630 MW機(jī)組貧煤鍋爐摻燒神華煤應(yīng)用簡(jiǎn)析

李明玉，申新峰，喬永生，呂宏彪，丁民

(1.國(guó)家電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002； 2.國(guó)家電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心，鄭州 450001)

0 引言

某電廠630 MW燃煤鍋爐為超臨界參數(shù)、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型、變壓本生型鍋爐，型號(hào)為DG2020/25.4-∏1。鍋爐采用按BHK技術(shù)設(shè)計(jì)的低NOx軸向旋流煤粉燃燒器(HT-NR3)，采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，前后墻布置3層，每層各有8個(gè)燃燒器(前后墻各4個(gè))，共24個(gè)；在最上層煤粉燃燒器上方，前后墻各布置1層燃盡風(fēng)噴口，每層布置6個(gè)，共12個(gè)。采用分級(jí)燃燒和濃淡燃燒等技術(shù)，可有效降低NOx排放量和鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷，設(shè)計(jì)最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷≤45%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(B-MCR)。采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配6臺(tái)ZGM型中速輥式磨煤機(jī)。

燃煤電站鍋爐根據(jù)特定煤質(zhì)設(shè)計(jì)好后,鍋爐的爐型結(jié)構(gòu)、磨煤機(jī)形式、燃燒器等的選擇也已定型，隨著煤電市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)及發(fā)電企業(yè)成本控制要求的提升，鍋爐很難達(dá)到燃用設(shè)計(jì)煤種的條件，大部分時(shí)段燃用特性相似的混煤，有時(shí)也會(huì)摻燒特性相差較大的燃煤[1]。該電廠自投產(chǎn)以來，摻燒設(shè)計(jì)煤種占比較少，長(zhǎng)期摻燒與其設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)相近的煤種，且有部分與設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)偏差較大的煤種(干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)相差20%以上，灰分、灰熔點(diǎn)等相差也較大)，如神華煤等。本文主要分析神華煤摻燒的安全性。

1 設(shè)計(jì)與校核煤種煤質(zhì)概況

鍋爐設(shè)計(jì)與校核煤種煤質(zhì)比較見表1。設(shè)計(jì)與校核煤種灰特性見表2。設(shè)計(jì)及校核煤種屬貧煤，為中低灰、低硫、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，入廠煤煤質(zhì)報(bào)表見表3。神華煤屬煙煤，為高揮發(fā)分、低硫、低灰、高發(fā)熱量的動(dòng)力煤，神華煤灰特性見表2，由表2可知神華煤灰熔點(diǎn)偏低。入廠煤灰成分統(tǒng)計(jì)見表4。

表1 設(shè)計(jì)與校核煤種工業(yè)分析

表2 設(shè)計(jì)、校核煤種及神華煤的灰特性分析 ℃

2 混煤理論特性及摻燒試驗(yàn)結(jié)果

一般認(rèn)為，煤的燃燒特性包括著火特性和燃盡特性兩方面?；烀弘m是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械混合過程，但由于各組分煤種的物理構(gòu)成及物化特性不同，混合后不同煤質(zhì)的顆粒在燃燒過程中相互影響、相互制約，其燃燒特性并不是組分煤種的簡(jiǎn)單疊加，難以簡(jiǎn)單地由摻混比例預(yù)知其特性[2]。

表3 入廠煤煤質(zhì)報(bào)表

表4 入廠煤灰成分統(tǒng)計(jì) %

圖1 熱重分析TG-DTG曲線

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

燃料熱重分析TG(thermo gravimetric analysis)，是利用同步熱分析儀在控溫下測(cè)量待測(cè)煤樣的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，用來研究材料的熱穩(wěn)定性和組分。該電廠委托華中科技大學(xué)煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)現(xiàn)常用煤與神華煤摻配后的幾種混煤進(jìn)行熱重試驗(yàn)分析。神華煤分別與韓城、潞安、義馬、黃陵煤樣 1∶1摻配進(jìn)行熱重分析，得出熱重曲線TG與熱失重速率曲線DTG(differential thermal gravity)如圖1所示。

