太倉港協鑫發電公司6號鍋爐褐煤摻燒經濟性分析

文 勇

（江蘇省太倉市太倉港協鑫發電有限公司，江蘇 蘇州215400）

0 引言

當前國內電力需求旺盛，電煤耗用量持續增長，使發電企業電煤供應日趨多元化、電煤質量波動幅度增大、煤種繁雜、入爐摻燒難度加大，煤炭成本占發電成本比例日益增長，目前約達到70%。這些因素給發電企業鍋爐配煤摻燒帶來了新的課題，同時為降低煤炭使用成本，各發電企業都紛紛拓寬煤種的使用范圍，提高劣質煤的利用率，做好配煤摻燒及燃燒優化調整試驗，確保機組安全經濟運行。提高劣質煤的利用率，不但能增加發電企業的經濟效益，還可節約優質工業煤炭，創造社會效益。為此，太倉港協鑫發電有限公司（以下簡為太倉公司）鍋爐大量摻燒褐煤，并對不同比例褐煤摻燒進行試驗，根據爐效及鍋爐輔機單耗的影響分析其經濟性，來指導鍋爐運行配煤摻燒比例。

1 設備概述

太倉公司6號機組3大主機設備分別是由上海汽輪機廠、上海電機廠和上海鍋爐廠有限公司引進美國西屋公司和美國CE燃燒工程公司技術生產的單元型機組、純凝式機組。鍋爐型號為SG－1036／17.47－M873，是亞臨界、一次中間再熱、控制循環汽包爐。爐膛寬14022mm，深12330mm，下水包標高7340mm，爐頂標高58300mm，鍋筒中心線標高59220mm，爐頂大板梁標高67200mm。鍋爐為單爐膛、平衡通風、四角切圓燃燒、擺動燃燒器調溫、固態排渣、Π型全鋼架懸吊式結構，露天布置，正壓直吹式制粉系統，配有5臺HP863型磨煤機，設計煤種為內蒙古神華煤。

2 鍋爐摻燒褐煤后對機組運行的影響分析

褐煤煤質成分大致如下：全水分為25%～34%，揮發分為41%～48%，發熱量為3300～3600kCal／kg，硫分為0.6%～1.5%，灰分為18%～21%。與鍋爐設計煤種相比主要在全水分和發熱量2項上偏差特別大，對鍋爐燃燒和制粉會產生較大的影響。

2.1 揮發分的影響

揮發分是煤炭中的重要成分，它對燃料著火和燃燒有很大影響。揮發分是氣體可燃物，其著火溫度低，能使煤易于著火。另外，揮發分從煤粉顆粒內部析出后會使煤粉顆粒具有孔隙性，增大與助燃空氣的接觸面積，使煤易于燃盡，所以褐煤更有利于燃燒。燃燒時間縮短使得燃燒火焰變短，會使鍋爐汽溫有降低的趨勢，6號鍋爐在燃用設計煤種運行時，鍋爐減溫水量一般超出了設計值，所以燃用褐煤更有利于鍋爐減溫水量的減少，可提高機組的經濟性。揮發分含量降低時情況則相反，鍋爐飛灰可燃物相對偏高，火焰中心上移，對流受熱面的吸熱量增加，尾部排煙溫度也隨之上升，排煙熱損失增大。

2.2 發熱量的影響

煤炭發熱量是煤炭品質的重要指標，若煤的發熱量降低，則同樣的鍋爐負荷所用的實際煤量增大，而對于直吹式制粉系統，輸送煤粉所需的一次風量必然相應增加，制粉單耗也隨之增加。同時，會導致鍋爐理論燃燒溫度和爐內的溫度水平下降，使煤粉氣流的著火延遲，燃燒穩定性變差，影響煤粉的燃盡。另外，會使鍋爐排煙溫度升高，產生的煙氣量容積增加，加大排煙熱損失，進而增加引風機電耗及脫硫成本。煤的發熱量降低還會影響機組帶負荷，可能導致鍋爐熄火等嚴重事故的發生。

2.3 煤中水分的影響

煤炭中的水分會阻礙煤炭燃燒及煤粉和空氣的接觸，進而使鍋爐燃燒需要的空氣量增加，鍋爐產生的煙氣量也增加；空氣量和煙氣量的增加會使爐膛中的氣流速度加快，使燃料在爐膛內停留的時間變短；煙氣量的增加，特別是其中水分比例的增加，會使煙氣的熱容量加大，因而使爐內的溫度場水平下降。上述作用的結果是化學不完全燃燒損失和機械不完全燃燒損失增加，煙氣熱容量加大的另一個作用是在傳遞同樣的熱量時排煙熱損失增大，使鍋爐效率下降；鍋爐效率的降低會使燃料量進一步增加，導致爐內熱量分配發生變化，從而影響到鍋爐過熱汽溫，一般水分每增加1%，過熱汽溫會升高1.5℃，煤耗會增加0.18g／kW·h。水分還影響制粉系統的干燥出力、空預器積灰以及輸煤系統的運行，易發生制粉、輸煤系統堵煤等不安全事件。制粉系統為提高干燥出力，必然增加熱風量，使得制粉單耗、一次風率增加，反過來又影響到鍋爐的燃燒。

