630 MW超臨界鍋爐多煤種摻配摻燒試驗(yàn)分析

蔡笑，王小軍

(中國華電集團(tuán)貴港發(fā)電有限公司，廣西 貴港 537138)

0 引言

某電廠裝機(jī)2×630MW，#1，#2機(jī)組為上海電氣集團(tuán)生產(chǎn)的630MW超臨界火力發(fā)電機(jī)組，鍋爐設(shè)計(jì)燃料為貴州省生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)煙煤。由于貴州優(yōu)質(zhì)煙煤產(chǎn)量低，加之2011年實(shí)行封關(guān)政策以滿足本省需求，為避免缺煤停機(jī)的局面，某電廠將目光瞄準(zhǔn)國內(nèi)、國際煤炭市場，大量采購哥倫比亞煤、印尼煤、澳大利亞煤和南非煤以滿足發(fā)電需要，海外煤量的增加使得燃料成本大幅增加。入廠煤質(zhì)的變化和機(jī)組帶高負(fù)荷的要求，使入爐煤摻配摻燒成為必須進(jìn)行的工作，如何摻配好褐煤、煙煤、貧煤，多燒低價(jià)印尼褐煤降低燃煤采購成本，成為2011年面臨的主要課題。

在摻配摻燒過程中，出現(xiàn)了鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦、煤灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、帶不滿負(fù)荷等多種問題。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、不斷總結(jié)和優(yōu)化，通過摻配方式、摻配比例的調(diào)整以及燃燒優(yōu)化調(diào)整，較好地解決了這些問題。

1 鍋爐設(shè)備概況

某電廠鍋爐為超臨界變壓螺旋管圈直流鍋爐，型號為SG－1913/25.4－M965，單爐膛，四角切圓燃燒，一次中間再熱，平衡通風(fēng)，露天布置，固態(tài)排渣，全鋼結(jié)構(gòu)，全懸吊∏形布置，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量BMCR(Boiler Maximum Continuous Rating)為1913 t/h，額定主蒸汽壓力為25.4 MPa，額定主蒸汽溫度為571℃，再熱蒸汽溫度為569℃，額定蒸發(fā)量(BRL)下的鍋爐熱效率為92.8%。采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配備6臺北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的液壓變加載ZGM113N型中速磨煤機(jī)，燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，5臺運(yùn)行，1臺備用。每臺磨煤機(jī)帶鍋爐的1層燃燒器。

鍋爐燃燒方式采用上海鍋爐廠從美國阿爾斯通能源公司引進(jìn)的擺動(dòng)式四角切圓燃燒技術(shù)。某電廠采用了低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，LNCFS在爐膛的不同高度布置了緊湊型燃盡風(fēng)(CCOFA)和遠(yuǎn)離型燃盡風(fēng)(SOFA)，將爐膛分成3個(gè)相對獨(dú)立的部分:初始燃燒區(qū)、NOx還原區(qū)和燃料燃盡區(qū)。在每個(gè)區(qū)域的過量空氣系數(shù)由3個(gè)因素控制:總的燃盡風(fēng)(OFA)風(fēng)量，CCOFA和SOFA風(fēng)量的分配以及總的過量空氣系數(shù)，這種改進(jìn)的空氣分級方法通過優(yōu)化每個(gè)區(qū)域的過量空氣系數(shù)，可有效降低NOx排放。

2 煤質(zhì)特性分析

2.1 設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性

設(shè)計(jì)煤質(zhì)見表1和表2。從表1和表2中可以看出，設(shè)計(jì)煤質(zhì)和校核煤質(zhì)屬煙煤，揮發(fā)分較高，煤粉易燃盡，灰軟化溫度較高，堿金屬含量較低，受熱面不易粘污和結(jié)焦。實(shí)際運(yùn)行中燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%左右，可帶滿負(fù)荷，受熱面結(jié)焦不嚴(yán)重，通過吹灰可吹除焦塊。