根據(jù)TG-DTG曲線，確定煤的著火溫度、最大燃燒速率、最大燃燒速率溫度和燃盡溫度，用以判斷其燃燒特性。本次各混煤摻配燃燒特性指標(biāo)見表5。

表5 各混煤摻配燃燒特性指標(biāo)

表6 煤灰熔融性檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì) ℃

表7 煤灰熔融性的結(jié)渣特性判斷依據(jù)

2.2 混煤著火特性與燃盡特性分析

對(duì)比4個(gè)煤樣的著火特性，發(fā)現(xiàn)義馬神華煤著火溫度最低，韓城神華煤次之，黃陵神華煤再次之，潞安神華煤最高，說明義馬神華煤著火特性最好，韓城神華煤、黃陵神華煤其次，潞安神華煤最差。對(duì)比4個(gè)煤樣的燃盡特性，義馬神華煤最好，韓城神華煤、黃陵神華煤其次，潞安神華煤最差。

3 煤灰熔融性與結(jié)渣特性分析

3.1 煤灰熔融性檢測(cè)

對(duì)神華、鄭煤、韓城、黃陵、義馬典型煤樣分別以單煤與不同比例混煤形式進(jìn)行檢測(cè)，煤灰熔融性檢測(cè)結(jié)果見表6。

3.2 煤灰熔融性與結(jié)渣特性的相關(guān)性

煤灰熔融性與結(jié)渣特性具有相關(guān)性，基于煤灰熔融性的結(jié)渣特性判斷依據(jù)見表7。

3.3 分析結(jié)果

(1)從灰熔點(diǎn)來說，神華煤和韓城煤適宜摻燒，灰熔點(diǎn)較大，不易結(jié)渣，其次是神華煤和鄭煤摻配。

(2)神華煤和義馬煤，神華煤和黃陵煤混摻，灰熔點(diǎn)較低，有嚴(yán)重結(jié)渣傾向，不易混摻。

4 摻燒方案

該電廠根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定了神華煤的摻燒方案。

4.1 摻配煤要求

神華煤不得直接上倉，須與其他煤種摻配后方能上倉。根據(jù)電廠實(shí)際來煤情況及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，用韓城與神華自產(chǎn)煤按 1∶1的比例經(jīng)2臺(tái)斗輪機(jī)取煤同上一條皮帶摻配后上倉。

4.2 摻燒技術(shù)措施

4.2.1 燃燒調(diào)整

(1)摻配后的混煤上底層倉，前期按照上2 d停2 d的原則上摻配煤，且底層2個(gè)倉每周互換一次(以下均為上神華煤的磨煤機(jī)及燃燒器調(diào)整)，如果有結(jié)渣現(xiàn)象，停止混煤上倉后，通過負(fù)荷變動(dòng)、配風(fēng)調(diào)整等手段使疏松渣掉落，不至于形成大的焦塊而損壞設(shè)備。

(2)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度70～75 ℃，嚴(yán)密監(jiān)視磨煤機(jī)參數(shù)，控制磨煤機(jī)差壓在正常范圍內(nèi)，并記錄磨煤機(jī)出力情況，防止粉管內(nèi)煤粉自燃及磨煤機(jī)爆燃。

(3)一次風(fēng)煤配比按煙煤風(fēng)煤比2.0以上控制，燃燒器外二次風(fēng)開度至最大65%/35%/35%/65%，防止燒壞燃燒器噴口。

(4)燃燒器層二次風(fēng)按偏置+20%設(shè)置，滿負(fù)荷氧量不低于3.4%，以降低還原性氣氛。

(5)機(jī)組負(fù)荷300～350 MW，前、后墻燃盡風(fēng)活動(dòng)分別進(jìn)行，機(jī)組負(fù)荷350～550 MW，前、后墻燃盡風(fēng)活動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，全開后再調(diào)整至正常位置，每2 h進(jìn)行一次，使疏松渣塊及時(shí)掉落。

