燃油鍋爐改燒煤改造工程研究

    鍋爐型式煤粉爐局域熱負荷70年代初期，隨國家能源政策調整建設了一批燃油電廠并有一批燃煤電廠改燒油。近幾年隨著市場經濟運轉，供給電廠的計劃用油不僅越來越少，而且價格越來越高，原油市場價在1999年底達到約1 700元/t，渣油達約1300元/t燃油電廠已無法承受。某電廠2x125MW機組，由于油價不斷提高，發電成本高于現行電價，年虧損將近1億元，電廠已面臨生存問題。為適應電力市場和自身生存需要，一些燃油電廠燃油鍋爐改燒煤已勢在必行。本文結合近期參與的125MW、200MW機組燃油電廠燃油鍋爐改燒煤工程設計研究進行介紹。

　　1.燃油鍋爐與燃煤鍋爐主要設計參數比較燃油鍋爐與燃煤鍋爐，從鍋爐熱負荷、火焰長度、爐膛出口溫度、爐膛出口過剩空氣系數、對流受熱面煙氣流速、排煙溫度等方面都具有自身特點。以下數據為我國電站鍋爐設計的值。

　　1.1鍋爐熱負荷顯示鍋爐爐膛燃燒傳熱特性的重要技術參數，主要為爐膛容積熱負荷！v：爐膛壁面熱負荷！（、爐膛斷面熱負荷！f、燃燒器局域壁面熱負荷！A.表1列出我國電站鍋爐典型的熱負荷數值。

　　1.2火焰長度為保證燃料在爐膛內有足夠時間，保證燃燒效表1電站鍋爐典型的熱負荷數值容積熱壁面熱斷面熱負荷負荷負荷果爐膛高度和燃燒器布置的設計必須滿足火焰長度要求。火焰長度"hy指鍋爐最上排燃燒器出口至爐膛出口窗口中點的折線距離，火焰高度為2者間的垂直距離。表2列出了燃油鍋爐與燃煤鍋爐對火焰長度和火焰高度要求的最小值。

　　火焰長度和火焰高度要求的最小值鍋爐蒸發量/fh-1無煙煤煙煤重油1.3爐膛出口溫度由于燃料中含有灰分，燃燒后這些灰在高溫狀態下處于融化狀態，當爐膛出口溫度過高時，會引起對流受熱面結渣堵塞。同時對流受熱面的材料限止，過高的爐膛出口溫度會引起受熱面壁溫過高而燒壞。因此，在鍋爐設計中都對爐膛出口溫度有一限制。表3示出了我國不同燃料常見設計推薦值。

　　不同燃料品位推薦的爐膛出口溫度值爐膛出口溫度燃料種類無煙煤貧煤煙煤洗中煤重油1.4過剩空氣系數爐膛出口的過剩空氣系數是由燃燒要求所確定，其值由燃料特性和燃燒方式決定，表4表示各種爐型和燃料不同情況下，爐膛出口的過剩空氣系數。從表中可看出燃油鍋爐比煤粉鍋爐爐膛出口過剩空氣系數要少0.18~0.15，說明燃油鍋爐改燒煤后，所需燃燒空氣量和煙氣量都將增加。

　  爐膛出口空氣過系數燃燒室型式燃料爐膛出口空氣過系數煤粉爐無煙煤、貧煤煙煤、揭煤燃油爐重油、原油1.5對流受熱面煙氣流速對流受熱面煙氣流速限制主要是對流受熱面的磨損與燃料中灰分有關。表5列出有灰和無灰燃料煙氣的極限流速。

　　有灰和無灰燃料煙氣的極限流速受熱面灰分Ay%有灰極限流速/m-無灰煙氣最佳省煤器過渡區過熱器碳鋼合金鋼1.6排煙溫度較低的排煙溫度可使鍋爐效率提高，節省能源，過低的排煙溫度會使受熱面的溫壓較低，尾部受熱面增加，鍋爐造價和引風機運行費用增加進一步降低排煙溫度，還會引起空氣預熱器的嚴重腐蝕。因此，排煙溫度必須進行技術經濟分析確定。表6為我國鍋爐設計排煙溫度推薦值。

