燃煤锅炉掺烧神木煤的研究与应用
吕晓东 潘丽华 柯建新
（华东电力试验研究院 上海 200437）
摘要： 结合神木煤的综合特性及其在国内电站锅炉上的具体应用，从煤种和锅炉设计、运行的相关环节角度着手，定性分析了掺烧神木煤锅炉所应具备的条件，并通过工程实践阐明了掺烧煤技术能否成功实施的几大关键因素。本文的结论可为掺烧煤技术的研究与应用提供有效的指导。
关键词：神木煤 掺烧 结渣 煤热分析
1. 简述
近期，市场上神木煤价格明显比其他煤种低，许多发电企业均产生了采购神木煤进行掺烧以降低生产成本的设想。由于锅炉原设计煤种及常用煤种在煤质上往往与神木煤存在着较大差异，如何评估锅炉对新煤种的适应性，进而制订科学合理的掺烧方案，在获取最大经济利益的同时，避免锅炉因掺烧而发生受热面结焦熄火、煤粉燃烧器烧损、制粉系统爆燃、锅炉汽温控制失控，是掺烧能否应用的关键问题。
早期125MW等级锅炉炉膛设计热力参数往往比较高，随着运行年限的增加，锅炉系统设备老化严重，系统缺陷频繁，自动化水平较低。在通过定性分析确定锅炉具备开展掺烧的可行性前提下，必须依托动力配煤和煤种调质技术选择合适的掺烧基础煤种、掺烧比例和掺烧方式，并从设备条件、运行方式、配煤管理等环节出发进行科学的掺烧试验，才能确保锅炉长期安全运行。
以下结合在上海电力股份公司下属闵行电厂和杨树埔电厂所开展的掺烧工作，就掺烧试验研究关键技术展开分析。
2. 燃用神木煤的电站锅炉运行情况分析
国内设计燃用神木煤的电站锅炉为数不少。早期设计的燃用神木煤的锅炉，锅炉容积热负荷和断面热负荷均较大，这些锅炉投产后存在不同程度的炉膛及过热器受热面结渣情况。许多文献对此都有过报道。
在燃用神木煤的锅炉发生上述问题后，后期投产的燃用神木煤锅炉无一例外在设计时选
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用了较低的容积热负荷和断面热负荷，其中华能太仓电厂qv=93kW/m；吴泾第二发电厂
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qv=85kW/m。这两个电厂锅炉投产后不存在结焦情况，只是汽温略微偏低。根据有关资料数据，目前国内制造厂新设计的600MW燃用神木煤的锅炉，在设计时均选取了较低的容积热负荷。
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由西安热工研究院主持编写的新版〈电站锅炉炉膛选型导则〉则将燃用神木煤的锅炉炉
15014114013012011010090804.1704.84.61045.14.94.5127119炉膛容积热负荷(kW/m3)炉膛断面热负荷(MW/m2)5.25.04.84.6934.44.24.01034.785华能石二扬二厂3
北仑1号北仑2号3
北仑二期华能太仓吴二厂膛容积热负荷限定在<85kW/m（Π型炉）和<75 kW/m（T型炉）。
图1：燃用神木煤部分电厂锅炉热力参数比较
3. 煤种和炉型的适应性分析
3.1 燃用具有结焦倾向煤种时炉膛热力参数的选择原则
锅炉设计时，最关键的因素是必须根据设计煤种确定合适的炉膛结构参数。对采用具有高挥发份、低灰熔点的具有结焦倾向的煤种，必须采用较低的容积/断面热负荷。
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据文献介绍，煤着火、燃尽特性及煤灰结渣倾向对于炉膛热力特性参数值选择的影响趋势如表1所示。
