分磨摻燒蒙煤對300 MW機組運行的影響研究

曹御風(fēng)

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 樂清 325602）

溫州發(fā)電廠300 MW機組設(shè)計煤種為高灰熔點優(yōu)混煤，常用煤種為優(yōu)混和富動24，其中富動24屬于蒙煤類與優(yōu)混類的預(yù)混配煤，其中蒙煤的摻配比例約為60%～67%。為保障發(fā)電廠供煤的靈活性和安全性，本文探討300 MW機組分磨摻燒蒙煤的可行性，以及分磨摻燒蒙煤對NOX排放、鍋爐結(jié)渣傾向性、燃燒經(jīng)濟性等方面的影響，提出鍋爐分磨摻燒蒙煤的合理方案。

1 蒙煤及其配煤的基本特性

試驗選擇蒙煤作為研究對象，同時選擇發(fā)電廠常用煤種優(yōu)混和富動24作為對比煤種，3個煤種的煤質(zhì)分析如表1所示。

利用德國NETZSCH公司STA449C型熱天平對3個原煤和配煤樣品進行熱重分析（TG）試驗，配煤為優(yōu)混與蒙煤摻配，摻配比例為1:3，1:1和3:1。試驗氣氛為空氣；升溫速率20℃/min；升溫范圍0～800℃。通過熱分析得到各煤種的TG曲線和DTG曲線（TG的一次微分曲線）分別如圖1和圖2所示，各煤種的著火溫度（切線法）和燃盡溫度（可燃物燃盡98%）如表2所示。

在著火性能方面，與優(yōu)混煤相比，蒙煤有更好的著火特性，著火溫度比優(yōu)混煤低32.5℃，配煤的著火溫度介于兩者之間，略傾向于易著火煤。在保證安全性的前提下，煤的著火溫度降低將使?fàn)t膛火焰中心下移，更有利于空氣分級燃燒，降低NOX濃度，并具有更低的灰渣含碳量，同時也有利于降低減溫水量。從圖1和圖2所示的燃燒過程來看，蒙煤與優(yōu)混煤也具有良好的燃燒匹配性，其配煤呈現(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)燃燒特性，沒有出現(xiàn)燃燒分級現(xiàn)象。

圖1 各原煤和配煤的TG曲線

圖2 各原煤和配煤的DTG曲線

表1 試驗煤種的主要煤質(zhì)

表2 各煤種著火和燃盡溫度

在燃盡性能方面，與優(yōu)混煤相比，蒙煤具有優(yōu)越的燃盡性能，燃盡溫度比優(yōu)混煤低46.9℃，配煤的燃盡溫度介于兩者之間，更接近于相對難燃的優(yōu)混煤。

從表3中不同單煤及配煤后的灰熔融特性數(shù)據(jù)可知，直接燃用蒙煤時灰熔點偏低，具有明顯的結(jié)渣傾向性。配煤后，隨著優(yōu)混煤摻配比例的增加，煤的灰熔點逐漸升高，即使摻混優(yōu)混煤比例為25%，軟化溫度也達到1 350℃，這對于鍋爐防止結(jié)渣具有重要意義。

表3 還原性氣氛下單煤及混煤灰熔融特性

2 蒙煤的入爐分磨摻燒試驗

2.1 機組概況

試驗機組為300 MW亞臨界、一次再熱控制循環(huán)鍋爐，配用5臺HP-863中速磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)、單爐膛Π型露天布置、四角切向燃燒，擺動噴嘴調(diào)溫，平衡通風(fēng)，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣，鍋爐設(shè)計煤種為山西優(yōu)混煤，校核煤種為山西大混煤，設(shè)計煤種下鍋爐主要運行參數(shù)如表4所示。額定負(fù)荷下，磨煤機投運方式為5磨4運行。鍋爐已進行了空氣分級低氮燃燒與SCR（選擇性催化還原法）煙氣脫硝改造。

表4 設(shè)計煤種鍋爐主要運行參數(shù)

2.2 試驗標(biāo)準(zhǔn)與方法

鍋爐效率試驗按照GB 10184-88《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中相關(guān)內(nèi)容進行。SCR進/出口、空預(yù)器進/出口煙氣組分和溫度采用網(wǎng)格法進行測試，煙氣組分采用德國ECOM煙氣分析儀分析，煙氣溫度利用K型熱電偶測量。

2.3 試驗工況

試驗期間保持300 MW額定負(fù)荷，控制爐膛出口氧量為3%，其余燃燒控制參數(shù)保持不變。試驗煤種包括3個煤種：優(yōu)混、富動24、蒙煤，其中優(yōu)混、富動24單燒，優(yōu)混、蒙煤分磨入爐摻燒（共4磨運行，摻燒比例分別為1:3，1:1，3:1）。文中5個試驗工況分別命名為優(yōu)混、富動24及B蒙煤、BD蒙煤、BCD蒙煤。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 NOX生成濃度

不同入爐煤的省煤器出口NOX生成濃度如圖3所示。在燃燒控制參數(shù)基本一致的情況下，燃用優(yōu)混煤時的NOX生成濃度為264 mg/Nm3，燃用富動24比其低95 mg/Nm3（降低36%），故燃用富動24具有明顯的低NOX優(yōu)勢。采用優(yōu)混與蒙煤分磨入爐摻燒時，隨著蒙煤摻燒比例改變，磨煤機由1臺增加至3臺，NOX生成濃度逐漸降低，和4臺磨煤機全部采用優(yōu)混煤相比，NOX生成濃度分別降低18%，30%和41%。根據(jù)圖3中曲線走勢，若燃用蒙煤，無論采用預(yù)混配煤還是分磨入爐摻燒，均具有明顯的低NOX排放效果和相近的變化規(guī)律。

