褐煤燃烧特性及烟煤锅炉掺烧褐煤技术

1褐煤燃烧特性及烟煤锅炉掺烧褐煤技术西安热工研究院有限公司燃料与燃烧试验室2011年11月蒙毅2主要内容第一章褐煤资源与利用第二章褐煤燃煤特性评价与锅炉设备选型第三章褐煤与烟煤的掺烧性能研究第四章褐煤实炉试烧及掺烧准则3第一章褐煤资源与利用煤是由植物残骸经过复杂的生物化学和物理化学作用转变而成；成煤时代越早，煤化程度越高。一、煤的分类褐煤烟煤贫煤无烟煤4三大历史成煤期：古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要是袍子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。5二、褐煤资源全世界褐煤资源量约占全球煤炭资源总量的1/3；中国褐煤储量为2118亿吨，约占全国总资源量月约1/20，主要分布在内蒙古东部、云南东部、东北和华南也有少量；内蒙古褐煤储量超过1500多亿吨，占全国褐煤储量的70%以上；沿海电厂应用较多的印尼煤属于褐煤或接近褐煤的半烟煤。6蒙东地区褐煤资源矿区名称华能扎赉诺尔煤业有限责任公司神华宝日希勒能源有限公司神华胜利能源公司地理位置西距满洲里市18公里，东距海拉尔市157公里呼伦贝尔草原中部，据海拉尔市中心15公里内蒙古自治区中东部的锡林郭勒盟锡林浩特市市郊煤层由扎赉诺尔群的大磨拐河组和伊敏组组成，两组地层由中间向北、向西有变薄趋势主采12煤层，煤层构造简单，平均厚度22.16m。煤层上覆剥离物薄，剥采比小，极适合露天开采该煤田赋存条件好，主采煤层为5/6煤层，煤层厚、埋藏浅、地址构造简单，开采条件好，适合集中开发，主要生产矿井灵泉矿、灵北矿（胜利井、十二井）、铁北矿、灵泉露天矿。露天矿一号露天煤矿储量（亿吨）104105100生产量（万吨/年）2010年预计达1400～150020001000煤质概况发热量为3500~4200大卡/千克，低硫、低磷、低灰分属低硫、低磷、中低灰份的优质褐煤发热量3300大卡/千克、属低灰、低硫、低磷的年轻褐煤7三、褐煤的利用①炉膛结渣以及尾部受热面积灰;②制粉系统爆炸或燃烧器喷口烧损；③制粉干燥出力不足机组带负荷能力差；④运行参数不匹配，运行经济性严重下降。由于煤田开采和运输等原因，储量丰富的内蒙地区褐煤资源一直未能得到大规模地开发利用，也未能供给缺煤地区尤其是沿海城市的发电企业所使用；按照《煤炭工业发展“十一五”规划》，蒙东褐煤将大量开发应用，这将使电厂大幅度降低购煤成本、扩宽煤炭供应渠道，获得较好的生产效益，对稳定电力生产具有重要的意义。我国电站锅炉褐煤燃烧技术发展较为缓慢，许多困扰着电力企业安全生产的高水分褐煤燃烧问题尚未得到解决；采用已经投运的烟煤锅炉燃烧高水分褐煤则更会面临更大困难。8例1：上都电厂燃用胜利褐煤高再入口严重积灰堵塞烟道，影响引风机出力，并存在尾部烟道积灰倒坍、炉膛负压陡增而导致锅炉灭火的严重事故的风险；积灰堵塞烟道形成烟气走廊，加剧烟道与受热面的磨损；积灰倒坍后进入炉膛，不但会砸伤冷灰斗，而且可能会影响火检信号，导致锅炉产生错误的保护动作而灭火。9例2：新华电厂燃用扎赉诺尔煤石子煤斗起火燃烧由于磨内温度较高，石子煤着火，制粉系统爆炸的危险性较大10第二章褐煤燃煤特性与锅炉设备选型检测项目符号单位扎赉诺尔宝日希勒胜利煤5层煤6层煤全水分Mt%31.333.435.142.2收到基灰分Aar%12.006.3914.546.72挥发分Vdaf%43.6744.6546.2740.08发热量Qnet,arMJ/kg14.9615.7812.6413.523579377530243234哈氏可磨指数HGI/61674163一、国内主要褐煤基本煤质参数11水分较高，一般在30%~35%之间，部分高于40%，要求制粉系统具有较高的干燥出力；灰分较低，一般在15%以下；发热量一般在3000~4000kcal/kg，部分低于3000kcal/kg；硫分较低，一般在0.5%左右，属于低~特低硫分煤；挥发分在40~50%左右，煤粉具有较强的自燃与爆炸倾向，燃煤储运以及制粉系统运行中防自燃与防爆是重点考虑的问题；易着火、易燃尽，但是灰熔融性较低，属于严重结渣煤种，结渣防治是燃用此类煤种的首要问题；煤灰中碱金属（Na+K）含量较高，一般超过2%，煤灰的沾污性较高。