(6)煤粉細(xì)度R90≤16%，防止煤粉細(xì)度過大使火焰中心上移而導(dǎo)致屏式過熱器區(qū)域結(jié)焦。

4.2.2 記錄內(nèi)容

(1)試燒期間加強(qiáng)排渣管理，每2 h檢查一次石子煤排放情況。

(2)更換煤種后，每2 h檢查一次撈渣機(jī)內(nèi)渣量及掉焦情況，查看有無較硬渣塊。

(3)燃燒神華煤期間，每班通過就地看火孔觀察燃燒器燃燒情況，避免燒壞火嘴。

(4)摻燒時(shí)段，每班化驗(yàn)一次煤粉細(xì)度，并單獨(dú)記錄。

(5)每班化驗(yàn)渣樣一次。

4.2.3 注意事項(xiàng)

(1)磨煤機(jī)消防蒸汽保證在備用狀態(tài)，防止神華煤在磨煤機(jī)內(nèi)著火及爆燃。

(2)燃油系統(tǒng)保證正常備用，燃燒不穩(wěn)及時(shí)投油，保證鍋爐安全運(yùn)行。

(3)加、減負(fù)荷時(shí)要平穩(wěn)進(jìn)行，避免鍋爐熱負(fù)荷大幅波動(dòng)導(dǎo)致爐膛掉大焦。

(4)嚴(yán)密監(jiān)視磨煤機(jī)振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)振動(dòng)立即調(diào)整，防止設(shè)備損壞。

(5)原則上停運(yùn)的制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的原煤倉內(nèi)不存神華煤，如果啟停的制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的原煤倉內(nèi)有神華煤，按照干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)≥20%制粉系統(tǒng)啟停操作票嚴(yán)格執(zhí)行。運(yùn)行中加強(qiáng)制粉系統(tǒng)的檢查，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)著火，立即停止給煤機(jī)、磨煤機(jī)運(yùn)行，關(guān)閉冷、熱風(fēng)門，關(guān)閉熱風(fēng)隔絕門，開啟磨煤機(jī)蒸汽消防氣動(dòng)門，對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行吹掃滅火。

(6)避免在撈渣機(jī)區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間逗留。

(7)鍋爐吹灰頻次視汽溫、煙溫、排煙溫度、掉焦情況改變。

5 摻燒試驗(yàn)結(jié)果及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

自2017年6月16日摻燒試驗(yàn)方案確定后，開始實(shí)施。入廠神華煤共17 800 t，每天摻燒量不超過400 t，且上煤2 d停2 d，期間共掉焦8次，設(shè)備無損壞。具體摻燒參數(shù)見表8(表中SCR為選擇性催化還原法)，#1，#2鍋爐撈渣機(jī)處渣樣如圖2所示。

表8 鍋爐摻燒參數(shù)記錄

圖2 #1，#2鍋爐撈渣機(jī)處渣樣

5.1 磨煤機(jī)

神華煤入廠化驗(yàn)哈氏可磨系數(shù)(HGI：55～75)偏低，未達(dá)到磨煤機(jī)設(shè)計(jì)值(80)，磨煤機(jī)適應(yīng)性較差。從上倉情況看，共有1B，1C，1F，2C，2F，2E計(jì)6臺(tái)磨煤機(jī)用過神華煤，其中1C磨燒神華煤時(shí)磨振動(dòng)較大，不適應(yīng)，無法繼續(xù)上，其余磨煤機(jī)未見異常，但是初始燃燒時(shí)，煤粉細(xì)度(R90)較大。

5.2 燃燒及燃盡情況

神華煤與韓城煤混后入倉，由于干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)偏差較大(20%左右)，其熱重試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其燃燒特性趨于神華煤，著火點(diǎn)低，煤火檢充滿度較好，但燃盡率趨于韓城煤，表現(xiàn)就是飛灰含碳量、爐渣含碳量?jī)A向于貧煤而偏高。

6 結(jié)束語

經(jīng)過摻燒試驗(yàn)驗(yàn)證，該電廠鍋爐掉焦情況可控，磨煤機(jī)出力可調(diào)，后續(xù)可加大摻燒力度，摻燒比例可提到15%左右。630 MW貧煤鍋爐摻燒神華煙煤，在安全性、環(huán)保、長(zhǎng)周期、經(jīng)濟(jì)等方面均可行。