660MW“W”火焰鍋爐經(jīng)濟(jì)煤種摻燒應(yīng)用實踐及效益分析

河北邯峰發(fā)電有限責(zé)任公司 鄒加文 趙曉杰 呂俊鵬 胡書紅 吳云召

煤炭一直是我國重要的基礎(chǔ)能源，我國50%的煤炭用于發(fā)電，近年來煤炭市場緊張，煤炭價格持續(xù)上漲，導(dǎo)致火電廠煤炭缺口增大，火電廠發(fā)電成本持續(xù)走高[1]，為攤薄燃煤成本，火力發(fā)電廠逐步偏離設(shè)計煤種，出現(xiàn)燃煤種類多樣化情況，因此煤種多樣化摻燒逐步成為各煤電企業(yè)的重點工作之一。邯峰電廠為適應(yīng)當(dāng)前煤炭市場現(xiàn)狀，提升機(jī)組運行效益，進(jìn)行了摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的生產(chǎn)實踐，通過配煤摻燒和燃料采購的協(xié)同優(yōu)化，深入結(jié)合煤炭市場與安全生產(chǎn)，統(tǒng)籌優(yōu)化生產(chǎn)和經(jīng)營關(guān)系，在降低發(fā)電成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)企業(yè)利潤最大化。

一般經(jīng)濟(jì)煤種普遍存在難燃、高灰分、高水分、低發(fā)熱量、易結(jié)焦等缺點，經(jīng)濟(jì)煤種的精細(xì)化摻燒是根據(jù)鍋爐燃燒對煤質(zhì)的要求，將若干不同種類、不同性質(zhì)的煤按照一定比例摻配后送入爐膛燃燒[2]。通過鍋爐燃燒調(diào)整，優(yōu)化摻燒配比，確保鍋爐摻燒經(jīng)濟(jì)煤種時經(jīng)濟(jì)安全運行。

1 設(shè)備概況

邯峰電廠為2×660MW“W”型火焰煤粉爐，亞臨界壓力、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、單爐膛、П 型布置、固態(tài)排渣。機(jī)組額定功率為660MW，其最大連續(xù)處理（BMCR）為717MW。每臺鍋爐裝配6臺低速鋼球磨，每臺磨煤機(jī)對應(yīng)兩個原煤倉，每個原煤倉下口有兩臺給煤機(jī)，分別從磨煤機(jī)兩端給煤，磨制好的煤粉通過一次風(fēng)經(jīng)燃燒器直吹至爐膛內(nèi)。鍋爐的設(shè)計煤種為萬年礦無煙煤和王莊礦貧煤的混煤，當(dāng)前制粉系統(tǒng)的最大出力為300t/h。

2 經(jīng)濟(jì)煤種的煤質(zhì)特性

根據(jù)燃燒調(diào)整試驗，煤質(zhì)對鍋爐效率起主導(dǎo)作用[3]，邯峰電廠摻燒的經(jīng)濟(jì)煤種并非單一煤種，而是根據(jù)煤炭市場價格選擇的多產(chǎn)地、多品類煤種，不同產(chǎn)地煤種煤質(zhì)特性差別較大，為滿足鍋爐燃燒穩(wěn)定的需求，把不同煤種進(jìn)行摻混后形成各種參數(shù)穩(wěn)定，滿足鍋爐燃燒要求的經(jīng)濟(jì)混煤。以邯峰電廠設(shè)計煤種和經(jīng)濟(jì)煤種1（高硫低熱煤）、經(jīng)濟(jì)煤種2作為研究對象，進(jìn)行對比工業(yè)分析，煤質(zhì)特性見表1。

表1 不同煤種的煤質(zhì)特性

3 經(jīng)濟(jì)煤種的精細(xì)化摻燒實施方案

3.1 經(jīng)濟(jì)煤種的三級摻配

邯峰電廠通過三級摻配的方式最終實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)煤種的穩(wěn)定摻配，在穩(wěn)定摻配的同時能夠?qū)崟r變更摻配比例，滿足鍋爐運行中的不同煤質(zhì)需求，三級摻配的工藝簡圖如圖1所示。

