煙煤鍋爐混煤摻燒低揮發(fā)分煤種經濟性評估

趙永國，劉 龍，劉衛(wèi)東，王廣兵，劉新坤

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

2017 年煤炭價格上漲，大部分火力發(fā)電廠出現(xiàn)虧損。為了適應嚴峻的煤炭市場行情，降低綜合入爐煤價格［1-5］，電廠三期2×330 MW 機組采用高低揮發(fā)分煤種混燒的思路，以最大限度降低燃料采購成本，提升企業(yè)經濟效益。

在混煤摻燒方案選擇和混煤摻燒經濟性評估研究中，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)試驗結果直接計算經濟煤種混燒的經濟效益，但煤價實時變化，經濟效益也是一個實時變化值，不好判定當前煤價下混煤摻燒是否有經濟效益［6-8］。因此，電廠熱試組提出了混煤摻燒邊界這個概念，混煤摻燒方案只要確定，混煤摻燒邊界值就是一個定值，判定混煤摻燒經濟性就變得簡單便捷，即設計煤種價格與經濟煤種價格的差值大于混煤摻燒邊界，混煤摻燒就可產生經濟效益，反之則會虧損。相對于傳統(tǒng)的經濟性評估方法，是對混煤摻燒方案選擇和混煤摻燒經濟性評估的一種創(chuàng)新［6-8］。

1 發(fā)電機組概況

電廠三期2×330 MW 鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒、自然循環(huán)汽包爐，鍋爐型號為DG1025／18.2-Ⅱ4。單爐膛п 型露天布置，燃用煙煤，一次中間再熱，平衡通風、固態(tài)排渣，全鋼架、全懸吊結構，爐頂帶金屬防雨罩。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式，配3 臺雙進雙出鋼球磨。燃燒設備為四角布置，切向燃燒，百葉窗式水平濃淡直流擺動式燃燒器，風、粉氣流從爐膛四角噴進爐膛，噴口中心線與爐膛中心兩個假想切園相切，切圓直徑分別為D681 mm 和D772 mm；每角燃燒器共布置15 層噴口，包括有6層一次風噴口，其中，A11、A12、A13、A14 為等離子燃燒器噴口，1 層頂二次風（OFA）噴口，8 層二次風噴口（其中3 層布置有燃油裝置）。一次風噴口四周布置有可調節(jié)偏置周界風。設計煤種是干燥無灰基揮發(fā)分為37.22%的煙煤，2017 年1 月份燃料供應部提供的采購價格，標準煙煤（設計煤種）：959 元／t，貧瘦煤：812 元／t，價格差：147 元／t；貧瘦煤價格優(yōu)勢明顯，干燥無灰基揮發(fā)分在15%左右，考慮到硫份對受熱面高溫腐蝕的影響，經過濟煤種摻燒專項工作小組調研和討論，陽泉煤為品質比較好的貧瘦煤，供應量充足，最后確定干燥無灰基揮發(fā)分在15%左右、硫份1%左右的陽泉煤作為混燒的主要經濟煤種進行混燒方案制定。

2 混煤摻燒低揮發(fā)分煤種方案

為圓滿完成全年經濟煤種摻燒任務，在保證機組安全、環(huán)保前提下，進一步加大經濟煤種摻燒力度，降低燃煤成本，實現(xiàn)效益最大化，結合機組運行實際，制定方案。

2.1 經濟煤種

經濟煤種一般指性價比高的煤種，月度入廠煤不含稅標煤單價低于當月平均價格70 元／t 的煤種，一般熱值較低，如褐煤、劣質煤（中煤、型煤、煤泥）等。根據(jù)目前實際進煤情況，主要包括低熱值煤、高硫煤、型煤以及陽泉煤等經濟煤種。

2.2 摻燒方案

燃用煙煤的鍋爐，以混燒陽泉礦點燃煤（Vdaf約為10%～15%）為主，型煤和高硫煤為輔。陽泉煤實施分磨分倉摻配方式。5 號爐、6 號爐B 磨B2 原煤倉全部上陽泉煤，摻燒量20 t／h，5 號爐、6 號爐其余各倉均保持正常燃用煙煤，保證煤質干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf＞30%。

