论发电厂燃煤锅炉的典型结构特点与运行性能

【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。

【关键词】燃煤锅炉；运行性能；现状分析

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。下面，针对低挥发分煤锅炉运行的可靠性、经济性和NOx排放问题，谈一下燃煤锅炉的典型结构特点与运行性能。

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。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300mz/m3[O2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。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=60.8kW/m3）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（622mg/m3）。

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。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。

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50%BMCR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1100mg/m3（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=11.6%～12.5%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%-65%BMCR；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55%BMCR；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40%BMCR，且这种制粉系统简单可靠。说明采用常规的燃烧方式可较好地燃烧低挥发分煤，至少对于Vdaf>10%的煤来讲是可以的。

近十几年来，“W”型双拱燃烧锅炉被大量用来燃烧低挥发分煤，目前最大容量机组为邮峰电厂—期1、2号660MW机组锅炉，燃用邯峰地区万年尤烟煤以及贫煤的混煤。初步调试运行表明，虽然在660MW负荷时过热器减温水量比没计值（30.3kg/s）高出约25kg/s，空气预热器人口烟温比设计值（396℃）高出约15℃左右，但运行尚属正常调查研究表明，有相当一部分机组运行良好，特别是在低负荷稳燃性能方面要比常规燃烧方式锅炉强些；最低不投油稳燃负荷一般可较之低约1O个百分点。但在经济性等方面并无突出之处，飞灰可燃物水平多无明显的建树，而NOx排放的质量浓度（850-1300111（1/13）却较常规燃烧方式要高。此外，尚有一些锅炉存在着设备和运行的问题，如炉膛容积热负荷偏大、燃烧器设计问题及磨煤机出力不足，满负荷时煤粉过粗等。

3、结语

对于现有投运的“W”型锅炉，对于更难着火、更难燃尽的无烟煤，以采用钢球磨煤机中间储仓式热风送粉系统或双进双出钢球磨半直吹热风送粉系统为好。这无论对着火燃烧的稳定性还是对运行的经济性都是十分有利的。同时，研究也表明在炉膛轮廓选型设计和燃烧器的设计布置方面尚未完善成熟；为提高燃尽度及避免局部结渣，在上述两个方面更有待深入研究和慎重斟酌；煤粉细度和风粉分配均匀性也极需改善。