鍋爐摻燒褐煤安全性和經(jīng)濟(jì)性分析

李前勝，李正文，許 靜

（1.華能大連電廠，遼寧 大連 116100；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

鍋爐摻燒褐煤安全性和經(jīng)濟(jì)性分析

李前勝1，李正文2，許 靜3

（1.華能大連電廠，遼寧 大連 116100；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

分析了在設(shè)計(jì)煤種為優(yōu)質(zhì)煙煤的鍋爐中摻燒褐煤的安全性和經(jīng)濟(jì)性，由于褐煤相對于優(yōu)質(zhì)煤種容易爆炸，且外在水分高、低位發(fā)熱量低，會對磨煤機(jī)甚至整臺機(jī)組的滿出力運(yùn)行造成影響。同時(shí)，對摻燒褐煤后機(jī)組供電煤耗的影響因素，即鍋爐排煙損失、鍋爐飛灰含碳量和輔機(jī)電耗進(jìn)行探究。

煙煤；褐煤；摻燒；安全性；經(jīng)濟(jì)性

近年來，電煤價(jià)格極不穩(wěn)定，受經(jīng)濟(jì)環(huán)境、煤炭產(chǎn)量、運(yùn)力等因素影響，電煤價(jià)格波動較大。在電廠發(fā)電成本中，燃煤成本占其生產(chǎn)成本的大部分，因此燃煤價(jià)格波動對發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益影響較大。摻燒非設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)煤種，提高經(jīng)濟(jì)效益，一直是各電廠不斷探索的課題。某電廠為應(yīng)對燃料市場價(jià)格較高，對燃用優(yōu)質(zhì)煙煤的鍋爐摻燒褐煤，并積累了一定經(jīng)驗(yàn)供參考。

1 摻燒褐煤安全性分析

1.1 電廠鍋爐與褐煤鍋爐的比較

某電廠共有4臺350 MW發(fā)電機(jī)組，1、2號鍋爐為亞臨界參數(shù)、單汽包、一次再熱、平衡通風(fēng)、控制循環(huán)煤粉爐，配備5臺RP903型中速直吹式磨煤機(jī)，燃燒器為直流型式，四角切圓布置，4臺磨煤機(jī)運(yùn)行可滿足機(jī)組額定出力。3、4號鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)煤粉爐，安裝4臺MPS89G型中速磨煤機(jī)，4層低NOχ旋流燃燒器前后墻對沖布置，3臺磨煤機(jī)運(yùn)行可滿足機(jī)組額定出力。

a.爐膛容積熱負(fù)荷

爐膛容積熱負(fù)荷反映了一定的爐膛流場和溫度場下燃煤和其燃燒生成物停留的時(shí)間。在鍋爐出力相同的條件下，爐膛容積熱負(fù)荷越大，說明爐膛容積越小，滯留時(shí)間越短，對煤粉燃盡越不利，鍋爐越容易結(jié)焦［1］。

1、2號鍋爐的容積熱負(fù)荷為117.13 kW／m3，同型式的褐煤鍋爐推薦值為80～90 kW／m3，高出推薦值上限30.1%。3、4號鍋爐的容積熱負(fù)荷為118.15 kW／m3，同型式的褐煤鍋爐推薦值為75～100 kW／m3，高出推薦值上限18.6%。過高的容積熱負(fù)荷將使鍋爐容易結(jié)焦。

b.爐膛斷面熱負(fù)荷

爐膛斷面熱負(fù)荷反映了爐膛水平斷面上燃燒產(chǎn)物的平均流動速度。爐膛斷面熱負(fù)荷越大，說明斷面平均流速越大，煤粉流的紊流和混合條件可能增加，有利于提高燃燒強(qiáng)度和增加穩(wěn)定性，但會相應(yīng)增加水冷壁表面的結(jié)焦和高溫腐蝕現(xiàn)象。

1、2號鍋爐爐膛斷面熱負(fù)荷為4.93 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為3.7～4.7 MW／m2，高出推薦值上限4.9%。3、4號鍋爐爐膛斷面熱負(fù)荷為3.94 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為3.5～4.5 MW／m2，3、4號鍋爐爐膛斷面熱負(fù)荷在推薦值范圍內(nèi)。因此，1、2號鍋爐爐膛結(jié)焦可能性較大［2］。

c.燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷

從燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷數(shù)值可看出爐膛內(nèi)著火強(qiáng)烈區(qū)的火焰溫度高低。燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷越小，說明該區(qū)域溫度越低，結(jié)焦的可能性越小。

