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1、. . . . .大型燃煤电厂锅炉运行现状分析摘要：我国大型电厂锅炉迅速发展，其可靠性和经济性都达到了较好的水平。按不同煤种分析现有各类锅炉的运行状况，切圆燃烧锅炉曾相当突出的炉膛出口烟气能量不平衡问题已基本解决，且NOx的排放体积质量相对较低；墙式燃烧锅炉的NOx排放较高，并有一些锅炉存在炉内结渣等问题；低挥发分煤锅炉运行的可靠性、经济性和NOx排放问题较突出。在锅炉的选型设计中，选用较低的炉膛容积热负荷和较高的火焰高度是适宜的，磨煤机的选型也必须留有足够的余量。 1 大型电厂锅炉的发展我国电厂锅炉已进人大容量、高参数、多样化、高度自动化的发展新时期。到目前为止已投运的500-800MW机组
2、已有近40台；300MW以上的超临界压力机组已有12台投入正常运行；900MW的超临界压力机组也在建设中。对于炉型，既有通常采用的“”型布置锅炉，也有大型塔式布置锅炉；既有四角切圆燃烧、墙式燃烧方式，也有“U”和“W”型下射火焰燃烧方式；既有固态除渣、液态除渣锅炉，也有倍受关注的循环流化床锅炉。燃用煤种从褐煤、烟煤、劣质烟煤、贫煤直到无烟煤一应俱全。作为煤粉燃烧锅炉机组不可缺少的磨煤机，特别是中速磨煤机，RP、HP、MPS、MBF等，均已普遍运行在锅炉辅机上，双进双出钢球磨煤机也打破了普通钢球磨煤机一统天下的局面。所有这些设备中，既有国产的、从国外直接引进的，也有采用引进国外技术国内制造的。它
3、们的运行可靠性、经济性及低污染排放等性能都较以前有了较大幅度提高。2001年765台100MW及以上火电机组的等效可用系数为90.64，比2000年高0.34个百分点，比1996年高4.26个百分点；300MW及以上容量火电机组近5年的等效可用系数逐年增加，2001年达到了91.43，比1996年高出8.92个百分点；600MW火电机组近5年的等效可用系数增长更显著。特别是从1996年以来新投产300MW火电机组投运后第1年的等效可用系数在逐年提高，2000年投产后第1年的等效可用系数达到94.63，而1995年投产的14台平均为74.67。大型锅炉的运行经济性普遍较高，除一些难燃的无烟煤锅炉
4、外，锅炉效率基本上都在90以上，某些烟煤锅炉的效率达到94。在NOx排放控制方面也取得了进展，国产600MW机组锅炉的NOx排放质量浓度最低的在300mzm3O2含量m(O2)=6以下，远低于现行国家标准的规定值。 但也有一些大型锅炉机组仍不同程度地存在问题，如锅炉承压部件的“四管”爆漏时有发生，仍是构成强迫停运率高的祸首，占机组强迫停运总小时数的41.34；燃烧稳定性欠佳，机组调峰能力差；锅炉炉膛及对流受热而结渣；回转式空气预热器漏风大，堵灰严重；磨煤机出力不足或煤粉达不到要求的细度；某些600MW燃煤机组锅炉存在严重的过热汽温问题等。这些问题影响了机组运行的可靠性，导致锅炉出力不足或经济性
5、下降。这既有设计、制造与安装质量方面的原因，也有运行管理方面的问题，甚至有些是因燃用煤质和设计煤质相差太大(有个别锅炉的设计煤质和校核煤质选择欠妥)。 2 典型结构特点与运行性能 2.1 褐煤锅炉 我国褐煤煤矿主要分布在东北和西南地区。东北主要是水分较低的老年褐煤，西南地区主要是高水分的褐煤。在东北的褐煤锅炉主要有3种，分别是以元宝山电厂的1、2号机组为代表的塔式布置、采用风扇磨切圆燃烧锅炉；以该厂3号炉为代表的“”型布置、采用中速磨煤机的四角切圆燃烧锅炉以伊敏电厂为代表的“T”型布置、采用风扇磨煤机八角切圆燃烧锅炉。其中元宝山电厂的2号炉由于斯坦缪勒公司设计的失误，炉内严重结渣，导致长期不能
