大比例摻燒準東煤試驗與探索

李鵬，曾琦，張大德

(新疆新特能源股份公司自備電廠，烏魯木齊 830011)

0 引言

準東是指我國新疆準噶爾盆地東部從阜康市到木壘哈薩克自治縣的一條狹長地帶，在2005年被勘探確認為地下儲藏著上千億噸的煤炭資源，預(yù)測儲量達3 900億t，目前累計探明煤炭資源儲量為2 136億t，是我國目前最大的整裝煤田。

1 存在的問題

準東地區(qū)天池能源公司露天礦煤種屬于“準東”系列煤種，它具有水分高、發(fā)熱值偏低(與新疆地區(qū)典型煙煤比較)、煤灰中堿金屬質(zhì)量分數(shù)高(尤其是氧化鈣、氧化鈉)的特點。目前，該地區(qū)煤僅有電廠摻燒經(jīng)驗，摻燒結(jié)果表明，新疆地區(qū)已運行鍋爐由于受制粉系統(tǒng)出力(該煤種水分偏高)、爐膛結(jié)渣以及受熱面沾污(煤中堿金屬質(zhì)量分數(shù)高)的影響，只能部分摻燒該煤種，國內(nèi)也無100%燃用同類型煤種的設(shè)計與運行經(jīng)驗。由于準東地區(qū)的煤儲量大且價格低廉，火力發(fā)電廠要降低燃料成本，必須考慮大比例摻燒準東煤。若某電廠摻燒準東煤的比例很高，燃料成本就會降低，經(jīng)濟效益就會很好，就能在眾多的電廠中脫穎而出。如何大比例摻燒準東煤是新疆北疆地區(qū)各電廠需要研究探索的課題。

2 試驗過程

2013-05-15—28，某電廠對#1鍋爐進行了準東煤的摻燒試驗。通過優(yōu)化調(diào)整，將#1鍋爐的準東煤摻燒比例由40%提高至80%，甚至達到90%，在短時間條件下，驗證了鍋爐100%燃用準東煤的燃燒性能。試驗煤種為天池能源南露天礦準東煤，井工煤為摻配煤。通過燃燒優(yōu)化調(diào)整，在額定負荷條件下，經(jīng)過試驗驗證，#1鍋爐可以在80%準東煤摻燒比例下穩(wěn)定運行。在合適的條件下，井工煤性能穩(wěn)定，具備90%摻燒準東煤的性能，若100%燃用準東煤，鍋爐易發(fā)生結(jié)渣，鍋爐工況不易穩(wěn)定。在80%鍋爐負荷以下，具備100%燃用準東煤的性能。考慮到準東煤特殊的沾污、結(jié)渣等特性，第1階段試驗完成后，需要在#1鍋爐進行長周期的運行試驗，以檢驗長周期條件下鍋爐運行的安全性及沾污變化特性。在確保安全、可靠的情況下，推進下一步的深度優(yōu)化工作。

(1)試驗情況。為了保證試驗工作的順利進行、試驗參數(shù)準確可靠、試驗煤種穩(wěn)定可控，該電廠和上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院成立了試驗工作小組。試驗小組成員包括電廠高管、運行部、生產(chǎn)技術(shù)部、化學(xué)專業(yè)部門、輸煤專業(yè)部門主管領(lǐng)導(dǎo)及專業(yè)技術(shù)人員，試驗小組成員還包括上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院相關(guān)試驗技術(shù)人員。設(shè)立試驗例會，每天18:30召開試驗例會，總結(jié)當(dāng)天的試驗情況并安排第2天的工作。加強化學(xué)監(jiān)督和參數(shù)監(jiān)控，每天按照上煤次數(shù)對試驗用的每個煤種進行分析化驗，每天3個班(次)對飛灰大渣進行跟蹤分析化驗，利用計算軟件對鍋爐受熱面的換熱比例進行分析監(jiān)控，加強就地巡視檢查的力度。試驗期間每天的受熱面監(jiān)控情況和變化趨勢如圖1所示。

圖1 試驗期間受熱面換熱比例變化(2013-05)

(2)從分析數(shù)據(jù)可以看出，隨著準東煤摻燒比例的增加，水冷壁換熱量呈現(xiàn)逐漸降低的發(fā)展趨勢。尤其是在5月22日和5月25日分別有一個班出現(xiàn)了100%準東煤燃燒工況引起爐膛沾污情況快速惡化。在長周期驗證試驗期間，一定要注意上煤管理，防止極端工況的出現(xiàn)。

