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2 0 0 6 年第薯期 第2 2 卷总第9 2 期 调整燃煤品种降低能源消耗 ●任启山，张树琪，王志强 天津陈塘热电有限公司3 0 0 2 2 3 【摘要】本文通过天津陈塘热电有限公司近几年来对发电锅炉设备进行大规模技 术改造的分析论证，进一步证实了企业只有坚持自主创新，技术进步，结合本企业 的特点有重点地开展技术改造，才能不断地降低能源消耗，提高企业在市场经济条 件下的竞争能力，把企业建成资源节约型、环境环保型企业。 【关键词】技术改造降低消耗 中图分类号T K D 文献标识码A 文献编号1 6 7 3 ．2 2 5 l f 2 0 0 6 3 ．0 0 4 7 ．0 4 1 前言 天津陈塘热电有限公司共在 装4 台武汉锅炉厂设计、制造的 w G z 2 2 0 ／9 ．8 1 2 型单汽包、立 式双筒、前置式液态排渣旋风 炉。于1 9 9 3 19 9 6 年底相继投 产。该型锅炉由于设计煤种为山 西西山贫煤，存在着锅炉排放烟 气中二氧化硫含量高，烟气排放 指标超过国家环保要求等问题。 同时，由于山西西山贫煤的发热 量较低，灰份较高，煤价较高，造 成发电成本居高不下，严重影响 了企业的经济效益，同时，也对 天津市的城市环境造成了一定的 污染。 为了改变这种不利局面，降 低锅炉排放烟气中的二氧化硫含 量，减少锅炉排放烟气对城市环 境的污染，提高企业的经济效 益，降低生产燃料成本，公司近 年来组织有关技术人员对锅炉燃 用煤种更换进行了专题研究和论 证，最终选择了内蒙神华煤作为 今后锅炉燃烧的主要煤种。神华 煤与目前燃用的西山贫煤相比具 有价格低、灰份低、挥发份高、低 位发热量高、灰熔点低、含硫量 低等特点，煤种特陛对比见附表1 。 碳化硅。 屏式过热器布置在燃烬室上 附表l 西山煤与神华煤特性对比表 戚毋西山贫燥神华煤 灰份 1 9 ．8 6 ％6 ．6 ％ 挥发份 i5 ．4 ％2 8 ．1 2 ％ 固定碳 6 2 ．1 4 ％6 2 ．8 7 ％ 垒硫1 ．4 ％O ．5 ％ 低位发热量 2 3 8 4 3J ／g2 4 6 3O 了／g 从以上数据我们不难看出，神 华煤无论从煤质成分、环保和其经 济} 生来看均较西山贫煤更适应公司 今后发展要求。 2 锅炉特性和设备概况 天津陈塘热电有限公司锅炉 系武汉锅炉厂生产w G z 2 2 0 ／9 ．8 1 2 型立式前置旋风炉。 该炉为 单汽包自然 循环，炉前 布置两个立 式旋风筒， 四周水冷壁 均布满销 钉，并打有 部，在水平 烟道及尾部 竖井烟道依 次布置了高、 低对流过热 器和交叉布 置的两级省 煤器和空气 预热器。 过热蒸汽采用两级减温，燃烧 器为旋流式煤粉燃烧器，布置在两 个旋风简的顶部，采用热风送煤 粉；在旋风筒下面布置有粒化水箱 对排渣进行粒化。每台炉配两套中 间储仓式带吐噪粉系统。锅炉主要参 数见附表2 附表2 锅炉主要设计参数 理目簟位设骨■曩曩●位设计■ 羹发量 t ／h2 2 0 麓辩痨耗量 t ／h3 0 ．3 l 主蔫 废力 M P a9 ．8囊足鲁粤飘k J ／m I h5 ．0 2 4 x lo ． 主囊 ■度 ℃5 4 0 热曩寰 培水t 童 ℃2 1 5 羹凡荫奢教 m 。6 1 ．2 2 冷风■虔 1 c3 0軎积 热风■直 ℃3 9 0麓 篱直径m m2 7 2 2 謦姆■崖 ℃ 1 4 0 ．8蠢 膏长径 4 锅炉效率 ％9 0 ．