6、带满负荷，只得改铭牌出力为520MW运行，经长期努力改进才于2000年1月恢复为600MW的铭牌出力。元宝山电厂3号炉是一个十分成功的范例，通过对元宝山褐煤特性的深入研究，吸取了斯坦缪勒公司失败的经验和教训，合理地选取厂较低的炉膛容积热负荷(qv=60.8kWm3)等重要参数，获得了很好的运行可靠性和经济性，唯有该炉排放的NOx质量浓度仍较高(622mgm3)。2号炉通过燃烧器的改造，采用分级燃烧器后NOx的排放质量浓度有较大减少，达到400mgm3以下。在云南地区燃烧高水分褐煤锅炉的最大容量为670th，即阳宗海电厂的1、2号锅炉。2台锅炉的结构特性与燃烧器有一定差别。1号炉炉膛容积热负荷略
7、低，采用风扇磨、热炉烟与热风干燥直吹制粉系统、乏气分离燃烧器六角布置切圆燃烧；2号炉未采用乏气分离燃烧器，同样采用风扇磨、热烟与热风干燥直吹系统，唯运行中略显得干燥出力不足，煤粉较粗。2台炉均能正常运行，炉膛受热面无严重结渣，锅炉效率为87-89。2.2 烟煤锅炉我国东部沿海地区电厂大多燃用烟煤(不包括贫、瘦煤，尤其是低挥发分的贫、瘦煤)，烟煤锅炉的炉型及燃烧方式相对比较单一，除少数因特殊的灰渣处理要求采用液态排渣锅炉外，一般只是由于制造厂的传统习惯不同而分别采用常规的切圆燃烧和墙式燃烧锅炉，且各制造厂都力求达到最好的在切圆燃烧锅炉中，大多采用“”型布置，只有姚孟电厂3、4号锅炉为塔式布置，盘
8、山电厂的1、2号炉采用“T”型布置“”型布置锅炉炉膛出门烟气能量偏差大的问题曾相当突出，经过数年努力，从改进炉内空气动力场特性，减少炉膛出口烟气残余旋转；合理设计过热器及其减温系统和选取较高等级钢材等3方面着手，无论300MW还是600MW机组锅炉，由此引起的高温受热面的超温爆管现象大大减少。即便是600MW、700MW机组锅炉，只要认真从上述3方面采取有效的措施，这一问题是可以解决好的。如吴泾二电厂的600MW机组锅炉，无论炉膛出口烟气温度，还是过热器再热器出口的温度偏差都很小。锅炉效率达到93.7，最低不投油稳燃负荷率为35锅炉最大连续负荷(BMCR)。 J*大量调查测试数据表明，在相同情
9、况下，切圆燃烧锅炉的NOx排放的质量浓度比墙式燃烧锅炉的低，且当燃用相近煤种时，采用空气分级燃烧技术的直流燃烧器切圆燃烧方式的低NOx排放效果，较空气分级旋流燃烧器墙式燃烧方式好。吴泾电厂11号300MW机组锅炉排放NOx的质量浓度也是较低的，可达到400mgm3。吴泾二厂锅炉排放的NOx质量浓度仅为252mgm3。 现代的墙式燃烧锅炉在我国电厂中的应用相对于切圆燃烧锅炉较晚，近年来有逐渐增加的趋势。绝大多数采用旋流燃烧器前后墙对冲布置方式，个别采用前墙布置的燃烧方式。它们基本上都是国外引进或中外合作生产制造的，特别是600MW级机组锅炉尚无国产的。其中最引人注目的是北仑电厂的35号锅炉，由于
10、炉膛及锅筒内汽水分离装置设计失误，以及燃煤结渣性(较轻)与设计煤质(严重结渣性)的差异，导致过热蒸汽温度太低，达不到额定值。试运行期间不得不对燃烧器的布置进行改造，沿炉膛高度全部上移3.5m，并对过热器和省煤器的受热面作了适当调整；同时对锅筒内的旋风子做了技术改进，使机组能正常运行。扬州二电厂的600MW机组锅炉存在过热器减温水量过大的问题，在额定负荷下过热器减温水量的设计值为75th，实际运行中达300th，这与炉膛及过热器受热面的设计布置不当有关。其炉膛结构特性与北仑电厂2号炉完全一样，但后者的设计煤种为晋北烟煤，扬州二电厂的设计煤种和实际燃煤为神府煤，它的结渣性更强。因此，扬州二电厂在运
11、行中锅炉炉膛及屏式过热器结渣导致炉膛出口烟温高，以致过热器大量喷水。对于神府煤，该锅炉的炉膛容积热负荷和断面热负荷都是偏高的。 Yx=绥中电厂2台800MW机组锅炉是我国目前已投运的最大容量的“T”型布置墙式燃烧锅炉。制造厂对煤质特性作了认真研究，并在设计中采取了相应的技术措施，选用了较低的炉膛容积热负荷(qv=84.33kWm3)和较高的火焰高度28.0m，并在炉膛内布置了足够多而又十分有效的水力吹灰装置，运行正常，锅炉效率达到91.9(此时，空气预热器漏风率大于12，最大为23.7)，NOx排放为628mgm3，且煤种适应性较好，当燃用结渣性比设计煤种强的神府煤时，也能正常运行而不会发生炉
