干燥 出力 。褐煤 的灰 分并不高 ， 为 l o ． 7 9 。灰分增 加会使火焰温度 下 降 。煤 的理 论燃 烧 温 度 愈低 ， 引 起 温度 下 降 的 幅度愈大 。高灰分使 着火推迟 ， 燃烧温度 下降 ， 稳 定 性下 降 。灰 分 增 加 会 使 燃 烬 度 变 差 。受 热 面 的沾污 和磨 损愈 严 重 ， 沾 污 常 引起 结 渣 及 过 热 器 超 温而 影 响 安 全 运 行 。收 到 基 的低 位 发 热 量 较 低 ， 为 1 3 ． 2 6 MJ ／ k g ， 低 于设 计 煤 质 的发 热量 ， 因此该 褐 煤 进 入 炉 膛 后 会 使 理 论 燃 烧 温 度 下 降 而投入 锅 炉更 多 的煤 ， 以维 持锅 炉 的蒸 发 量及 炉 膛 出 口烟 温下 降对对 流受 热 面带来 的 吸热不 足 。 2 锅炉 变负荷的重要性 目前 ， 我 国 电网公 司对 于 6 0 0 MW 机组 一 般 要求 投入 A GC应 达 到 1 2 MW ／ mi n的 负 荷 变 化 速率 ， 以适应电网调度的要求 。我 国已经投运的 6 0 0 Mw 普通烟煤锅炉变负荷速率基本都能满足 电网调度的要求， 而从上都电厂 目前运行的实际 情况来看 ， 对于这种带 中速磨燃用高水分褐煤 的 锅 炉 ， 难 以满 足 电 网 公 司调 度 的 要 求 。 因此 ， 对 高 水分 褐煤 锅炉 的变 负荷 特 性 进行 试 验 ， 确 定 该 类 型煤 种锅 炉 的变 负荷 能 力 ， 为 该类 型煤 种 锅 炉 机组 的调度提供依据 ， 具有一定的现实意义。 3 褐煤锅炉 变负荷试 验 由于褐煤 的高水分低发热量的特性 ， 锅炉升 降负荷与普通烟煤锅炉的差异很大。从锅炉侧来 看 ， 影 响机 组变 负荷 的 主要有 一 次风 压 、 燃 烧器 负 荷分配 、 二 次风配风调 整等 。进行 锅炉变负荷试 验 的 目的是 全 面 试验 锅 炉 变 负 荷情 况 ， 得 出一 次 风 压 、 二次风 量 、 二次 风 配风 方式 以及 燃烧 器 负荷 分 配等的调整与锅炉变负荷特性之间的关联， 得出提 高锅炉变 负荷能力 的运行 调整方法 。 试 验分 8 个 工况 进行 ， 如 表 2所示 。 表 2锅 炉变 负荷试 验 工况 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅 炉 技 术 第 4 2卷 表 3锅炉 变负 荷试验 结果 T况 锅炉正常升负倚1 ． 7 4 4 崩 0 3． 炉 9 k P a 、 二次风量基本维持不变 、 各燃烧器 均匀增 加给煤量 ， 各燃烧 器均 等配风 、 f 一 一 次 乐 ⋯、两层燃尽风 F A 开度为 1 0 ， 增加给煤量 2 4 I 。从开 始增 J J 口 给煤最开始 汁H 1f ． 1 ⋯增 譬 器 。 荷1 8 从 t o 3 8 ． 6 M 增 W 48 粪 } n林 门 姒 。 温 度 控 制 稳 定 ， 主 汽 力 从 1 5 ．4 4 MP a L 升 到 1 5 ． 7 1 Mt 扎 锅 炉 的变负荷 速率 增 大 譬 篓 烧 器 蓑 。 5 3 ． 1 M W J嗡2 T 爆 量 ]] 4 7 7 ． I 计M W时 。’主1 蒸Ill i 善 粪 羞 } 一妇 层燃尽风 F A 开度为 8 O ， 各 磨煤 机均匀增加给煤 ， 总增加 给煤 2 4 t 。从开 r 况 5 一 2 ． 7 7 始增加给煤量开 始计 H 1f ， i rai n内增加 给煤 2 4 t ， 1 2 rai n内 ， 机 绀负 倚从 r 1 0 9 ． 1 里 贝伺 MW 上升 到 4 4 4 ．9 MW。 主蒸 汽 和冉 热 蒸汽 温 度控 制 稳 定 。 主 汽 力从 1 3 ． { 删 。 誊 爨 辫 躐 升 负 何 冉 热 蒸 汽温 度控 制稳 定 ，主汽 压 力从 1 3 ． 2 6 Mt a t s I． 到 1 3 ． 1 7 MI 。锅 炉 的变 负 这 8个工 况 的试 验过 程 与结果 见表 3。 南于褐煤 的高 水分 特 性 ， 同时 考 虑 褐煤 巾速 磨制 粉 系统 防爆 的要 求 ， 磨 煤 机 口煤 粉 的温 度 一 般维 持在 6 O。 1_ ～ 6 5℃左 右 ， 进 人 锅 炉 的煤 粉 含有大 量水 分 ， ～ 般 为 1 8 ～ 2 2 ， 且 随 着磨 煤 机 出 口温度 的降 低增 大 ， 煤 粉 进 入炉 膛 后 由于水 分 的气 化升 温吸 收热 量 ， 导 致 褐煤 锅 炉 机 组 的 变 负荷速 率 大 大 低 于 普 通 烟 煤 锅 炉 在 汽 轮 机 阀 位保 持 不变 的情况 下 ， 锅 炉 正常 升 负荷 速率 为 1 ． 7 4 MW／ mi n 。如果 在 升 负 荷 前 先提 高 一 次 风 压 1 ． O k P a ， 锅 炉升 负荷 速率 为3 ． 