6 比 4 7 万方数据 3 更换煤种后锅炉存在的问题及 消除对策 3 ．1 锅炉本体振动 由于燃用原设计煤种山西贫 煤时，相对高的总风压及二次风压 使一次室燃烧工况比较稳定，其容 积热强度高，燃烧脉动较好，换烧 神华煤后，在相同的风量、风速下 即引起锅炉振动；这说明神华煤 的挥发份高、灰份低便于燃烧，氧 气量要求较小，且易燃尽，锅炉本 体振动主要是由神华煤着火提前所 致。在换烧1 0 0 ％神华煤改造时将 旋流式煤粉燃烧器喷口通流面积增 大2 5 ．3 ％、喷口风速保持在2 2 ～ 2 3 m ／s ，6 根一次风管道部分管段直 径加粗，降低了脉动振源阻力、风 速，保证了着火提前的需要，在换 烧1 0 咪神华煤锅炉运行时炉本体 振动问题得到了彻底解决。 3 ．2 尾部烟气温度过高 锅炉换烧神华煤后，对流受 热面的烟温有所上升，特别是双 筒高负荷期间，烟温上升幅度较 大，上升主要原因是烟气量增 加，三次风带粉量大，使得炉膛 出口及其后部各段烟温上升，同 时灰熔点低使得过热器区及省煤 器预热器积灰增加，吸热量减 少，炉膛后段烟温有所上升，排 烟温度升高，加大了排烟损失。 为此，我们在高、低温省煤器原 管排上分别增加受热面积4 6 8 ．0 6 m z ／3 1 0 ．2 9 m z ；对粗粉分离器进 行调整，降低三次风带粉量，且 维持煤粉细度1 9 ％～2 1 ％，运行 时炉膛出口烟温降低、尾部受热 面积各点烟温大幅度降低，排烟 温度1 2 7 ℃，比燃用设计煤种降 低3 0 ～4 0 ℃，排烟损失减少，经 济性大幅度提高。高温省煤器温 度变化见附表3 ，低温煤器温度 一4 8 一 变化见附表4 。 附表5 高温省煤器温度变化 对比表 的高低省煤器管排积灰、高低预热 器管箱堵管排及管箱积灰严重； 原受热面积 6 9 5m 1 改后受热面积 l l6 3m 1 原援气造口5 9 9 ．6 ℃烟气进口温度5 9 9 ．6 ℃ 温度 原烟气出口 47 0 ．6 ℃旭气出口短度43 7 ．6 ℃ 益度 原给水进口 23 2 。9 ℃ 给水进口殂度 2 3 d ．d ℃ 温度 原给水出口2 7 3 ．2 ℃给水出口温度 2 8 4 ．4 ℃ 温度 降低摊烟温度32 ．6 ℃ 提高给水温度8 ．6 ℃ 附表4 低温省煤器温度变化 对比表 同时由于烟气与高低省 煤器预热器热交换少， 前部的省煤器预热器效 率降低。相反，由于后半 侧烟气量大，而且易造 成省煤器管排的磨损、 减薄、爆管；高低预热器 特别是高预管箱变形、 腐蚀、磨损、减薄、漏风、 烧损。其现象是锅炉高 预上后中部均出现不同 程度的管箱变形、管板塌陷、管束 弯曲。同时，由于预热器漏风，不 原受热面积 J0 8 6m 2改后受热面积l4 9 6m 2 原烟气进口 3 7 5 ，3 ℃烟气进口温度3 7 5 ，3 ．c 温度 原姬气出口 3 2 0 ℃烟气出口温度3 l2 ．j ℃ 湿度 原给水进口 2 1 5 ℃ 给水进口温度 2J5 ℃ 温度 原给水出口2 3 2 ℃现给水出口益 2 3 d ．d ℃ 温度度 降低撵烟羞度7 。9 ℃ 挺高给水馥度2 ．d ℃ 高低省煤器共降低排烟温鹿 3 2 ．6 7 ．9 ℃ 4 0 ．5 ℃ 高低省煤器共提高给水温庞 8 ．6 2 ．4 ℃211 ℃ 锅炉尾部受热面从顶棚过热 器后的转向室向下，按烟气流走向 自上而下分别为高温省煤器、高温 预热器、低温省煤器及低温预热 器。