　　鍋爐排煙溫度推薦值/鍋爐容量/h燃油燃煤粉從表1'62種不同燃料鍋爐主要設計參數的比較可總結為以下幾條：a燃油鍋爐的爐膛容積熱負荷、爐膛壁面熱負荷、爐膛斷面熱負荷、燃燒器局域壁面熱負荷均比煤粉鍋爐高得多；a燃油鍋爐的爐膛容積比煤粉鍋爐要小16%~40%；a燃油鍋爐的爐膛高度比煤粉鍋爐低16%'36+；a）燃油鍋爐的火焰長度比煤粉鍋爐短2'3，a燃油鍋爐大多設計成無灰斗的平底爐；a燃油鍋爐的爐膛出口煙氣溫度比煤粉鍋爐高；a燃油鍋爐的爐膛出口空氣過剩系數比煤粉鍋爐少。i8~.i5；a）燃油鍋爐的效率比煤粉鍋爐高1.0%'2.6%；a）燃油鍋爐的排煙溫度比煤粉鍋爐排煙溫度高10'15/；（10燃油鍋爐的對流受熱面處的煙氣流速比煤粉鍋爐高得多。鑒于上述燃油鍋爐的特殊性在燃油鍋爐改燒煤的工作中必須針對以上問題進行技術分析和研究，采取相應的改造措施。

　　2.燃油鍋爐改煤方案研討根據我國現有燃油電廠燃油鍋爐大體有3種類型：a典廠建設燃料按燃油設計，鍋爐為燃油鍋爐，如山東辛店電廠2x100MW和2x200MW機組為純燃油鍋爐；a）電廠建設燃料按燃油設計，但鍋爐為燃煤鍋爐改為燃油鍋爐從未燃用煤）如山東沾化電廠2x125MW機組，鍋爐原為燃煤爐，電廠建設時就改為燃油鍋爐；a）電廠建設燃料按燃煤設計，鍋爐原為燃煤爐，隨著國家能源政策調整，鍋爐改為燃油鍋爐，拆除制粉系統設備形成目前燃油電廠規模如山東白楊河電廠3x50MW機組。因此，燃油鍋爐改燒煤工作需根據不同類型燃油鍋爐進行改造。

　　2.1原本燃油鍋爐改燒煤改造方案的研討2.1.1局部改造方案鍋爐整體不作輪廓上的大變動，基本維持原本燃油鍋爐爐膛結構尺寸和尾部受熱面，只作燃煤有關的局部改造。鍋爐局部改造主要工程量為：a爐膛下部水冷壁延長及冷灰斗；a）增加煤粉燃燒器及大風箱；a）增加除渣裝置及冷灰斗剛性梁柱；（造點火助燃油系統；a）改變過熱器、再熱器噴水減溫系統；a）后豎井下方增設灰斗；a渥部受熱面增設防磨措施；a欺灰系統；a）鍋爐爐前熱控系統改造；（10爐膛懸吊系統、頂板及平臺扶梯改造等。

　　該方案優點：可節省鍋爐拆卸費用，利用原鍋爐，改造費用少，改造周期短。該方案主要問題是鍋！

　　爐出力達不到原燃油鍋爐額定出力，其原因在于煤和油的燃燒和燃燒產物的輻射特性不同，由于爐膛燃油鍋爐改燒煤改造工程研究容積和受熱面大體不變，受爐膛容積熱負荷和爐膛斷面熱負荷限制而導致燃煤后只能達到原燃油鍋爐額定出力的60%65%蒸發量。鍋爐局部改造后，由于鍋爐出力降低，不僅使電廠的熱力系統和汽輪機長期處于6065低負荷，對汽輪機末級葉片壽命是否有危害需待汽輪機廠孩定；而且使電廠的發電能力、調峰能力、經濟效益都受影響。

　　2.1.2整體改造方案以滿足燃煤后達到原燃油鍋爐額定出力和參數為前題，盡可能利用原燃油鍋爐設備中可利用的部分對原燃油鍋爐做大手術大改造。鍋爐整體改造主要工程量為：（1爐膛加高高度，改造爐膛斷面尺寸，擴大爐膛容積，重新布置和調整受熱面，G游卸和改造原燃油鍋爐、爐架、基礎，對鍋爐承壓件進行鑒定評估工作；其余燃煤有關爐體改造同鍋爐局部改造方案10項內容。