(3)爐膛內(nèi)沾污趨勢加強時，要注意合理增加吹灰次數(shù)，優(yōu)化吹灰流程。通過單日受熱面換熱統(tǒng)計看，2013年5月25日，出現(xiàn)了100%準東煤燃燒工況，同時也出現(xiàn)吹灰不到位情況，2種不利因素的疊加造成了后期爐膛結(jié)渣的快速發(fā)展。

(4)在試驗過程中，經(jīng)常出現(xiàn)爐內(nèi)換熱量大幅波動的情況，這些工況點多數(shù)同變負荷或磨煤機啟停、切換有關(guān)。這些數(shù)據(jù)反映出在目前運行條件下變工況過程中的爐內(nèi)工況變化劇烈，需要進一步細化運行調(diào)整與控制工作。

(5)在試驗期間，在280 MW負荷以上、80%準東煤摻燒比例條件下，爐內(nèi)工況可以保持穩(wěn)定，但需要對E磨煤機的煤質(zhì)和上煤方式嚴格管理，否則，有可能出現(xiàn)嚴重結(jié)渣，影響鍋爐的安全運行。負荷在280 MW以下，4臺磨煤機運行工況下可以滿足100%準東煤燃燒要求，但是對二次風(fēng)擋板的調(diào)整控制要求相對較為嚴格，不宜隨意調(diào)整；但在隨后的幾天內(nèi)，爐內(nèi)開始有不同程度的結(jié)焦，采取了減負荷措施，開展了除焦工作。

(6)在試驗過程中，省煤器灰斗內(nèi)出現(xiàn)了渣塊，這一點應(yīng)引起發(fā)電廠的足夠重視，該現(xiàn)象說明，鍋爐在特殊工況下很可能出現(xiàn)爐膛和對流受熱面同時結(jié)渣的問題。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)對未來的準東煤摻燒影響重大，同時需要對目前的試驗結(jié)果進行長周期驗證，因為對流受熱面的結(jié)渣速度一般來說相對較慢，神華米東電廠就是由于尾部受熱面堵塞而發(fā)生停爐的。在長周期驗證試驗過程中，需要對受熱面的安全性進行長期監(jiān)視以確認目前調(diào)整結(jié)構(gòu)的長周期安全性。

(7)在撈渣機故障處理過程中，由于爐底大量漏風(fēng)加重了爐內(nèi)結(jié)渣的發(fā)展趨勢，在今后的運行過程中，要注意防止衍生性異常情況發(fā)生，做好異常處理預(yù)案，提高特殊工況條件下的運行安全性。

3 驗證試驗調(diào)整控制方案

在鍋爐受熱面換熱比例恢復(fù)正常后，將上煤方式調(diào)整為A，B，C，D磨煤機上準東煤，E，F(xiàn)磨煤機上井工煤，隨著負荷降低，應(yīng)逐漸減小上層磨煤機出力，在低負荷情況下保持A，B，C，D磨煤機運行。在這種上煤方式下，上層磨煤機啟動后準東煤的摻燒比例為80%～90%,低負荷時準東煤的燃用比例為100%。

長周期驗證試驗的目的主要是判斷在大比例燃燒準東煤條件下是否會出現(xiàn)緩慢結(jié)渣或積灰的情況，是否會導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)影響安全運行的工況，在長周期運行過程中，如果出現(xiàn)意外工況會對鍋爐產(chǎn)生一定程度的影響。

在長周期驗證試驗期間，需要對入廠煤質(zhì)、磨煤機上煤方式、爐膛出口煙溫、各段受熱面換熱比例重點進行監(jiān)控，以確保試驗期間的安全穩(wěn)定運行。長周期驗證試驗期間的調(diào)整、控制方案如下。

