燃煤機組摻燒劣質褐煤制粉系統試驗及分析

田俊義（天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津`301900）

燃煤機組摻燒劣質褐煤制粉系統試驗及分析

田俊義
（天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津`301900）

摘`要：介紹盤山發電有限責任公司選擇高水分、高硫分、低發熱量的內蒙古劣質褐煤進行摻燒的燃燒試驗，證明了劣質褐煤摻燒技術實際應用的可行性，同時對摻燒劣質褐煤的經濟性進行了分析。

發電成本；劣質煤；摻燒比例；經濟性分析

2010年，中國大唐發電集團要求將摻燒劣質煤作為雙增雙節的一項重要措施，為此，天津大唐國際盤山發電有限責任公司（以下簡稱“盤山發電公司”）積極開展了褐煤摻燒工作試點。

一、設備簡介

盤山發電公司2×600MW火電機組是我國華北地區建設投產最早的600MW等級火電機組，工程于1998年10月開工，其中3號機組于2001-12-18正式投產，4號機組于2002-06-05日正式投產。盤山發電公司選用哈爾濱鍋爐有限責任公司制造HG-2023/17.6-YM4型鍋爐。鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態排渣、單爐膛、Π型布置、全鋼構架懸吊結構、半露天布置、控制循環汽包爐。采用三分倉回轉式空氣預熱器，平衡通風，擺動式燃燒器四角切圓燃燒。設計燃料為準格爾煙煤。6套制粉系統為正壓直吹式制粉系統，配置ZGM-123型中速磨煤機。

盤山發電公司設計上采用鐵路專線運輸燃煤，以高發熱量、低硫分的準格爾優質煙煤為設計煤種，以準格爾—黑岱溝煤和晉北煤為校核煤種。其燃料特性及參數如表1、表2所示。

盤山發電公司多年來所使用的燃煤煤質基本穩定，熱值平均在20MJ/kg以上，燃燒工況穩定，沒有發生過因為燃煤煤質問題引發的鍋爐滅火、制粉系統自燃等事故。2010年5月實際使用的煤種特性及參數見表3。

二、劣質褐煤的實際情況

盤山發電公司進行劣質煤摻燒的煤種為內蒙古東勝利二號礦的褐煤。該褐煤具有水分高、硫分高、發熱量低等特性，摻燒后給機組的效率和安全帶來一定問題。東勝利二號礦褐煤收到基水分在38%左右，低位發熱量約11.8MJ/kg，含硫量1.91%，具有高水分、高含硫量、高灰分、低熱量、灰熔點低等特點。盤山發電公司首批購入準備進行摻燒試驗的褐煤特性參數以及和實際燃用煤種參數的對比情況如表4所示。

表1　設計及校核煤種參數特性

表2　設計煤種的灰渣特性

表3　盤山發電公司2010年5月實際燃煤特性參數

表4　首批購入褐煤與近期實際燃煤化驗數據對比

從表4對比可以看出：褐煤的各項指標與盤山發電公司設計煤種、目前實際煤種都存在著較大的差距。摻燒褐煤后對機組的效率、經濟指標、環保指標以及機組運行安全、設備安全等都帶來一定影響，尤其是加大了制粉系統自燃的可能性。為保證摻燒褐煤工作的正常進行，必須先進行慎重的實際燃燒試驗。

三、褐煤摻燒試驗及分析

摻燒試驗按照褐煤和其他煤種摻配比例的不同分為3個階段進行。由于褐煤的水分大、揮發分高，屬于不易干燥但又容易自燃的煤種。因此摻燒期間磨煤機出口溫度是否能夠維持在最低允許溫度55℃以上，是整個試驗比例是否繼續增大的關鍵制約因素。

1.褐煤和其他煤種按照1：3比例摻燒

28日上午1：3比例摻燒試驗期間，4號爐D磨出口溫度設定值70℃，熱風偏置3。煤量逐步由40t/h增至60t/h。試驗期間，磨煤機煤量和出口溫度曲線見圖1。

圖1　褐煤和其他煤種按1∶3摻燒時煤量和磨出口溫度曲線

由圖1可以看出：在煤量由40t/h逐漸增加到60t/h的過程中，磨煤機出口溫度基本能保持在設定值70℃。試驗過程中燃燒情況穩定，脫硫參數變化不大，鍋爐渣量、渣塊顆粒度均無明顯變化、汽溫及壁溫處于可控?？沙醪秸J為此比例摻燒對鍋爐燃燒影響不大、磨煤機干燥能力余量較大、從渣量及渣塊顆粒上看爐膛結焦情況不明顯?？梢赃M行下一階段即按1∶1比例摻燒的試驗。

2.褐煤和其他煤種按照1：1比例摻燒

5月28日下午16∶00～19∶00進行了1∶1比例摻燒試驗。試驗期間，4號爐D磨出口溫度設定值70℃，熱風偏置3，煤量逐步由45t/h增加到60t/h。試驗期間，磨煤機煤量和出口溫度曲線見圖2。

由圖2可以看出，在1∶1摻燒比例下，磨煤機出口溫度反應明顯。煤量45t/h時，將熱風偏置逐漸提高至10，出口溫度最低66℃，無法維持設定溫度（70℃）。試驗煤量最高60t/h時磨煤機出口溫度最低能維持在59℃，熱風調門開度最大為41%，一次風量89.7m3/ h，從出口溫度上看（經驗數據認為最低不能低于55℃），磨的干燥出力還有一定余量，但余量不大。

