目前受煤炭價格偏高、發(fā)電裝機容量較大等因素影響，發(fā)電廠普遍存在煤源不足的問題，使部分距離褐煤礦較近的發(fā)電公司決定摻燒煤源充足、運距較短的褐煤，需要對鍋爐進(jìn)行改造，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    部分1025 t/h鍋爐原設(shè)計煤種為劣質(zhì)煙煤，揮發(fā)分和熱值均較低，而摻燒的褐煤揮發(fā)分和水分較高，屬易燃易爆煤種，與設(shè)計煤種特性之間差異較大。直接在煙煤鍋爐上摻燒褐煤，將會帶來一系列技術(shù)問題。其中，制粉和送粉系統(tǒng)爆炸、制粉系統(tǒng)干燥出力不足及燃燒器燒損問題最為突出。
    為最大限度摻燒褐煤，同時兼顧單燒當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)煙煤，采用在轉(zhuǎn)向室抽中溫爐煙加入制粉系統(tǒng)干燥介質(zhì)、調(diào)溫風(fēng)加入送粉系統(tǒng)的方案，并對燃燒系統(tǒng)重新進(jìn)行改造設(shè)計，以拓寬燃用煤種，緩解煤源嚴(yán)重短缺，提高鍋爐運行的安全性和穩(wěn)定性。
1、技術(shù)原理
    煤粉爆炸的基本條件是存在煤粉、達(dá)到一定的煤粉濃度和氧氣濃度、具有足夠的點火能量。制粉系統(tǒng)運行時其煤粉濃度均處于易爆范圍，且設(shè)備繁多、結(jié)構(gòu)特殊、管路復(fù)雜，不可避免存在積粉部位和流動死區(qū)及由此引發(fā)的陰燃。因此，要防止制粉系統(tǒng)爆炸，只有大幅降低氧氣濃度。如能抽取中溫爐煙作為干燥介質(zhì)、對熱風(fēng)送粉系統(tǒng)加入調(diào)溫風(fēng)、將雙通道煤粉燃燒器改造為水平濃淡燃燒器，既能解決制粉、送粉系統(tǒng)防爆的技術(shù)難題，又能保證制粉系統(tǒng)的干燥出力要求，同時可避免燃燒器燒損。
2、改造方案
2.1制粉、送粉系統(tǒng)
    在制粉系統(tǒng)中增加中溫爐煙系統(tǒng)，送粉系統(tǒng)中加入由送風(fēng)機出口引入的冷風(fēng)，抽中溫爐煙位置在低溫過熱器進(jìn)口處。
    以某臺1025t/h亞臨界壓力自然循環(huán)固態(tài)排渣鍋爐為例，抽中溫爐煙口管道中心標(biāo)高為52900mm，中溫爐煙管道母管尺寸為∮1416×8mm。中溫爐煙從左、右側(cè)低溫過熱器進(jìn)口處抽出，分左右2路引至爐前，再分4路進(jìn)入4臺磨煤機，中溫爐煙管道尺寸為∮1016x8 mm。
2.2燃燒器
    由于摻燒褐煤后，著火和燃盡特性提高，同時結(jié)焦傾向也加重，因此需對一次風(fēng)噴口布置相對集中的大速差雙通道煤粉燃燒器進(jìn)行改造，將燃燒器一、二次風(fēng)改為均等配風(fēng)布置。采用中溫爐煙+熱風(fēng)+再循環(huán)送粉系統(tǒng)，三次風(fēng)噴嘴集中布置。在燃燒器頂部設(shè)置2層燃盡風(fēng)，同時改變設(shè)計參數(shù)，如提高一次風(fēng)率和風(fēng)速等。
2.3中溫爐煙改造關(guān)鍵技術(shù)
2.3.1中溫爐煙抽取點選取
    鍋爐再熱器的調(diào)溫主要靠調(diào)節(jié)尾部煙氣擋板的開度實現(xiàn)。若中溫爐煙抽吸點位置不當(dāng)，前、后煙道的煙氣量因抽爐煙的慣性引起不平衡，會影響再熱器的調(diào)溫效果。應(yīng)盡量將抽中溫爐煙口選擇在較高的位置，但同時必須考慮到抽取點位置的升高會使通風(fēng)阻力增加的因素。
