摘要： 　　锅炉设计与电厂设计煤质及灰渣特性有关，文章通过对原设计和改变后的设计煤煤质及灰渣特性进行分析，对锅炉本体设计中的相关参数，如炉膛断面、炉膛容积、燃烧器高度等进行了调整，以保证日后的安全、高效运行。 关键词： 大别山电厂；设计煤质；锅炉本体；设计 　　 　　湖北大别山电厂一期工程位于湖北省麻城市，电厂规划容量4×600MW，一期工程建设2×600MW超临界机组，安装2台哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的600MW超临界燃煤锅炉。锅炉型式为超临界、单炉膛、螺旋管圈水冷壁、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构П型烟煤锅炉，锅炉型号为HG－1970/25.4－YM4。

1 设计煤质性能分析

　　大别山电厂原设计煤质为黄陵烟煤，校核煤质为平顶山烟煤，煤质分析及灰渣特性分别见表1、表2。

表1 原设计煤的煤质分析


  
煤 质
符号
设计煤质

（黄陵烟煤）

校核煤质

（平顶山烟煤）

　　由于湖北属无煤地区，业主方考虑到在国内煤炭市场的紧张局面未得到有效缓解的情况下，作为用煤大户的电厂必须有一个比较可靠的煤源，同时，电厂设备还应具有使用多个煤源煤质的能力，使得电厂对日后可能的不同煤质有较大的适应性。经过调研，业主方认为把神华烟煤作为大别山电厂的主力煤质是可取的。因此业主最终确定以神华烟煤与黄陵烟煤的混煤（神华煤60％，黄陵煤40％）作为大别山电厂的设计煤质，以原设计煤质即黄陵烟煤作为校核煤质1，以原校核煤质即平顶山烟煤作为校核煤质2。业主提供的神华烟煤及改变以后的设计煤质和校核煤质的煤质分析及灰渣特性分别见表3、表4。

表2 原设计煤的灰渣特性


煤 质
符号
设计煤质
校核煤质

 
二氧化硅/%
SiO₂
56.82
56.83


 
三氧化二铝/%
Al₂O₃
19.41
30.05


 
三氧化二铁/%
Fe₂O₃
7.72
4.56


 
氧化钙/%
CaO
4.36
2.64


 
氧化镁/%
MgO
0.78
0.64


 
氧化钠/%
Na₂O
0.43
0.54


 
氧化钾/%
K₂O
0.94
1.03


 
三氧化二硫/%
SO₃
6.06
0.81


 
其他/%

3.48
2.9


 
以上各项总和/%

100
100


 
变形温度/℃
DT
1260
＞1400


 
软化温度/℃
ST
1360
＞1400


 
流动温度/℃
FT
1460
＞1400

　　改变后的设计煤质与原设计煤质相比，煤质特性有所改变，根据普华煤燃烧技术开发中心推荐的煤质特性判别准则，以上各煤质的着火稳定性指数、燃烬特性指数和结渣特性指数见表5。

　　根据以上几种指数判断，神华烟煤的着火、燃烬、结渣性能均属“易”等级，而且其结渣性能相当明显；黄陵烟煤的着火、燃尽性能属“易”等级，结渣性能属“中等”等级；平顶山烟煤着火和燃尽性能为“易”等级，结渣性能属“不易”等级；以神华烟煤（60％）和黄陵烟煤（40％）组成的混煤的着火、燃尽、结渣性能均属“易”等级。按一般理解，严重结渣的神华烟煤与中等结渣的黄陵烟煤掺混后，其结渣性能应比黄陵烟煤严重而比神华烟煤有所缓解（这与表5中的计算结果也是吻合的），但根据以往的经验，类似前述两种性能的煤混掺后，有可能仍保持严重结渣的倾向，甚至有可能加剧，混掺后的具体表现，应通过结渣试验确定。

　　总的说来，原设计煤质（黄陵烟煤）与改变后的设计煤质（神华烟煤与黄陵烟煤的混煤）在着火、燃尽性能上虽有一定差异，但对锅炉炉膛尺寸、燃烧器类型及布置等的要求差异不大，重点要考虑的是设计煤质的结渣性能可能由“中等”等级转为“严重“等级，锅炉原设计对此是否具有适应性。   

