成果与经验云南地区劣质褐煤燃烧技术邱亚林1,杨 丽2,俞炳丰1,李明亮2,陈 红2,昌树文2,苏 昆2(1.西安交通大学能源与动力工程学院,西安7100492; 2.云南电力试验研究院,昆明650051)摘 要:介绍了云南褐煤的储量和特性,分析了劣质褐煤燃烧调整技术,并探讨了循环流化床在燃用劣质褐煤中的应用。

关键词:褐煤;劣质煤;燃烧调整;循环流化床中图分类号:T Q534 文献标识码:B 文章编号:1005-7439(2006)02-0083-02Inferior Lignite C ombustion Technology in YunnanQIU Ya-lin1,YANG Li2,YU Bing-feng1,LI Ming-liang2,CHEN Hong2,CHANG Shu-wen2,SU Kun2(1.Scho ol of Energ y and P ow er Eng ineering,X i'an Jiao tong U niv ersity,X i'an710049;2.Yunnan Electrical Po wer T esting and Resear ch I nstit ute,Kunming650051)云南是我国主要褐煤产地之一,保有储量为157.26亿t,占云南煤炭总储量的65.8%。

电力作为云南的支柱产业之一,占有重要的地位;截至2003年底,火电装机容量达4280M W,同时滇东电厂4 600M W,大唐开远电厂2 300MW和昆明二电厂2 300M W等新的发电项目也正在建设中。

随着 西电东送 、 云电外送 的力度逐步加大,电力生产中对电煤的需求也将越来越大,研究云南丰富的褐煤、尤其是劣质褐煤资源的燃烧技术,对保证电力生产的稳定供应、促进煤炭资源开发利用具有现实意义。

本文主要讨论大型电站锅炉燃用云南劣质褐煤燃烧技术。

1 云南褐煤情况云南省褐煤以年轻褐煤为主,主要分布于小龙潭、先锋、凤鸣和昭通等地区;其中昭通地区褐煤已探明储量为80.45亿t,小龙潭矿区10.9亿t,寻甸先锋矿区(老年褐煤)3.59亿t,其他稍小的矿区也多在1亿t以上;这些褐煤中除昭通褐煤因水分高、热值低尚未开发利用外,主要矿区都已经挖掘并作为电煤供应。

褐煤所含的灰分除小龙潭和先锋等少数矿区多在15%以下外,大多数在20%~30%左右;所含的挥发分多在50%~60%以上,其中以潦浒等矿区的挥发分最高,可达63%以上。

小龙潭褐煤水分在32%以上,低位发热量11~15M J/kg;先锋褐煤水分一般在35%以上,低位发热量一般11~ 14M J/kg;凤鸣褐煤水分一般在40%以上,低位发热量8~11M J/kg,硫分虽多数在2%以下,但也有少数高至4%~5%以上。

主要矿区褐煤成分分析如表1,云南的褐煤属于典型的劣质煤。

表1 主要矿区褐煤成分分析矿区C a r A ar V daf M ar S ar Q ne t,ar/M J k g-1小龙潭*41.4511.7655.4329.01 1.7915.08凤鸣村33.237.5456.02450.6210.3昭通33.824.8356.8757.38* 1.54 6.85先锋32.5320.3453.60- 1.2221.43**仁兴-17.456.3944.560.7818.13**注:*全水分**脱水后低位发热量2 劣质褐煤燃烧情况及稳燃原理褐煤是炭化程度较低的煤种,它的干燥无灰基挥发分达45%~55%甚至更高,很有利于着火;但水分高、灰分大,又不利于燃烧。

由于褐煤水分高,制粉一般采用风扇磨,结果煤粉粒度往往过大,容易造成不完全燃烧,为此通常需要从燃烧炉内抽取部分炉烟送入制粉系统,原褐煤在磨煤机中同高温烟气相混合、粉碎、干燥后经分离器分离作为燃料送入83第27卷第2期2006年4月能源技术ENERGY TECH NOLOGYV ol.27 N o.2A pr. 2006锅炉燃烧,而分离器中的乏气则作为三次风送入炉膛。