型煤含水量較高，黏性較大，為避免原煤倉發(fā)生蓬、堵煤，型煤入廠后要充分晾曬，并在皮帶前均勻摻配。燃料管理部嚴格按照三期入爐煤摻配方案做好燃煤摻配，制定配煤措施保證摻配煤質各項化驗指標合格穩(wěn)定，合理控制硫份以防水冷壁發(fā)生高溫腐蝕，任何情況下A 磨兩端不得摻燒陽泉煤。燃料管理部應將當班入爐煤的摻配預案和摻配結果及時發(fā)送至發(fā)電部集控運行，并對每天經濟煤種摻燒量進行統(tǒng)計。發(fā)電部制定摻燒經濟煤種的運行方式、燃燒調整方案和確保機組安全運行的措施，合理控制飛灰、爐渣可燃物含量，確保經濟高效地完成摻燒任務。計劃部負責給燃料供應部上報下個月經濟煤種摻配計劃并負責制定經濟煤種摻配獎懲辦法。燃料供應部按照計劃和要求采購所需經濟煤種。生技部負責摻燒邊界的試驗、計算、經濟效益分析和技術指導。各部門協(xié)同配合，共同完成全年經濟煤種摻燒任務。

2.3 經濟煤種摻燒運行調整措施

發(fā)電部應加強與燃料的溝通，了解掌握各倉摻配煤情況和煤質揮發(fā)分、熱值等指標；根據(jù)煤質變化做好燃燒調整。陽泉煤揮發(fā)分偏低、熱值較高，可適當提高摻燒陽泉煤的5 號爐、6 號爐B 磨煤機出口溫度至95 ℃（然后根據(jù)實際情況可逐步提高）；其他磨組出口溫度按正常控制。

根據(jù)機組負荷和燃燒情況，通過采取調整5 號爐、6 號爐B 磨料位和容量風等方法適當提高磨出力；負荷240 MW 以上可保持B 磨容量風門開度比A、C 磨大10%以上，以增加B 磨陽泉煤量；同時保持磨兩端出口溫度基本一致。根據(jù)機組負荷、燃燒狀況、主再熱汽溫及NOx質量濃度合理調節(jié)二次風和周界風，周界風開度一般維持在30%～50%，氧量維持2.5%～3.5%（高負荷取低限，低負荷取高限），主燃燒器擺角一般保持50%左右（水平位置）。5 號爐、6號爐B 磨摻燒陽泉煤，可適當關小B 層燃燒器對應的中間DC 層二次風門30%～50%，開大BC、DE 層二次風門至80%左右，以利于煤粉著火燃燒。

根據(jù)機組負荷和煤質情況合理控制磨煤機料位，5 號爐、6 號爐B 磨差壓料位一般維持550 Pa 左右，其他磨料位維持650～750 Pa，以保證煤粉細度，提高機組帶負荷能力。5 號爐、6 號爐制粉系統(tǒng)運行中，當發(fā)生原煤倉蓬、堵煤時，應立即進行敲打、振打、疏通，盡快恢復給煤機出力，否則及時匯報值長，聯(lián)系燃料處理。同時密切關注鍋爐燃燒狀況，必要時投入等離子穩(wěn)燃。5 號、6 號機組低負荷具備停磨條件時，可根據(jù)燃燒情況停運B 磨；若一臺制粉系統(tǒng)停運檢修，兩臺磨運行暫停摻燒陽泉煤，以保持鍋爐燃燒穩(wěn)定。兩臺制粉系統(tǒng)運行期間，若發(fā)生原煤倉蓬、堵煤等異常情況影響鍋爐燃燒穩(wěn)定時，及時啟動備用磨煤機。加強鍋爐看火。摻燒低揮發(fā)分經濟煤種應特別注意爐內著火情況，每4 h 對各層燃燒器全面檢查一次，發(fā)現(xiàn)噴口結焦及時清理。各班組切實提高對飛灰、爐渣指標的關切度，機組長、主值應經常檢查渣樣、渣量情況，發(fā)現(xiàn)爐渣異常，認真分析原因，并采取針對性調整措施。摻燒經濟煤種應密切關注煙氣SO2、NOx、煙塵濃度的變化，防止環(huán)保指標超標排放。密切注意爐膛出口各段煙溫、受熱面壁溫及排煙溫度的變化，防止發(fā)生鍋爐結焦、高溫腐蝕和管壁溫度超限。根據(jù)制粉出力和煤粉細度定期對磨煤機補加鋼球，維持磨電流125～130 A，并根據(jù)飛灰、爐渣含碳量對煤粉細度適時調整。加強爐膛負壓和煤火檢強度等參數(shù)的監(jiān)視，做好事故預想；發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒不穩(wěn)及時調整燃燒，必要時投入等離子穩(wěn)燃。