圖1 邯峰電廠配煤摻燒工藝圖

一級摻配，煤場存煤中的各個煤種按比例混成初級混煤，最終摻配成初級混煤1和初級混煤2，兩種混煤存至兩個筒倉內(nèi)，完成一級摻配，一級摻配完成后筒倉混煤的熱值、硫分和揮發(fā)分以各煤種算數(shù)平均值方法計算。

二級摻配，兩個筒倉內(nèi)的混煤，通過皮帶運至給煤機(jī)煤倉，通過調(diào)整兩個筒倉的皮帶轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)二級摻配，二級摻配后混煤的熱值、硫分和揮發(fā)分以兩個筒倉煤質(zhì)參數(shù)與皮帶轉(zhuǎn)速用算數(shù)平均值計算。

三級摻配，邯峰電廠采用雙進(jìn)雙出低速鋼球磨，每臺磨煤機(jī)配有4臺給煤機(jī)，四臺給煤機(jī)中兩臺給煤機(jī)上經(jīng)濟(jì)混煤，兩臺給煤機(jī)上設(shè)計煤種或煙煤，在鍋爐運行燃燒中可以實時調(diào)整給煤機(jī)進(jìn)磨比例，實現(xiàn)三級摻配，最終實現(xiàn)整個摻配工作的精細(xì)化調(diào)整。

3.2 磨煤機(jī)煤倉上煤方式

雙進(jìn)雙出低速鋼球磨具有煤質(zhì)適應(yīng)性廣、對煤質(zhì)不敏感的特點，保證了每臺磨煤機(jī)可以根據(jù)燃燒實際情況，選用不同的上煤方式。邯峰電廠共有6臺磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)配有兩個煤倉，每個煤倉提供兩臺給煤機(jī)是進(jìn)煤需求，煤倉上煤方式的多樣性滿足了不同燃燒工況的煤質(zhì)要求，如為保證低負(fù)荷燃燒的穩(wěn)定性，選取兩臺磨煤機(jī)煤倉上煙煤，低負(fù)荷或深調(diào)階段保留煙煤磨煤機(jī)運行，磨煤機(jī)煤倉上煤方式見表2。

表2 磨煤機(jī)煤倉上煤方式

4 經(jīng)濟(jì)煤種摻燒風(fēng)險控制與邊界條件

4.1 經(jīng)濟(jì)煤種摻燒對鍋爐燃燒安全的影響

經(jīng)濟(jì)煤種摻燒比例越高，入爐煤質(zhì)越差，煤質(zhì)波動越大，鍋爐燃燒安全的隱患越大，對鍋爐燃燒安全形成威脅的主要因素有：機(jī)組出力受阻、鍋爐受熱面結(jié)焦、鍋爐塌灰、低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)定、鍋爐滅火。為保證鍋爐燃燒安全，邯峰電廠根據(jù)鍋爐實際燃燒經(jīng)驗，制定了入爐煤耗不高于500g/kWh 的摻燒標(biāo)準(zhǔn)，在該摻燒標(biāo)準(zhǔn)之上長周期運行鍋爐燃燒存在滅火風(fēng)險，邯峰電廠制定了多重保證安全的技術(shù)措施，具體如下。

第一，運行人員接到經(jīng)濟(jì)煤種換煤通知后，記錄上煤時間和倉位，便于計算燒到時間。

第二，經(jīng)濟(jì)煤種摻燒后入爐煤熱值降低且波動性增大，密切關(guān)注原煤耗數(shù)據(jù)，根據(jù)原煤耗變化及時調(diào)整摻燒比例。

第三，通過監(jiān)視鍋爐負(fù)壓、火檢、火焰電視，綜合判斷鍋爐的燃燒狀況。

第四，每班進(jìn)行看火、看焦、測溫工作1次，結(jié)合測溫情況判斷爐膛著火穩(wěn)定性。

第五，保證有兩組油槍自動投油連鎖塊投入，所有油槍點火槍進(jìn)入，兩組油槍進(jìn)入備用（油閥不開），監(jiān)視鍋爐燃燒狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)燃油不穩(wěn)立即投油穩(wěn)燃。

