(大唐七台河发电有限责任公司 黑龙江七台河 154600)
摘要：洗中煤是我国重要的动力燃料，广泛用于电厂和工业锅炉。但由于洗中煤的灰分含量比较高，结渣倾向较大。因此，研究洗中煤的煤质特性、燃烧特性以及对锅炉燃烧性能的影响，从而合理的设计锅炉结构和安排各部件的布置位置，对锅炉的经济性、安全性有着重大意义。本文设计的锅炉采用自然循环煤粉炉，呈π型布置，固态排渣。四角切圆燃烧，直流燃烧器，直吹式系统，两级喷水减温。
关键词：洗中煤；特性分析；煤粉锅炉；结构设计；
1引言
我国作为能源大国，对能源的消耗也极大，其中煤炭的占主导地位。二零一五年我国产煤总量五十七亿吨[1]。二零零一年生产煤的总量为一百一十四亿吨。根据我国富煤少气的能源特点，加上新能源利用技术不成熟，煤炭的产量虽然相比往年有所回落，但依旧占被我国绝大多数电厂所采用。因为煤质的差别较大，因此我们所设计的锅炉要有广泛的适应性。
2洗中煤特性分析
2.1煤质特性分析
由于煤的煤质特性和燃烧特性对锅炉设计具有重要影响，所以同比原煤、洗精煤、煤泥，洗中煤的低位发热量最低，折标准煤系数也最小。
1）水分
水分是煤中不可燃的杂质。水分高会降低煤的发热量，使着火延迟。降低锅炉效率。开滦洗中煤的水分相对较低，着火相对也比较容易。
2）灰分
灰分是煤燃烧后剩余不可燃的矿物杂质，灰分含量高的煤，机械不完全燃烧的损失也较大，锅炉效率相对也低，炉内结渣也相当严重，金属腐蚀也相对严重，造成环境污染。开滦洗中煤的灰分是相当高的。因此其结渣也相当严重，造成的环境污染和金属腐蚀也不容小觑。
3）碳
开滦洗中煤的含碳量较高，其着火燃烧也相对困难。
4）氢
洗中煤的氢含量较少，约占3%~3.5%左右。
5）氧、氮
开滦洗中煤的氧、氮含量都不高，因此由氮造成的空气污染也不算严重。
6）硫
硫的成分会在燃烧后对环境造成酸雨等影响。开滦洗中煤的硫含量很高，因此对环境的污染会非常大。对开滦洗中煤进行脱硫处理也是极为必要的。
7）挥发分
开栾洗中煤的挥发分是表格中最低的，因此它的着火温度会相对较高，着火时间也相对较长。
2.2 燃烧特性分析
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图1-1 TG——DTG曲线
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图1-2 四种煤样的TG曲线
20分钟前，温度未到达300℃，温度较低，开滦洗中煤处于燃烧的初始阶段，是水蒸气挥发和挥发分析出的过程。这是一个吸热过程。23分钟时，开滦洗中煤被加热到400℃左右，开始剧烈燃烧，脱出挥发分，迅速失重达到最大。这是一个燃烧稳定的放热过程。27分钟后，温度到达500℃，固定碳燃烧，TG曲线趋于平缓，说明失重很小，被称为燃尽阶段。
因此开滦洗中煤的最佳着火温度为400℃，相对偏高，属于不易着火的煤种。27分钟基本燃尽，燃烧时间相对偏长。
3 对锅炉设计的影响
3.1炉膛容积热负荷
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：单位小时每立方米容积燃烧燃料的发热量。它反应了燃料在炉膛内停留时间，燃烧情况和受热面的布置。煤质差
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就取值大，开滦洗中煤的灰分大，挥发分低，所以选较大的
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。同时也有助于防止炉内结渣。
3.2 炉膛断面热负荷
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的大小与灰分的温度特性，燃烧器的设计有关。开滦洗中煤的灰分含量高，着火性能差，所以
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要选较大值。因此炉膛会呈现细长形。
3.3燃烧区域壁面热强度
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反应了燃烧器在不同布置方式火焰分散与集中情况。开滦洗中煤这种易结渣、着火困难的煤种，应选择较大的
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。但过大的
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会加大氮氧化物的排放，加大结渣。因此减少污染、结渣倾的前提下选取较大的
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。
3.4炉膛出口烟温
