超臨界機(jī)組燃煤優(yōu)化摻燒管理

摘" 要：對于燃煤發(fā)電企業(yè)來說，燃用設(shè)計煤種是最安全、最穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性最高的原料。但由于煤炭市場的供求關(guān)系發(fā)生轉(zhuǎn)變，以及煤炭的運(yùn)輸成本、煤價等因素產(chǎn)生變化，一些發(fā)電企業(yè)需要摻燒部分非設(shè)計煤種，以提高整體經(jīng)濟(jì)效益。某發(fā)電公司從2016年增容改造后，開始逐漸加大了非設(shè)計煤種的摻燒力度，為確保機(jī)組在摻燒非設(shè)計煤種時的安全性與經(jīng)濟(jì)性，有必要對機(jī)組煤炭的適應(yīng)性及如何優(yōu)化配煤摻燒進(jìn)行試驗及研究，尋求一種最佳的煤種摻燒管理模式，實現(xiàn)鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鍋爐；優(yōu)化配煤；摻燒管理；經(jīng)濟(jì)性

隨著社會的發(fā)展，用電需求逐步增大，高參數(shù)、大容量發(fā)電機(jī)組成為日常主力機(jī)組。由于煤炭資源有限、分布不均等因素，造成發(fā)電企業(yè)不可能長期燃用單一煤種。隨著煤炭市場供求關(guān)系發(fā)生轉(zhuǎn)變，煤炭的運(yùn)輸成本、煤價等因素產(chǎn)生變化，發(fā)電企業(yè)需要摻燒部分非設(shè)計煤種，以提高發(fā)電企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1.設(shè)備概況

某發(fā)電公司現(xiàn)有4臺660MW超臨界機(jī)組，鍋爐（Bamp;WB-1903/25.40-M）為超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置型鍋爐，配有帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對沖燃燒方式，配置Bamp;W公司最新研制的DRB-4Z及AireJet超低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及NOx（OFA）噴口。尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣分流擋板調(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。尾部豎井配有2臺豪頓華公司生產(chǎn)的31.5VNT1960三分倉空氣預(yù)熱器。空氣預(yù)熱器運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子從煙氣側(cè)轉(zhuǎn)向二次風(fēng)側(cè)，然后轉(zhuǎn)到一次風(fēng)側(cè)，再轉(zhuǎn)回?zé)煔鈧?cè)，其作用是利用鍋爐煙氣的剩余熱量來預(yù)熱燃燒用的二次風(fēng)和進(jìn)磨煤機(jī)的一次風(fēng)，降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率。

2.鍋爐常用燃煤介紹

某發(fā)電公司設(shè)計煤種為淮南煤，目前主要燃用的煤種以大混煤、優(yōu)混煤、蒙混煤為主，不定期地燃用一些進(jìn)口煙煤，如澳煤、印尼煤、俄煤等。燃用的煤基本為高揮發(fā)分煙煤，但煤的特性有較大的差異，表1是某發(fā)電公司常用煤種的工業(yè)分析。

3.電廠燃煤摻配的主要形式

3.1動力配煤

動力配煤是燃料供應(yīng)商根據(jù)用戶對煤質(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加工而成的混合煤。它雖然具有摻配單煤的某些特征，但其綜合性能有所改變，實際上是人為加工獲得的一個新的煤種。動力配煤的基本原理就是利用各種煤在性質(zhì)上的差異，通過混合后，實現(xiàn)相互取長補(bǔ)短，發(fā)揮各摻配煤種的優(yōu)點(diǎn)，使最終獲得的混煤在綜合性能上達(dá)到用戶要求。

在我國煤炭生產(chǎn)中，高灰、高硫和低熔點(diǎn)煤的比例較高，煤炭的洗選加工能力較弱。而煤炭用戶的購煤渠道多、煤種雜、質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致鍋爐實際燃用煤種偏離設(shè)計煤種，造成鍋爐出力受限、故障停運(yùn)率較高、發(fā)電煤耗較高和檢修費(fèi)用較高等。針對實際燃用煤種與設(shè)計煤種不符這一情況，一些發(fā)電企業(yè)采取了大量的燃燒系統(tǒng)調(diào)整措施，投入大量資金改進(jìn)燃燒系統(tǒng)，使鍋爐適應(yīng)煤種的變化，取得了很多成果，但僅被動地去適應(yīng)煤種變化將會導(dǎo)致改不勝改，采用不同煤種混合燃燒進(jìn)行動力配煤是解決鍋爐對煤質(zhì)適應(yīng)性的一個有效方法。