2 9 MW／ mi n ； 在 先 提高一次风压1 ． 0 k P a 即提 高瞬时一次风量， 改 善一 次风 系 统 的 传 热 以提 高一 次 风 系统 磨 煤 机 的干燥 出力 ， 同 时 适 当调 整 开 大 汽 轮 机 的 位 以维 持 主蒸汽 压 力基 本 不 变 ， 锅 炉 升 负荷 速 率 为4 ． 0 9 MW mi n 。增 大 』 二 层燃 烧 器 给 煤 量 时 锅 炉升 负荷 速率 为 1 ． 2 4 Mw mi n ， 增 大下 层 燃烧 器 给煤 量 时锅 炉 升 负 荷 速 率 为0 ． 7 3 Mw mi n 。相 对而 言 ， 增 大上 层 燃 烧 器 时 ， 锅 炉 的 升 负 荷 速 率 更快 。在 升 负荷 前 ， 如 果先 增 大 送 风 量 ， 则 锅 炉 升负 荷速 率 为0 ． 5 5 Mw mi n 。 由于 更 多 的 送 风 进入 炉膛 带走 热量 ， 锅炉 的升 负荷 速率 更低 。 随着 机组 负荷 的升 高 ， 锅 炉 的变 负 荷速 率 减 小 。这 是 为 机组 负 荷较 高 时 ， 磨 煤 机 入 口的热 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 张清 峰 。 等 6 0 0 Mw 高水分褐煤锅炉变 负简特性 试验 风 挡板 已经 全 开 ， 冷 风 挡 板 已经 全 父 。 磨 煤 机 m 口温度 随 着给煤 量 的增 加 降低 ， 进 入炉 膛 的 煤 粉 水 分增 大 ， 大 量 的水 分 进 入 炉 膛 升 温 ， 需 要 吸 收 更 多 的热 量 ， 煤 粉 的着 火 热 更 大 。 会 减 小 锅 炉 的 变 负荷 速率 。 在 机组 需 要 快 速 升 负 荷 时 ． 先 提 高 一 次 风 压 ， 即一 次风 量 ， 提高 一 次 风 瞬 时 干燥 出力 ， 然后 增 加 给煤 量 ， 增 加 进 入 炉 膛 的煤 粉 量 。 另 一 方 面 可 以维持 或者 提 高磨 煤 机 f } I 口温度 ， 避 免 磨 煤 机 m 口煤 粉水 分 的增 大 ， 减 少 煤 粉 巾水 分 进 入 炉 膛 的吸热 。先提 高一 次 风压 。 亓 丁 以增 大 锅 炉 的升 负 荷速 率 。此 外 ． 如 果 锅 炉 的氧 量 合适 。 可 以 短 期 内不增 加 送 风 量 。适 当优 先 增 加 上 层 燃 烧 器 的 给 煤量 。这 样 可 以提高 锅炉 的升 负荷 速率 。 同样 的道 理 ． 在 机 组 需 要 快 速 减 负 荷 时 ． 先 降 低一 次风 乐 ． 然 后减 少给 煤 量 。适 增 加 二 次 风量 ， 优 先减 少上层 燃 烧 器 的 给煤 量 。这 样 可以 提 高锅 炉 的降 负荷速 率 。 在 冬季 寒冷 季节 。 南于环 境 温 度 低 。 5 0 0 Mw 以上 负 荷 时 。 为 了提 高 磨 煤 机 的 干 燥 l叶 J 力 。 维 持 磨煤 机 出 口温度 6 0 ℃ 以 卜。 需 要 维 持较 大 的 一次 风量 。 此 时 一 次 风 机 出 力 已 基 本 达 到 额 定 ． 因此 利用 一 次 风 压 调 节 来 提 高 锅 炉 变 负 荷 的 手 段 基 本难 以 实现 。 根据 升 负荷试 验 数据 结 果 。 建议 机 组 协 调 投 运 时 。 负 荷 变 化 率 最 大 不 超 过 5 ～ 6 Mw／ mi n 。 且 升 负荷前 先提 高 一 次 风压 。 降 负荷 时 先 降 低一 次风压 。 4 结 论 1 南于 褐 煤 的挥 发分 很 高 。 考 虑 到 制 粉 防 爆 的要求 ， 中速磨 煤机 的 出 口温度 一 般 为6 0口 _ l ～ 6 5℃ ， 并 且此 要 求 很 严格 。 这 样 就 客 观 上 造 成磨 煤机 变负 荷能 力低 。 2 南于 一 次 风 系统 运 行 时 ， 冷风 门挡 板 为 重 点 ． 一 次风 干燥 力 没 有 等 量 造 成 磨 机 系 统 ． 给煤量 变 化能 力低 。 3 通过 锅 炉 的 变 负荷 试 验 ． 可 以得 如下 结 论 在机 组 需 要 快 速 升 负 荷 时 ． 先提 高 一 次 风 压 。 然后 增 加 给 煤 量 可 以提 高 锅 炉 的 升 负 荷 速 率 。如 果锅 炉 的氧量 基 本 合适 ． 可 以 短期 内不 增 加送 风 量 。适 当优 先增 加 上 层燃 烧 器 的给 煤 量 。 这样 可 以 提 高 锅 炉 的升 负 荷 速 率 。建 议 机组 协 调投 运 时 ． 负 荷 变 化 率 最 大 不 超 过 5 ～ 6 MW／ mi n ．且 升 负荷 前 先 提 高 一 次 风 压 ， 降 负 荷 时 先 降低 一 次风压 。 参 考文 献 L 1 J张晟．