火電廠配煤摻燒對安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益的探討與分析

國能浙江北侖第一發(fā)電有限公司 葛巍

1 配煤摻燒的目的和意義

由于煤炭價(jià)格持續(xù)上漲，大多數(shù)火力發(fā)電廠的燃料成本大幅提升，煤炭的質(zhì)量和數(shù)量得不到保證。為了保證電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低燃料成本，優(yōu)化混煤燃燒，研究人員提出了穩(wěn)定火電廠煤質(zhì)的安全、經(jīng)濟(jì)的方法。近年來，許多火力發(fā)電廠發(fā)生了大量的鍋爐火災(zāi)事故。電廠企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過鍋爐設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換，對鍋爐設(shè)備進(jìn)行改造，以獲得穩(wěn)定燃燒效果，減少火災(zāi)的發(fā)生。例如設(shè)備和燃燒系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換以及采用新的燃燒器，但并沒有從根本上解決火災(zāi)事故問題。因此，在保證鍋爐安全燃燒的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際的煤質(zhì)分析報(bào)告，合理組態(tài)制粉系統(tǒng)出力，進(jìn)行最佳燃燒調(diào)整，以滿足鍋爐運(yùn)行的各種具體要求，是一種更科學(xué)、更長遠(yuǎn)的方法。同時(shí)盡可能拓寬燃料采購渠道，依托市場有效降低煤炭成本，提高火電廠度電邊際效益，符合我們目前關(guān)于建立節(jié)能型社會的建議，也切合國家“雙碳”的目標(biāo)和要求。

2 基本設(shè)備介紹

2.1 鍋爐設(shè)備介紹

國電浙江某第一發(fā)電有限公司#1 機(jī)組1×600MW機(jī)組于1991年10月投產(chǎn)。1號機(jī)組鍋爐是美國某燃燒工程公司（CE）制造的亞臨界、強(qiáng)制循環(huán)、帶輻射式一次中間再熱、固態(tài)排渣、Π型布置、單爐膛平衡通風(fēng)煤粉鍋爐，型號：CC+RR 2008。

2018年鍋爐對#1 機(jī)組進(jìn)行綜合節(jié)能提效改造，機(jī)組額定負(fù)荷由600MW 增容至630MW，維持主蒸汽壓力不變，溫度按540℃進(jìn)行校核計(jì)算，將再熱蒸汽溫度由537℃提升至573℃。同時(shí)，對#1 號機(jī)組進(jìn)行燃燒設(shè)備、省煤器、點(diǎn)火系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)以及輔助設(shè)備等一系列改造，實(shí)現(xiàn)機(jī)組綜合節(jié)能降耗的目標(biāo)。

2.2 適應(yīng)性煤種介紹

本鍋爐設(shè)計(jì)煤種和校核煤種均為煙煤，在實(shí)際運(yùn)行過程中，受煤炭價(jià)格影響，無法一直保證煤種品質(zhì)。

3 配煤摻燒對鍋爐安全運(yùn)行的影響

3.1 燃煤特性對鍋爐安全的影響

應(yīng)用于煤混合燃燒的基本原理是保證混合燃燒過程中的基本燃燒特性，同時(shí)保證鍋爐中燃料的穩(wěn)定燃燒。煤燃燒的主要特征包括火災(zāi)和燃耗的一般特征，影響燃燒特征的主要因素包括熱值、水分、揮發(fā)分、灰分和灰熔點(diǎn)。

在電廠運(yùn)行過程中，熱值是判斷鍋爐是否處于熱平衡狀態(tài)、是否進(jìn)行負(fù)荷控制和煤配料的主要標(biāo)準(zhǔn)。如果熱量很高，則不利于煤粉在爐內(nèi)完全燃燒。同時(shí)增加爐內(nèi)熱負(fù)荷壓力，增加鍋爐運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。相反，如果熱量值不夠高，則不僅會導(dǎo)致制粉系統(tǒng)工作壓力過大，威脅鍋爐正常運(yùn)行，而且還會限制機(jī)組出力。

水分是煤不可分割的組成部分。正是由于水分的存在，煤中的可燃物質(zhì)大大減少。在燃煤過程中，如果含水量過高，會使制粉系統(tǒng)干燥出力不足，會造成磨煤機(jī)堵煤故障的發(fā)生。同時(shí)可能阻礙燃煤，增加燃燒過程中的損失，破壞燃燒穩(wěn)定性。