3.2廠內(nèi)混合摻燒方式

由于動力配煤需要有大型的配煤場及專用的配煤機(jī)械，在電廠內(nèi)一般無法實現(xiàn)，煤的另一類摻配方式就是在電廠內(nèi)部直接混合，如倉混式、庫混式、帶混式、爐內(nèi)直接混合等。這種方式只是將兩種煤按發(fā)熱量和揮發(fā)分要求進(jìn)行一定比例的混合，使混煤滿足一定的發(fā)熱量、揮發(fā)分和灰分要求。但由于受煤源多變和煤種的限制，這種方式未綜合考慮結(jié)渣特性、燃盡特性和脫硫脫硝特性等因素，盡管也能使鍋爐在煤種適應(yīng)性方面有一定效果，但在燃燒效率、污染物排放和安全可靠性方面還有一定差距，甚至?xí)霈F(xiàn)混煤不當(dāng)而造成鍋爐燃燒不穩(wěn)、爐內(nèi)積灰結(jié)渣嚴(yán)重等現(xiàn)象[2]。

3.3燃煤實現(xiàn)分磨摻燒的優(yōu)點(diǎn)

某發(fā)電公司的鍋爐制粉系統(tǒng)是正壓直吹式，一臺磨對應(yīng)一層燃燒器，比較適合爐內(nèi)直接混合摻燒的方式，也就是分磨摻燒，燃煤在廠內(nèi)分磨摻燒有以下優(yōu)點(diǎn)：

①無需專用的配煤場地和配煤機(jī)械，直接在爐內(nèi)進(jìn)行摻混，節(jié)省了資金投入。

②合理地?fù)綗绞侥芴岣咤仩t效率，節(jié)約煤炭，降低鍋爐事故率。

③充分利用煤炭資源，節(jié)約運(yùn)力。

④通過優(yōu)質(zhì)煤和劣質(zhì)煤的混合，提高劣熱質(zhì)煤的利用率。

⑤通過將高硫煤和低硫煤摻混，可降低SO2排放量，特別是空氣預(yù)熱器在冬季工況下因排煙溫度低，容易引起SO3在空氣預(yù)熱器冷端面結(jié)露造成低溫腐蝕及冷端面堵灰，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及安全性，通過合理的摻配和低硫煤的全年調(diào)配，可有效降低冬季工況時燃煤綜合硫份，減少空氣預(yù)熱器冷端面飛灰的沉積。

4.多煤種的優(yōu)化摻燒應(yīng)用

4.1采用不同的煤種搭配摻燒方式對鍋爐的性能影響分析

為提高發(fā)電企業(yè)效益，進(jìn)行多煤種摻燒，可保障煤質(zhì)穩(wěn)定，如何配煤摻燒成為了發(fā)電企業(yè)必須解決的課題。

煤燃燒是一個極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在其煤粉燃燒過程中，各煤粉之間相互影響、相互制約，使混煤表現(xiàn)出不同于單一煤種的燃燒特性。影響配煤燃燒的因素較多，因此，某發(fā)電公司對常用煤種的分磨摻配方式進(jìn)行了試驗和比對，以尋求在現(xiàn)有煤種下的最佳摻燒方式。

分磨摻配試驗主要進(jìn)行了以下幾個方面的分析和比對：

①鍋爐熱效率。

②燃燒器噴口附近著火情況，包括著火點(diǎn)位置、噴口溫度等。

③爐膛溫度。在各部位觀火孔處采用紅外高溫儀測量爐膛溫度。

④鍋爐煙氣分析。在鍋爐空氣預(yù)熱器后方抽取煙氣進(jìn)行分析。

⑤鍋爐飛灰、爐渣取樣分析。

⑥鍋爐結(jié)渣情況（大屏、燃燒器上部區(qū)域及燃燒器區(qū)域）。

⑦磨煤機(jī)工況對比。

⑧主要輔機(jī)電耗。

4.2 試驗過程

本次試驗?zāi)ッ簷C(jī)燃用方式采用分磨摻燒方式，要求上倉方式滿足機(jī)組帶負(fù)荷能力要求，控制上倉煤種平均熱值在5200kcal/kg以上[3]，分如下5種上倉方式：