由于褐煤发热量较低、水分高、灰分大造成不完全燃烧热损失,因此燃用褐煤的锅炉炉膛温度较低,容易造成炉膛熄火。

褐煤的灰熔点一般较低,在燃烧过程中容易沉积在水冷壁上造成炉内结渣和炉膛出口受热面结焦。

此外,褐煤的煤粉颗粒通常较粗,燃尽性较差,燃烧效率不高。

褐煤所含大量的灰分中存在着较多的污染物质,洁净燃烧也受到了关注。

总之,劣质褐煤燃烧中首先应考虑稳燃,然后是效率与安全问题,同时需要兼顾环保要求。

现代理论和实践表明:要使煤粉火炬稳定地着火,重要的是在一次风喷口出口附近形成局部高温、高煤粉浓度和适当高的氧浓度的所谓 三高区"。

要使煤粉稳定燃烧,必须保持较高的炉膛温度及良好的炉内空气动力场;影响煤粉的燃尽主要是炉膛火焰充满程度、煤粉细度及煤粉停留时间,由此需要保证切圆大小,增强炉内扰流强度、降低火焰中心,选择合适的煤粉细度。

3 燃烧劣质褐煤的改造及调整燃用劣质褐煤,在锅炉的设计或改造时既要考虑炉膛轮廓和燃烧器的匹配上又要考虑在燃烧器稳燃技术调整时,要充分发挥制粉系统与燃烧设备的潜能。

3.1 炉 膛炉膛的结构对炉内的空气动力特性和传热条件有直接影响,直接关系到炉内烟气温度、一次风粉气流与高温烟气的热量和质量交换等,从而直接影响煤粉气流的着火和稳燃。

燃用褐煤炉膛设计时应采用较高的容积热负荷、截面热负荷(即采用较小的截面尺寸)和燃烧器区域壁面热负荷(即采用一次风喷口集中布置,也可考虑在燃烧器区域敷设卫燃带)。

3.2 制粉系统褐煤水分较多,一般采用风扇磨煤机(也有采用中速磨煤机);其中老年褐煤一般采用S型风扇磨,年轻褐煤则采用N型风扇磨。

实际运行时应根据煤质特性、磨煤机型式、燃烧方式、炉膛结构和热负荷等因素,选择经济的煤粉细度。

煤粉细度小,有利于挥发分的析出与煤粉的燃尽,但加工成本提高,因此在经济上有一个最佳值。

风扇直吹式制粉系统能同时完成燃料的研磨、干燥及输送,应用广泛,目前小龙潭电厂和阳宗海电厂都采用了该制粉系统。

3.3 燃烧器(1)在燃烧器喷口内或出口创造合理的空气动力结构和一次风粉气流与高温烟气的热质交换条件,可以建立有利的着火区。

为此可以实行煤粉浓缩和提高煤粉浓度,例如采用浓淡燃烧器、PM燃烧器、WR燃烧器等(阳宗海#2炉采用百叶窗式水平浓淡燃烧器,小龙潭采用水平浓淡燃烧器);也可以在燃烧器出口附近扩大回流区和增加回流量,获得较强的高温烟气的回流,如采用大速差射流燃烧器、夹心风燃烧器、火焰稳定船燃烧器、旋流燃烧器等(阳宗海#1炉就是采用俄罗斯的旋流燃烧器)。

(2)燃烧器喷口的布置和配风可以影响着火热量、着火区的位置、一次风粉气流升温速度和供氧条件、一次风和二次风的气流混合时间、火炬长度和燃尽时间等。

燃烧器布置紧凑可以提高主燃烧区域的温度;各层燃烧器喷口处于同一水平位置可以形成良好的切圆。

一次风和二次风的配平可以用冷态试验确定,当然热态时还需要进一步验证、调整。

3.4 燃烧调整燃用劣质褐煤,燃烧调整的核心是一次风量和煤粉细度,主要控制以下指标。

①一次风速适当降低一次风压,维持在3.6~ 3.7kPa,使一次风的风速在20~25m/s(根据水分的多少来确定,水分越高,一次风速越低),但需要防止过低风速造成燃烧器喷口结焦。