根据流体力学及空气动力场的 相关知识，我们知道，当高温烟气 流经过隔墙过热器后，直角转弯向 下，烟气分布是不均衡的，其中前 半侧烟道流量较小，而烟道后半侧 烟气流量较大，前半侧受热面整体 烟气流速低、热负荷低、造成前面 仅影响预热器的换热效 率，而且使吸送风电流 增大，影响正常的调整 方式和手段，给运行调 整带来困难，危及安全 生产。因此如何解决尾 部烟气热负荷均衡问题 更显重要。我们拟将后 顶棚式过热器的直角包 墙改为带一定折焰角度 的后包墙，这样可以改 变烟气温度分布前少后 多的情况，又可增加受热面降低排 烟温度，可使后半侧的“高低省”、 “高低预”运行寿命延长；而前半 侧得到充分的利用，从而提高其尾 部高低省煤器、预热器整体效率， 充分降低排烟温度，减少积灰的可 能。 此外，末级预热器采用热管预 热器技术改造，也是降低排烟温 度的有效方法，因为神华煤露点 温度相对低，有降低排烟温度的空 间 神华煤露点温度较其它煤种低 1 0 ℃ 。而热管预热器具有换热效 率高、密封性好、阻力小、不积灰、 使用寿命长等特点，因此，我们同 万方数据 2 0 0 6 年第■期 第2 2 卷总第9 2 蝴 时对≠≠3 、≠≠4 炉末级预热器也进 行了相应的技术改造。 4 锅炉改造后的效果 从燃用掺神华煤的混煤及改 造后燃用1 0 0 ％神华煤运行后相应 参数的变化对锅炉换烧神华煤时对 锅炉运行经济性的影响进行了全面 统计、分析，得出如下结论 4 ．1 飞灰可燃物含量的变化 不同煤种下，飞灰可燃物的含 量有所不同，燃用掺5 0 ％神华煤的 混煤后，试验期间飞灰含量分别 比燃用西山煤单筒、双筒设计为 煤飞灰5 ％上升了6 ．7 ％和1 1 ．1 ％，燃 用掺8 0 ％神华煤飞灰可燃物双筒 比设计煤飞灰5 ％上升了2 8 ．5 2 ％。 经过一年来的运行摸索及燃烧调 整，燃用掺5 0 ％神华煤的混煤飞灰 可燃物降低到5 ％～7 ％，接近设计 煤飞灰指标；燃用掺8 0 ％神华煤的 混煤须经锅炉改造才能达到经济 运行。改造后燃用1 0 0 ％神华煤飞 灰含量分别比燃用西山煤单简、 双筒设计的煤飞灰5 ％下降了 o ．7 2 ％和2 ．2 ％，飞灰可燃物含量变 化见附表5 1o o ％神华煤比燃用设计西山煤排 烟温度平均值双筒下降1 3 ℃，锅炉 效率上升3 ．3 1 ％。 4 ．3 制粉单耗 煤种变化后，综合比较煤发 热量、煤粉细度、磨煤机出口风温、 可磨系数、掺配石灰石比率及同样 负荷下燃用不同煤种时粉仓粉位的 变化，结果表明在这几个因素的综 合作用下，燃用掺神华煤的混煤及 改造后换烧1 0 0 ％神华煤制粉电耗 比西山煤制粉电耗略有上升。 4 ．4 影响锅炉效率总体比较 综合上述几点，锅炉换烧掺神 华煤的混煤和改造后换烧1 0 0 ％神 华煤与燃用西山煤影响锅炉效率主 要项目比较如附表6 所示 簟筒擎筒双簧双俺 试验 运行 试验 运行 簟烧5 0 ％种华爆飞灰 l I ．7 ％6 7 ％1 6 ．1 ％5 7 ％ 可魅物 蛰鼎8 0 ％种华爆飞获 3 3 ．5 2 可姑铆 檀蕊1 0 0 ％种华煤飞莸 2 ．8 ％一4 ．2 8 ％3 ．8 ％一 可燃物 附表5 飞灰可燃物含量变化表 锅炉燃用掺烧5 0 ％神华煤的 混煤比燃用西山煤排烟温度平均值 双筒工况上升1 6 ．5 ℃，单筒工况上 升5 ℃；锅炉效率分别比单筒时下 降o ．4 4 ％，双筒时下降1 ．1 7 ％。锅炉 掺8 0 ％神华煤比燃用西山煤排烟 温度平均值双筒上升2 2 ℃，锅炉效 率双筒时下降1 ．2 7 ％。