淺談燃用高堿煤發(fā)電企業(yè)爐前燃料管理

王嘉瑞 陳凡敏 張 磊 扎永強(qiáng) 王利民

（1．華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.華電新疆發(fā)電有限公司紅雁池分公司，新疆 烏魯木齊 830047）

新疆維吾爾自治區(qū)高堿煤資源豐富，預(yù)測準(zhǔn)東地區(qū)高堿煤儲(chǔ)量約390億噸，是目前國內(nèi)最大整裝煤田[1]。高堿煤資源豐富、不需要井工開采、價(jià)格低廉，為降低發(fā)電成本，昌吉、烏魯木齊、等地各電廠均不同程度摻燒準(zhǔn)東煤。近年來，隨著自治區(qū)對環(huán)保工作的重視，關(guān)停大量小煤礦，導(dǎo)致低鈉煤供應(yīng)不足，新疆其他地區(qū)電廠也逐漸開始探索燃用高堿煤。

高堿煤熱值適中，具有低硫、低灰分的優(yōu)點(diǎn)，比較適合作為發(fā)電用煤，然而由于煤中堿金屬及堿土金屬含量非常高，燃用不當(dāng)極易導(dǎo)致結(jié)渣、沾污、催化劑堵塞等安全問題[2]，目前只能適量摻燒利用。

高堿煤的應(yīng)用現(xiàn)狀不僅對鍋爐運(yùn)行人員提出較高要求，同時(shí)也對爐前燃料管理，包括采購、入廠驗(yàn)收、質(zhì)量檢測、摻配摻燒等提了更高要求。本文根據(jù)高堿煤的特性，以近年來對高堿煤的研究為基礎(chǔ)，對燃用高堿煤的發(fā)電企業(yè)爐前燃料管理各環(huán)節(jié)注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述。

1 燃料采購

目前，發(fā)電企業(yè)主要通過與低鈉摻配煤或者高嶺土[3]、油頁巖[4]等礦物質(zhì)摻燒的方法來燃用高堿煤。燃用比例根據(jù)企業(yè)機(jī)組情況、高堿煤和摻配物的不同，一般在50%～90%。因此，發(fā)電企業(yè)為尋找最低燃料成本，需要積極拓寬摻配煤或摻配礦物質(zhì)采購渠道，根據(jù)燃料、運(yùn)力行情，實(shí)時(shí)調(diào)控采購方案，盡量將燃料成本控制在較低水平。

集團(tuán)化發(fā)電公司，可通過燃料集中統(tǒng)一采購管理，直接從礦方采購燃料，減少中間商，減低采購成本，保障燃料品質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性。建設(shè)燃料智能采購系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)電企業(yè)位置和機(jī)組參數(shù)（或歷史摻配摻燒數(shù)據(jù)）、高堿煤礦點(diǎn)、摻配煤及摻配礦物質(zhì)礦點(diǎn)位置和煤質(zhì)特性，建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)燃料市場價(jià)格、運(yùn)距、運(yùn)力等情況，為發(fā)電企業(yè)實(shí)時(shí)推薦采購和摻配方案。在區(qū)域內(nèi)合理位置建設(shè)配煤轉(zhuǎn)運(yùn)存儲(chǔ)公司，直接為發(fā)電企業(yè)提供需要的混煤，解決發(fā)電企業(yè)分別單獨(dú)進(jìn)行摻配受場地和設(shè)備的限制的問題，降低廠內(nèi)摻配管理的難度。

2 入廠驗(yàn)收

采制樣設(shè)備：高堿煤灰分較低一般在5%左右，水分含量較高，一般全水分含量在15%～25%。而用于摻配的低鈉地煤，往往灰分較高，一般在40%～50%。對于早期建設(shè)的發(fā)電企業(yè)，燃用高堿煤，煤質(zhì)指標(biāo)一般都會(huì)偏離設(shè)計(jì)值，發(fā)電企業(yè)若采用自動(dòng)化采制樣設(shè)備，需考慮水分、粒度分布、各粒度區(qū)間灰分組成是否超出采樣設(shè)備使用范圍，避免機(jī)械采樣誤差的產(chǎn)生。若超出，需應(yīng)用其他方式進(jìn)行采樣。

檢測設(shè)備：從近10年來各高?？蒲性核难芯考鞍l(fā)電企業(yè)的燃用經(jīng)驗(yàn)來看，由于高堿煤煤灰中鈉在高溫下的逃逸，導(dǎo)致測定的煤灰熔融特性溫度對高堿煤燃用指導(dǎo)作用較差[5]，高堿煤、摻配煤或摻配礦物質(zhì)的灰成分已成為發(fā)電企業(yè)必須考慮的重要指標(biāo)之一。尤其是高堿煤中鉀、鈉的含量，摻配煤或礦物質(zhì)中硅、鋁的含量，也成為直接影響價(jià)格主要參數(shù)。因此，發(fā)電企業(yè)除配備常規(guī)煤質(zhì)檢測設(shè)備（如全水分、工業(yè)分析、元素分析、發(fā)熱量、全硫等檢測設(shè)備）的同時(shí)，有條件的發(fā)電企業(yè)增加煤灰成分檢測設(shè)備，對保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行非常必要。國內(nèi)現(xiàn)行煤灰成分檢測標(biāo)準(zhǔn)方法及特點(diǎn)見表1。