　　鍋爐整體改造方案優點燃油鍋爐整體改造后，能滿足鍋爐滿負荷運行電廠裝機容量不變燃油鍋爐改燒煤后，充分發揮燃煤電廠優勢，降低發電成本，曾加電廠經濟效益；鍋爐整體改造可利用原燃油鍋爐設備中可利用的部分包拮承壓部件、管道、型鋼、鋼平臺、大板梁、鋼板等），鍋爐本體改造費用比更換新鍋爐方案要少。鍋爐整體改造方案主要問題是原燃油鍋爐拆卸工作量大特別是爐架和柱子采用混凝土構造拆除，鍋爐基礎拆除工程量大，難度大；需對原燃油鍋爐設備中承壓部件和非承壓部件的可利用率作詳細評估需專題研究；鍋爐整體改造原有燃油鍋爐設備和位置尺寸的限制，煤粉爐的結構布置和合理性受到影響，可能增加額外的組裝工作量和不確定因素；改造后的鍋爐面臨著新制和舊制設備不同使用壽命狀況扭合在一起，對今后的安全運行造成不利因素。

　　2.1.3新建燃煤爐方案燃油鍋爐改燒煤改造工程中，對于原本燃油鍋爐改燒煤改造工作，無論是局部改造還是鍋爐整體改造都存在一定問題經技術經濟比較在工程資金允許條件下可采用新建燃煤方案。新建燃煤方案的優點：改造方案徹底，能保證鍋爐滿負荷運行，電廠裝機容量不變。新建的燃煤爐，保證鍋爐安全可靠，可滿足調峰要求機組可用率高。新建燃煤爐方案的主要問題是需全部拆除原燃油鍋爐，新建燃煤爐，工程量大建設周期長；投資大，既有原燃油鍋爐全部拆除費用又需新購置新燃煤爐設備費、人工安裝費比單純新建燃煤爐工程投資大源燃油鍋爐承壓部件、非承壓部件、鋼件、部件、管件、管道等無法重復使用。

　　2.2原燃煤爐改燃油再改燒煤改造方案目前燃油發電廠中由于歷史原因，有部分電廠原本燃煤爐改為燃油爐，屬第2、類燃油發電廠。該類燃油發電廠燃油爐基本為燃煤爐，其鍋爐結構尺寸和受熱面布置基本滿足燃油爐改燒煤后燃煤要求<油爐改燒煤后能保證鍋爐滿負荷出力要求。其改燒煤的改造工作只需恢復原燃煤爐的特性，改造工程量基本內容及項目與純燃油爐改燒煤工程量相似。原本燃煤爐改燃油再改燒煤改造工程其最大特點是：改造工程量小投資少、改造工期短；燃油鍋爐局部改造后，能滿足鍋爐滿負荷運行電廠裝機容量不變充分發揮燃煤電廠優勢，降低發電成本增加電廠經濟效益。

　　3燃油爐改煤工程制粉系統的選擇燃油鍋爐改燒煤工程增設煤的制粉系統，應根據不應類型的燃油鍋爐和設計煤種配置制粉系統。3.1燃油爐改燒煤工程設計煤種的確定設計煤種的確定：對于原燃油爐屬燃煤爐改造成的宜按原鍋爐設計煤種，作為改造后的設計煤種配置制粉系統；對于純燃油爐改燒煤工程制粉系統的設計煤種的確定，宜選擇中等可燃性以上的煤種郵貧煤型、煙煤型、煤型設計煤種），燃料著火穩定性指數大于4.65以上以著火試驗爐確定的著火溫度>700~800.，煤的哈氏可磨性指數HGI>60~80，煤的沖刷磨損指數Ke<2以下的低硫煤，校孩煤種不選擇跨煤種，盡量不選擇難燃性煤種和難磨煤種，這樣避免燃油爐改燒煤爐的難度和增加改造投資。

　　3.2制粉系統及磨煤機的選擇制粉系統及磨煤機的選擇，應根據燃油爐改燒煤工程確定的設計煤種的燃燒特性、可磨性、磨損性、爆炸特性、結渣性等綜合因素考慮而定，并考慮投資、電廠檢修運行水平及設備的配套、煤源等因素，以達到磨煤機、制粉系統、燃燒裝置和鍋爐爐膛匹配合理保證機組安全經濟運行。對于中等可燃性以上設計煤種的制粉系統，可采用中速磨冷一次風機直吹系統和鋼球磨中間貯倉制送粉系統。對于改造工程，考慮節省投資不搞雙進出鋼球磨煤機冷一次風機直吹系統。