元宝山电厂引进 6 0 0 Mw 机组褐煤 锅炉燃 烧技 术研 究[ I j ．保定 华北 电力大学 ． 2 0 0 1 ． E x p e r i men t a l I n v e s t i g at i on o n t h e Va r yi n g L o a d Ch a r a c t e r i s t i c f o r 6 0 0 MW Boi l er Bu r n i n g w i t h Hi g h W a t er Co n t e n t L i g ni t e ZHANG Qi n g f e n g 。 CHA Ho n g j i a ， I ． I J u n z h o n g ． W EN S h u r o n g 1 ．No r t h Ch i n a El e c t r i c P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e Co mp a n y I i mi t e d。B e i j i n g l 0 0 0 t 5 ．Ch i n a 2 ． I n ne r Mon gol i a S ha ng du Po we r ； e n er a l i on Co．1 ． t d．，Zh e ngl a nq i 02 72 00．Chi n a K e y w or ds hi gh wa t e r c o nt e nt l i gni t e； v a r y i ng l oa d；p r i m a r y a i r p r e s s ur e； bur n e r l oa d di s t r i bu t i o n Abs t r a ct The b oi l e r bur n i ng wi t h hi gh wa t e r c on t e nt l i gni t e c o m mo nl y ha s v e r y l o w f u r na c e c ub a g e he a t l o a d i ng a nd c r o s s s e c t i o n he a t l o a d i ng f o r t he c oa l h a s t h e c ha r a c t e r i s t i c o f l ow h e a t p r o d u c t i v i t y a n d e a s i l y s l a g g i n g ．Th e v a r y i n g l o a d v e l o c i t y o f t h i s k i n d l i g n i t e b o i l e r i s un i v e r s a l l y l owe r t ha n t he b i t umi ni t e bo i l e r ’ ．I nf l u e n c e o f pr i ma r y a i r p r e s s ur e，bu r ne r l o a d di s t r i bu t i on a nd s e c o nd a i r d i s t r i but i on on v a r yi n g l o a d v e l oc i t y i s g a i ne d t h r ou gh e x pe r i m e n t ．I nc r e a s i ng t h e pr i ma r y a i r p r e s s ur e f i r s t l y a nd t h e n s up pl y i n g c o a l c a n i n c r e a s e v a r y i ng l o a d v e l o c i t y ． I f t he f l ue ga s ox y ge n i s s u i t a b l e。t he s e c o nd a i r n e e d no t s u p pl y at s h or t pe r i od ．Pr i o r i t y o f up pe r b ur ne r c o a l s up pl y c a n i n c r e a s e t he v a r y i n g l o a d v e l o c i t y ． The m3 x v a r y i n g l o a d v e l o c i t y i s 5 ～ 6 MW ／ mi n wh e n t h e p o we r u n i t i n p u t s c o o r d i n a t e d c o n t r o 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m