3 精準(zhǔn)摻配

由于高堿煤價(jià)格低廉，高堿煤大比例燃用是提高經(jīng)濟(jì)性的主要方法。精準(zhǔn)摻配是實(shí)現(xiàn)高堿煤最大比例燃用的保障，也是保障摻燒效果的基礎(chǔ)。根據(jù)發(fā)電企業(yè)煤場實(shí)際情況，一般采用分層堆放，按高度方向截取的機(jī)械混煤方式和分堆堆放，皮帶混煤兩種方式[6]。機(jī)械混煤方式需要發(fā)電企業(yè)配備斗輪機(jī)、大型推煤機(jī)、裝載機(jī)等煤場機(jī)械，一般很難按一定的配比進(jìn)行混煤，混煤精度不高。皮帶混煤是同時(shí)利用兩路皮帶分別輸送不同煤種，燃煤在原煤倉內(nèi)完成混合，其優(yōu)點(diǎn)是煤質(zhì)易于調(diào)節(jié)，增加計(jì)量式給煤設(shè)備可實(shí)現(xiàn)較精準(zhǔn)的摻配，缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，兩路皮帶之間可能會(huì)互相影響。

為實(shí)現(xiàn)高堿煤的大比例燃用，摻配高嶺土或者油頁巖等礦物質(zhì)是目前最廣泛應(yīng)用的方法，高堿煤燃用比例可達(dá)90%左右。根據(jù)機(jī)組自身情況高嶺土的摻配比例一般在8%～12%，對精準(zhǔn)摻配提出了更高的要求，至少要精確到1%。因此，配備計(jì)量式給煤設(shè)備的皮帶混煤方式成為首選。

4 摻燒方案

發(fā)電企業(yè)燃用煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)值易導(dǎo)致的鍋爐效率低，故障率和污染物排放高等問題，摻燒是解決上述問題的主要技術(shù)方法。根據(jù)發(fā)電企業(yè)實(shí)際情況一般通過爐前摻配和爐內(nèi)摻燒兩種方式實(shí)現(xiàn)。新疆現(xiàn)役發(fā)電機(jī)組改燒準(zhǔn)東煤普遍偏離設(shè)計(jì)值，并且不能100%燃用高堿煤，因此，摻燒是發(fā)電企業(yè)必須面對的技術(shù)問題。

高堿煤極易結(jié)渣和沾污的特殊性質(zhì)使得其摻燒利用難度較大，該方向已成為近年來煤炭領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從目前燃用高堿煤的發(fā)電企業(yè)來看，大多均采用爐前摻混的方式，主要為了提高摻配的均勻性，使得煤灰中的礦物質(zhì)具有充分的接觸與反應(yīng)時(shí)間。

除了高堿煤的煤灰熔融特征溫度對高堿煤燃用指導(dǎo)作用較差外，現(xiàn)有指導(dǎo)摻配摻燒的結(jié)渣、沾污特性判定方法對我國高堿煤的適用性也不強(qiáng)，需要采用近年來新的研發(fā)的判定方法[7]來指導(dǎo)摻配摻燒工作。因此，在制訂摻燒方案時(shí)，要結(jié)合最新研究進(jìn)展，預(yù)先做實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的方案評估，對摻燒方案進(jìn)行優(yōu)選，以降低現(xiàn)場摻燒試驗(yàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)電企業(yè)應(yīng)根據(jù)主燒高堿煤煤種和主要摻配煤及摻配礦物質(zhì)，通過現(xiàn)場性能試驗(yàn)，確定針對燃料市場變化，機(jī)組負(fù)荷變化的多個(gè)摻燒方案，從而保障機(jī)組安全高效運(yùn)行，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

表1 煤灰成分檢測標(biāo)準(zhǔn)常用方法及特點(diǎn)

5 結(jié)語

燃料成本約占火力發(fā)電廠總成本的70%，爐前燃料管理對燃用高堿煤發(fā)電企業(yè)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。在日常管理中只能通過嚴(yán)格的入廠驗(yàn)收，拓寬摻配煤或摻配礦物質(zhì)渠道，根據(jù)市場和機(jī)組實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)控?fù)脚浞桨?，以最大化降低燃料成本。技術(shù)層面，主要關(guān)注配煤摻燒技術(shù)，保障機(jī)組的安全運(yùn)行，根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況對輸煤計(jì)量設(shè)備進(jìn)行必要的改造，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配煤摻燒。另外，隨著燃料智能化建設(shè)的推進(jìn)，可進(jìn)一步建設(shè)燃料智能化管理系統(tǒng)，根據(jù)燃料市場對摻配方案進(jìn)行評價(jià)尋優(yōu)，指導(dǎo)燃料采購。