淺談火力發電廠低熱值燃煤的摻配

雷貫強

摘 要：本文論述了新疆華電吐魯番發電有限責任公司通過燃煤摻燒試驗，解決了公司煤炭供應問題，擴大了煤源，周邊大部分煤礦的低熱值煤通過摻配都可以滿足安全生產的要求;另外，通過燃煤摻燒試驗，確定了不同煤礦的摻配比例，保證了鍋爐的安全經濟運行。

關鍵詞：鍋爐;燃煤;摻燒;探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21. 150

1 前言

新疆華電吐魯番電廠1號鍋爐設計燃煤的低位熱值約為27.17MJ/kg。近年來由于燃煤供應比較緊張，鍋爐燃用的這種高熱值煤量已不能滿足機組正常運行的需要。為了擴大煤源，降低成本需摻燒部分熱值較低的煙煤，其中主要為金馬、露天和同泰等煤礦的煙煤。與設計煤相比，這些煙煤具有較高水分、較高灰分、較低熱值的特點，金馬和龍泉煤的硫含量較高。在與低熱值煙煤摻燒后，燃煤發熱量和灰分的變化對鍋爐、制粉、除灰等系統的出力造成了一定影響，如磨煤機出力不能達到鍋爐帶負荷要求、燃煤灰分高時輸灰系統出力不足、鍋爐帶滿負荷困難等，燃煤含硫量較高又容易引起爐內水冷壁結焦、產生爐內高、低溫腐蝕等問題，危害鍋爐的安全運行。因此，新疆華電吐魯番電廠進行了燃煤摻配試驗，分析鍋爐燃用低熱值煙煤后，電廠鍋爐制粉、燃燒系統和主要輔機對燃燒混煤的適應性，提供保證鍋爐安全穩定運行的配煤比例、運行調整方法及燃燒混煤應注意的有關事項。

2 鍋爐設備簡介

吐魯番電廠1號鍋爐為SG-420/13.7-M778型超高壓中間再熱自然循環鍋爐，Π型布置，直流燃燒器四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、全鋼結構，前煙道為燃燒室，后煙道布置對流受熱面，管式空氣預熱器獨立布置于爐后，成為第三、四煙道。制粉系統為正壓直吹式，配四臺ZGM65G中速磨煤機。水平濃淡直流燃燒器四角布置，在爐內形成逆時針方向旋轉的切圓;燃燒器分四層布置，每層各4支，共16支，鍋爐MCR和ECR負荷時均投三層，另一層備用。燃燒器的一、二次風噴嘴呈間隔排列，頂部設有OFA消旋燃盡風，每組燃燒器各有二次風擋板10組，均由電動執行機構單獨操作。鍋爐過熱器采用兩級噴水減溫，一級減溫器主要用于粗調，改變汽溫較大的波動和保護屏式過熱器不超溫;二級減溫器主要用于細調，改變汽溫較小的波動和保護高溫過熱器不超溫。再熱蒸汽采用煙氣擋板調節。預熱器分前、后二級，前級預熱器為二次風預熱器、管箱高度自上至下為5.5m，5.5m，2.8m。后級預熱器為一次風預熱器、管箱高度自上而下為2.75m×4，2.5m共5組。

3 摻燒試驗煤質及摻燒方法

試驗用煤主要為高熱值的依拉湖煤和低熱值的金馬、同泰和露天煤礦煤，試驗煤質分析結果如表1所示，表中同時也列出了1號鍋爐的設計煤數據。從表1可以看出，依拉湖煤與設計煤比較接近，金馬、同泰和露天煤礦煤均為較高水分、較高灰分、低熱值煤，露天煤的熱值相對較高。各煤種的揮發分含量較高，灰熔點較低，金馬煤和露天煤還具有較高的含硫量，各煤種灰中均含有較多的Fe2O3，煤的結焦特性較強。除露天煤比較容易研磨外，其它煤均為難磨煤種。

隨著低熱值煤的摻燒，入爐煤的全水分和灰分將逐漸提高，混煤的發熱量逐漸降低，揮發分含量基本不變，煤的可磨性下降（金馬煤、同泰煤）或上升（露天煤）。因煤的揮發分含量均較高，低熱值煤的摻入不會影響到煤粉的著火特性，在運行過程中仍要適當提高一次風速、注意控制磨出口風溫以保護燃燒器噴口、防止噴口結焦和避免制粉系統爆炸事故的發生。煤水分的增加使制粉系統需要提高磨入口風溫或增加入磨風量來提高磨煤機的干燥出力，同時要注意制粉系統堵磨、堵管的發生。煤的灰分升高、發熱量降低則會使入爐煤量增加，磨煤機和輸灰系統出力提高，煤的可磨性下降，煤粉變粗，從而影響到煤粉的燃盡。各煤種的灰熔點均較低，都屬于結焦嚴重的煤。此外，煤的結焦特性還與灰成分和灰分含量有關。金馬煤、露天煤的硫和鐵含量較高，灰分含量也比較大;同泰和依拉湖煤的鐵含量也比較高，煤的這些特性使得其在爐內燃燒時可能在水冷壁上形成較嚴重的結焦;煤灰中鈉含量也較高，所以運行中除應密切注意爐內水冷壁的結焦情況外，對爐膛出口受熱面的沾污和結焦也應注意。