圖2　褐煤和其他煤種按1∶1摻燒時煤量和磨出口溫度曲線

在整個試驗過程中，脫硫出口SO2參數基本正常能保證在60mg/m3以下，但是煙氣出口氮氧化物NOX含量明顯增大，第一階段3∶1摻配時能維持300mg/m3以下，1∶1摻配時，一直在300mg/m3以上，29日下午15∶15～18∶45超標1.5h，最高達710mg/m3（標準為小于450mg/m3）。摻燒過程中，除灰專業檢查鍋爐排渣量、渣塊顆粒度無明顯變化，汽溫超溫趨勢沒有增加，初步認為水冷壁結焦情況應該不嚴重。

綜合第二階段1∶1試驗分析結論，提出了如下建議：可以繼續進行第3階段即百分百褐煤摻燒試驗，但對試驗前景需持謹慎態度；在4號機停機檢修前完成全部3個階段的摻燒試驗，檢修時對鍋爐受熱面結焦情況進行實際檢查，以完善整個摻燒試驗分析。

3.百分百純褐煤摻燒

從6月19日02∶00～8∶00期間，在3號爐C磨進行了百分百純燒褐煤試驗。試驗開始，磨煤機煤量保持33t/h，最低減至30t/h。試驗期間，磨煤機煤量和出口溫度曲線見圖3。

圖3　百分百純褐煤燃燒時煤量和磨出口溫度曲線

從圖3可以看出，百分百燒純褐煤對磨煤機出口問題影響很大，煤量只能在30～33t/h范圍內運行。33t/h煤量對應磨出口溫度只能維持在57℃左右，對磨煤機的出力有了較大限制。試驗期間，從汽溫、渣量及渣塊顆粒大小等方面情況看，受熱面結焦情況應該不嚴重；環保參數方面，出口SO2基本在合格可控范圍內，NOX含量還是比較高（最高427mg/m3），需要從運行調整上加強調整。

如果采取單臺磨百分百純燒褐煤，每天燒褐煤600 ～700t，單臺爐的摻燒比例最大為20%，對燃燒情況以及鍋爐的穩定運行目前看來影響不大，從技術和安全上來說，單臺爐單臺磨純燒褐煤是可行的。但是由于百分百燒褐煤嚴重限制了磨煤機的出力，磨煤機的一次風量大且煤量低導致高負荷時有可能6臺磨運行、低負荷4臺磨運行，使一次風機耗電量每天增加2萬多kW·h，同時磨煤機單耗增大，增加運行成本。

4.褐煤摻燒試驗結論

（1）由于摻燒褐煤導致磨煤機出口溫度降低，影響鍋爐效率降低，對機組的經濟性產生一定影響；由于褐煤水分大對磨煤機出力有一定限制，增加了磨煤機的運行臺數，磨煤機單耗升高；

（2）由于燒純褐煤導致單臺磨的一次風量加大，使一次風機單耗升高；使廠用電率升高，有必要對摻燒方式做進一步調整；

（3）據3種比例的試驗結果，以下幾個備選摻燒方案從安全和技術角度來講是可行的：一是單臺磨白天燒褐煤，晚上燒其他煤種，保證低負荷時3臺磨運行；二是一臺爐兩臺磨燒1∶1的混煤，提高每臺磨的出口溫度，提高鍋爐效率；三是兩臺爐各一臺磨進行1：1摻燒。

盤山發電公司經過3個階段的摻燒試驗，綜合摻燒的實際情況，最終采取的摻配方式以“分磨上煤，爐內摻燒”為主，以煤場褐煤與低硫煤按1∶1比例混煤為輔的摻配方式進行摻燒，全年摻燒褐煤6.27萬t，較好的完成了年度劣質褐煤的摻燒任務。

四、經濟性分析

摻燒褐煤達到了降低燃料成本的目的，但是同時也使一些成本費用增加和機組經濟性降低，需通過總體分析確定摻燒所產生的綜合經濟效益。

以7月為例，簡單進行褐煤摻燒的經濟性分析。

（1）盤山發電公司7月全月耗煤約25萬t，摻燒褐煤1.9萬t，折合標煤0.7萬t，褐煤摻燒帶來綜合標煤單價降低約131.8元/t，該月燃料成本共降低92.34萬元；

（2）褐煤影響入爐煤熱量降低0.74MJ/kg，影響鍋爐效率降低0.21%；褐煤影響入爐煤水分升高2.02%，影響鍋爐效率降低0.04%，合計引起鍋爐效率降低0.25%，影響供電煤耗升高0.75g/kW·h，增加燃料成本26.84萬元；

（3）褐煤影響入爐煤全水分升高2.02個百分點，引起送、引風機和制粉系統耗電率升高，廠用電率升高0.01%，入爐煤硫分升高0.06個百分點，引起脫硫耗電率升高，廠用電率升高0.01%，合計影響廠用電率升高0.02%，減少上網電量10.4萬kW·h，減少電費3.99萬元；

（4）7月燃燒褐煤1.9萬t，硫分1.3%，SO2排放量19.86t，排污費12543元；不摻燒褐煤狀態下煤的硫分為0.51%，SO2排放量是4.03t，排污費2545元。燃燒褐煤比燃燒正常煤多排SO215.83t，多繳費9998元。即由于煤質含硫量增加，造成SO2排放量增加，相應排污費增加9998元，為保證脫硫效率石灰石增加570t，相應增加材料費用85500元，以上兩項增加費用合計環保成本增加9.55萬元，未考慮氮氧化物排放量的增加。

綜上所述，在不考慮設備磨損以及人工費增加的情況下，7月褐煤摻燒綜合效益約為51.96元。

五、結語

盤山發電公司2010年成功摻燒劣質褐煤6.27萬t，節約燃料費用150多萬元，為完成全年的各項經營指標做出貢獻。

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