12、膛水冷壁及屏式过热器严重结渣。2001年机组的等效可用系数达88.19。 利港电厂一期的2台350MW机组采用旋流燃烧器前墙布置的燃烧方式，运行虽属正常，但与燃用同类煤种的旋流燃烧器前后墙对冲布置的墙式燃烧锅炉相比，锅炉效率较低，1号锅炉考核试验效率为91.84，飞灰可燃物高，空气预热器漏风大。该炉排放的NOx的质量浓度位居同类锅炉之首，平均为1035mKm3，最高达1366mgm3。这与该炉炉膛容积热负荷过高(qv=166kWm3)及燃烧器的设计布置有关。旋流燃烧器的着火燃烧相对独立，一只燃烧器就是一支火炬，相互影响较少，煤粉气流的后期混合较差，特别是当各燃烧器的风粉分配存在严重不均现象时，
13、炉内会出现局部区域严重缺风，而另有局部区域却风量大大过剩若是前后墙对冲布置燃烧方式，由于前后火炬的碰撞，后期混合得以加强，这一现象将会得到大大改善；加上1号锅炉单只燃烧器功率偏高，燃烧器区域温度相对较高，这些也许正是造成该炉运行中用风需要较大、而飞灰可燃物又较高、特别是NOx排放特高的原因。可见，前墙燃烧方式并不可取。该厂二期的3、4号锅炉的炉膛容积热负荷较低，单只燃烧器的功率也较低，其结构型式也有所不同，NOx另排放的质量浓度虽有所降低，但仍超过700mg/m3。烟煤锅炉中还有一个值得关注的是华能高碑店及杨柳青电厂分别从德国引进250MW及300MW机组的双拱单阶梯“W”型闭式液态排渣锅炉。
14、2厂因堆灰场地的限制，不得以而用此型锅炉。250MW机组投运以来，曾出现较严重的熔渣室炉墙振动，经试验查证是因风量测量系统存在严重失实而导致炉内严重缺风所致。缺陷消除后运行正常由于这些锅炉在采用低NOx旋流燃烧器的同时，又进行炉内整体分级送风，使NOx排放的质量浓度分别约为550mgm3和约700mgm3。因此，这2个厂的液态排渣锅炉的设计和运行相当成功。2.3贫煤、无烟煤锅炉 燃烧低挥发分煤的锅炉型式较多，大多采用“”型布置，仅有蒲城电厂330MW机组锅炉为塔式布置。除常规的切圆和墙式燃烧外，还有“U”、“W”型的拱式燃烧方式和循环流化床锅炉。此类煤的最大特点是着火与燃尽相当困难，不仅要从炉
15、型设计，而且要从燃烧器及制粉系统的设计选型方面采取相应技术措施解决这一问题。由此，出现了一次风置换(PAX)双调风旋流燃烧器、各式浓淡分离直流燃烧器等。而且，大多采用钢球磨煤机储仓式制粉系统，只是近20多年来在一些贫煤锅炉上配用中速磨煤机直吹系统，同时也出现了双进双出钢球磨煤机直吹系统和半直吹系统。在诸多低挥发分煤的锅炉中，华能南京电厂300MW机组的墙式燃烧锅炉可在50BMCR负荷下稳定燃烧挥发分Vdaf=12的阳泉煤，额定负荷时的效率为91，只是NOx排放的质量浓度高达约1100mgm3(未采用低NOx双调风旋流燃烧器，且单只燃烧器的功率较大)。马鞍山电厂300MW机组切圆燃烧锅炉可较好地燃用Vdaf=11.612.5范围的低挥发分贫煤，额定负荷时的热效率达到设计值91.3，最低不投油稳燃负荷为60-65BMCR；石门电厂300MW机组切圆燃烧锅炉可较好地燃烧Vdaf=14.5左右的煤，额定负荷时的锅炉效率可达91，最低不投油稳燃负荷为55BMCR；金沙电厂125MW机组的切圆燃烧锅炉可较好地燃烧Vdaf=6的无烟煤，额定负荷时的效率为88-89。此外，大港电厂的328.5MW机组的切圆燃烧锅炉采用双进双出磨煤机半直吹系统，能很好地燃烧阳泉和西山混煤，Vdaf=12，额定负荷时的锅炉效率为91-92，最低不投油稳燃负荷为40BMCR，且这种制粉系统简单可靠。说明采用常规