2.3.2管材選取
    中溫爐煙管道材料選用低合金12CrIMoV，許用溫度為580℃。設(shè)計煙氣溫度為667℃，高出許用溫度87℃。低合金鋼常作正火加回火處理，回火溫度比工作溫度高100℃以上，以使珠光體組織穩(wěn)定，減慢球化過程的發(fā)展。抽爐煙管道系統(tǒng)在接近常壓下工作，不易產(chǎn)生過大的應(yīng)力而引起蠕變。如采用比12CrlMoV等級高的不銹鋼管材，不僅改造成本成倍增加，還增大管道加工的難度。因此管道材料仍選用低合金12CrIMoV。
2.3.3防爆標(biāo)準(zhǔn)
    根據(jù)對有關(guān)褐煤的相關(guān)試驗結(jié)果，確定任何條件下都不發(fā)生爆炸的制粉系統(tǒng)末端氧量，混煤的防爆應(yīng)按混煤中的易爆煤種（褐煤）來選擇。
2.3.4煤粉水分的選取
    煤粉水分的選取非常關(guān)鍵，在干燥介質(zhì)確定后直接影響制粉系統(tǒng)干燥能力，由于褐煤本身水分難以確定，需參照其它電廠摻燒褐煤試驗的數(shù)據(jù)確定煤粉水分。
3、改造實例
    某臺實際運行的l025t/h亞臨界壓力自然循環(huán)固態(tài)排渣鍋爐，采用單爐膛倒U型布置。制粉系統(tǒng)采用中間儲倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，配置4臺鋼球磨煤機。鍋爐采用四角切圓燃燒方式，共布置4層燃燒器，其中3層設(shè)有大油槍。原設(shè)計采用雙通道煤粉燃燒器。
    爐膛寬度為12800 mm，深度為11890 mm，爐頂管中心線標(biāo)高為58000 mm。過熱器由包墻過熱器、低溫過熱器、分隔屏、后屏及高溫過熱器組成。再熱器由低溫再熱器和高溫再熱器組成。后煙井為并聯(lián)雙煙道，后煙井前部為低溫再熱器煙道，后部為低溫過熱器煙道。在低溫再熱器和低溫過熱器的煙道下方布置省煤器受熱面和回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。鍋爐的過熱蒸汽調(diào)溫采用I、Ⅱ級噴水減溫方式，再熱器的調(diào)溫采用煙氣擋板調(diào)溫方式。
    受地區(qū)煤源嚴(yán)重不足影響，該發(fā)電公司決定摻燒煤源充足、運距較短的霍林河褐煤，對鍋爐進(jìn)行改造。
3.1  所選褐煤的防爆標(biāo)準(zhǔn)及粉煤水分
    根據(jù)相關(guān)試驗結(jié)果，對于霍林河褐煤，當(dāng)制粉系統(tǒng)末端氧量低于16%時，任何條件下均不發(fā)生爆炸，因此制粉系統(tǒng)末端氧量應(yīng)按小于16%選取。
在參照其它電廠摻燒褐煤試驗的數(shù)據(jù)后煤粉水分選取為6%，送粉系統(tǒng)計算時選取為5%。
3.2摻燒褐煤改造方案的計算結(jié)果
    原設(shè)計煤質(zhì)與鍋爐改造摻燒50%褐煤的煤質(zhì)特性見表1，計算結(jié)果見表2～表4。
    當(dāng)鍋爐在70%額定負(fù)荷時，煙氣溫度及鍋爐熱風(fēng)溫度均有所下降，制粉系統(tǒng)干燥出力也會略有降低。主要是鍋爐低負(fù)荷下氧量增大，將影響制粉系統(tǒng)的末端氧量。因此，在70%額定負(fù)荷下對制粉系統(tǒng)的末端氧量進(jìn)行校核計算，計算結(jié)果表明抽取的煙氣量能夠滿足設(shè)計要求。
