某鍋爐摻燒準東煤的優化試驗

武利斌

(華北電力大學 能源與動力工程學院，河北 保定 071003)

0 引言

隨著我國電力行業的快速發展，大容量、高參數的300，600及1000 MW機組日益增多，使得我國電煤供應非常緊張，且由于動力煤的價格急劇上升，有必要對摻煤燃燒進行研究，以降低發電成本、提高電廠經濟效益。某電廠為了節約燃料成本，充分利用周邊資源，降低優質動力煤的消耗量，采購了價格相對較低的新疆準東煤［1］作為鍋爐新燃料來定量摻燒燃用。

與電廠設計煤相比，準東煤具有高水分、低灰分、煤灰中鈣、鈉、鉀含量比較高和灰熔點比較低的特點，且具有嚴重的沾污結焦特性［2］。與本地井工煤摻燒后，煤燃燒與結渣特性的變化可能會對鍋爐安全、經濟運行和生產管理造成一定影響，目前國內也沒有成熟經驗可以借鑒。因此，發電廠在摻燒準東煤時，要進行必要的摻燒試驗以分析準東煤摻燒對鍋爐燃燒系統的影響，保證電廠的安全、穩定運行。

1 燃煤鍋爐概況與煤質特性研究

1.1 燃煤鍋爐概況

摻燒試驗鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設計制造的亞臨界、一次中間再熱自然控制汽包爐、平衡通風、正壓直吹制粉系統、四角切圓燃燒式、額定蒸發量為1065 t/h的煤粉爐。鍋爐設計煤種為烏魯木齊市附近煙煤，配備5臺中速磨煤機，在100%負荷下4臺磨煤機運行，1臺備用。該鍋爐現燃燒基礎煤種為烏魯木齊市附近井工煤，其與設計煤種相差無幾，在額定負荷下，其鍋爐效率可達93.20%～93.28%。

1.2 準東煤煤質分析

試驗煤種為當地煤種與神華準東煤混煤，表1為設計煤和神華準東煤的煤質常規數據，由于當地井工煤與設計煤相差不多，所以以設計煤為準。

表1 設計煤種與準東煤煤種煤質分析

由表1分析可得，與設計煤相比準東煤具有高水分、低灰分、灰熔點較低和低熱值等特點，其中Na2O質量分數高達6.05%，在煤灰的沾污結焦特性評價中，一般將當量Na作為沾污判別指標［3］，當煤中當量Na質量分數為0.45%～0.60%時鍋爐沾污程度高。準東煤當量Na質量分數為0.494%，屬于高結焦煤種。煤中含有低灰熔點的成灰物質也是導致結焦的重要原因［4］。

由以上分析可知，當地井工煤在與準東煤摻燒時，隨著摻燒比例的增加，混煤水分有較大幅度的升高，增加磨煤機的干燥出力;灰分有較大幅度的降低，可降低尾部受熱面的磨損和灰、渣系統的出力，節省廠用電;灰熔點也有所降低，易在燃燒器區形成結焦，若燃燒調整不當導致火焰中心上移，則屏式過熱器和高溫過熱器等受熱面沾污、結焦的可能性將大大增加;揮發分變化不大。

2 準東煤摻燒試驗及試驗方法

2.1 磨煤機出力特性

摻燒準東煤比例增大后，試驗煤的可磨性、水分也會發生一定變化，在磨煤機出力基本不變的情況下，磨煤機的煤粉細度和磨煤單耗將會發生一定變化。試驗在C，D磨煤機上進行，試驗過程中在磨煤機出口一次風管上利用等速取樣裝置進行煤粉取樣，對各煤種的煤粉細度進行測試并記錄，最終確定磨煤機的出力特性。

2.2 變摻燒準東煤比例及技術要點

該電廠摻燒試驗采用當地井工煤與準東煤爐前預混的摻燒方式，為了尋找能夠使鍋爐安全運行的準東煤摻燒比例，摻燒采取4種不同的配比，分別為摻燒前、當地井工煤摻30%準東煤(簡稱30%準東煤)、當地井工煤摻50%準東煤(簡稱50%準東煤)、當地井工煤摻70%準東煤(簡稱70%準東煤)，在每個工況下觀察鍋爐的結焦情況、測量爐內火焰溫度、記錄主要運行參數，并對鍋爐對各煤種的適應能力進行分析。