②二次风速在保证下二次风能托住煤粉的前提下,减小下层的二次风的风量,以便提高下层喷口的着火区温度;其他层二次风则适当开大可以保证煤粉的完全燃烧。

③风粉混合物温度控制一次风温在160 ~180 ,当风温过低时应开启热风再循环。

④氧量一般情况下,应保证炉膛出口氧量稳定在4%~6%范围内。

⑤燃烧器摆角在保证锅炉正常运行条件下应尽量下顷,一方面降低火焰中心,另一方面延长煤粉燃烧时间。

⑥煤粉细度细煤粉可以强化着火,一般应将R90控制在30%以内。

但风扇磨打击板的打击力有限,R90一般在35%~45%甚至更大4 循环流化床(CFB)燃烧技术劣质褐煤采用循环流化床燃烧技术的优点主要体现如下:①大多数锅炉在燃烧劣质煤种特别是高水分、高灰分、低热值的劣质褐煤,时容易出现着火难、燃烧不稳、易熄火等问题,采用循环流化床锅炉可解决煤粉炉燃烧不稳、易灭火和易结焦等问题。

(下转第88页)84邱亚林等:云南地区劣质褐煤燃烧技术表4 2004年循环水水质表项目1月2月3月4月5月悬浮物/mg L-127.311.413.717.530.6浊度(FTU) 4.0 5.216.685.6105.5COD/mg L-1 2.34 1.66 3.5 6.4 6.1项目6月7月8月9月10月悬浮物/mg L-127.325.735.541.930.1浊度(FTU)134.044.526.328.620.4COD/mg L-1 4.64 5.60 4.75 5.08 5.02项目11月12月平均国家标准悬浮物/mg L-139.834.728.0 20浊度(FTU)24.123.932.8 10COD/mg L-1 6.00 5.46 5.22 5程完全自动,不需任何工艺能耗(同时设有强制反冲洗系统),结构简单、安全可靠、管理方便。

(2)旁滤系统改造方案选用了4套(共1200t/h)OWLA-320型钢制无阀过滤器,由南至北布置,进水分别接在#1和# 2冷却水塔的进水管上;过滤后的水回到#1冷却塔中的蓄水池内,反洗后的污水排入污水系统,工艺流程见图5。

依次循环往复,可将循环水中的杂质过滤出来。

无阀过滤器为 3800钢筒体(壁厚 10m m、多孔板厚 30m m)的三联无阀过滤器,总筒体数12台,单筒滤水量大于100t/h。

金属表面进行喷图5 循环水旁滤系统流程图砂、酸洗除锈处理,采用环氧树脂漆七度,防腐后漆膜厚度大于1m m。

设计数据:滤速10~12m/h;平均反冲强度15L/(s m2);反冲洗历时5min;期终水头损失值不大于17kPa;操作方式为全自动运行。

3 结束语以上措施经过两年多的努力全部得以实施后,循环水浓缩倍率提高到3以上,减少了补充水量,收到良好的节能降耗效果。

每年仅以减少350t/h的补充水(0.45元/t)计可节约水费138万元,去除酸洗费用5万元,消耗阻垢剂和杀菌剂的费用35万元和20万元,旁滤系统投资费用10万元,实际节约费用达68万元。

另外,通过对循环水进行阻垢、杀菌、旁滤处理,提高了循环水水质,减少了凝汽器铜管的腐蚀结垢,提高了凝汽器的真空度,改善了汽轮发电机的出力和运行的经济性能,保证了设备的安全稳定运行,这些间接效益也是非常显著的。

(上接第84页)②脱硫可以在燃烧中直接脱硫,直接向炉膛内加入石灰石,当Ca/S摩尔比为1.5~ 2.0时,脱硫率可达90%以上。