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受受热面结渣条件限制，且炉膛出口烟温要低于煤灰变形温度。本文选取1100℃。
3.5对受热面设计影响：开滦洗中煤的灰分含量大，硬度高，因此受热面磨损程度也较大。合理的管距对锅炉的吹灰、防磨损、防堵塞就显的尤为重要。对锅炉的安全运行也有一定得帮助。而开滦洗中煤着火较难。因此合理控制一次风量及风速对锅炉稳定着火有很大的帮助。
3.6磨煤机及制粉系统：因为开滦洗中煤灰分高，所以选择双进双出球磨机可保证较长期的煤粉细度。制粉系统选正压直吹式可提高电厂的经济性和可靠性。空气流经排粉风机，没有煤粉对叶片的冲击，减少了排粉风机的磨损，有利经济。
4 结构分析
为了保证洗中煤在炉膛中有足够的燃烧时间，就要选择较大的容积强度。洗中煤在固态排渣煤粉炉的容积强度一般在120000
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—170000
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，我们这里选择150000
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以保证洗中煤的燃烧充分。
燃烧器采用四角切圆布置，宽深比选择1，布置成正方形。而炉膛截面热强度体现炉膛的外形。本次设计选取了较大的截面热强度4.3×106
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，因此炉膛会显细高形。
设置折焰角可以减少烟气对过热器的冲击，延长其使用寿命，同时也加大了空气流动，使传热得以强化。因为开滦洗中煤的灰分高，所以我们折焰角的上下倾角分别选择45°和30°。
水冷壁可以避免燃烧时火焰接触炉壁，同时也能加热给水。既降低了炉壁温度又吸收了大量的热。减少了锅炉总体金属的消耗。吸收大量热的水冷壁降低了炉膛出口烟气温度，使之低于灰的软化温度，从而可以防止炉膛结渣，对锅炉安全运行有利。也降低了锅炉整体造价，有利于经济性。
炉膛容积热负荷选取大值虽然会有助于炉膛内壁结渣，但是延长了煤粉在炉膛内的停留时间。因为开滦洗中煤的着火性能差，炉膛断面热负荷取得大会改善煤粉的着火情况，对锅炉稳定燃烧有一定得帮助。但锅炉整体的形状会呈细长形。而选择较大的燃烧区域壁面热强度可以增加火焰集中燃烧，对开滦洗中煤这一类劣质煤有稳定着火的作用。但过大的炉膛断面热负荷会增加氮氧化物的排放，加大结渣。所以我们在合适的范围内选取较大的炉膛断面热负荷。合适的炉膛出口烟温对锅炉的防结渣也有着积极地作用。
为了适应不同种类的煤，本次设计采用了直流煤粉燃烧器。因为开滦洗中煤灰分高，硬度大，属于难燃煤种，所以选择分级配风。而选择双进双出球磨机，正压直吹式制粉系统是针对劣质煤的。能长期保持较细的煤粉细度，同时对炉内的稳定燃烧有一定的帮助作用。
本次设计在前后屏之间设置了一级喷水减温，目的吸收过热蒸汽热量，降低过热蒸汽温度。为了减缓磨损，前屏设计成顺列排列。布置方式为垂直式，不易积灰且安装方便。前屏处的烟气流速选取为10m/s。因为前屏的传热方式主要是辐射传热，所以要选全辐射式的。
后屏过热器布置在炉膛折焰角上方，也呈顺列、顺流、垂直式布置。只不过后屏的主要传热方式为对流传热和辐射传热，因此后屏的过热器应选半辐射式的。
高温过热器布置在折焰角上方，管内过热蒸汽与管外的烟气呈逆流布置。为了防止磨损，选择顺列布置。以防积灰，选取立式布置。同时在后屏过热器与高温过热器之间设置了第二级喷水减温器。高温过热器后布置低温过热器，也呈顺流布置。高、低温过热器都采取对流式。
省煤器布置在尾部烟道，呈双级布置。目的为提前加热进入汽包的给水，使汽包热应力降低，同时节约燃料。为节省空间，减小通风阻力，因此选取为鳍片管。高、低温省煤器都布置为错列逆流，双面进水。错列可提高传热系数，强化传热。为了方便吹灰，节省材料，因此尾部烟道的受热面都布置成卧式。
空气预热器同省煤器一样布置在尾部烟道，并于省煤器交错布置，可以提前加热进入炉膛的空气。本次设计的高、低温空气预热器都采用了结构简单的钢管式。为了防止金属腐蚀，就要在设计时尽量提高空气预热器的烟气出口壁温。保证烟道的密封，减少从空气中漏进的水分和氧气也能防止一定程度的金属腐蚀。
参考文献
[1]本刊评论员.困中求变，涅槃重生[J].中国煤炭工业，2016，(02)：18-19.
[2]冯俊凯，沈幼庭，锅炉原理及计算[D].科学技术出版社，1995.
[3]马晖，王飞，崔巍，等.锅炉燃烧诊断和运行指导系统在300MW电厂锅炉上的应用[J].中国电力，2004，(09)：35-38.
[4]杨伟宏，李洪军，薛国权.大型超高压循环流化床锅炉高温热烟气烘炉实践研究[J].黑龙江电力，2006，(04)：274-276.