準東煤具有高水分、低灰分、低熔點的特點，在與當地井工煤摻燒時可能出現總煤量大、煤粉管道、磨煤機容易著火、磨煤機干燥出力增大及爐膛出口受熱面的結焦和沾污等問題，因此在摻燒過程中應嚴格控制磨煤機內溫度不超過65℃，并在摻燒過程中采取分層堆煤、縱向斷面取煤的方式進行預混摻配，通過改變煤層的厚度來改變配煤比例。

3 摻燒結果及分析

3.1 準東煤不同摻燒比磨煤機的運行

摻燒試驗在#1鍋爐C，D磨煤機上進行，將分為摻燒前、30%準東煤、50%準東煤、70%準東煤4個摻燒比例來進行。摻燒準東煤的比例增大后，試驗煤的可磨性、水分會發生一定變化，在磨煤機出力基本不變的情況下，磨煤機的煤粉細度和磨煤單耗也會發生一定變化。試驗過程中磨煤機出口的一次風管利用等速取樣裝置進行煤粉取樣，對4種比例煤的煤粉細度進行了測試。表2、表3給出了#1鍋爐煤種變化對磨煤機各參數的影響。

表2 煤種變化對磨煤機參數的影響(C磨煤機)

表3 煤種變化對磨煤機參數的影響(D磨煤機)

由于準東煤的水分過高，當摻燒準東煤后造成混煤水分提高，磨煤機干燥出力受限［5］。表2、表3數據表明，隨著摻燒比例的增加，導致混煤發熱量降低，C，D磨煤機的出力增大，摻燒50%準東煤后，煤粉明顯偏粗，C，D磨煤機的煤粉細度R90在粗粉分離器擋板不變的情況下，分別增大到60.20%和49.08%，會對其燃盡產生不利影響，可能是引起鍋爐灰渣含碳量較高的一個原因。摻燒70%時D磨煤機出口風溫也降低至74.31℃，低于設計溫度77℃。準東煤的揮發分較當地井工煤低，設計煤粉細度R90為18%，摻燒50%準東煤后揮發分均在36%左右。從煤粉的燃盡角度講，#1鍋爐目前的灰渣含碳量較高，說明煤粉的均勻性指數也相對較低，煤粉中粗顆粒較多，煤粉相對較粗，火炬拖長，粗粉會因慣性作用直接沖刷受熱面，形成貼壁燃燒，使得水冷壁表面溫度急劇升高;再者，粗煤粉燃燒溫度要比煙溫高許多，熔化比例高，沖墻后容易引起結焦。

從表2、表3還可以看出，隨著準東煤摻燒比例的增加，使得混煤的水分增加，磨煤機出口風溫隨之下降。摻燒50%準東煤和70%準東煤時，磨煤機入口熱風門已全開、冷風門全關，如前所述，磨煤機的的通風量已經比較大，可以說磨煤機的干燥出力已達最大而限制了磨煤機的整體出力。從控制磨煤機出口風溫、防止粉管和磨煤機堵塞的角度來說，環境溫度高時，短期摻燒70%準東煤，磨煤機的出力是能適應的。氣溫較低時，原煤全水分要升高4個百分點，為了保證磨煤機出口風溫，將當地井工煤與準東煤的混煤比例控制在1∶1比較合適。

3.2 額定工況下改變摻燒比例鍋爐運行特性試驗

由前面分析可知，當摻燒準東煤后，混煤水分增加，在335 MW工況下機組協調控制運行方式，改變準東煤摻燒比例，升負荷時磨煤機需均勻增加煤量。

隨著摻燒準東煤比例的增加，鍋爐燃煤量在134.4～144.7 t/h變化，發熱量有所下降。試驗中燒本地井工煤中，鍋爐主、再熱蒸汽參數正常，隨著準東煤摻燒比例的增加，鍋爐過、再熱器減溫水量呈增加的趨勢，在摻燒到70%時的減溫水量為最大，說明此時爐內的沾污已經比較嚴重。主、再熱器減溫水流量隨摻燒比例的變化如圖1所示。