3.1 A，B，C，D磨煤機運行(燃用100%準東煤)

調(diào)整方案：(1)運行磨煤機周界風(fēng)開度45%固定，停運磨煤機周界風(fēng)開度10%～15%。(2)磨煤機出口溫度：A磨煤機65 ℃，B磨煤機60 ℃，C磨煤機55～58 ℃，D磨煤機65 ℃，E，F(xiàn)磨煤機停運。(3)磨煤機入口熱風(fēng)流量不能太大，估計風(fēng)煤比在2左右較為適宜，當(dāng)流量測量的準確性影響判斷時，可將冷風(fēng)擋板開度作為參考依據(jù)，以冷風(fēng)擋板開度不大于30%為宜，盡量不超過50%。(4)總風(fēng)量控制參照氧量進行調(diào)整，注意控制不要使風(fēng)量過大。(5)分離燃盡風(fēng)(SOFA)擋板控制下風(fēng)箱風(fēng)壓(右側(cè))在0.4～0.8 kPa，隨負荷降低風(fēng)箱風(fēng)壓適當(dāng)降低。(6)AA層擋板開度30%～50%，AB層擋板開度30%～50%，BA層擋板開度10%，BC層擋板開度40%～50%，CD層擋板開度40%～50%，DE層擋板開度10%左右，ED層擋板開度30%～50%，EF層擋板開度50%～70%，F(xiàn)F層擋板開度100%。各層二次風(fēng)擋板根據(jù)負荷變化酌情調(diào)整。(7)各臺磨煤機要盡量保持煤量均勻。(8)監(jiān)視爐膛出口煙溫(如發(fā)現(xiàn)爐膛出口煙溫超過1 150 ℃可適當(dāng)加強吹灰，同時在二次風(fēng)量、擋板調(diào)整過程中注意觀察相關(guān)調(diào)整手段對爐膛煙溫的影響)。(9)在條件允許情況下，應(yīng)盡量保持冷風(fēng)擋板自動控制。

3.2 A，B，C，D磨煤機運行(燃用準東煤)/E，F(xiàn)磨煤機運行(燃用井工煤)

調(diào)整方案：(1)運行磨煤機周界風(fēng)開度45%固定，停運磨煤機周界風(fēng)開度10%～15%。(2)磨煤機出口溫度：A磨煤機65 ℃，B磨煤機60 ℃，C磨煤機55～58 ℃，D磨煤機65 ℃，E，F(xiàn)磨煤機運行時，磨煤機出口溫度控制在70 ℃左右。(3)磨煤機入口熱風(fēng)流量不宜太大，估計風(fēng)煤比為2較為適宜，在流量測量的準確性影響判斷時，可將冷風(fēng)擋板開度作為參考依據(jù)，以冷風(fēng)擋板開度不大于30%為宜，盡量不超過50%。(4)總風(fēng)量控制參照氧量控制進行調(diào)整，但要注意控制不要使風(fēng)量過大，1 100 t/h主汽流量時總風(fēng)量控制在1 180～1 200 t/h，鍋爐出力降低總風(fēng)量相應(yīng)減少。(5)SOFA擋板控制下風(fēng)箱風(fēng)壓(右側(cè))在0.7～0.9 kPa，隨負荷降低風(fēng)箱風(fēng)壓適當(dāng)降低。(6)AA層擋板擋板開度50%～70%，AB層擋板開度30～50%，BA層擋板開度10%，BC層擋板開度40～50%，CD層擋板開度40%～50%，DE層擋板開度10%左右，ED層擋板開度30%～50%，EF層擋板開度50%～70%，F(xiàn)F層擋板開度100%。各層二次風(fēng)擋板根據(jù)負荷變化酌情調(diào)整。(7)各臺磨煤機應(yīng)盡量保持煤量均勻控制。(8)監(jiān)視爐膛出口煙溫，若發(fā)現(xiàn)爐膛出口煙溫超過1 150 ℃，可適當(dāng)加強吹灰，同時在二次風(fēng)量、擋板調(diào)整過程中注意觀察相關(guān)調(diào)整手段對爐膛煙溫的影響。(9)在條件允許的情況下，盡量保持冷風(fēng)擋板自動控制。(10)注意判斷E，F(xiàn)磨煤機原煤中水的質(zhì)量分數(shù)，若發(fā)現(xiàn)磨煤機出口溫度偏低且水的質(zhì)量分數(shù)偏高，應(yīng)及時聯(lián)系相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員調(diào)整。

3.3 此次試驗中出現(xiàn)的問題

3.3.1 煤質(zhì)監(jiān)督和分析

從試驗過程中煤質(zhì)化驗的情況來看，井工煤的煤質(zhì)變化較大，有2種典型特征：(1)井工煤水分偏高，不少井工煤的全水分為17%～19%，灰分低至12%～15%，無灰干燥基揮發(fā)分低至32%～34%，這一類井工煤多數(shù)是摻配了準東煤的井工煤。(2)井工煤中灰的質(zhì)量分數(shù)在20%左右甚至更高，焦渣特征達到3以上，這類井工煤多數(shù)屬于摻混雜質(zhì)后的半焦煤(配焦煤)，該類煤質(zhì)若摻混不勻容易在爐膛內(nèi)發(fā)生結(jié)焦。在下一步的長周期試驗過程中，應(yīng)當(dāng)加強對井工煤煤質(zhì)的監(jiān)督和分析化驗，以保障試驗、生產(chǎn)用煤的可靠性。