改造后燃用 增加1 ～1 ．3 t ／h ，而在对流区受热面 的吸热量减少，二级减温水量减少 o ．5 ～1 t ／h ，这主要原因是掺神华煤 的混煤挥发份较高，主火焰较短， 燃烧略提前使各段烟温变化。燃 用掺8 0 ％神华煤的混煤辐射区内 吸热量相对增加一级减温水量平 均增加1 ～2 t ／h ，对流区受热面的 吸热量减少，二级减温水量减少。 改造后换烧10 0 ％神华煤时着火段 前移主燃烧区，在旋风筒主火焰 渐短，辐射区内吸热量减少。屏过 壁温在合格范围内，对流区受热 面的吸热量减少，主汽温度维持 在5 3 7 ℃左右。 4 ．5 ．2 各段烟温变化 锅炉燃用掺5 0 ％神华煤的混 棒擅与遵风飞蕨可燃 合计 矗度蓑 勃 警5 0 ％神牮城 试 一0 ．d 4 ％一2 ．6 6 ％一3 ．1 ．矗 验 比设计糕舛 一1 ．1 7 ％ 一d ．1J ％ 一5 ．2 8 ％ 炉效率髟响 掺5 0 ％神华蜣 运 一0 ．2 ％一O ．1 4 ％一O ，3 d ％ 行 比设计攥对 一0 ．5 ％ 一O ．15 ％ 一O ．6 5 ％ 炉效率影响 簟8 0 ％神华摄 试 验 比设计筑埘 一J ．2 7 ％ 一8 ％ 一9 ．2 7 ％ 炉兢率影响 改造后换娆l O O ％ 抻华撤比设计旋 1 ．7 8 5 ％ 0 ．3 ％ 2 ．0 8 5 对妒姣率髟畸 煤后，对流受热 面的烟温有所上 升，特别是双筒 高负荷期间，烟 温上升幅度较大， 上升主要原因是 烟气量增加，三 次风带粉量大， 使得炉膛出口及 其后部各段烟温 上升，同时灰熔 点低，使得过热 器区及省煤器预 附表6 锅炉效率变化表 热器积灰增加吸 热量，减少了这些受热面的吸热 量，使得炉膛后段烟温有所上升， 排烟温度升高，加大了排烟损失。 锅炉燃用掺8 0 ％神华煤的混煤后， 过热器区吸热量减少，但蒸汽温度 仍保证在5 3 5 ℃左右，省煤器预热 器积灰增加使得比燃用掺5 0 ％神华 煤的混煤排烟温度升高1 0 ～1 5 ℃， 这种运行工况经济性太差，须经锅 炉改造才能达到经济运行。改造后 换烧1 0 0 ％神华煤时，高、低温省 一4 9 万方数据 煤器在原管排上分别增加受热面积 为4 6 8 ．0 6 m 2 ／3 1 0 ．2 9 m 2 ，对粗粉分 离器进行调整降低三次风带粉量且 维持煤粉细度1 9 ％一2 1 ％，运行时 炉膛出口烟温降低、尾部受热面积 各点烟温大幅度降低、排烟温度 1 2 7 ℃，比燃用设计煤种降低3 0 ～ 4 0 ℃，排烟损失减少使得经济性提 高巨大。 4 ．5 ．3 积灰结渣情况 锅炉燃用掺5 0 ％、掺8 0 ％神华 煤的混煤和改造后换烧1 0 0 ％神华 煤运行期间，通过看火孔对二次室 水冷壁结渣情况进行了认真观察， 统计吹灰次数及各段烟道负压变化 情况，同时对相同负荷燃用神华煤 和燃用西山煤锅炉积灰及二次室结 焦情况进行对比分析，结果表明， 在同样情况下 a ．锅炉换烧神华煤时捕渣率和 西山煤接近，在6 0 ％，6 8 ％之间，捕 渣率是很高的，接近设计水平。 b ．过热器受热面尤其是屏式过 热器区积灰J l 青况比燃用西山煤略严 重，这主要原因是掺5 0 ％神华煤的 混煤流动温度在12 7 0 ℃，比设计 的西山煤低2 3 0 ℃，换烧1 0 0 ％神华 煤流动温度在119 8 ℃比设计的西 山煤低3 0 2 ℃，烟气中液态灰极易 粘附在受热面管壁上。 通过停炉后检查看到屏过区积 灰松散无焦等硬块，属于碱金属为 主的疏松质灰。