2.4 燃料配煤調整措施

燃料管理部加強與發(fā)電部的聯(lián)系溝通，及時了解掌握磨煤機開啟情況，各倉摻配煤情況和煤質揮發(fā)分、熱值等指標。摻配煤球及陽泉煤時，保持該煤種原煤倉半倉以下低料位運行。

摻配煤球時，發(fā)生原煤倉因粘倉倉容變小、蓬煤及堵煤時，停止煤球的摻配；雨天停止煤球的摻配；當主摻配煤種黏性較大時，停止煤球的摻配。當相應的主摻配煤種量不足或指標變化差異較大時，停止三期陽泉煤、煤球的摻配。

2.5 經濟煤種摻燒技術要求

根據(jù)混煤燃燒試驗結果，燃燒調整要求如下：

制粉系統(tǒng)B、C 磨煤粉細度保持10%，A 磨15%，需增加B、C 磨鋼球量，保持B、C 磨電流130 A以上，A 磨120 A 以上。噴燃器擺角調整幅度偏大，習慣偏上，要求控制擺角40%～60%，盡量保持水平。磨煤機料位偏高，要求B 磨的料位盡量保持在550 Pa 左右，A、C 磨料位保持在650 Pa 左右。B 磨出口溫度太低，單倉摻燒適當調高至90 ℃以上，雙倉摻燒適當調高至110 ℃以上。摻燒期間適當減小B 磨一次風速，B 磨一次風口上的二次風量適當加大。根據(jù)負荷要及時調整氧量，高負荷保持低一些，低負荷高一些。制定200 MW 以下負荷時保證安全運行的措施。制定低負荷時B 磨啟停的措施。增加對爐膛燃燒情況的檢查次數(shù)。制定堵煤、蓬煤緊急處理措施。加強對環(huán)保數(shù)據(jù)的檢查和記錄。

3 混煤摻燒經濟性評估

3.1 混煤摻燒經濟性評估理論

在混煤摻燒經濟性計算時，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)試驗結果直接計算經濟煤種混煤燃燒的經濟效益，但煤價實時變化，經濟效益也是一個實時變化值，不好判定當前煤價下混煤燃燒是否有經濟效益［9-12］。為了更加簡單便捷地進行混煤摻燒方案選擇和混煤摻燒經濟性評估研究，提出了混煤摻燒邊界這個概念?；烀簱綗吔缡侵附洕悍N價格與設計煤種價格差的邊界值；在混煤燃燒經濟煤種時，當經濟煤種價格與設計煤種價格差產生的經濟效益剛好抵消混煤燃燒經濟煤種導致供電煤耗的增加而降低的經濟效益時的差值便是混煤摻燒邊界［13-15］。最優(yōu)的混煤燃燒方案只要確定，混煤燃燒邊界值就是一個定值，判定混煤燃燒經濟性就變得簡單便捷，即（設計煤種價格-經濟煤種價格）＞混煤摻燒邊界，混煤摻燒就可產生經濟效益，反之則會虧損?；烀簱綗吔绲挠嬎惴椒?/p>