根據上述煤的特性，將吐魯番電廠的煤分成A、B、C三類進行摻燒，其分類如下：

煤種A：依拉湖、墨龍煙煤;煤種B：金馬、龍泉煙煤;煤種C：同泰、露天煤礦煤。

各煤種在摻燒過程中采用預混的方式進行配燒，試驗過程中控制摻燒比例如下：

依拉湖：金馬：同泰=1：2：1;依拉湖：金馬：同泰=1：4：1 ;金馬：同泰=1：1 ;依拉湖：露天=1：2 ;依拉湖：金馬=1：2 ;露天、同泰混煤

為了尋找能夠使鍋爐安全運行的摻配煤種和比例，試驗從磨制依：金：同=1：2：1混煤的工況開始，進行了變煤種試驗，共進行了6個工況，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了分析。

從表1可以看出，隨著煤種的變化，鍋爐燃煤量在54.8～57.1t/h的范圍內變化，主、再熱蒸汽參數正常，在燃用含金馬煤的混煤時鍋爐減溫水量較大，后屏過熱器出口煙溫較高，摸底工況T1的后屏出口煙溫達到820℃，隨后的各工況該煙溫均出現了下降，可以降低爐膛出口受熱面的沾污。煤種改變時，鍋爐的飛灰可燃物在0.20～1.10%范圍內變化，爐渣可燃物下降明顯，從最初的9.85%逐漸下降到純燒露天、同泰煤時的1.06%，煤粉的燃盡較好;隨煤種不同，鍋爐效率均較高（高于設計值92.50%），但差別較大，在燃用含依拉湖煤的混煤時鍋爐效率較高，而在燃用低熱值的金馬、同泰混煤時的鍋爐效率較低。可以看出，混燒低熱值煤時鍋爐的經濟性有所下降，在低熱值煤中摻燒一定比例的高熱值煤，可以有效提高鍋爐效率，最高可達0.5%以上。從輔機電耗來看，其值主要是受到了煤的可磨性和鍋爐運行氧量的影響，燃用含金馬煤的混煤時，因鍋爐結焦較重，多采用4.0%左右的高氧量運行，使送風機、引風機電流相對較高，尤其是在結焦較重的依：金：同=1：4：1和金：同=1：1混煤時，輔機電耗偏高較多。另外，燃用各煤種時，鍋爐的輸灰系統出力均正常。隨著金馬煤摻燒比例的增加，燃燒器區域溫度逐漸上升，金馬：同泰=1：1時的火焰峰值溫度最高，達到了1588℃;在金馬、同泰煤中摻入一定比例的依拉湖煤，即可以有效降低火焰峰值溫度，對減緩燃燒器區域結焦非常有利。

4 結論

通過本次混煤摻燒試驗，可以得到以下結論：

（1）在試驗煤種中，金馬煤是最易結焦的煤種。能夠使鍋爐安全運行的各煤種之間的配燒方式為：依拉湖：金馬=1：2，金馬：同泰=1：1，依拉湖煤和露天煤均可以單燒。

（2）磨制各混煤時，磨煤機出力基本不變，金馬煤的可磨性較差，依拉湖、露天煤的可磨性較好，金馬混煤的煤粉偏粗，對鍋爐結焦有較大影響。

（3）燃用各混煤時鍋爐主蒸汽參數正常，燃用依：金：同=1：4：1混煤和金：同=1：1混煤時鍋爐的減溫水量較高，燃燒器噴口及其周圍水冷壁結焦較多;燃用其它混煤時爐內結焦較輕。燃用各混煤時后屏出口煙溫均較低，不會引起爐膛出口受熱面的沾污、結焦。

（4）燃用各煤種時，鍋爐飛灰可燃物基本不變，爐渣可燃物下降較多，排煙溫度比設計值偏高多在10℃以上，機械未完全燃燒損失為0.09～0.32%，排煙熱損失為6.35～6.89%，鍋爐效率為92.39～93.15%。在金馬、同泰煤中摻入1/3的依拉湖煤，比燒金馬和同泰混煤的鍋爐效率可高0.5%以上。

（5）降低鍋爐負荷對緩解爐內結焦有利，可以把變負荷運行作為一種控制結焦的手段。

（6）考慮到鍋爐的安全經濟運行，推薦的運行方式為：運行氧量（實測值）3.5-4.0%，正塔配風，噴口一次風速不低于30m/s，磨出口溫度65-70℃。1～4號磨粗粉分離器擋板開度分別為50°、55°、40°、50°，煤粉細度R90約為30%。

（7）鍋爐輸灰系統能夠適應試驗各煤種的灰分變化。

（8）鍋爐除渣系統能夠適應試驗各煤種渣量的變化，送、引風機和一次風機出力能夠適應煤種變化，送風機、一次風機的余量均比較大。

參考資料：

[1]集控運行規程[S]. 新疆華電吐魯番發電有限責任公司.

[2]于臨秸.鍋爐運行[M].中國電力出版社.

[3]白國亮.鍋爐設備運行[M].火力發電職業技能培訓教材.中國電力出版社.

[4]燃煤煤質全分析報告[S].新疆電力科學研究院.endprint