煤的揮發(fā)分是煤燃燒性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。這一指標(biāo)的高低直接影響著點(diǎn)火速度、采礦業(yè)、火焰特性等。通常，煤中揮發(fā)性物質(zhì)的含量因煤的類型而異[1]。但煤的穩(wěn)定性和燃燒強(qiáng)度并不理想，在煤的高揮發(fā)性下，不僅縮短了點(diǎn)火路徑，而且影響了整個(gè)燃燒器和成粉系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

這兩個(gè)指標(biāo)主要影響鍋爐的結(jié)焦結(jié)渣。某電廠一號鍋爐本身易結(jié)焦，如果燃煤灰分過高或者灰熔點(diǎn)過低，將會大大加劇結(jié)焦情況的發(fā)生，大焦掉落嚴(yán)重時(shí)，不僅會因聯(lián)鎖保護(hù)動作跳機(jī)故障，嚴(yán)重時(shí)還會引起鍋爐爆炸事故，所以這一點(diǎn)要重點(diǎn)關(guān)注。

影響煤的混合和燃燒的最重要物質(zhì)是氮氧化物、二氧化硫和煙塵。SO2排放主要與煤的硫含量有關(guān)，NO2排放主要與煤的揮發(fā)分和氮含量有關(guān)。煤的揮發(fā)分含量高，氮含量低，不排放NO2。用于控制NOx排放的技術(shù)主要是低氮燃燒技術(shù)和SCR煙氣脫硝技術(shù)[2]。

3.2 火電廠配煤比例不均對鍋爐安全運(yùn)行的影響

入廠煤在開始時(shí)具有較高的熱值，為了節(jié)省制粉能耗，所以不啟動備用磨煤機(jī)。根據(jù)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性，在減載過程中，結(jié)合與負(fù)荷函數(shù)和可變負(fù)荷率的對應(yīng)關(guān)系，控制閥至相應(yīng)開度的閥位很快關(guān)閉。由于鍋爐蓄熱的影響，主蒸汽壓力不能立即降低到負(fù)荷對應(yīng)的值，因此出現(xiàn)汽輪機(jī)前壓力高于壓力設(shè)定值的現(xiàn)象。此時(shí)，煤炭總量將略有減少。壓力將逐漸降低，煤的體積將逐漸增加，并最終保持在穩(wěn)定值。然而，如果在減負(fù)荷期間煤質(zhì)突然變好，最直接的影響將是會發(fā)生“甩煤”現(xiàn)象，即壓力繼續(xù)增加，煤量下降過快。由于磨煤機(jī)出口溫度快速上升，所有磨煤機(jī)冷風(fēng)閥均全開，大量冷風(fēng)吹入爐膛。此時(shí)，為了穩(wěn)定燃燒和濃縮噴嘴中的粉末，緩解主蒸汽壓力上升的趨勢，立即切換煤供應(yīng)，關(guān)閉臺式磨機(jī)的熱風(fēng)，并密切關(guān)注火災(zāi)檢查，主蒸汽壓力嚴(yán)重超限后逐漸降低，最終穩(wěn)定在正常值。由此可知，如果配煤效果好，可以提高燃煤的安全性和經(jīng)濟(jì)性。如果煤種適應(yīng)性差，會對鍋爐的安全運(yùn)行造成一定的威脅，例如發(fā)生火焰偏轉(zhuǎn)、結(jié)渣、受熱面過熱等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐慑仩t損壞。

3.3 火電廠配煤正常運(yùn)行中采取的措施

一是作為操作人員，應(yīng)該了解混煤和燃燒的重要性，需要重視工作安全和經(jīng)濟(jì)效益。

二是積極加強(qiáng)自身業(yè)務(wù)能力，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。由于煤種不均勻造成的影響，需要吸取教訓(xùn)。

三是上煤前，應(yīng)該詳細(xì)了解來煤的來源和比例，以煤種分析報(bào)告為參考，根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況計(jì)算來煤的熱值，并根據(jù)綜合比較結(jié)果進(jìn)行燃燒調(diào)整。在交接班前，主動向繼任者解釋交接班的情況。