    由表4計算可知，在BMCR工況下，4臺磨投運、摻燒50%褐煤時鍋爐計算效率將會降低2. 24%。而在實際運行時，BMCR工況下通常只采用2～3套制粉系統(tǒng)運行，制粉系統(tǒng)所用冷風(fēng)量減少，通過提高磨煤機出口溫度（如在惰性氣氛下提高磨煤機出口溫度70℃），提高使用制粉系統(tǒng)熱風(fēng)比例，同時根據(jù)情況適當(dāng)提高送粉溫度及使用送粉系統(tǒng)熱風(fēng)比例，均能降低排煙溫度。另一方面，摻燒褐煤后混煤燃盡率提高，機械未完全燃燒損失減少，鍋爐效率將會進(jìn)一步提高。通過計算并結(jié)合實際運行情況，預(yù)計改造后ECR下鍋爐效率降低0. 75一1個百分點(鍋爐效率為89. 8% -90. 05%)，實際運行時鍋爐效率有待于機組改造投運后通過試驗進(jìn)一步確定。
3.3中溫爐煙系統(tǒng)初投效果
    2008年2月21日，對1 025 t/h鍋爐摻燒30%褐煤，鍋爐負(fù)荷為250 MW，磨煤機出口溫度為53℃，磨煤機出力為50t/h，熱風(fēng)門、再循環(huán)門開度分別為100%、60%，4號門擋板開度為100%，制粉系統(tǒng)干燥出力明顯不足。由于該機組168 h試運結(jié)束后，設(shè)備尚處于消缺階段，還不具備大比例摻燒褐煤試驗的條件，為此進(jìn)行初投中溫爐煙試驗。經(jīng)過調(diào)整保持磨煤機入口負(fù)壓為1kPa、出入口壓差為2.3 kPa、熱風(fēng)門開度為20qo、再循環(huán)門開度為50%、中溫爐煙調(diào)節(jié)門開度為1000-/0，在維持上述出力下，磨煤機出口溫度為74℃，制粉系統(tǒng)末端氧量為16. 3%。投用效果較好，不僅達(dá)到制粉系統(tǒng)全程防爆要求，而且大幅提升磨煤機出口溫度及粉倉溫度，降低了煤粉在粉倉壁上低溫粘結(jié)、自燃的幾率，達(dá)到了防爆、提高制粉系統(tǒng)干燥能力的要求。有關(guān)溫風(fēng)送粉、大比例摻燒褐煤試驗及防爆措施全部使用后的鍋爐效率等相關(guān)試驗待以后條件具備時進(jìn)行。在上述負(fù)荷下中溫爐煙溫度為540℃，根據(jù)經(jīng)驗在最大連續(xù)負(fù)荷下可能達(dá)580℃，低于設(shè)計值(667℃)約80℃，因此，在鋼材選取上完全滿足最高煙溫要求。初投期間鍋爐主要參數(shù)未見異常。
    初投試驗表明，首次在燃用劣質(zhì)煙煤的1 025t/h鍋爐進(jìn)行中溫爐煙改造實現(xiàn)了預(yù)期效果。
4、結(jié)論
    a．本文提出了一種劣質(zhì)煙煤鍋爐摻燒褐煤改造方案，在鍋爐轉(zhuǎn)向室抽取中溫爐煙加入制粉系統(tǒng)干燥介質(zhì)以增強制粉系統(tǒng)的防爆能力和干煤能力，在送粉系統(tǒng)加入調(diào)溫風(fēng)降低送粉溫度以解決摻燒褐煤后送粉系統(tǒng)防爆問題，同時降低送粉系統(tǒng)溫度進(jìn)行燃燒器改造以解決燃燒器燒損問題。
    b．對實際運行1025 t/h鍋爐改造結(jié)果表明，改造方案可使鍋爐具備摻燒50%褐煤的能力，不僅拓寬了鍋爐燃煤范圍，緩解了當(dāng)?shù)孛涸垂��?yīng)不足的問題，同時兼顧了單燒當(dāng)?shù)責(zé)熋旱那闆r。
    c．受制粉系統(tǒng)加入中溫爐煙、送粉系統(tǒng)加入調(diào)溫風(fēng)影響，鍋爐效率將有一定幅度的降低。結(jié)合所進(jìn)行的計算結(jié)果及實際情況，對實施劣質(zhì)煙煤鍋爐進(jìn)行摻燒褐煤改造方案后，其鍋爐效率將降低約1%，實際效率需通過試驗進(jìn)一步確定。
    d．實際中溫爐煙初投試驗表明，改造后制粉系統(tǒng)防爆、干燥出力提高效果明顯。