表1 煤燃烧、结渣特性对于炉膛热力特性参数值选择的影响趋势 名称 机组容量 ↑ 煤的着火性能↑ 煤的燃尽性能↑ 煤灰结渣倾向↑ 炉膛容积 热负荷qv ↓ - ↓ ↓ 炉膛截面 热负荷qF ↑ ↓ ↓ ↓ 燃烧器区域 热负荷qHr ↓ ↓ ↓ ↓ 从上表可以看出，当燃煤的结渣趋势增强时，相应的炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷、燃烧器区域热负荷都应取低值与之匹配。
对于已经投运的锅炉，当改变煤种时，就必须对新煤种—原炉型的适应性重新进行分析和评估。掺烧高挥发份、低灰熔点的神木煤、从设计角度考虑所适合的炉型要求是：
? 炉膛外形必须选用高大型； ? 切圆燃烧其直径相对较小，尽量减少煤粉颗粒冲刷炉膛内壁，同时增大灰粒向四壁流
动的冷却空间；
? 炉内热负荷设计相对要小，以延长燃烧气流在炉膛停留时间，提高燃烬程度，降低炉
膛出口温度，避免炉膛出口及过热器部位结渣。 ? 降低炉膛截面燃烧强度和燃烧器区域温度，对减缓炉膛结渣和避免烧损燃烧器有一定
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的效果。
3.2 煤种变化对锅炉出口烟温影响的定性分析
煤性—炉型的适应性主要体现在煤质变化对炉内传热的影响上。具体表征为炉膛出口烟温的变化和烟气流量的变化。炉膛出口烟温的计算公式下式。
?\l?T1l?5.67?1011FlT31l????BjVcpj?????0.6?273 其中??M?al?pj?
0.6?1炉膛出口烟温的高低主要与炉内火焰中心位置、火焰黑度、炉膛水冷壁热有效系数以及理论燃烧温度有关。
表2： 煤质特性与各传热要素的关系 名称 火焰中心位置 （系数M的大小与火焰中心高低相反） - ↑ - ↓ ↑ 火焰黑度 ahy ↓ ↑ - - - 炉膛水冷壁热有效系数 理论燃烧温度 ?pj - - - - ↓ T1l ↑ ↓ ↑ - - 灰份减少 水分增加 发热量增加 挥发份增加 结渣性增加 分析影响锅炉炉膛出口烟温的主要因素，燃料的特性起了决定性作用。其中煤的灰分大小对炉膛黑度影响很大，而煤种变化引起的炉膛水冷壁污染系数对炉膛出口温度也有显著影响。以闵行电厂8号炉为例，假设锅炉全部燃烧神木煤，由于炉膛原设计高度较小（8号炉原设计是油炉，后改为煤炉，并又进行过增容改造），因神木煤挥发份高着火提前，实际火焰中心下移比例不会很大，而炉膛黑度则由燃用大混煤时的0.92降低到燃用神木煤时的0.75，在炉膛水冷壁污染程度假设与原煤种一致的前提下，炉膛计算出口温度（按原苏联1973年版热力计算标准）将上升约60℃。若水冷壁污染程度加剧，则水冷壁污染系数每下降0.05（即对应热有效系数下降约0.05），炉膛出口烟温将上升约27℃。
当预测改变燃料品种后锅炉炉膛热力参数将发生很大改变时，必须对锅炉系统设备的调节能力和安全裕度作出评估，如果超过可以承受的范围，就必须借助配煤技术对计划燃用的煤种进行调质，并通过锅炉热力计算确定安全的掺烧比例。
3.3 神木煤调质实验主要结论[3]
相关文献给出了神木煤调质的实验主要结论为：
? 用大同煤对神木煤调质，较用长治煤、淮南煤调质后的灰熔点提高幅度最大，对改善神木煤灰的结焦是有效的，神本煤与大同煤掺混比例为85:15～80:20之间时，灰熔点变化率最大。神木煤灰熔点温度可提高90℃。
? 用灰熔点大于1500℃的大同煤对神木煤进行调质，效果明显。
? 神木煤的T1 一般为1100～1300℃之间，T1小于1250℃时，调质效果明显。T1大于1250℃时，调质意义不大。
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