高温省煤器及高温 预热器区积灰以复合碱金属硫酸盐 灰为主，易结在管壁上成块，蒸汽 吹灰器能满足吹灰需要，尾部受热 面积灰情况比燃用西山煤时略多。 二次室内烟气死区内和燃用西山煤 时一样，前墙与侧墙夹角在1 3 ～ 1 5 m 处有轻微挂渣现象。在前置炉 喷燃器处无挂焦结渣现象，二次风 口和燃用西山煤一样有轻微结渣现 一5 0 一 象。总体上得出结论燃用掺5 0 ％ 神华煤的混煤及改造后换烧1 0 0 ％ 神华煤时可以通过加强吹灰使各受 热面区内积灰减轻，通过分析尾部 受热面烟道负压状况及烟气温降来 判断受热面污染情况，及时加强吹 灰保证锅炉正常运行，停炉时采用 高压水清洗尾部受热面保证高清洁 度。 4 ．5 ．4 给粉机转速变化 通过对不同负荷下给粉初频率 控制器指示值统计，得到不同工况 下给粉机频率指示值，根据统计结 果表明，同样工况比燃用西山煤时 给粉机频率平均指示值高。造成这 种变化原因主要是煤种热量及挥发 份不一样。另外乏气含量、煤粉细 度、飞灰可燃物含量、各段烟温的 分布、连排调整门开度大小也均有 间接影响。 4 ．5 ．5s o 排放量 现在国家环保部门已对s o ， 排放进行收费排放，并逐年提高 收费标准，减少s o ，排放是治理 大气污染的必然要求。根据表5 可以看出，掺5 0 ％、掺8 0 ％神华 煤的混煤、1 0 0 ％神华煤硫含量低 于西山煤0 ．4 2 ％／0 ．6 2 ％／0 ．8 8 ％， 从源头上就可以比燃用西山煤减 少排放量，燃用掺神华煤的混煤 既可以减少对大气污染又减少了 排放s o ，收费，燃用掺5 0 ％神华 煤的混煤，s o ，平均排放速12 6 0 m g ／m ，；而用定电位电解法测得 鹾山煤烟气s o ，平均排放为 30 0 0 m g ／m 3 。试验还表明随掺神 华煤比值递s o ，平均排放量越 低，这主要是神华煤含硫低所 至，在今后改造中还将采用高效 的烟气清洗设备除硫。 4 ．6 锅炉改造的效果 换烧神华煤运行实践表明， 天津陈塘热电有限公司换烧神华 煤实践及对w G z 2 2 0 ／9 ．8 1 2 型 立式前置旋风炉有针对性的技术 改造是成功的，整个改造性大修 费用投入少收益巨大。燃用神华 煤的混煤不仅显著降低了燃煤成 本而且为电厂扩大使用煤种以适 应变化的煤炭市场提供了坚实的 技术储备，2 0 0 4 年≠≠3 炉1 0 0 ％换 烧神华煤改造后，锅炉效率为 9 3 ．9 1 ％，比燃用西山煤节省4 ．5 t ／ h 、每年节省煤2 ．5 万t ／炉 节省 燃料费用7 2 5 万元／炉 ，价值3 0 0 万元／炉，节省石灰石成本6 9 万 元／炉，总计年节10 9 4 万元／炉。 同时由于燃烧神华煤锅炉排放烟 气中的s o 。含量也因神华煤的含 硫量仅为o ．5 ％，每年可减少s o z 排放近20 0 0 t ，换烧神华煤锅炉改 造的成功，对同类型液态排渣旋 风炉由贫煤换烧烟煤的锅炉改造 中提供借鉴，为探索液态排渣炉 的技术改造探索了一条新路。同 时为治理大气污染也做了贡献。 5 结论 天津陈塘热电有限公司更换 燃煤品种的成功，进一步证实了科 学技术是第一生产力，在当前我国 建设节约型社会的工作中，企业只 有通过不断的开展技术创新，不断 地进行技术改造，才能保持企业的 不断发展，才能在市场经济大潮中 站稳脚跟，占有市场。 参考文献 1 ．旋风炉运行与设计机械工 业出版社 2 ．神华煤炭中国标准出版社 作者简介 任启山男 19 5 3 年一 高级工程师 万方数据