表1 煤質(zhì)分析

2.2 實(shí)際入爐煤特性

2011年實(shí)際入爐煤特性見表3，主要特性有以下4項(xiàng)。

(1)貴州煤為貧煤特性，揮發(fā)分低、難燃盡、灰分高、不易結(jié)焦、熱值偏低、易磨細(xì)。貴州煤本身是貴州多個(gè)礦點(diǎn)的無煙煤、貧煤和煙煤的混煤，采購時(shí)并不能保證其煤質(zhì)穩(wěn)定，入廠堆放時(shí)由于采樣單元較多，一般混合堆放，取料上倉時(shí)煤質(zhì)波動(dòng)大，取到煙煤成分多時(shí)，燃燒經(jīng)濟(jì)性相對較好，取到無煙煤成分多時(shí)，燃燒經(jīng)濟(jì)性相對較差。

(2)印尼煤為褐煤，其揮發(fā)分和水分較高，磨煤機(jī)出力受限、易燃盡、灰分低且堿金屬含量高，受熱面極易粘污結(jié)焦，熱值偏低，煤粉難磨細(xì)，大量燒該煤時(shí)鍋爐帶不滿負(fù)荷。

(3)澳大利亞煤、神華煤和南非煤為優(yōu)質(zhì)煙煤，其揮發(fā)分高，水分比貴州煤稍高，灰分比貴州煤稍低，易燃盡、不易結(jié)焦，熱值可帶滿負(fù)荷，煤粉較難磨細(xì)。

(4)哥倫比亞煤特性接近褐煤，為高揮發(fā)分、高水分和高熱值煤，其灰分低，易結(jié)焦，煤粉較難磨細(xì)，燃燒該煤種時(shí)可帶滿負(fù)荷。

表2 煤灰成分分析 %

3 入爐煤比例和摻配方式

2011年1—11月，入爐煤共300多萬 t，其中:采用分倉上煤，爐內(nèi)混燒方式燃用的貴州煤占入爐煤總量的35.4%，印尼煤占總量的24.3%，南非煤占總量的5.3%，哥倫比亞煤占總量的4.0%，澳大利亞煤占總量的3.9%，神華煤占總量的2.3%;采用爐前預(yù)混摻配方式燃用印尼、貴州混煤占總量的15.9%，哥倫比亞、貴州混煤占總量的4.0%，貴州低硫煤、越南無煙煤和各種混煤占總量的4.9%。各月入爐煤摻配比例見表4。

隨著各種煤質(zhì)摻配比例的變化，入爐煤中水分、灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量等指標(biāo)均發(fā)生相應(yīng)變化(見表5)，尤其7月份后印尼煤摻配比例大幅增加，出現(xiàn)明顯的水分增加、灰分下降、揮發(fā)分升高、發(fā)熱量下降的趨勢，鍋爐隨之出現(xiàn)帶不滿負(fù)荷、制粉系統(tǒng)干燥出力不足、制粉出力下降、排煙溫度升高、鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重等問題。

4 在摻配摻燒試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題

表3 實(shí)際入爐煤煤質(zhì)特性

(1)鍋爐煤粉燃燒經(jīng)濟(jì)性受貴州煤的成分和摻配比例影響較大，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3% ～11%之間波動(dòng)。貴州煤中無煙煤成分較多時(shí)，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，煙煤成分較少時(shí)，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。其他高揮發(fā)分煤比例較高時(shí)，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，高揮發(fā)分煤比例較低時(shí)，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。鍋爐排煙溫度受入爐煤印尼煤高水分的影響，7月份后迅速升高，鍋爐經(jīng)濟(jì)性相應(yīng)受到影響，具體見表6。