四是在使用過程中，加強(qiáng)主蒸汽壓力的監(jiān)測，防止因煤質(zhì)突變使壓力突然升高或降低而導(dǎo)致主機(jī)旁路打開甚至安全閥動作。

五是當(dāng)煤質(zhì)較差時(shí)，應(yīng)降低負(fù)荷，并相應(yīng)增加一次風(fēng)量，以防止煤質(zhì)差、煤量大造成磨煤機(jī)堵塞。

六是操作人員時(shí)刻關(guān)注氮氧化物、粉塵、二氧化硫等污染物排放情況，必要時(shí)調(diào)整煤種。操作人員要加強(qiáng)就地觀火觀焦，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦加劇時(shí)，及時(shí)調(diào)整燃燒，合理投運(yùn)吹灰器，若調(diào)整無效則需要更換煤種。

4 火電廠配煤摻燒方案制定

若是煤熱值相對較高，就會消耗很多優(yōu)質(zhì)煤,導(dǎo)致發(fā)電燃燒的基礎(chǔ)成本的增加，但若是進(jìn)入爐內(nèi)的煤熱值相對較低，就會出現(xiàn)電量損失后或是鍋爐的燃燒質(zhì)量不佳，而導(dǎo)致熄火頻繁，對于安全運(yùn)作產(chǎn)生較為直接的影響。為了保證煤炭質(zhì)量的穩(wěn)定性，滿足機(jī)組的發(fā)電實(shí)際需求，需要制定合理的措施。

一是成立專項(xiàng)的配煤工作領(lǐng)導(dǎo)小組，按照工作的實(shí)際要求，定期開展配煤工作會，確定配煤的實(shí)際措施，并且針對當(dāng)前工作的實(shí)際情況對于配煤中的各種問題進(jìn)行梳理。按照工作的規(guī)范要求針對性地召開配煤工作部署會，隨時(shí)隨地地結(jié)合采購的煤炭質(zhì)量、結(jié)構(gòu)等。安排不同的機(jī)組進(jìn)行運(yùn)作，以保證最佳的運(yùn)作效果，同時(shí)針對設(shè)備工作狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)等，制定不同的措施策略。對于配煤的情況進(jìn)行梳理分析以及總結(jié)，對于煤炭的種類進(jìn)行調(diào)整分析，以保證最佳的工作效果[3]。

二是全面強(qiáng)化入爐環(huán)境下煤熱值偏差性管理。為了保證煤炭質(zhì)量的穩(wěn)定性，就需要強(qiáng)化不同工作模式下的入爐煤的工作環(huán)境狀態(tài)和熱值偏差控制管理，以避免煤炭熱值的大幅度的波動而導(dǎo)致鍋爐的安全運(yùn)行以及經(jīng)濟(jì)效益。對于一些偏差相對較大的情況，從化驗(yàn)分析、采樣管理、輸煤管理、配煤管理等多個(gè)環(huán)節(jié)方面查詢原因。若的確因?yàn)榕涿翰缓侠韺?dǎo)致的熱值偏差比較大，需要經(jīng)過燃料管理單位專業(yè)人員的分析研究后，在后期的配煤工作之中查詢相關(guān)的原因，在下一階段的操作中及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，及時(shí)向運(yùn)行人員通報(bào)相關(guān)的煤熱值情況，使配煤管理人員可以結(jié)合實(shí)際對于操作方式進(jìn)行調(diào)整，保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

5 火電廠配煤摻燒經(jīng)濟(jì)效益的分析

5.1 成本效益分析

購買煤炭的成本主要與煤炭的數(shù)量和價(jià)格有關(guān)。計(jì)算主要基于煤炭設(shè)計(jì)或單價(jià)控制（一些電廠可能采用煤炭的主要單價(jià)）。煤炭運(yùn)輸成本包括許多因素，包括運(yùn)輸成本（每種運(yùn)輸類型的價(jià)格）、各種成本、稅費(fèi)、卸貨成本和滯期費(fèi)。因此，在選擇特定煤炭類型時(shí)，必須考慮上述成本的總和。