　　中速磨煤機冷一次風機直吹式制粉系統：在我4種類型的中速磨煤機應用較廣運行情況較好的是HP和MPS2種，從耐磨性、磨輥使用壽命、可靠性和價格相比，對于改造工程制粉系統選擇MPS型中速磨較宜。中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統，系統簡單現已有運行經驗安全性好，廠用電少，但磨煤機適應煤種較差當煤質變化時中速磨很敏感檢修維護費用多。

　　鋼球磨中儲制送粉系統：鋼球磨中儲制送粉系統根據設計煤種通常分為乏氣送粉和熱風送粉2種系統，在我國應用較廣。此系統磨煤機適應煤種廣、可用率高、維修工作量小，但系統復雜、運行電耗高、噪聲大對揮發分高、易爆炸性煤種，需要采取相應防爆措施。

　　2種制粉系統最終選擇需經過綜合性技術經濟比較確定，根據作者近期參與的125MW、00MW機組的方案比較采用MPS型中速磨直吹式制粉系統運行費用較省一次性初投資高；鋼球磨中儲式制粉系統運行費用較高一次性初投資省。制粉系統的選擇和煤倉間結構型式應根據改造工程的特點、投資允許條件和技術經濟綜合比較確定。

　　4.鍋爐范圍主廠房布置燃油電廠主廠房布置通常為汽輪機房、除氧間、鍋爐房、煙囪順列布置格式除原燃煤電廠改為燃油電廠外）燃油鍋爐改燒煤后，需增加制粉系統煤倉間、電氣除塵器等設施對增加的制粉系統煤倉間及鍋爐尾部設備的布置應根據原燃油電廠場地現有條件進行優化設計。

　　4.1鍋爐范圍主廠房布置需要考慮的問題）考慮燃油電廠已形成一定規模電廠總平面布置已成現實的情況下，新增的煤倉間布置和鍋爐房布置應盡可能改造和利用原建筑物，盡量少拆除已建設施和建構筋：物減少拆遷和重建工程量達到節省改造投資的目。對于新增的煤倉間布置和新建的鍋爐房布置應根據現場具體條件確定新建廠房的位置、結構型式、基礎設施處理方式及與原有廠房需脫開的距離。（偽節省改造投資，應盡可能利用原煙囪，但應進行現場觀察和檢驗，并應注意燃油鍋爐改燒煤后煙氣量增加煙囪內出現正壓的問題。

　　為減少爐后占地和拆遷工程量，應盡可能控制和減小從汽輪機房至爐后的橫向尺寸，電氣除塵器進出口煙道采取垂直進出的布置方式。（撕建的煤倉間布置有關柱距、跨距、各層標高及主廠房的縱向、橫向和布置尺寸的確定，應盡可能采取原主廠房結構模數的尺寸，同時也要考慮新增制粉系統設備的外形尺寸、檢修所需的空間尺寸和檢修通道。

　　4.2鍋爐范圍主廠房布置方案鍋爐范圍主廠房布置包拮煤倉間、鍋爐房和鍋爐尾部設備的布置，煤倉間布置通常采用內煤倉布置、外煤倉布置、中間煤倉布置和側煤倉布置幾種型式，鍋爐范圍主廠房布置，應根據燃油電廠主廠房布置現有條件進行技術經濟綜合比較后確定。

　　（倉間采用內煤倉布置方案：內煤倉布置方案的主廠房布置通常為汽輪機房、除氧間、煤倉間、鍋爐房、煙囪順列布置格式。對于原燃煤鍋爐改燒油鍋爐的電廠，原為內煤倉如恢復使用需做深入的工作確定。對于純燃油鍋爐改燒煤工程，內煤倉布置方案只能適用于燃油鍋爐改燒煤采用新建燃煤爐的方案。

　　（倉間采用外煤倉布置方案：采用外煤倉布置方案的主廠房布置通常為汽輪機房、除氧間、鍋爐房、煤倉間、煙囪順列布置格式。對于外煤倉布置新建的煤倉間適合于燃油鍋爐改燒煤的各種方案。

　　（倉間采用中間煤倉布置方案采用中間煤倉布置方案是2臺鍋爐的煤倉間設在2臺鍋爐之間，煤倉間采取沿鍋爐深度方向縱向并列布置送粉管道分別向相鄰2爐供煤粉。主廠房布置為汽輪機房、除氧間、鍋爐房和煤倉間布置格式。該布置方案只適合于新建燃煤爐改造方案。