3.3.2 上煤方式和控制

在此次試驗過程中，每天下午都會召開試驗小組工作例會。會上專門強調(diào)、安排第2天試驗工程中的上煤要求。在后期的長周期驗證試驗中，應(yīng)當(dāng)加強這方面的管理工作,以確保上煤工作的準確性。隨著準東煤摻燒比例的提高，鍋爐的運行控制裕度逐漸減小，上煤方式的失誤可能會導(dǎo)致非常嚴重的后果。由于準東煤具有結(jié)渣速度快、黏結(jié)強度高的特點，一些極端工況的出現(xiàn)會成為后期不良工況的起點或者發(fā)端，這一問題應(yīng)引起高度的重視。

3.3.3 異常工況處理

在異常工況條件下，需要根據(jù)實際情況采取一些特殊的控制策略和手段來保障鍋爐的安全運行。例如：在撈渣機卡澀、水封破壞的情況下，應(yīng)適當(dāng)降低鍋爐負壓，減少爐膛冷風(fēng)漏量，盡量減少由于冷風(fēng)泄漏對爐膛燃燒工況產(chǎn)生的不利影響。在此次撈渣機故障處理過程中，出現(xiàn)了對流受熱面加劇結(jié)渣的不利工況，在故障處理過程中，分隔屏、末級過熱器、末級再熱器的換熱量呈現(xiàn)出平行線快速下降的趨勢，反映出這部分受熱面結(jié)渣快速發(fā)展的程度。在以后的處理過程中，應(yīng)對異常工況下的處理操作進行規(guī)范，盡量減輕異常狀態(tài)的負面影響，防止出現(xiàn)“次生事故”。

3.3.4 熱工測量準確性

熱工測量準確性是實現(xiàn)精確控制的基本保證，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，磨煤機入口一次風(fēng)量測量裝置的準確性和可靠性較差，在供風(fēng)擋板關(guān)小的過程中，持續(xù)性地出現(xiàn)了一次風(fēng)流量增加的測量特性，由此也導(dǎo)致了磨煤機熱風(fēng)擋板無法投入自動的問題，從而制約了進一步提高準東煤的摻燒比例。氧量表和測量磨煤機出口風(fēng)壓的關(guān)鍵儀表均存在問題，對于這些問題，在生產(chǎn)穩(wěn)定以后，要開展相應(yīng)的整改工作。

3.3.5 部分設(shè)備功能的缺失

部分設(shè)備功能缺失的主要表現(xiàn)是爐膛現(xiàn)有的吹灰器不能將爐膛所有地方都吹到。#1，#2鍋爐燃燒器火焰四角切圓過大，造成火焰燃燒不集中并出現(xiàn)煤粉掃邊的現(xiàn)象。

3.3.6 關(guān)鍵參數(shù)的控制

在試驗過程中，從作者目前了解到的情況來看，該電廠的運行操作人員對關(guān)鍵參數(shù)的控制差異性較大，對關(guān)鍵參數(shù)的精確性控制認識不足，往往會因某些原因單方面增加關(guān)鍵參數(shù)的控制范圍。比較典型的事例是為了防止磨煤機堵磨而增加一次風(fēng)量，在使用準東煤的情況下，當(dāng)熱風(fēng)擋板達到100%開度時，熱風(fēng)流量仍然無法達到磨煤機出口溫度的控制要求。在大比例摻燒準東煤的情況下，會由此產(chǎn)生爐內(nèi)結(jié)渣的負面效應(yīng)，這一點需要引起高度注意。二次風(fēng)量的調(diào)整也有類似問題，為了加快風(fēng)量調(diào)整效果，在20～30 t/h甚至更大的范圍內(nèi)大幅度調(diào)整總風(fēng)量偏置，由此可能會出現(xiàn)明顯的過調(diào)。在長周期驗證試驗過程中，要求運行人員能夠本著勤調(diào)、微調(diào)的原則進行調(diào)整操作。