①2倉大混煤2倉蒙混煤1倉俄煤。

②2倉大混煤3倉蒙混煤。

③2倉大混煤2倉蒙混煤1倉印尼煤。

④2倉大混煤2倉蒙混煤1倉澳煤。

⑤2倉大混煤2倉澳煤1倉俄煤。

試驗過程中，根據(jù)煤種特性，在該煤種摻燒燃燒后，保持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定2小時以上，再抄錄相關(guān)數(shù)據(jù)，各主參數(shù)如表2所示。

從主參數(shù)上看，各種煤的摻配方式均能滿足機(jī)組帶滿出力的要求。以摻燒時的減混水量比對，從過熱器減溫水和再熱器減溫水量上看，2大混3蒙混煤這種摻配方式減溫水量偏大，尤其是再熱器減溫水量明顯偏多，說明煤的著火延遲，爐膛火焰中心偏高，從而導(dǎo)致減溫水量偏多。

從煤燃燒特性的角度看，再熱器減溫水量較大主要有兩個方面的原因。一方面，燃燒非設(shè)計煤種的煙氣量比設(shè)計煤種的煙氣量大，使得再熱器的對流換熱增加，再熱汽溫偏高，再熱器減溫水量增大。另一方面，非設(shè)計煤種的燃盡溫度較高，使得煤粉的著火推遲，從而使火焰中心位置上移，爐內(nèi)的輻射換熱量減小，尾部的對流換量增多，使再熱器減溫水量增加。

在不同煤種的摻燒方式下，對鍋爐排煙溫度、煙氣含氧量、飛灰含碳量等指標(biāo)進(jìn)行了測定，計算出各項熱損失，最后得出各種摻燒方式下的鍋爐效率。

5.各種摻配方式試驗后結(jié)論

①通過各煤種不同搭配方式的試驗可以看出，在入爐煤低位發(fā)熱量達(dá)到5200kcal/kg以上時，均能滿足機(jī)組帶滿出力的要求，建議電廠后續(xù)配煤時按照電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)判，合理上倉，及時消納低熱值煤，以提高電廠整體經(jīng)濟(jì)效益。

②通過各煤種不同摻配方式的試驗可以看出，在燃用2大混2蒙混1澳煤時，鍋爐效率最高，并且各級減溫水量的分配也比較合理。燃用2大混2蒙混1印尼煤、2大混2澳煤1俄煤時，鍋爐效率較高，再熱器減溫水量也較少。燃用2大混3蒙混時，再熱器減溫水量最高，并且鍋爐效率也比較低，經(jīng)濟(jì)性較差。

③各煤種摻燒后，鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行時，汽水系統(tǒng)參數(shù)、風(fēng)煙系統(tǒng)參數(shù)、爐膛溫度、爐膛負(fù)壓正常，鍋爐受熱面壁溫正常，鍋爐結(jié)渣傾向較輕，各輔機(jī)、輔助系統(tǒng)運(yùn)行正常。

④在幾種摻配方式中，2大混2蒙混1印尼、2大混2蒙混1澳煤、2大混2澳混1俄煤三種摻配方式比較切合某發(fā)電公司實際來煤情況，能滿足鍋爐燃用時的安全性和經(jīng)濟(jì)性，也就成為了某發(fā)電公司的主要用煤摻配方式。

6.結(jié)束語

由于煤炭資源有限、分布不均等因素，造成發(fā)電企業(yè)不可能長期燃用單一煤種。為提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保障煤質(zhì)穩(wěn)定，如何優(yōu)化多煤種摻燒成為了發(fā)電企業(yè)必須解決的課題。某發(fā)電公司在多煤種優(yōu)化摻燒的實踐中做了一些試驗和分析，但由于鍋爐的特性不同等因素的影響，有些試驗數(shù)據(jù)在不同的爐型中不一定適用，發(fā)電企業(yè)在合理配煤、優(yōu)化摻燒等方面還有很多工作要做。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫培波。660MW超臨界壓力鍋爐混煤摻燒燃燒經(jīng)濟(jì)性分析[J]．山東電力技術(shù)，2019，46（12）：65-71.

[2]鄒加文、趙曉杰、呂俊鵬、胡書紅、吳云召。660MW“W”火焰鍋爐經(jīng)濟(jì)煤種摻燒應(yīng)用實踐及效益分析[J]．電力設(shè)備管理，2024，（5）：237-239.

[3]聶華華。某600MW超臨界直流爐制粉系統(tǒng)燃燒調(diào)整試驗[J].電力系統(tǒng)裝備， 2021（19）：19-21.