(2)受可磨系數(shù)較低的印尼煤、神華煤和南非煤的影響，隨著摻配比例的增加，煤粉逐步變粗，具體見表6。

(3)大量摻配低熱值煤時(shí)，入爐煤熱值降低鍋爐帶不滿負(fù)荷，3—9月大量摻配低熱印尼煤和貴州煤，入爐煤熱值偏低帶不滿負(fù)荷，損失電量尤為明顯，達(dá)到45.67 GW·h，10月由于印尼煤結(jié)焦，損失電量達(dá)50 GW·h。

表4 2011年1—11月入爐煤比例 %

表5 2011年1—11月入爐煤指標(biāo)

表6 2011年1—11月?lián)脚鋼綗笜?biāo)

(4)9—10月，廣西進(jìn)入枯水期，水電出力持續(xù)下降，火電出力升高，電網(wǎng)下達(dá)發(fā)電計(jì)劃日益升高，此時(shí)貴州煤炭封關(guān)政策進(jìn)一步收緊，采購高熱值印尼煤入廠以保證入爐煤熱值能帶較高負(fù)荷。印尼煤具有極強(qiáng)的結(jié)焦性(見表7)，由于沒有貴州煤和澳大利亞煤高灰熔點(diǎn)低結(jié)焦性煤種進(jìn)行摻配，鍋爐帶550 MW以上負(fù)荷結(jié)焦嚴(yán)重，如圖1所示，較高負(fù)荷時(shí)結(jié)焦呈熔融狀態(tài)，很難通過蒸汽吹灰、噴除焦劑等方式減緩結(jié)焦，導(dǎo)致#2鍋爐被迫停爐打焦。

(5)在入爐煤摻配試驗(yàn)中，在煤種變化較大時(shí)，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)出現(xiàn)控制參數(shù)不適應(yīng)煤質(zhì)變化的情況，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷、煤量、給水、汽溫等參數(shù)波動(dòng)，協(xié)調(diào)控制品質(zhì)變差。

表7 高、低熱值印尼煤結(jié)焦性判斷對比

圖1 鍋爐過熱器結(jié)焦圖

5 入爐煤摻配方式與燃燒調(diào)整試驗(yàn)分析

5.1 煤質(zhì)偏差大時(shí)爐前預(yù)混轉(zhuǎn)方式變到分磨摻配方式

(1)2011年1—2月，哥倫比亞煤與貴州煤按爐前預(yù)混方式上倉，出現(xiàn)了屏式過熱器結(jié)焦、再熱器汽溫高、飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的問題。主要原因是哥倫比亞煤與貴州煤煤質(zhì)偏差過大，煤粉入爐煤后哥倫比亞煤首先著火耗氧，貴州煤著火推遲，燃盡困難。哥倫比亞煤水分較高，燃燒后煙氣量增加，再熱器吸熱增加。哥倫比亞煤灰熔點(diǎn)低，易結(jié)焦。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)變差，負(fù)荷、煤量等出現(xiàn)較大波動(dòng)。

摻配方式調(diào)整。哥倫比亞煤單燒，不與貴州煤混合，哥倫比亞煤放在下層燃燒器，貴州煤放在上層燃燒器，改變上倉方式后，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到5%，結(jié)焦得到控制，通過吹灰可以吹除，再熱汽溫降低到正常值。

(2)印尼煤揮發(fā)分很高，為防止制粉系統(tǒng)爆炸和燒損燃燒器，2—7月一直進(jìn)行印尼煤與貴州煤的爐前預(yù)混方式摻配，特別是6—7月基本上全燒印尼煤和貴州煤的混煤，混配比例從1∶1調(diào)整到2∶1，這種方式保證了制粉系統(tǒng)的安全，但印尼煤和貴州煤煤質(zhì)特性相差較大，入爐煤粉中的印尼煤首先著火耗氧，貴州煤著火推遲，燃盡困難，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)8%左右;混煤熱值低，機(jī)組帶不滿負(fù)荷，產(chǎn)生大量損失電量。

