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    邯峰发电厂一期工程(下称邯峰工程)安装2台660 MW燃煤发电机组，锅炉为美国Foster Wheeler公司制造的W型火焰燃烧锅炉，燃烧煤种为当地无烟煤和山西贫煤的混煤，在满足锅炉燃烧稳定的条件下，尽量多烧当地无烟煤，以充分利用当地丰富的无烟煤资源。按照我国能源政策的要求，电站锅炉应少烧或不烧优质烟煤和燃料油，多烧贫煤或无烟煤等劣质煤种。但由于无烟煤的挥发份较低(一般在10%以下,最低达3%～4%)致使煤粉着火困难和燃烧不稳定，造成锅炉运行中机械不完全燃烧增加(一般为8%～10%，最大达15%～16%，最小为6%～7%)，锅炉效率较低，低负荷时还得投助燃油稳燃，一般占10%～25%的燃料量。因此为了解决无烟煤燃烧的问题，我国从80年代起，先后从国外引进了10多台(基本上都是300 MW等级的机组)下喷燃烧W型火焰燃烧锅炉，燃用低挥发份煤种。从已投运的这类机组看，总体运行良好，锅炉效率均保持在90%以上，燃烧稳定。为进一步利用无烟煤资源和开发大容量的燃无烟煤锅炉从技术上创造了条件。邯峰电厂世界上首台660 MW燃烧无烟煤的W型火焰燃烧锅炉由此应运而生。

1 设计煤种的确定和锅炉的选型

    邯峰电厂世界上首次选用了660 MW烧无烟煤锅炉，设计煤种的选取对于锅炉及其燃烧系统的设计和将来电厂的安全运行至关重要。河北电力公司对河北省南部地区丰富的无烟煤资源进行了认真的调查研究，对各主要无烟煤矿的煤质进行了采样分析。

    低挥发份煤种的燃烧特性可以用“三难”来概括：点燃难、稳燃难、燃尽难。作为邯峰电厂主要煤源点的万年矿无烟煤的挥发份仅为Vdaf＝5.59%，通用着火指数为0.206，DT、ST、FT均大于1 500℃，属极难燃烧煤种，要求着火温度高，而自身又不能提供足够的着火热源，因此需要提供外部热源或其他措施来强化着火。万年矿无烟煤的灰份为Aad＝23.70%，其他矿有的超过了30%，较高的灰份对燃烧的影响不容忽视。首先对磨煤机的出力造成限制，如果为了提高出力而牺牲一定的煤粉细度的要求，则机械不完全燃烧损失会增加；较高的灰份也会对后期的燃尽产生不利的影响，灰壳可能会增加氧气扩散的阻力，使燃尽过程变差；另外灰份的增加还会使炉膛受热面上严重积灰，受热面的吸热受到限制，机械磨损加重，寿命减少。

    对于邯峰这种极难燃烧的无烟煤(Vdaf＝5.59%)，世界上目前还没有哪台1 000 t/h以上的固态排渣煤粉炉燃烧过如此难燃的煤种。对于燃烧低挥发份燃料有较大优越性的W型火焰燃烧锅炉，现有烧煤挥发份为6.0%～8.0%的业绩，如华能岳阳电厂的2台英国制造的362 MW机组锅炉和美国FW公司在西班牙的6台300 MW以上的机组锅炉 。因此，为了保证邯峰工程锅炉的运行可靠性，提出了邯峰工程的锅炉在主要燃烧当地无烟煤的设计原则下，设计煤种考虑采用掺烧部分贫煤。为探讨邯峰无烟煤与贫煤的混煤特性，对邯峰无烟煤中产量最大的、也是最难燃的万年无烟煤与山西潞安矿务局王庄矿贫煤进行了混煤特性试验。试验结果表明，掺烧75%的贫煤后混煤的着火温度为300℃，比万年无烟煤的着火温度630℃低330℃，着火属性大为改善，但混煤的燃尽特性与无烟煤的燃尽特性相差不大。掺烧50%的王庄贫煤时可燃基挥发份达11.56%。可见邯峰工程采用当地的无烟煤和贫煤的混煤作为设计煤种从燃烧技术方面分析应该是有保证的，尤其适宜W型火焰燃烧锅炉，这样既有利于燃用邯峰电厂当地的无烟煤，又能保证锅炉的安全稳定运行，维护了投资者的利益。

    基于无烟煤燃烧的种种不利因素和过去在无烟煤锅炉燃烧方面的教训，河北电力公司仔细了解了美国FW公司在无烟煤锅炉燃烧方面的业绩。美国FW公司的无烟煤燃烧采用的是W型火焰燃烧技术，该技术具有高效率、低NOx排放、负荷调节范围广 、燃料适应性强，尤其是能燃用低挥发份煤等优点。其主要运行业绩是安装在西班牙的6台313～350 MW固态排渣无烟煤锅炉。