4.2 經(jīng)濟(jì)煤種摻燒對機(jī)組出力的影響

2022年邯峰電廠全年的標(biāo)煤煤耗為310g/kWh，結(jié)合邯峰電廠鍋爐制粉系統(tǒng)的最大出力限制，經(jīng)濟(jì)煤種的摻燒比例越高，機(jī)組的最大出力會受到限制，以3500大卡熱值經(jīng)濟(jì)煤種和3000大卡熱值經(jīng)濟(jì)煤種進(jìn)行機(jī)組出力分析，3500大卡經(jīng)濟(jì)煤種摻燒比例超過36%后，機(jī)組最大出力開始受限，3000大卡經(jīng)濟(jì)煤種摻燒比例超過29%后，機(jī)組最大出力開始受限。

4.3 經(jīng)濟(jì)煤種摻燒對SO2排放的影響

邯峰電廠脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏就地強制氧化濕法脫硫工藝，脫硫系統(tǒng)設(shè)計SO2最大處理量為12000kg/h，以含硫1.5%和3%的經(jīng)濟(jì)煤種進(jìn)行摻燒分析，不同負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)煤種的最大摻燒量如圖2所示。

圖2 不同經(jīng)濟(jì)煤種在各負(fù)荷下的最大摻燒量

4.4 約束條件下經(jīng)濟(jì)煤種摻燒方案的確定

在鍋爐燃燒的過程中，綜合環(huán)保、鍋爐出力、鍋爐燃燒安全等因素的影響，在約束條件限制下，摻燒經(jīng)濟(jì)煤種比例越高，經(jīng)濟(jì)性能越好，環(huán)保制約余量越低，經(jīng)濟(jì)煤種摻燒方案的確定要兼顧各制約因素，在燃燒安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)煤種的最大摻燒量，邯峰電廠經(jīng)濟(jì)煤種三級摻配方案可以完美實現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)摻燒。

5 經(jīng)濟(jì)煤種摻燒的經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)濟(jì)煤種摻燒后，摻燒經(jīng)濟(jì)性評價的模型如下：

式中，Q為配煤摻燒收益（元/kWh），P為設(shè)計煤種標(biāo)煤單價，bg為摻燒前供電煤耗（g/kWh），bzq為摻燒前主汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），bzr為摻燒前再熱汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），Ps為經(jīng)濟(jì)煤種標(biāo)煤單價，Ⅰ為總煤量（t），bg＇為摻燒后供電煤耗（g/kWh），bzq＇為摻燒后主汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），bzr＇為摻燒后再熱汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），Qs為脫硫系統(tǒng)增加物料成本（元/kWh）。

隨著摻燒經(jīng)濟(jì)煤種比例的不斷擴(kuò)大，發(fā)電成本逐步降低，摻燒經(jīng)濟(jì)煤收益逐漸增加，鍋爐效率小幅度降低，但由于經(jīng)濟(jì)煤種價格低廉，標(biāo)煤單價降低幅度大于全廠供電煤耗的增加幅度，故總發(fā)電成本依然降低，最終實現(xiàn)全廠收益增加。

2022年，邯峰電廠累計入爐煤耗274萬t（約標(biāo)煤178.5萬t），其中經(jīng)濟(jì)煤種摻燒51.7萬t，占比18.88%，全年標(biāo)煤單價為953.7元/t，較2021年全年標(biāo)煤單價降低15.3元/t，全年節(jié)約燃料成本2731萬元。

6 結(jié)論

摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的重點是硫分不超設(shè)計出力，熱值穩(wěn)定無大幅波動，出力避免受阻。邯峰電廠一、二級摻配實現(xiàn)硫分、熱值穩(wěn)定，三級摻配實現(xiàn)全負(fù)荷段硫分滿足設(shè)計要求、熱值滿足穩(wěn)燃要求，使鍋爐保證在長周期安全燃燒的基礎(chǔ)上最大限度摻燒經(jīng)濟(jì)煤種。最終實現(xiàn)燃料成本顯著下降，全廠經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。