二、褐煤燃煤特性评价12（1）德国有着丰富的燃用高水分褐煤的经验。褐煤发电量占发电总量的30%以上，褐煤燃烧技术在世界上占有领先地位；莱茵褐煤Vdaf=55%、Mt=50~62%以及Aar=5~20%；制粉系统的主要形式为抽炉烟为主要干燥介质的风扇磨直吹式系统，塔式布置。根据燃煤热值不同，采用不同的燃烧系统。三、褐煤燃烧技术简介13褐煤锅炉燃烧系统类型14三、褐煤燃烧技术简介（续）（2）澳大利亚LoyYang电厂8×500MW发电机组燃用高水分、低热值褐煤，Mt=61~66%、Aar=1.3~3.0%以及Vdaf=50%；塔式炉、8台风扇磨煤机，采用了有乏气分离的直吹式系统；该型炉的辅助燃烧系统，包括三台小型碗式中速磨、三台一次风机，以及安装于主燃烧器之间的四面水冷壁上的辅助燃烧器，中速磨磨制的是干燥后的型煤，该型煤水分约为12~17%，每台中速磨出力为24t/h，磨制煤粉细度R75约为30%。15三、褐煤燃烧技术简介（续）（3）中国我国褐煤锅炉从燃煤特点上看，一般采用直吹式乏气不分离制粉系统；国产的300MW以下容量锅炉，原煤水分在30~45%之间，均采用风扇磨，而500~600MW锅炉，则对水分为25~35%的褐煤开始采用中速磨；为降低褐煤大规模运输的成本，国内煤炭与发电企业正在积极开展褐煤干燥提质项目：其中神华宝日希勒矿年处理100万吨干燥提质型煤生产线已经开工建设；华能扎赉诺尔煤提质工程也即将开始工业化生产。上都电厂600MW机组锅炉燃煤水分已经超过40%，该厂中速磨的应用经验为我国大容量褐煤机组制粉系统开拓了一个新的场景。16三、褐煤燃烧技术简介（续）电厂炉号燃用煤种机组容量MW容积热负荷qv截面热负荷qF结渣部位结渣对运行影响龙口1、2龙口褐煤100105.63.08燃烧器及过热器管悬吊一般只能带85％负荷小龙潭1、2小龙潭100124.23.33炉膛及过热器区一般只能带85％负荷富拉尔基1、2扎赉混煤200128.63.60过热器抽炉烟口有时能带80％负荷富拉尔基5、6扎赉混煤200109.23.60炉膛可带满负荷通辽1霍林河200128.63.60炉膛过热器超温阳宗海1凤鸣、可保20086.943.35未发生过严重结渣而引起的事故阳宗海2先锋20088.643.32基本无结渣问题小龙潭3、45、6小龙潭105.83.06炉膛及过热器区可带93％负荷双辽1、2霍林河30083.294.10炉膛有结渣一般不影响运行元宝山1元宝山混煤300120.73.67炉膛及抽烟口大致只能带87％负荷伊敏1、2伊敏露天矿50064.673.91无严重结渣元宝山2元宝山混煤60088.643.32影响运行元宝山3、4元宝山混煤60060.823.90燃烧器区水冷壁四墙中段出现较严重的结渣。上都电厂1、2锡林浩特60060.203.91高再入口积灰严重需人工清除我国褐煤煤灰结渣沾污特性一般较其它类煤严重，而且煤的水分高、热值低，炉内火焰温度偏低，两者都要求增加炉膛的容积；从现有的褐煤锅炉的经验看，主要通过增加炉膛高度来增加炉膛容积以缓解结渣情况17三、褐煤燃烧技术简介（续）近年来我国褐煤锅炉向大容量、高参数发展，锅炉蒸汽参数、布置方式、燃烧方式及制粉系统匹配已呈现了多样性；目前应积极跟踪不同技术的应用情况，及时总结，为进一步发展积累经验。18在掌握了蒙东褐煤的煤质与燃烧特性后，通过总结煤的性能或容量相近已运行锅炉的设备特点和运行实绩，对新建褐煤锅炉提出推荐意见；研究褐煤锅炉设备的选型原则也为评价烟煤锅炉掺烧褐煤的适应性，提供了重要的判别依据。