疊加配煤法在火電廠燃煤摻燒中的應(yīng)用分析

鐘艷斌

（云南能投曲靖發(fā)電有限公司，云南 曲靖 655000）

隨著電力體制改革的不斷深化，電網(wǎng)系統(tǒng)裝機(jī)容量不斷增加，尤其是大型水電廠的集中投產(chǎn)發(fā)電，新能源裝機(jī)大幅增加，燃煤電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)壓力劇增，配煤摻燒成為火電廠降低發(fā)電成本的重要手段之一。文獻(xiàn)[1-2]分析了云南復(fù)雜煤質(zhì)的復(fù)雜性以及云南大多數(shù)火電廠是非集中供煤模式較多采用典型的“小煤保大電”模式。文獻(xiàn)[3]闡述了云南某火電廠由于煤炭市場(chǎng)變化復(fù)雜，摻燒煤種多樣，研究燃煤摻燒調(diào)度，文獻(xiàn)[4-6]分析火電廠不同配煤摻燒方式及應(yīng)用情況，文獻(xiàn)[7-8]針對(duì)不同配煤摻燒方式及鍋爐煤質(zhì)配比情況提出相關(guān)優(yōu)化方案，但是該電廠由于入廠煤價(jià)格比批復(fù)上網(wǎng)電價(jià)對(duì)應(yīng)的煤價(jià)高，政府為維持火電企業(yè)的生產(chǎn)采取強(qiáng)制行政命令要求煤礦向該電廠供煤，為此也就出現(xiàn)燃煤摻雜使假的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)該電廠燃煤摻燒小組相關(guān)人員研究把不同熱值、揮發(fā)分、硫分及其他需求指標(biāo)的煤種進(jìn)行疊加配煤，讓各種不同煤質(zhì)品種進(jìn)行優(yōu)化摻燒，能夠同時(shí)滿足該電廠機(jī)組安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性的需求。

1 現(xiàn)狀概述

1.1 機(jī)組特性

（1）一期機(jī)組為中儲(chǔ)式設(shè)計(jì)，共布置有6層24個(gè)燃燒器，原煤倉(cāng)棚煤對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行影響小，煤種適應(yīng)性強(qiáng)；二期機(jī)組為直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組，共5層20個(gè)燃燒器，摻燒含煤泥重的燃煤時(shí)易棚煤，燃燒波動(dòng)大、耗油量大、煤種適應(yīng)能力差。

（2）一期機(jī)組制粉系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行能力差，煤種可磨系數(shù)大時(shí)，機(jī)組負(fù)荷受制于制粉系統(tǒng)出力；二期制粉系統(tǒng)超負(fù)荷能力強(qiáng)，采用相同煤種摻燒，機(jī)組帶負(fù)荷能力高于一期，但制粉系統(tǒng)磨損大。

1.2 煤場(chǎng)情況

該電廠煤場(chǎng)管理實(shí)行分類堆放、定置管理，定期盤(pán)煤；煤場(chǎng)管理制度健全，盤(pán)煤組織機(jī)構(gòu)合理。燃煤儲(chǔ)存點(diǎn)按區(qū)域分為：露天煤場(chǎng)、干煤棚及小煤場(chǎng)、汽車卸煤溝和3#崗?fù)鈧溆妹簣?chǎng)，存儲(chǔ)時(shí)考慮能保障機(jī)組最低安全、穩(wěn)燃要求的燃煤在露天煤場(chǎng)及干煤棚能互為備用。

2 煤質(zhì)分析

2.1 入廠煤質(zhì)分析

該火電廠供煤方式是典型的“小煤保大電”模式，由于供應(yīng)商較多（高峰時(shí)達(dá)400家），近年來(lái)供煤結(jié)構(gòu)主要以4000體系及以上為穩(wěn)燃煤，3000體系（煤泥或褐煤、政府任務(wù)煤）為主燃摻燒煤，其中各體系煤種主要特性如表1所示。