    美国FW公司为邯峰工程提供的660 MW的燃烧无烟煤锅炉，是在其西班牙的安拉里斯电厂和康波斯蒂拉电厂的350 MW，W型火焰燃烧锅炉的基础上发展起来的，西班牙上述2电厂燃用的煤种比我国的万年矿无烟煤容易着火，因此为了满足锅炉燃烧当地无烟煤的要求，除了在锅炉的设计上进一步采取措施外，在设计煤种的选取上应留有一定的安全裕度。为此河北电力公司提出了50%当地万年矿无烟煤+50%山西潞安贫煤作为邯峰电厂的设计煤种。该设计煤种的燃烧特性好于西班牙2电厂的燃烧煤种 ，因此以现有的W型火焰燃烧技术燃用邯峰电厂的设计煤种是可行的。

2 锅炉及燃烧系统的设计特点

    解决低挥发份煤燃烧问题的关键是：强化着火、稳定火焰、提高燃尽率。美国FW公司为邯峰工程提供的锅炉有以下技术特点：

2.1 独特的燃烧器设计有利于着火

    邯峰工程锅炉所使用的燃烧器为美国FW公司目前已在350 MW锅炉上采用成熟的914 mm双旋风筒分离式煤粉浓缩型燃烧器，在锅炉BMCR工况时燃烧器功率为47.33 MW。该燃烧器由1个格栅型煤粉均分器，2个固定在一起的旋风筒及对应的乏气管和2套火焰调节装置组成。旋风筒下端向下伸入炉膛作为一次风喷口，乏气管从旋风筒中心向上引出后，再向前弯曲180°后，向下伸入炉膛作为乏气喷口。从磨煤机出口一次风管来的煤粉气流在每个燃烧器前分2路进入每个燃烧器的2个旋风筒分离器,在离心力的作用下，煤粉被甩向分离器的外壁,进入一次风喷口，含粉较少的乏气通过旋风筒中心的乏气引出管引出至乏气喷口，通过这样的燃烧器结构设计，显著提高了燃烧器一次风喷口下射出的气流的煤粉浓度，从而有利于主煤粉气流的着火。

    燃烧器的出口段装有消旋叶片，可使喷出的煤粉气流旋流强度控制得很小，圆形喷口喷出的气流刚性好，可使主煤粉气流很好地穿透烟气，避免因火焰上漂而发生燃烧短路。

    旋风分离器中心管引出的乏气在炉拱靠近炉膛中心的部位被送入炉膛，由于乏气喷口离一次风喷口有足够远的距离，从而可以避免气流的相互干扰，不会影响主煤粉气流的着火。另外，乏气煤粉浓度虽然很低，但由于煤粉颗粉很细，而送入部位的炉内温度比较高，因此也可以充分燃尽。

     这种拱上旋风燃烧器具有多种调节手段：

    (1) 乏气调节挡板；

    (2) 主喷口内消旋叶片装置；
    (3) 主喷口周围环形二次风挡板；

    (4) 垂直风墙上、中、下排二次风挡板。

    改变乏气管上挡板开度及消旋叶片在主喷口中插入的深度；改变主喷口周围二次风量的大小和垂直风墙上风量的分配，均能改变煤粉火焰的行程，及其扩展的形状，改变其着火及燃烧的状况，从而提高了锅炉对不同煤种的适应性。

2.2 典型的拱形炉膛设计有助于稳定燃烧

    锅炉炉膛的设计分为上下两部分，结构尺寸为下炉膛深15.63 m，宽34.48 m,上炉膛深9.525 m，炉膛高度从冷灰斗出口至顶棚管为39.68 m，炉拱与水平面夹角为25°，总共36个燃烧器错列布置在前后墙的2个炉拱上。上炉膛采用光管膜式壁结构 ，下炉膛采用双拱形结构，并在炉膛热负荷较高区域使用部分内螺纹管，并根据锅炉燃煤的性质，在下炉膛膜式壁上敷设了较多的卫燃带，以增强着火区的辐射热量,有利于煤粉迅速着火燃烧。燃烧器置于炉拱上，喷口向下，形成W型火焰燃烧，使高温烟气回流至着火区，有利于煤粉的着火和稳定燃烧。沿火焰的发展方向，在炉拱及前后墙上根据燃烧的需要分级布置二次风喷口，逐步送入二次风，以实现分级燃烧的目的，并可减少NOx的生成。选取较低的炉膛容积热负荷，并适当增加炉膛高度，延长煤粉在着火区和燃烧区的停留时间，以利于煤粉的稳定燃烧和燃尽。