圖1 主、再熱器減溫水流量隨摻燒比例的變化

3.3 額定工況下改變摻燒比例結焦情況

隨著準東煤摻燒比例的增加，渣型由粘聚變為熔融渣，使形成的渣塊明顯堅硬、致密，如圖2～圖4所示。從鍋爐渣型來看，摻燒30%準東煤時爐渣比較細;50%準東煤時出現大塊渣塊，渣量也明顯增加;70%時基本全是大塊焦渣，大量焦渣黏附在水冷壁管道，造成主、再熱器溫度超標，爐膛換熱量下降，大塊焦渣的脫落容易砸壞撈渣機鏈條，致使撈渣機無法正常運行?？紤]到鍋爐的減溫水量較大和磨煤機出口溫度較低，碎渣機經常過載運行。在吹灰器正常投入運行試驗當中，摻燒30%，50%準東煤情況下可以長時間連續運行，但摻燒70%準東煤情況下，試驗進行12 h之后，鍋爐結焦嚴重，致使試驗被迫停止。

從以上分析可知，在摻燒70%準東煤摻燒比例下鍋爐的結焦狀況嚴重影響鍋爐的正常運行。鍋爐的減溫水量較大和碎渣機不能正常運行是制約準東煤摻燒比例進一步提高的主要因素，為了方便配煤，建議當地井工煤與神華準東煤按50%的比例摻燒。

圖2 摻燒30%準東煤渣樣

圖3 摻燒50%準東煤渣樣

圖4 摻燒70%準東煤渣樣

3.4 摻燒試驗經濟性分析

隨著準東煤摻燒比例的增加，鍋爐飛灰可燃物質量分數逐漸升高，在3.93%～5.43%間變化，這是因為煤粉較粗所致，應通過調整粗粉分離器擋板開度，降低煤粉細度。在試驗過程中鍋爐的排煙溫度在137.0～142.8℃變化，固體未完全燃燒損失為0.54%～0.98%，鍋 爐 效 率 維 持 在 93.2% ～93.8%，變化不明顯。但是由于準東煤毗鄰電廠，而且價格相對較低，烏魯木齊市當地井工煤價格280元/t，準東煤價格為180元/t，1臺鍋爐每年節約資金4000多萬元。由于摻燒70%準東煤鍋爐的減溫水量以及碎渣機不能正常運行對鍋爐的安全性造成影響，所以摻燒50%準東煤有利于提高安全性和經濟性。

4 結論

通過摻燒準東煤現場試燒試驗，掌握了鍋爐在摻燒準東煤時的運行特性，分析了鍋爐結焦的原因，提出了摻燒比例調整建議，提高了鍋爐運行的安全性和經濟性。

(1)神華準東煤為極易著火、燃盡煤種，可磨性較好，但具有嚴重結焦特性，且灰中鉀、鈉、鈣含量較高，煤灰沾污嚴重，與設計煤相比，水分高、熱值低。

(2)電廠鍋爐在摻燒70%準東煤時爐內水冷壁即出現較嚴重的局部結焦現象，減溫水量偏大，主、再熱蒸汽溫度不易控制，碎渣機不能正常運行，為安全起見，目前電廠按照50%的準東煤摻燒是可行的。

(3)電廠目前摻燒50%準東煤時，結焦部位主要出現在爐膛水冷壁，屏區受熱面結焦相對較輕，因此目前運行調整應以控制水冷壁結焦為主，建議適當提高氧量、經常調平一次風、避免鍋爐長期連續高負荷運行、適當提高吹灰運行壓力等。

(4)摻燒準東煤時，鍋爐飛灰可燃物一般為2.68%～5.88%，準東煤的燃盡特性較好，固體未完全燃燒損失為 0.54%～0.98%，排煙熱損失為4.97%～5.52%，鍋爐效率為93.15%～93.51%。

［1］尹淮新.新疆準東煤田應用煤炭地下氣化技術的探討［J］.中國煤炭，2009(5):79－81.

［2］楊忠燦，劉家利，何紅光.新疆準東煤特性研究及其鍋爐選型［J］.熱力發電，2010(8):44－46.

［3］岑可法.鍋爐和熱交換器的積灰、結渣、磨損和腐蝕的防止原理與計算［M］.北京:中國科學出版社，1994.

［4］車德福，莊正寧，李軍，等.鍋爐［M］.2版.西安:西安交通大學出版社，2008.

［5］徐遠剛，張成，夏季，等.中速磨煤機煤粉團聚的原因分析［J］.動力工程，2008，28(6):920－923.