由于當(dāng)?shù)鼗痣娚暇W(wǎng)電價(jià)偏低，煤炭?jī)r(jià)格比批復(fù)上網(wǎng)電價(jià)對(duì)應(yīng)的煤價(jià)高，政府為維持火電企業(yè)的生產(chǎn)采取強(qiáng)制行政命令要求煤礦向該電廠供煤，其中政府任務(wù)煤有以下特點(diǎn)：

（1）煤質(zhì)摻雜較為嚴(yán)重。煤種綜合熱值約為3000kcal/kg，比設(shè)計(jì)煤種熱值低1500kcal/kg（設(shè)計(jì)煤種熱值為4544kcal/kg），由于熱值偏低，鍋爐難于單獨(dú)使用；

（2）政府任務(wù)煤供煤范圍包含當(dāng)?shù)貛缀跞棵旱V（無(wú)煙煤礦井除外），供煤煤礦超過(guò)300家，約占該電廠入煤量的50%左右。

2.2 入爐煤質(zhì)分析

該廠2#爐穩(wěn)燃煤以4000體系為主進(jìn)入A煤倉(cāng)，其他煤倉(cāng)進(jìn)3000體系政府任務(wù)煤；4#爐A倉(cāng)4000體系，B倉(cāng)4000體系，C倉(cāng)5000體系，D倉(cāng)4000體系，E倉(cāng)政府任務(wù)煤。文中針對(duì)該電廠2次具有代表性的鍋爐熄火煤質(zhì)進(jìn)行了取樣分析，其煤樣情況如表2所示。

表2 鍋爐熄火煤樣情況

由2#爐熄火煤質(zhì)報(bào)告得出：2#爐A粉倉(cāng)發(fā)熱量最低僅為12.19MJ/kg（2910kcal），嚴(yán)重偏離19.01MJ/kg，此外從當(dāng)天負(fù)荷、爐膛負(fù)壓波動(dòng)情況看，負(fù)荷、爐膛負(fù)壓較大（負(fù)荷在20MW波動(dòng)、負(fù)壓多次波至－120Pa以下），經(jīng)分析2A倉(cāng)進(jìn)的是4000體系穩(wěn)燃煤，嚴(yán)重偏離實(shí)際發(fā)熱量，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)抗干擾能力差，爐膛燃燒脆弱是造成此次2#鍋爐熄火的主要原因。

由4#爐煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：整體發(fā)熱量約14MJ/kg，原煙氣二氧化硫較高約6400mg/m3以上（熄火前為6488 mg/Nm3），由于高硫分煤的易結(jié)焦性還原氣體與高焦渣指數(shù)的煤種同時(shí)加劇爐膛結(jié)焦，最終因?yàn)榻Y(jié)焦的逐步增多造成此次鍋爐燃燒不穩(wěn)熄火。

綜上所述，2臺(tái)爐入爐煤質(zhì)的全水分和揮發(fā)分接近設(shè)計(jì)煤種，但是收到基低位發(fā)熱量嚴(yán)重偏離鍋爐設(shè)計(jì)煤種，1#爐因?yàn)槿霠t煤的不均勻性造成燃燒穩(wěn)定性差導(dǎo)致熄火，4#爐因?yàn)槿霠t煤的硫分較高造成機(jī)組結(jié)焦加劇導(dǎo)致熄火，為此得出結(jié)論：該電廠2次具有代表性的鍋爐熄火主要原因?yàn)槿霠t煤煤質(zhì)的不均勻所導(dǎo)致。