四、褐煤锅炉炉膛及设备选型原则煤性炉型运行（燃烧）运行实际（检验耦合效果）19四、褐煤锅炉炉膛及设备选型原则（续）（1）燃烧系统及锅炉布置方式随着机组容量的增大和各种对抗结渣措施的完善，在固态排渣煤粉炉内燃用严重结渣性煤导致的炉膛结渣倾向已有所减弱。因而燃用蒙东褐煤仍可采用切向或墙式燃烧方式，下述几种搭配方式均可采用，这主要取决于业主与合作的锅炉厂家取得共识：①八角切向燃烧配风扇磨（伊敏、九台）；②切向燃烧直流燃烧器，配中速磨，П形布置（上都1、2期）；③墙式对冲旋流燃烧器，配中速磨，П形布置（上都3期）。20四、褐煤锅炉炉膛及设备选型原则（续）（2）炉膛参数的选取褐煤锅炉炉膛尺寸相对于烟煤锅炉需额外放大，随着机组容量的增加，需要采用较大的炉膛尺寸以降低热负荷：例：600MW容量机组炉膛尺寸推荐①炉膛容积热负荷qv为60~63kW/m3；②炉膛截面热负荷qF为3.8～4.0MW/m2；③燃烧器区壁面热负荷qB约为1.0～1.3MW/m2；④最上层燃烧器距屏底距离大于27m（塔式布置应在30m以上）。21四、褐煤锅炉炉膛及设备选型原则（续）（3）燃烧器及吹灰器布置燃烧器布置可采用垂直方向分段布置方案，不必采用煤粉乏气分离装置；若采用中速磨煤机，可以采用40%左右的一次风率，不会影响燃烧的经济性。一次风喷口速度应选择为25m/s以上为宜，一次风口也可采用背火面面积较大的侧二次风；燃烧器布置应考虑低氧及分级燃烧方案，除降低NOx生成率之外，还有助于实现低温燃烧；对600MW机组，炉膛吹灰器建议为90－100支，如果采用四角燃烧П型布置，需从两侧墙加装长伸缩吹灰器8－10支。确保其有较高的可用率，定期清除灰渣并，可制定选择性吹灰方案，结渣较快部位适当增强吹灰。22第三章褐煤与烟煤的掺烧性能进行了扎煤与神华煤、大同煤、准格尔煤以及龙煤的实验室掺烧试验，研究得出褐煤与国内代表性烟煤的掺烧特性如下：扎煤硫含量极低，混煤的硫排放及高/低温硫腐蚀将明显降低；扎煤与国内典型烟煤掺烧，混煤具有较好的着火和燃尽性能，掺烧提高了锅炉燃烧的稳定性，而对燃烧经济性无较大影响；扎煤与国内典型烟煤掺烧后，而结渣倾向有较大变化。为提高扎煤的掺烧比例应尽量选择与低结渣性煤种掺烧。2305010015020025000.511.522.5煤粉停留时间s燃尽速度B/t扎煤神华煤大同煤煤粉不同停留时间下燃尽速度分布曲线（一维火焰炉工况2）4606504106604800100200300400500600700神华煤大优混煤扎煤龙煤长焰煤煤粉气流着火温度IT℃褐煤前期燃烧迅速着火提前相对较多24450470490510530025507590100神华煤掺烧比例％煤粉气流着火温度IT℃铁北煤掺烧神华煤灵泉煤掺烧神华煤450470490510530550570590610630650025507590100大同煤掺烧比例％煤粉气流着火温度IT℃铁北煤掺烧大同煤灵泉煤掺烧大同煤450470490510530550570590025507590100准格尔煤掺烧比例％煤粉气流着火温度IT℃铁北煤掺烧准格尔煤灵泉煤掺烧准格尔煤450470490510530550570590610025507590100龙煤掺烧比例％煤粉气流着火温度IT℃铁北煤掺烧龙煤灵泉煤掺烧龙煤烟煤的掺烧比例越高，煤粉气流着火温度越高2599.099.299.499.699.8100.0025507590100神华煤掺烧比例％一维火焰炉燃尽率Bp％铁北煤掺烧神华煤灵泉煤掺烧神华煤97.097.598.098.599.099.5100.0025507590100大同煤掺烧比例％一维火焰炉燃尽率Bp％铁北煤掺烧大同煤灵泉煤掺烧大同煤98.098.298.498.698.899.099.299.499.699.8100.0025507590100准格尔煤掺烧比例％一维火焰炉燃尽率Bp％铁北煤掺烧准格尔煤灵泉煤掺烧准格尔煤98.098.298.498.