1、2號鍋爐燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷為1.62 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為1.0～1.6 MW／m2，基本與推薦最大值一致，結(jié)焦可能性不大。3、4號鍋爐燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷為2.38 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為1.1～1.7 MW／m2，高出推薦值上限40%，使燃燒器區(qū)壁面結(jié)焦可能性增大。

1.2 褐煤與設(shè)計(jì)煙煤的比較

電廠4臺鍋爐原設(shè)計(jì)煤種為優(yōu)質(zhì)晉北煙煤，摻燒的褐煤主要為扎萊諾爾褐煤，褐煤與設(shè)計(jì)煤種對比如下。

a.爆炸性

根據(jù)《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則》規(guī)定，煤粉爆炸性指數(shù)大于3.0屬易爆煤種，摻燒的2批褐煤爆炸性指數(shù)都遠(yuǎn)高于3.0，屬極易爆炸煤種，顯示燃用褐煤將有較強(qiáng)的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

b.水分

中速磨煤機(jī)適宜研磨外在水分為19%以下的褐煤，2批褐煤的外在水分遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)煤種，且其中1批褐煤的外在水分高于19%，在利用原有磨煤機(jī)研磨褐煤時(shí)，磨煤機(jī)干燥出力可能達(dá)不到褐煤的要求，磨煤機(jī)出口溫度將偏低，需限制出力運(yùn)行。

c.低位發(fā)熱量

設(shè)計(jì)煤種低位發(fā)熱量低限值為22 431.6 kJ／kg，2批褐煤的低位發(fā)熱量分別低于設(shè)計(jì)煤種低位發(fā)熱量低限值的16.5%和12.7%，可見摻燒褐煤可能影響機(jī)組的滿出力運(yùn)行。

2 摻燒褐煤經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 影響經(jīng)濟(jì)性的主要因素

a.鍋爐排煙損失

由于褐煤的發(fā)熱量較低，相同鍋爐蒸汽負(fù)荷下，鍋爐總煤量和總風(fēng)量增加，再加上摻燒褐煤后鍋爐受熱面結(jié)焦加劇，導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高，使鍋爐排煙熱損失增加。

b.鍋爐飛灰含碳量

為提高摻燒褐煤的磨煤機(jī)出口溫度，增加磨煤機(jī)一次風(fēng)偏置，使磨煤機(jī)一次風(fēng)量增加，導(dǎo)致褐煤燃燒滯后，爐膛火焰中心上移，但由于褐煤煤化程度低，燃盡性較好，摻燒褐煤后，鍋爐飛灰含碳量有所下降，鍋爐固體未完全燃燒熱損失減小。

c.輔機(jī)電耗

送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)及增壓風(fēng)機(jī)的電耗和鍋爐總煤量及總風(fēng)量有關(guān)。摻燒褐煤后，由于入爐煤發(fā)熱量降低，鍋爐總煤量和總風(fēng)量增加。隨著褐煤摻燒比例增大，輔機(jī)電耗呈增加趨勢，機(jī)組廠用電率增大［3-4］。

2.2 機(jī)組供電煤耗計(jì)算

摻燒褐煤后，雖然鍋爐機(jī)械未完全燃燒熱損失減小，但由于排煙損失和廠用電率增加，機(jī)組供電煤耗隨之增加。根據(jù)實(shí)際摻燒褐煤后鍋爐運(yùn)行參數(shù)，得出機(jī)組摻燒褐煤比例、負(fù)荷及供電煤耗的關(guān)系如下［5］。

機(jī)組實(shí)際供電煤耗等于100%ECR工況下機(jī)組供電煤耗加上不同負(fù)荷下與100%ECR工況的供電煤耗差：

式中 bgt——機(jī)組實(shí)際供電煤耗，g／kWh；

bgtECR——100%ECR工況下供電煤耗，g／kWh；

ΔbgtN——不同負(fù)荷下與100%ECR工況的供電煤耗差，g／kWh。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)擬合：