3 疊加配煤法的應(yīng)用

為解決某電廠入爐煤的不均勻性問(wèn)題，技術(shù)人員考證了抓斗摻配法、筒倉(cāng)摻混法、分倉(cāng)進(jìn)煤法等燃煤摻配，具體如下：

（1）抓斗混配法。該電廠橋抓生產(chǎn)率為700~800t/h，日作業(yè)量約1萬(wàn)t/d，進(jìn)行混配后再滿足供煤最高供煤量0.5萬(wàn)t，完全無(wú)法滿足某電廠高峰供煤量1.5萬(wàn)t/d以上的摻燒需求。

（2）筒倉(cāng)混配法。該方法需建設(shè)能存儲(chǔ)4.5萬(wàn)t（滿足3天）筒倉(cāng)，受某電廠場(chǎng)地限制及投資資金限制，配套基礎(chǔ)設(shè)施投資巨大，整個(gè)摻混工作量較大，且無(wú)法根據(jù)不同負(fù)荷滿足不同摻混需求，暫無(wú)法采用。

（3）分倉(cāng)進(jìn)煤摻配法。該電廠前期采用了雙皮帶機(jī)同時(shí)加倉(cāng)的運(yùn)行方式，在原煤倉(cāng)中實(shí)現(xiàn)入爐煤的摻配。2臺(tái)取煤設(shè)備分別從不同煤場(chǎng)取煤加倉(cāng)，經(jīng)過(guò)原煤倉(cāng)內(nèi)摻配，該摻配方法受錐形煤倉(cāng)落煤影響，摻配極不均勻，入爐煤成分波動(dòng)較大。

綜合上述方法后該電廠開(kāi)展疊加配煤法摻燒試驗(yàn)。試驗(yàn)保證某一取煤點(diǎn)煤質(zhì)相對(duì)均勻且各成分也相對(duì)穩(wěn)定。

試驗(yàn)一：A2取煤點(diǎn)的煤種滿足需求前提下，改變A1取煤點(diǎn)煤質(zhì)情況。具體操作為A1取煤點(diǎn)為4000體系原煤，按600t/h取煤，進(jìn)行疊加混配。為驗(yàn)證混配效果，安排人員在取煤點(diǎn)跟隨取煤設(shè)備動(dòng)態(tài)取樣，疊加混配后的樣品在入爐煤采樣機(jī)進(jìn)行三者對(duì)比。其對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3 A取煤點(diǎn)疊加配煤法摻配前后采樣對(duì)比

從上3表可以看出：未混配前A1、A2單獨(dú)采樣后加權(quán)平均與單獨(dú)采混合樣對(duì)比，分別為2687.97kcal、2723.84kcal，相差35.87kcal；A3（A1A2混配疊加）人工采樣2642kcal，A4（A1A2混配疊加）采樣機(jī)采樣2769.27kcal，混配后，相差126.75kcal。疊加配煤法操作后機(jī)組入爐熱值平均2705.9kcal，該熱值遠(yuǎn)低于機(jī)組設(shè)計(jì)煤種要求，經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行月余，驗(yàn)證結(jié)果為：機(jī)組燃燒穩(wěn)定，能滿足低負(fù)荷穩(wěn)燃運(yùn)行，且期間未發(fā)生熄火事件。

試驗(yàn)二：在此試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用B2取煤點(diǎn)的煤種滿足需求前提下，改變B1取煤點(diǎn)煤質(zhì)情況。具體操作為B2取煤點(diǎn)為2500褐煤，按600t/h取煤。為實(shí)現(xiàn)大量摻燒比例，采用疊加配煤法后在入爐煤通過(guò)采樣機(jī)進(jìn)行取樣后，對(duì)機(jī)組的上層燃燒器對(duì)應(yīng)原煤倉(cāng)大量進(jìn)低價(jià)煤，三者再進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)比結(jié)果如表4所示。