圖3 不同入爐煤的省煤器出口NOX濃度

3.2 主/再熱蒸汽溫度

燃用不同入爐煤時，主/再熱蒸汽溫度如圖4所示。燃用優(yōu)混煤時，主蒸汽溫度基本保持在540℃，隨著蒙煤摻燒比例的增加，主蒸汽溫度和減溫水量總體呈降低趨勢，不過考慮減溫水余量的存在，摻燒蒙煤對主蒸汽參數(shù)影響不大。但不論燃用何種單煤還是摻燒蒙煤，鍋爐再熱蒸汽溫度均不能達到設(shè)計值540℃，且溫度變化無明顯規(guī)律。

圖4 不同入爐煤的主/再熱蒸汽溫度

3.3 鍋爐結(jié)渣情況

不同入爐煤試驗期間，對鍋爐的結(jié)渣情況主要通過2個方面進行分析判斷：

（1）通過鍋爐不同位置觀火孔對爐內(nèi)大屏、折焰角、燃燒器噴口等位置的結(jié)渣情況進行觀察比較。試驗發(fā)現(xiàn)除優(yōu)混煤結(jié)渣較少外，其它入爐煤試驗期間，前屏位置均存在約3～4 cm結(jié)渣，后屏下沿存在少量不規(guī)則鋸齒形渣。摻燒BCD蒙煤時，透過A側(cè)折焰角處的觀火孔觀察，發(fā)現(xiàn)折焰角上部有堆積渣。

（2）從撈渣機渣量和渣的形態(tài)分析，優(yōu)混煤排渣量最小，富動24及B蒙煤、BD蒙煤的渣量變化不大，渣的形狀多以粉末狀為主。BCD蒙煤燃燒試驗期間的排渣量最大，渣量增加約1倍，且塊狀渣較多，少量渣塊有明顯的管子印記，且顏色發(fā)黑，斷口呈現(xiàn)明顯的熔融燒結(jié)形態(tài)，充分說明3臺磨摻燒蒙煤時，爐內(nèi)有嚴(yán)重的結(jié)渣現(xiàn)象。

3.4 鍋爐運行經(jīng)濟性

燃用不同入爐煤時的灰渣含碳量如圖5所示，燃用富動24或摻燒蒙煤比全部燃用優(yōu)混煤具有明顯的降低灰渣含碳量的優(yōu)勢。低NOX燃燒改造后，鍋爐飛灰含碳量較正常水平整體偏高，導(dǎo)致燃用設(shè)計煤種時鍋爐效率降低2%以上。不同入爐煤主要熱損失如圖6所示，燃用優(yōu)混煤的飛灰含碳量為9.52%，固體不完全燃燒損失達到3.34%，而燃用富動24或摻燒2臺及以上磨煤機的蒙煤時，飛灰含碳量降至5.54%～1.41%，固體不完全燃燒損失下降到1.24%～0.33%，即不論配燒（富動24）或分磨摻燒蒙煤，隨著蒙煤比例的增加，固體不完全燃燒損失幾乎呈線性下降。而各入爐煤之間的排煙損失（修正后）相差并不大，因此鍋爐效率相差2%以上的主要原因是固體不完全燃燒損失的差異。

圖5 燃用不同入爐煤的灰渣含碳量

圖6 燃燒不同入爐煤的主要熱損失

燃燒不同入爐煤的鍋爐效率如圖7所示，以摻燒2臺磨蒙煤的經(jīng)濟性為例，與燃用優(yōu)混煤相比，入爐摻燒2臺磨蒙煤，鍋爐效率可提高2.1%，以汽機熱耗率8 200 kJ/kWh估算，可降低發(fā)電煤耗約7.02 g/kWh。分磨入爐摻燒2臺磨蒙煤與燃用富動24相比，綜合考慮摻配比例的差異，兩者的經(jīng)濟性相近。

圖7 燃燒不同入爐煤的鍋爐效率

4 結(jié)論

（1）蒙煤具有較好的燃燒、燃盡特性，結(jié)合配煤后灰熔點的提升，對于改善鍋爐結(jié)渣傾向性、提高鍋爐效率具有重要意義，理論上摻燒蒙煤具有可行性。

（2）隨著摻燒蒙煤比例的增加，燃燒NOX濃度呈線性下降，摻燒2臺磨蒙煤時NOX生成濃度可降低30%，配煤燃燒與分磨摻燒的NOX生成濃度的變化規(guī)律基本相近。

（3）主蒸汽溫度和減溫水流量隨著蒙煤摻燒比例的增加總體呈下降趨勢，考慮減溫水余量的存在，摻燒蒙煤對主蒸汽參數(shù)影響不大。

（4）摻燒2臺磨蒙煤或燃用富動24，鍋爐有一定程度結(jié)渣，但結(jié)渣量基本穩(wěn)定，無嚴(yán)重化趨勢，而摻燒3臺磨蒙煤時，結(jié)渣情況嚴(yán)重。因此從安全性角度考慮，分磨摻燒蒙煤的磨煤機最多投入2臺。

（5）摻燒2臺磨蒙煤時，鍋爐效率提高2.1%，可降低發(fā)電煤耗約7.02 g/kWh，對發(fā)電廠具有顯著的經(jīng)濟效益。

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