式中：a 為混煤摻燒邊界，元／t；bhs為混燒經濟煤種時供電煤耗，g／kWh；bsj為燃燒設計煤種時供電煤耗，g／kWh；p 為機組供電量，kWh；j 為入爐煤價格，元／t；w 為經濟煤種摻燒量。

式中：￡為混煤摻燒經濟效益，元／日；jsj為設計煤種價格，元／t；jhs為混燒經濟煤種價格，元／t。

因此，設計入爐標煤價格與摻配經濟煤種價格的差值大于摻燒邊界，進行經濟煤種摻燒可以產生經濟效益；差值越大，經濟效益越好，反之則不能產生經濟效益；煤炭價格變化較大，有了這個邊界值，就可以通過簡單對比煤價隨時評估混煤摻燒的經濟性。

3.2 試驗結果

按照試驗要求，從2017-02-20—2017-03-03 燃料對5 號爐B2 倉上陽泉煤（貧瘦煤）的工況中選取符合要求的5 個進行摻配煤經濟效益計算。工況化驗結果報告如表1 所示。

表1 工況化驗結果

表2 試驗結果匯總

試驗計算經濟效益的煤價來自燃料供應部提供的1 月份采購價格，標準煙煤為959 元／t，貧瘦煤為812 元／t，價格差為147 元／t。由于送風投入暖風器，暖風器投入量的不同對鍋爐效率有一定影響，對鍋爐效率的影響均修正到與摻煤前狀態(tài)一致。原煤樣由運行采集送檢，爐渣與飛灰由生技部熱試組采集送檢。為了方便效益對比，摻配煤量均按照20 t／h 進行計算，實際上給煤量略有偏差。測算的經濟效益和摻燒邊界結果匯總表，如表2 所示。

3.3 試驗結果分析

從試驗結果看，5 個工況產生的日經濟效益分別為：53 433 元、34 297 元、46 576 元、60 193 元 和60 839 元，均有較好的經濟效益，平均日經濟效益為51067 元，5 個試驗工況的平均負荷為239.5 MW，每發(fā)一度電產生的經濟效益為0.008 884 3 元，按照三期年發(fā)電量33 億kWh 計算，年經濟效益為2 932 萬元。由于煤價變化較大，為了便于確定煙煤價格與貧瘦煤價格差在多少時進行摻配可以產生經濟效益，對于摻配邊界進行了計算，5 個工況的摻配邊界分別為35.68 元、75.55 元、49.97 元、21.60 元和20.25 元，平均摻配邊界為40.61 元。從煤摻燒5 個工況來看，同樣摻配20 t 左右經濟煤種，產生的經濟效益差別還是比較大的；主要原因有兩個方面：首先煤質影響，這5 個工況入爐煤低位發(fā)熱量差別比較大直接影響燃燒狀況和鍋爐效率；另外還與運行調整情況也有一定關系，最后兩個工況對B2 粗粉分離器的出粉細度進行了調整，B 磨分離器擋板開度由35%逐步調至25%；A、C 磨分離器擋板由40%調至30%，適當提高了煤粉細度，飛灰可燃物和爐渣可燃物明顯降低，所以2017-03-02 和2017-03-03 經濟效益最好。

通過此次試驗，確定三期2 臺300 MW 機組經濟煤種參配邊界為40.61 元，當煤價差大于40.61 元時進行經濟煤種摻燒就會產生經濟效益。

4 結語

依據(jù)近一年的實驗數(shù)據(jù)，三期2×330 MW 機組在混燒低揮發(fā)分煤種的情況下年經濟效益2 127.8 萬元，經濟效益顯著，為行業(yè)內的混煤摻燒問題提供經驗和參考。同時，在混煤摻燒研究中，提出了混煤摻燒邊界這個概念，并給出了混煤摻燒邊界的計算公式，是對混煤摻燒方案選擇和混煤摻燒經濟性評估的一個創(chuàng)新，減少了人力物力的重復投入。煤炭價格變化較大，有了這個邊界值，就可以通過簡單對比煤價隨時評估混煤摻燒的經濟性，可供同行業(yè)借鑒和參考。