表4 B取煤點(diǎn)疊加配煤法摻配前后采樣對(duì)比

從表4可以看出：未混配前B1、B2單獨(dú)采樣后加權(quán)平均與單獨(dú)采混合樣對(duì)比，分別為2420.12kcal和2525.35kcal，相差105.23kcal；B3（B1B2混配疊加）人工采樣2611.44kcal，B4（B1B2混配疊加）采樣機(jī)采2664.05kcal，混配后，相差53kcal。疊加配煤法操作后機(jī)組入爐熱值平均2627.75kcal，較之前熱值下降78.15kcal；但是混配后熱值偏差由126.75kcal降至53kcal。得出結(jié)論：此種混配疊加入爐煤質(zhì)均勻性得到大幅提升。

該電廠采用混配疊加法進(jìn)一步開(kāi)展摻燒不同煤種試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論得出：不同粒度特性煤質(zhì)配比后機(jī)組的用油量大幅下降，不同硫分煤質(zhì)配比后機(jī)組不同負(fù)荷工況段環(huán)保指標(biāo)值均達(dá)標(biāo)，為此證明混配疊加法能有效保證機(jī)組燃燒穩(wěn)定，同時(shí)滿足實(shí)現(xiàn)大量摻燒低價(jià)劣質(zhì)煤比例的要求。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 輸煤系統(tǒng)廠用電

未采用疊加配煤法前，輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為1200t/h，實(shí)際運(yùn)行情況為800t/h左右，以單機(jī)低負(fù)荷為例，輸煤系統(tǒng)廠用電量為800~1000kw·h/d。采用疊加配煤法后，輸煤系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行出力為1100t/h，雖然增加煤源點(diǎn)取煤，但總體運(yùn)行時(shí)間縮短，輸煤系統(tǒng)廠用電量為900~1100kw·h/d，能耗增加較小。機(jī)組運(yùn)行增多，單班運(yùn)行時(shí)間增加后，疊加配煤法大幅提高了輸煤系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率，輸煤系統(tǒng)能耗降低明顯。

4.2 燃料成本控制

采用疊加配煤法后，機(jī)組安全、穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，摻燒低質(zhì)低價(jià)煤比例大幅提升，當(dāng)年全年摻燒低質(zhì)低價(jià)煤約98萬(wàn)t，按煤低質(zhì)低價(jià)煤價(jià)與其他煤種標(biāo)煤價(jià)差價(jià)最小120元/t左右估算，當(dāng)年降低燃料成本6048萬(wàn)元。次年上半年摻燒低質(zhì)低價(jià)煤約60萬(wàn)t測(cè)算，次年上半年降低燃料成本3703萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述該電廠在燃煤摻燒中應(yīng)用疊加配煤法后取得以下效果：（1）在摻燒上述同樣煤質(zhì)情況下，采用疊加配煤法后，管理上通過(guò)輔助制定定期燒空清倉(cāng)措施、輸煤專業(yè)精準(zhǔn)煤位控制等措施，機(jī)組熄火次數(shù)從前期3個(gè)月共計(jì)18次，降低到其后3個(gè)月4次。機(jī)組棚煤用油從之前1981t降至370t。隨著逐步的經(jīng)驗(yàn)積累，機(jī)組燃燒穩(wěn)定，熄火次數(shù)大幅減少，機(jī)組熄火間隔時(shí)長(zhǎng)達(dá)到46個(gè)月，達(dá)到該火電廠歷史最長(zhǎng)不熄火記錄。（2）由于實(shí)行了以疊加配煤法為基礎(chǔ)的燃煤摻燒及精準(zhǔn)調(diào)度，在保障機(jī)組安全情況下，對(duì)高硫煤進(jìn)行配比摻燒，機(jī)組結(jié)焦大幅降低，鍋爐熄火、機(jī)組跳閘次數(shù)明顯減少，避免大起大落工況對(duì)鍋爐機(jī)組設(shè)備的影響，起到了明顯的保護(hù)作用。鍋爐少用油對(duì)鍋爐尾部受熱面尤其是空預(yù)器和電除塵起到了明顯的保護(hù)作用，確保了安全，延長(zhǎng)了檢修使用周期。