5.2 煤炭燃燒的運(yùn)營成本分析

在發(fā)電廠混合低熱值煤，不可避免地會導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的變化。在相同負(fù)荷條件下，低熱值煤和高熱值煤的混合量高于低熱值煤。與主煤燃燒相比較，磨煤機(jī)和風(fēng)機(jī)能耗的增加導(dǎo)致機(jī)組能耗增加，但燃燒優(yōu)化可以將鍋爐效率保持在較高水平，以減少機(jī)組能耗增加。因此，燃燒成本還應(yīng)考慮與運(yùn)營變化相關(guān)的額外成本。

5.3 混合燃燒的優(yōu)點(diǎn)

鍋爐混煤技術(shù)的應(yīng)用可以有效降低燃料成本和生產(chǎn)運(yùn)行壓力。如600MW 機(jī)組采用混煤發(fā)電，提高了鍋爐的傳熱效率，提高了工作效率，降低了工程能耗。此外，這種燃煤工藝可以有效控制煤粉的輸送能力，降低空氣中的碳和硫含量。低熱燃燒對電廠鍋爐效率和能耗具有積極的影響，充分體現(xiàn)了這種燃燒方式的優(yōu)勢，為火電廠提供了巨大的利潤空間[4]。

5.4 實(shí)現(xiàn)途徑分析

近兩年，國內(nèi)煤炭市場大幅度波動對火電廠運(yùn)營帶來重大影響。以國內(nèi)某電廠為例，煤炭來源有三個(gè)渠道，即長協(xié)煤、進(jìn)口煤、市場煤。為了降低成本，提高效益，該電廠利用一體化運(yùn)營優(yōu)勢，確保長協(xié)煤高兌現(xiàn)率。用進(jìn)口泊位專屬優(yōu)勢，發(fā)揮進(jìn)口煤控價(jià)能力。結(jié)合煤場封閉改造進(jìn)程，擇機(jī)購入優(yōu)質(zhì)低價(jià)市場煤。另外持續(xù)關(guān)注所在省市能源“雙控”和控煤政策，提高燃料周轉(zhuǎn)率，降低庫存容量，緩解保供壓力。

從運(yùn)行管理側(cè)來看，煤種大幅度變化無疑會給機(jī)組帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。這就要求運(yùn)行人員結(jié)合煤質(zhì)分析報(bào)告，通過試驗(yàn)結(jié)果分析，合理組態(tài)制粉系統(tǒng)。另外，在熱值、揮發(fā)分、水分、灰分等參數(shù)偏離設(shè)計(jì)煤種較多時(shí)，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整鍋爐負(fù)荷、磨煤機(jī)出口溫度、風(fēng)量等指標(biāo)，保證鍋爐設(shè)備安全，盡可能摻燒采購的各類不同煤炭，拓寬煤炭采購來源，以便有效降低燃燒成本。因此，只有燃料采購跟配煤管理雙管齊下，才能夠在保證運(yùn)行安全的前提下降低煤的單價(jià)，真正意義上提高了火電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

目前，雖然煤炭供應(yīng)短缺已在一定程度上得到緩解，但電力和煤炭成本仍然是影響能源企業(yè)經(jīng)營狀況的重要因素。研究配煤和燃燒仍然是發(fā)電企業(yè)的長期工作。運(yùn)行管理人員應(yīng)繼續(xù)完善各項(xiàng)措施，扎實(shí)工作，努力做好配煤摻燒工作，認(rèn)真維護(hù)和微調(diào)。在保證鍋爐安全運(yùn)行的同時(shí)，盡量減少燃燒混煤對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響，保持火電廠安全生產(chǎn)的穩(wěn)定。

這幾年，煤炭市場的波動對火力發(fā)電廠產(chǎn)生巨大的影響，但為了保證火力發(fā)電廠的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，必須保證機(jī)組“應(yīng)發(fā)盡發(fā)”，所以燃料質(zhì)量跟數(shù)量相當(dāng)重要。本文結(jié)合實(shí)際，介紹了影響鍋爐配煤燃燒的因素，并提出合理的應(yīng)對辦法，在保證鍋爐安全運(yùn)行的前提下，提高燃料的利用效率，降低燃料成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。因此，采取科學(xué)合理的配煤方式對火電廠鍋爐燃煤具有重要意義，對促進(jìn)火電廠的健康發(fā)展具有重要作用。