摻配方式調(diào)整。從8月開始，印尼煤與貴州煤不在爐前混合，而是印尼煤、貴州煤分磨摻配，印尼煤大量單燒后，鍋爐飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到5%～6%，貴州煤量少時(shí)可達(dá)到4%以下。單燒印尼煤后，在磨煤機(jī)上加裝防爆門，專門制訂了防止制粉系統(tǒng)爆炸和防止輸煤皮帶著火的安全技術(shù)措施，以保證制粉系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng)安全運(yùn)行。

5.2 煤質(zhì)相近時(shí)采用爐前預(yù)混方式

貴州方向來煤較雜，包括無煙煤、貧煤、煙煤等，煤質(zhì)基本接近。采取爐前預(yù)混的方式進(jìn)行摻配，提高了火車來煤卸車效率，也可滿足貴州煤與其他高揮發(fā)分煤的分磨摻配。從10月開始，高、低熱值印尼煤進(jìn)行爐前預(yù)混，可降低高熱值印尼煤的堿金屬含量，降低結(jié)焦性，對防止結(jié)焦有一定效果。存在的問題是受煤場面積小的限制，預(yù)混煤質(zhì)不均勻，熱值不穩(wěn)定。

5.3 燃燒調(diào)整試驗(yàn)分析

(1)全部單燒印尼煤時(shí)，必須根據(jù)爐膛溫度和結(jié)焦情況控制機(jī)組負(fù)荷，防止結(jié)焦嚴(yán)重惡化。根據(jù)9—10月單燒印尼煤時(shí)進(jìn)行的調(diào)整試驗(yàn)和分析，全部單燒印尼煤時(shí)，必須控制機(jī)組負(fù)荷不超過480 MW，加強(qiáng)爐膛結(jié)焦檢查，每天測量屏式過熱器區(qū)域煙氣溫度，控制煙氣溫度不超過印尼煤灰軟化溫度(約1100℃)。

(2)印尼煤隔層燃燒，分散爐膛熱負(fù)荷，與貴州煤摻配控制結(jié)焦，增加高熱值煤帶滿負(fù)荷。

印尼煤必須與成煤年代久遠(yuǎn)的高熔點(diǎn)、低結(jié)焦性石炭煤(如貴州煤)進(jìn)行分磨摻配，才可控制結(jié)焦，11月進(jìn)行印尼煤、貴州煤和澳大利亞煤的分磨摻配，至此鍋爐結(jié)焦基本得到控制，加入澳大利亞煤后熱值得以保證，鍋爐可連續(xù)帶滿負(fù)荷運(yùn)行。貴州煤放在中下部燃燒器，可有效防止結(jié)焦。

(3)其他的高揮發(fā)分煤種(如南非煤、神華煤和貴州低硫煤)一般不和其他煤種摻配，單獨(dú)上倉燃盡效果較好。

(4)各磨煤機(jī)根據(jù)煤質(zhì)情況調(diào)整煤粉細(xì)度。貴州煤煤粉細(xì)度R90調(diào)整到14% ～16%，澳大利亞煤煤粉細(xì)度R90調(diào)整到21%，印尼煤煤粉細(xì)度R90調(diào)整到24%～26%，可取得較好的燃盡效果并降低制粉系統(tǒng)磨損和耗電量。

(5)各層燃燒器根據(jù)煤質(zhì)情況進(jìn)行配風(fēng)調(diào)整，總的原則是增加主燃燒區(qū)風(fēng)量，高揮發(fā)分煤種燃燒器增加偏置風(fēng)到30%以上、直吹風(fēng)到40%以上，一方面增加主燃燒供氧，提高煤粉燃盡度，另一方面較好的氧化氣氛可減輕水冷壁高溫腐蝕，提高煤灰熔點(diǎn)減輕結(jié)焦，此時(shí)應(yīng)注意NOx的排放量不超標(biāo)。