3.3.7 噴燃器結(jié)焦

由于某電廠#1，#2鍋爐噴燃器口處有不同程度的結(jié)焦，運行中無法徹底清除，出現(xiàn)了火焰中心切圓過大、火焰發(fā)散、火焰掃邊的問題。由于爐膛各處煙氣溫度測點、爐膛氧量表等標記顯示不準確及熱工二次門等自動不能有效投入，給監(jiān)盤和試驗人員調(diào)整帶來一些不便。由于存在以上問題，某電廠#1，#2鍋爐A，B，C磨煤機燃用天池能源露天礦煤；D磨煤機燃用井工煤；E，F(xiàn)磨煤機燃用井工煤。在5臺磨煤機正常運行的情況下，準東煤摻配比例達到60%。

4 產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

該電廠機組利用小時數(shù)按照7 000 h進行計算，設(shè)計單臺爐滿負荷煤耗為179 t/h，2臺鍋爐消耗的原煤量(7 000×179×2)÷10 000=250.6(萬t)。該廠井工煤入廠價為213元/t，天池能源露天煤為120.5元/t，中間差價為213-120.5=92.5(元/t)。該廠摻燒準東煤比例由40%提高到60%，使井工煤少消耗量為(60%-40%)×250.6=50.12(萬t)。

通過大比例摻燒準東煤，該電廠2013年節(jié)約的燃料成本為50.12×92.5=4636.1(萬元)。

5 下階段的打算

(1)在機組大小修時，需要增設(shè)吹灰器，將所有的結(jié)焦受熱面都能夠覆蓋。同時增加聲波吹灰器，此項工作目前處于討論和可行性研究階段。

(2)在機組停爐時，要進行空氣動力場試驗，對噴燃器進行調(diào)整，保證燃燒時有一個合適的燃燒切圓。要合理配風(fēng)，以保證火焰中心達到設(shè)計值。同時徹底清除噴燃器口處的結(jié)焦。

(3)加強對燃煤各項指標的監(jiān)控，對入廠煤要進行車車采樣，要與供應(yīng)商提供的煤質(zhì)分析報告進行比對，保證能夠有效監(jiān)控。若煤質(zhì)出現(xiàn)大幅變化，應(yīng)及時匯報并進行減量或者停煤。對于煤場來煤(井工煤、天池能源露天煤等)進行分堆組放，并在煤種之間設(shè)明顯的標示，嚴禁混放，要盡量避免由于煤質(zhì)發(fā)生變化而導(dǎo)致易結(jié)焦煤的比例失控和爐膛結(jié)焦不可修復(fù)的現(xiàn)象發(fā)生。

(4)購入10 000 t熱值小于18 MJ/kg、灰分在20%以上的高灰劣質(zhì)煤，單獨堆放在東煤場北側(cè)，以備事故時用。將入爐煤加權(quán)平均熱值降至20 MJ/kg以下，有效降低爐膛溫度，便于接近設(shè)計值。將各臺鍋爐F磨煤機內(nèi)上劣質(zhì)煤，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)結(jié)焦嚴重時，啟動F磨煤機刷焦。

(5)鍋爐爐膛的對流受熱面有結(jié)渣的現(xiàn)象。每周定期開人孔檢查2次，防止尾部受熱面堵塞而發(fā)生停爐。

(6)保證關(guān)鍵參數(shù)熱工測點正常，尤其是爐膛溫度測點的測量值與實際保證偏差在10 ℃以內(nèi)。參照各處受熱面測點溫度，以及查看撈渣機刮板上是否有渣，來摸索出正常運行時各受熱面煙溫的安全值。

(7)若發(fā)現(xiàn)鍋爐爐膛左右側(cè)偏差大，應(yīng)及時查找原因并予以消除。采取變負荷和改變磨煤機的組合形式進行掉焦。以上問題解決后，A，B，C，D磨煤機進行摻燒露天礦煤，D磨煤機摻燒不易結(jié)焦的井工煤，F(xiàn)磨煤機摻燒高灰分的煤。最終達到該廠低負荷A，B，C，D磨煤機運行時100%燃用準東煤，高負荷運行時5臺磨煤機80%摻燒準東煤。

6 結(jié)束語

火力發(fā)電廠的燃料成本占到總成本的70%左右，降低燃料成本，可提高盈利水平，明顯提高電廠經(jīng)濟效益。該廠從高管到普通員工都非常重視準東煤的摻燒摻配每一個過程，不斷地進行準東煤摻燒摻配的試驗和探索，煤一入廠，就進行一系列流程化的管理，為大比例摻燒準東煤(天池能源露天礦煤)積累了一定經(jīng)驗。

參考文獻：

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