式中：N為機(jī)組負(fù)荷，MW。

因100%ECR工況下機(jī)組供電煤耗等于100% ECR工況下全燒煙煤的供電煤耗加上100%ECR工況下燃用不同煙煤比例下與全燒煙煤的供電煤耗差：

式中 bgtECRY——100%ECR工況下全燒煙煤的供電煤耗，g／kWh；

Δbgtλ——100%ECR工況下燃用不同煙煤比例下與全燒煙煤的供電煤耗差，g／kWh。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)擬合：

式中：λ為鍋爐燃用煙煤比例，%。

將公式（6）代入公式（3）中，得機(jī)組供電煤耗：

bgtECR可通過性能試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定，λ和Ν可通過機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取，因此，可得不同負(fù)荷、不同褐煤摻燒比例下的機(jī)組供電煤耗。

2.3 單位供電燃料成本計(jì)算

機(jī)組單位供電燃料成本是入爐煤標(biāo)煤單價(jià)和供電煤耗的函數(shù)［6］：

式中 C——機(jī)組單位供電燃料成本，元／kWh；

bgt——機(jī)組供電煤耗，g／kWh；

B入爐煤——入爐煤的標(biāo)煤單價(jià)，元／t。

式中 B煙煤、B褐煤——入爐煙煤、褐煤的標(biāo)煤單價(jià)，元／t；

λ煙煤、λ褐煤——入爐煙煤、褐煤的重量比例，%；

Q煙煤、Q褐煤——入爐煙煤、褐煤的低位發(fā)熱量，kJ／kg。

bgt可由式（7）求出，煙煤和褐煤標(biāo)煤單價(jià)、重量比例和低位發(fā)熱量可知，代入式（9）可求B入爐煤，因此，通過式（8）可求出不同負(fù)荷、不同摻燒比例、不同標(biāo)煤單價(jià)、不同煤質(zhì)下的單位燃料成本。

3 結(jié)束語

當(dāng)前煤炭價(jià)格波動較大，摻燒經(jīng)濟(jì)煤種應(yīng)從安全性和經(jīng)濟(jì)性2個(gè)方面綜合考慮。煤種的低位發(fā)熱量、水分等參數(shù)對機(jī)組運(yùn)行的影響主要體現(xiàn)在鍋爐排煙損失、鍋爐飛灰含碳量和輔機(jī)電耗。本文通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算分析，為電廠摻燒非設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)煤種、提高經(jīng)濟(jì)效益提供借鑒。

［1］ 陳立軍，文孝強(qiáng)，王 恭，等.燃煤鍋爐結(jié)渣特性預(yù)測方法綜述［J］.熱力發(fā)電，2006，35（6）：1-5.

［2］ 李 超，劉建民，呂 晶.濕法脫硫系統(tǒng)增效節(jié)能研究［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（5）：4-7.

［3］ 王文生，尚海軍，祝志福，等.1 021 t／h煙煤鍋爐提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的調(diào)整試驗(yàn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（6）：20-22.

［4］ 張 峰.燃煤電廠循環(huán)經(jīng)濟(jì)與能值分析［D］.北京：華北電力大學(xué)，2011.

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［6］ 劉福國，蔣學(xué)霞，李 志.燃煤發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率影響供電煤耗的研究［J］.電站系統(tǒng)工程，2008，38（4）：47-49.

Safety and Economy Analysis on Lignite Burning

LI Qian?sheng1，LI Zheng?wen2，XU Jing3（1.Huaneng Dalian Power Plan，Dalian，Liaoning 116100，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper analyzes the safety and economics of mixed coal burning boiler design for high quality bituminous coal.Since the lignite itself has thoses features such as high risks of explosion，external high moisture，how calorific at low level，which would impact full output of the mill and even the units.At the same time，analysis is made on coal consumption influce after mix coal burning，which refers to boiler flue gas losses，unburned carbon and auxilary electrical energy consumption.

Bituminous；Coal；Lignite；Safety；Economy

TK229.6；TK227.1

A

1004-7913（2015）01-0049-03

李前勝（1971—），男，學(xué)士，高級工程師，主要從事燃煤電廠鍋爐運(yùn)行工作。

2014-11-04）