2 锅炉炉膛参数分析



　　炉膛尺寸、炉膛热负荷参数、燃烧器类型及布置与锅炉运行中的燃烧稳定性、煤粉燃尽性和结渣性能相关。

　　评价锅炉燃烧及防结渣性能，首先涉及的是炉膛热负荷（或称热强度）参数，即容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域壁面热负荷及有效辐射受热面热负荷（简称辐射受热面热负荷）等，除上述各炉膛热负荷参数之外，还有4个与炉内燃烧器布置有关的数据，即最上层燃烧器中心与屏下缘距离、最下层燃烧器中心与冷灰斗上口的距离、冷灰斗斜坡与水平方向所呈角度以及外侧燃烧器中心与侧墙的距离，上述4个数据主要与屏区、冷灰斗及侧墙的结渣可能性有关。

　　大别山电厂和国内其他电厂燃用相似煤质的600MW墙式燃烧锅炉的有关参数对比见表6。

　　从表6可以看出，大别山电厂锅炉断面热负荷数据与其他工程600MW墙式燃烧炉比较处于相当水平，数据在合理范围内。燃烧器区壁面热负荷略显偏高，根据西安热工研究院为西柏坡电厂所做的炉膛选型研究报告，认为燃用神华烟煤，燃烧器区域壁面热负荷应在1.4～1.6MW/m²，这与以上的结论是吻合的。炉膛容积热负荷数据显得偏大。

　　从以上数据分析可知，大别山电厂改变以后的设计煤质，锅炉原设计中的炉膛断面尺寸是比较合理的，而炉膛高度、炉膛容积和燃烧器高度却均显得偏小。

　　另外，外侧燃烧器距侧墙水冷壁中心距离对墙式燃烧方式锅炉的炉内结渣性能来说是比较重要的数据，大别山电厂锅炉的该数据为3.8485m，应该是可行的。虽然如此，仍应考虑侧墙水冷壁面的保护，对于螺管带水冷壁，管间灰渣不易脱落，尤其燃烧器区的侧墙往往形成死滞区，属于还原性气氛，是结渣和高温腐蚀的危险区域，采用边界风系统，向该区域引进一定量空气是某些墙式燃烧大型锅炉常采用的技术。

表3 改变后的设计煤煤质分析


煤 质
符号

主力煤质

（神华烟煤）

63.49

3.3

9.93

0.58

表4 改变后的设计煤的灰渣特性


煤 质
符号
主力煤质

(神华烟煤)


设计煤质

(神华+黄陵)


校核煤质1

(黄陵烟煤)


校核煤质2

(平顶山烟煤)


 
二氧化硅/%
SiO₂
29.63
41.08
56.82
56.83


 
三氧化二铝/%
Al₂O₃
13.25
18.44
19.41
30.05


 
三氧化二铁/%
Fe₂O₃
19.87
11.35
7.72
4.56


 
氧化钙/%
CaO
23.05
16.73
4.36
2.64


 
氧化镁/%
MgO
2.38
2.40
0.78
0.64


 
氧化钠/%
Na₂O
0.55
0.50
0.43
0.54


 
氧化钾/%
K₂O
0.91
1.00
0.94
1.03


 
三氧化硫/%
SO₃
8.56
6.12
6.06
0.81


 
其他/%

1.8
2.38
3.48
2.9


 
以上各项总和/%

100
100
100
100


 
变形温度/℃
DT
1030
1090
1260
＞1400


 
软化温度/℃
ST
1100
1140
1360
＞1400


 
流动温度/℃
FT
1120
1190
1460
＞1400

表5 煤质特性指数表   


煤 质
符号
主力煤质

(神华烟煤)

设计煤质

(神华+黄陵)

表6 几个电厂锅炉设计参数对比


项 目
大别山电厂
华润常熟电厂
阳逻电厂三期

 
设计煤质
神华+黄陵
神华烟煤
陕西烟煤

 
炉膛断面尺寸（宽×深）/mm×mm
22187×15632
22187×15632
22162×15457

 
炉膛高度/m
52.488
58.662
62.00

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