    但由于采用了拱形炉膛的布置方式，再加上燃烧器的数量较多，达36只，使得炉膛宽度显著大于四角喷燃锅炉炉膛宽度，这点使沿炉膛宽度方向的烟温偏差较大 。为了解决这个矛盾，在燃烧系统的设计上采取了一些措施：在磨煤机和燃烧器的布置方面，每台磨煤机对应的燃烧器尽量沿炉膛宽度方向均匀分布，36个燃烧器在炉拱上沿炉膛宽度均匀布置，从而使锅炉沿炉膛宽度方面的热量输入基本一致；燃烧所用的二次风主要从炉膛前后墙的三层二次风喷口沿炉宽均匀地送入炉内，各燃烧器的二次风箱是独立可调的，沿炉宽的各燃烧器之间并无大的扰动，从而形成良好的分级燃烧和均匀热负荷分布。

2.3 选择合理的制粉系统和设备

    为了保证获得合理的煤粉细度，美国FW公司为邯峰工程的锅炉配备了6台D-12D型双进双出球磨机，制粉系统采用正压直吹式。

    双进双出磨煤机包括2个相互对称的研磨回路，磨煤机的两端为中空轴，分别支撑在2个主轴承上，中间为磨煤机筒体，2台带式输煤绞笼布置在磨煤机两端空心轴中，分离器布置在磨煤机两端各1个，与机身一体，为双涡形。磨煤机与分离器动静间隙之间增设了密封盒，密封空气由一次风机提供，以防止风粉混合物的外漏。一次风通过磨煤机两端分离器入口弯管和带式输送机中心管进入滚筒，作为制粉风；原煤由给煤机送至分离器的给煤管，并与分离器分离的粗粉混合，由带式输送机送入滚筒，一次风和煤粉的混合物由输送机中心管的环形空间离开磨煤机，进入分离器，经分离器分离，细粉和一次风通过分离器出口的3根煤粉管道进入燃烧器。每台磨煤机接6根煤粉管道，每端3根。

    制粉系统主要包括热风系统、调温风系统、辅助风系统、惰性置换系统、密封风系统和料位控制系统。
    美国FW公司为邯峰工程所配的D-12D双进双出磨煤机的最大出力为55.44 t/h,考虑到锅炉实际运行时煤质的变化，邯峰电厂要求在锅炉额定负荷运行时有1台磨煤机备用，即5台磨运行，1台磨备用。按此要求作为性能保证，美国FW公司保证锅炉在燃用设计煤种时，6台磨煤机的出力满足120% BMCR的需要。

    双进双出磨煤机配有较完备的控制系统，主要有：

    (1) 料位控制

    磨煤机的大罐存煤量是用高低料位来控制的。高低料位测量装置料位块位于磨煤机轴瓦正下方处静压测量管，磨煤机静压测点位于磨煤机大罐空心轴纵向中心线附近，当磨煤机内有一定存煤量时，蓬松的煤粉覆盖料位块，和大罐压力之间产生压差，即料位控制信号，将料位控制系统投入自动，控制给煤量，保持料位信号稳定，以维持大罐的存煤量。给煤机给煤量的调节与磨煤机煤粉出力的调节是2个独立的调节系统。

    (2) 磨煤机出力控制

    磨煤机入口一次风的控制是双进双出磨煤机出力控制的决定因素，一次风量不同，所携带的煤粉量就不同，决定了磨煤机的出力。磨煤机的风煤比在磨煤机最大出力时可达1.3～1.4，磨煤机响应负荷变化能力强，调节磨煤机出力，只需调节一次风量，风流量同带出的粉流量同步增减，而且磨煤机本身的储存能力大，短时的给料中断不影响磨煤机的出力(可维持10～15 min的出粉量).

    (3) 磨煤机出口温度控制

    通过调节磨煤机入口的调温风控制挡板和一次风温控制挡板可调节进入磨煤机的热风和冷风的比例，保持所需的磨煤机出口一次风温度。

    (4) 辅助风控制

    辅助风来自空气预热器前的一次风，分别引入磨煤机出口的各个煤粉管道，辅助风量主要靠辅助风门来调节。其主要作用为用于磨煤机启停时对送粉管道进行吹扫，防止煤粉沉积堵管；另外当磨煤机低负荷时一次风量小，管道风速较低，为了防止堵管，磨煤机出口煤粉管道内引入辅助风。辅助风量随一次风量的变化而变化 ，以保证送粉管道内的风速达到设计值。

    (5) 密封风控制

    为了防止煤粉从磨煤机空心轴与分离器枢轴之间的间隙漏出，从调温风母管引出密封风，利用密封风控制挡板调节密封风量以维持密封空气室和磨煤机筒体之间的压差，从而防止煤粉泄露。

    总之，邯峰电厂2台660 MW机组的W型火焰燃烧锅炉及其燃烧系统的设计在很多方面采用了有利于低挥发份煤种燃烧的技术，所采用的许多技术也是成熟可靠的,它的成功投运无疑对推动我国无烟煤燃烧技术的发展及丰富的无烟煤资源的利用具有非常重要的意义。