(6)加強(qiáng)蒸汽吹灰，吹灰蒸汽壓力從0.8MPa提高到1.5 MPa，在較低的吹灰壓力時(shí)，吹灰效果不明顯，提高吹灰壓力后吹灰效果改善明顯。根據(jù)結(jié)焦和煙溫情況，調(diào)整吹灰周期和吹灰位置，在吹灰時(shí)，應(yīng)觀察跌落焦塊情況和各受熱面吸熱溫度變化，分析結(jié)焦位置。加強(qiáng)吹灰和提高吹灰壓力后，應(yīng)注意及時(shí)消除吹灰器卡澀等缺陷，防止受熱面被吹損而爆管。

(7)鍋爐結(jié)焦部位投用除焦劑對鍋爐減輕結(jié)焦有一定作用，特別是結(jié)焦為硬化狀態(tài)時(shí)，除焦劑可使焦塊變得疏松而分成小塊跌落，防止跌落大焦塊堵塞撈渣機(jī)或結(jié)焦惡化，當(dāng)單燒印尼煤且在高負(fù)荷下結(jié)焦為熔融狀態(tài)時(shí)，除焦劑效果不明顯。

(8)A倉(最下層倉)堅(jiān)持上高揮發(fā)分煤以控制爐渣含碳量。2臺鍋爐的A磨煤機(jī)一直采用高揮發(fā)分煤種，保持AA層直吹風(fēng)80%以上開度，一方面對穩(wěn)燃有較好的效果，另一方面有效降低了爐渣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，2011年?duì)t渣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比2010年下降了3%～4%。

6 結(jié)論

(1)多煤種入廠時(shí)，可通過合理的摻配摻燒方式消耗掉這些煤，解決或減緩多煤種摻燒來的各種問題，特別是大量消耗低價(jià)印尼煤后，降低了電廠燃料成本，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)煤質(zhì)偏差大時(shí)，實(shí)行分磨摻配，較好地解決了飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、鍋爐結(jié)焦和帶不滿負(fù)荷的問題，在分磨摻燒時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)分磨控制煤粉細(xì)度和燃燒配風(fēng)。較好的摻配方式為(燃燒器從下到上):澳大利亞煤+貴州煤+印尼煤(2∶2∶2)。自2011年11月23日開始按此摻配方式，2臺機(jī)組連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行，12月創(chuàng)下機(jī)組平均負(fù)荷615 MW，月發(fā)電量912 GW·h的最好紀(jì)錄，鍋爐運(yùn)行中各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，結(jié)焦可控，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%。

(3)摻配煤種變化較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行摻配試驗(yàn)，逐步積累經(jīng)驗(yàn)后改變摻配煤種，防止未試燒即大幅度改變煤種引起結(jié)焦和經(jīng)濟(jì)性下降等問題。逐步改變摻配比例，加強(qiáng)爐膛結(jié)焦檢查、煙溫測量、配風(fēng)調(diào)整和煤粉細(xì)度調(diào)整等工作。

(4)煤種改變后，對機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，適應(yīng)不同煤種的燃燒和結(jié)焦特性，協(xié)調(diào)控制時(shí)負(fù)荷、煤量、給水和汽溫等參數(shù)的波動(dòng)幅度減小。

(5)由于#1鍋爐連續(xù)運(yùn)行400多d，燃燒器噴口不可避免地出現(xiàn)燒損、變形，風(fēng)門也有卡澀等問題，爐內(nèi)空氣動(dòng)力場已變得較差，對鍋爐進(jìn)一步降低飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較大的影響。待機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)徹底檢查處理鍋爐燃燒器缺陷并進(jìn)行空氣動(dòng)力場試驗(yàn)，保證爐內(nèi)較好的空氣動(dòng)力場。

(6)由于印尼煤水分較高，燃燒后煙氣量增加，鍋爐排煙溫度較高，雖經(jīng)過加強(qiáng)受熱面吹灰等方式進(jìn)行控制，但效果并不明顯。待機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)對空氣預(yù)熱器換熱元件進(jìn)行清洗，提高換熱效率，降低排煙溫度。