　　（倉間采用側煤倉布置方案：采用側煤倉布置方案的煤倉間布置是2臺鍋爐的煤倉間分別設在1臺鍋爐的固定端和另1臺鍋爐的擴建端或煤倉間均布置在每臺鍋爐的固定端或均布置在每臺鍋爐的擴建端，采取沿鍋爐深度方向縱向并列布置方式送粉管道分別向鍋爐供煤粉。主廠房布置為汽輪機房、除氧間、鍋爐房和煤倉間布置格式，鍋爐房和煤倉間并列布置該布置方案主要取決于2臺鍋爐的固定端和擴建端空間和面積。

　　5結束語5.1燃油電廠改燒煤工程是隨著國家能源政策和能源結構的調整，為適應電力市場和燃油發電廠自身生存需要的一項新的技改工作。改造工作必須認真貫徹“安全可靠、經濟實用、符合國情”的電力建設方針必須體現改造的特點，充分利用現有設施盡量減少拆除已有建構1筑物減少改造工程量、縮短工期、降低造價，達到機組改造投產后運行安全可靠、其技術經濟指標能夠適應“競爭上網”的要求。

　　下轉第26頁）表4鄒縣電廠300MW機組循環水泵改造前、后結果項目改前改后運行方式2號機，泵1號機單泵2號機2臺高速2號機1高1低2號機2臺低速主機負荷/MW230停運302300302轉速/rmin-1373鄒縣電廠循環水泵改前、改后綜合比較效率/"功率/kW流量/m3h-1轉速/rmin-1熱季線圈溫度/―振動/！n1軸承使用壽命檢修工藝性運行靈活性改前國產最短1個月軸承去架分體結構檢修工作量大'無調節手段改后90/871410/1010 675/33495301個大修工期一體化軸承去架，檢修維護方便雙速電機調節2.5個月，循環水泵少耗電244.98萬kWh；第2階段：臺高速與1臺低速并列運行2.5個月循環水泵少耗電178.7萬kW'第3階段2臺高速泵并列運行5個月，循環水泵少耗電225萬kWh；改造后凝汽器過水量增加了2153m3/h，在機組平均運行負荷242MW下的排汽壓力下降0.196kPa，按供電煤耗370=/ h計算，節約標準煤522t.約標準煤522t冉按0.24元/（kW.h）、煤按240元/t計算海年節約人民幣168.21萬元。2臺泵投資可在運行14個月后收回。近年來，鄒縣電廠年平均負荷率在75"左右300MW機組的實際運行負荷多在240MW左右，因此上述運行方式的選擇是經濟的。

　　3結論對300MW機組斜流式循環水泵及其系統的改造設計是成功的，根本解決了該型機組普遍存在的循環水泵運行效率低、電耗高，泵的軸承可靠性較差、結構復雜、更換不便，電機過負荷運行、線圈超溫，泵出口蝶閥抖動、開關困難等問題。采用雙速電機驅動循環水泵，使300MW機組冷卻水量的運行調節炅活可靠足了機組不同季節、不同負荷下經濟真空的運行要求，提高了機組的運行經濟性。改后的XL1200-320型循環水泵在各種并列工況下運行泵的平均效率均在87"以上，完全實現了預期設計的具有較寬的運行高效區段和優良的變工況運行特性；正常運行工況下（高速）該型泵的運行效率達到90"以上。對泵及其系統改造后海臺機每年可獲得節電648.68萬kW.h、節約標準煤522t，折合人民幣168.2萬元的直接經濟效果，對降低全國火電機組的整體能耗水平將產生積極影響。作為新建300MW機組的配套循環水泵，該泵具有優越的運行特性，將驅動電機改為375r/min和425r/min的雙速電機該型泵也是600MW機組理想的高效配套循環水泵。

　　5.2燃油鍋爐改燃煤工程必須針對燃油鍋爐類型采取相應的改造措施，經技術經濟綜合比較后確定改造方案。

　　5.3對于燃油鍋爐改燒煤的磨煤機制粉系統類型的確定，應根據電廠設計煤種和電廠技改投資允許條件確定不搞雙進出鋼球磨煤機制粉系統推薦采用普通鋼球磨煤機制粉系統。

　　5.4燃油鍋爐改燒煤工程，新增的煤倉間布置，考慮燃油電廠基本上已形成一定規模在現有條件下，建議采用側煤倉間布置方式或中間煤倉間布置方式達到節省投資的目的。