2.4 煤質變化對污染排放的影響

隨著國家環保要求越來越嚴格，分析煤質對成本的影響還要考慮到煤質對鍋爐排放總量的影響。煤粉爐燃燒時，爐膛溫度通常在1400℃以上。煤中含有的硫分除有機硫、黃鐵礦等易燃燒生成SO2外，還有不可燃的硫酸鹽在碳氫還原性物質共存時也會分解成SO2。在實際的燃燒過程中，煤中硫的析出主要受爐膛溫度、煤中堿性氧化物的自身固硫作用、在高溫中的停留時間及煤的物理特性（如煤的粒度、煤中硫含量等）影響。隨著燃煤水分的增加，NOx的生成量會增加。同時燃煤量的增加，必然帶來排放量的增加，會帶來更多的社會問題。

3 鍋爐褐煤摻燒經濟性分析

為確證鍋爐褐煤摻燒產生的經濟效益，在不同配比摻燒時進行了鍋爐爐效測定，選擇機組負荷280MW、鍋爐固定氧量的工況，針對磨煤機不同加倉方式，分別選取1個倉褐煤加3個倉神混煤、2個倉褐煤加3個倉神混煤、3個倉褐煤加2個倉神混煤3種配煤摻燒方式進行了試驗（表1）。由于受干燥出力影響，褐煤磨煤機出力基本在22t左右，通過爐效耗差分析及不同比例摻燒時的鍋爐輔機電耗分析，來測算褐煤不同摻燒比例的經濟性，以指導鍋爐褐煤摻燒方案。

表16號爐褐煤摻燒試驗工況數據

3.1 鍋爐效率影響

褐煤摻燒比例不同獲得的試驗爐效也不同，根據300MW機組耗差經驗值1%爐效影響煤耗3.20g／kW·h分析，按公司稅后平均標煤單價610元計算，3個褐煤工況比2個褐煤工況爐效下降0.26%，增加煤耗0.832g／kW·h，280MW 負荷運行多耗標煤0.23296t／h，則發電成本增加142.11元／h；3個褐煤工況比1個褐煤工況爐效下降0.66%，增加煤耗2.112g／kW·h，280MW 負荷運行多耗標煤0.59136t／h，則發電成本增加360.73元／h；2個褐煤工況比1個褐煤工況爐效下降0.40%，增加煤耗1.28g／kW·h，280MW 負荷運行多耗標煤0.3584t／h，則發電成本增加218.62元／h。

3.2 輔機功率影響

根據不同比例褐煤摻燒測得鍋爐輔機功率，鍋爐總煤量不同使得制粉功率產生變化，產生的煙氣量變化使得引風機功率變化，每小時增加的輔機功率即少上網電量，按上網電價0.373元計算，3個褐煤工況比2個褐煤工況鍋爐輔機總功率增加684.63kW，增加發電成本255.37元／h；3個褐煤工況比1個褐煤工況鍋爐輔機總功率增加838.89kW，每小時增加發電成本312.91元；2個褐煤工況比1個褐煤工況鍋爐輔機總功率增加154.26kW，每小時增加發電成本57.54元。

3.3 卸輸煤成本影響

褐煤摻燒比例不同，鍋爐入爐總煤量不同，使得卸輸煤電耗不同。按公司卸輸每噸煤電耗1.2kW·h計算，3個褐煤工況比2個褐煤工況總給煤量增加9.21t／h，增加卸輸煤電量11.052kW·h，則增加發電成本4.12元；3個褐煤工況比1個褐煤工況總給煤量增加18.88t／h，增加卸輸煤電量22.656kW·h，則增加發電成本8.45元；2個褐煤工況比1個褐煤工況總給煤量增加9.67t／h，增加卸輸煤電量11.604kW·h，則增加發電成本4.33元。

3.4 綜合經濟性分析

對以上發電成本進行綜合分析，褐煤稅后單價256.41元，神混1稅后單價504.2元，1個褐煤工況褐煤22t、神混煤102.83t，則280MW負荷運行發電煤炭成本57487.91元／h；2個褐煤工況為褐煤44t、神混煤90.5t，則280MW負荷運行發電煤炭成本56912.14元／h；3個褐煤工況褐煤68t、神混煤75.71t，則280MW負荷運行發電煤炭成本55608.86元／h。

將不同比例褐煤摻燒工況降低的發電煤炭成本減去增加的電耗費用，才是產生的綜合經濟效益，在機組負荷280MW時，每小時褐煤摻燒產生的綜合效益如下：3個褐煤工況比2個褐煤工況將降低發電成本901.68元，3個褐煤工況比1個褐煤工況將降低發電成本1196.96元，2個褐煤工況比1個褐煤工況將降低發電成本295.28元。

以上分析褐煤標煤單價比神混1標煤單價低90元左右，如果采用2個褐煤和1個褐煤工況發電成本平衡，則推算出褐煤單價在276元左右，折合褐煤標煤單價和神混煤標煤單價，當2種標煤差價低于35元左右時，鍋爐摻燒褐煤將可能不會產生效益。

4 結語

以上是以固定280MW工況進行的初步分析，隨著褐煤摻燒比例增加，獲得的效益將增大，所以機組負荷越低，褐煤摻燒比例越大，獲得的綜合經濟效益也將更大。同時，要對脫硫、電除塵、空預器積灰、鍋爐高溫腐蝕、煙氣水分增加對鍋爐的低溫腐蝕等進行長期效應檢驗，才能得到最準確的經濟效益。