大型循環流化床鍋爐混煤策略及現場試驗研究

幸雙喜， 安　城， 劉愛平

（1.國網江西省電力科學研究院，江西南昌330096；2.江西分宜發電有限責任公司，江西新余336607）

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大型循環流化床鍋爐混煤策略及現場試驗研究

幸雙喜1， 安城2， 劉愛平2

（1.國網江西省電力科學研究院，江西南昌330096；2.江西分宜發電有限責任公司，江西新余336607）

摘要：江西分宜電廠9號機組鍋爐為國產自主研發1025t/h循環流化床機組鍋爐，由于混煤方式過于簡單、粗獷，導致機組鍋爐帶負荷能力下降，鍋爐燃燒效率低，嚴重影響機組安全經濟運行。針對上述問題，本文通過研究鍋爐混煤摻燒策略并結合現場試驗，創造性地將煤的著火溫度作為煤的重要評價指標，對該廠入爐煤，尤其是汽車煤，進行分類，從而對煤場堆放進行優化，并開展現場混煤工作。通過上述工作，機組鍋爐的帶負荷能力和經濟性得到明顯提高，同時為電廠購煤、堆煤提供了科學依據。

關鍵詞：循環流化床鍋爐； 混煤策略； 堆煤； 試驗研究

0　引言

江西分宜電廠9號機組鍋爐為國產自主研發1025t/h循環流化床機組鍋爐（簡稱：CFB鍋爐），受地理位置、運力等影響，該機組入爐煤多為當地汽車煤，且煤質多變，其中一個月內，鍋爐入爐的汽車煤最多達30多種，混煤摻燒成為該廠必然的選擇。但電廠以往只依據入爐煤的熱值和揮發份兩個指標來指導堆煤、混煤工作，由于混煤方式過于簡單、粗獷，導致很多情況下，機組鍋爐帶負荷能力下降，燃燒效率低，影響機組經濟運行。為此，本文首先選取15種進煤量大且有代表性的入爐煤，通過煤的熱值和揮發份數據對入爐煤進行初步分類，再通過入爐煤的熱重實驗分析得到煤的著火溫度和燃盡溫度，并主要以著火溫度為評價指標對入爐煤進行二次分類，以指導煤場堆煤（同一類煤集中堆放）。基于此，再確定現場混煤方案，現場混煤試驗采用爐前混煤方式，共進行了4種不同的混煤配比試驗，為保證試驗準確可靠，每個混煤配比下均進行2個平行工況。另外，針對如何提高鍋爐帶負荷能力，各試驗工況均選在鍋爐最大連續出力下進行，通過測定鍋爐效率、供電煤耗等參數，以確定鍋爐最佳或較佳混煤方案，使機組鍋爐的帶負荷能力和經濟性均得到明顯提高，同時也為電廠購煤、堆煤提供科學依據。

1　鍋爐概況

江西分宜電廠9#鍋爐為1025t/h亞臨界循環流化床鍋爐，由哈爾濱鍋爐廠設計生產。鍋爐采用自然循環，單鍋筒，整體布置為單爐膛、單布風板、一次中間再熱、燃煤、固態排渣。

鍋爐設計煤質參數見表1。

表1　設計煤質數據

2　入爐煤分類

確定進煤量大且具代表性的15種煤樣，煤樣的工業分析結果見表2。

表2　15種煤樣的工業分析結果

2.1初步分類

由表2可見，從煤的揮發份和低位熱值兩個指標來劃分，上述15種煤可初步分為兩類。第1類為省外優質煤，共3種，分別為：陜西華龍、國投新集和神華煤。該類煤的空干基揮發分為30%左右、低位熱值4611～5883大卡，屬于高揮發份、高熱值煤。

第2類為本地汽車煤，共12種，分別為：行健、眾一、昌達電力、博邦、瀏陽集鎮、老棚里、廣運、雷運、建橋、佳和、卷山、鷹翔。該類煤的揮發分7%左右、熱值3900大卡左右（其中“博邦”揮發份略高，為12.27%、“瀏陽集鎮”熱值略高，為4400大卡）。屬于低揮發份、低熱值煤。

2.2二次分類

同一類煤的燃燒特性仍然可能相差很大，因此需使用同步熱分析儀分別對15個煤樣進行單煤種的燃燒特性熱重分析，研究不同煤種在燃燒特性方面的差異。限于篇幅，僅介紹陜西華龍煤的熱重分析結果，如圖1所示。

從圖1可見，陜西華龍煤樣的燃燒主要分為兩個階段。第一階段，從環境溫度加熱到350℃，煤樣在開始著火燃燒之前有一個比較明顯的增重階段，這是因為煤粉外表面和孔隙內表面吸附氣體發生物理和化學吸附[1]；第二階段，從350～633℃，該階段主要包括揮發份的釋放和絕大部分焦炭的燃燒過程。

2.2.1煤燃燒特性評價指標

本文將影響煤粉燃燒特性的因素分解為兩個指標來討論：著火溫度和燃盡溫度。前者評價煤粉著火燃燒的安全性和穩定性，后者評價煤粉燃燒的經濟性。

著火溫度的定義為：過DTG曲線的峰值點作垂線與TG曲線相交于一點，過這點作TG曲線的切線與TG曲線的平行線交于一點，該點所對應的溫度即為通常所說的著火溫度[2~4]。

燃盡溫度的定義為：煤樣可燃部分燃掉98%燃料量時所對應的溫度[2~4]。

基于多個煤種燃燒特性試驗的統計數據，本文提出煤評價分類標準如下：

將煤的著火難易情況劃分成3類：1）著火溫度≤450℃的為容易著火；2）著火溫度在450℃~500℃間的為較易著火；3）著火溫度≥500℃的為不易著火。

將煤的燃盡難易情況劃分成3類：1）燃盡溫度≤650℃的為容易燃盡；2）燃盡溫度在650℃~700℃間的為較易燃盡；3）燃盡溫度≥700℃的為不易燃盡。

2.2.2單煤著火溫度和燃盡溫度分析

15種煤樣的著火溫度和燃盡溫度見表3。

從表3可見，博邦的著火溫度和燃盡溫度均最低，這表明博邦的燃燒特性最好（這與博邦煤的揮發份最高相對應），分為第1類；

行健、瀏陽集鎮、老棚里、廣運、建橋、卷山、鷹翔7種煤的著火溫度均低于600℃，燃燒特性較好，分為第2類；

眾一、昌達電力、雷運、佳和4種煤的著火溫度均高于600℃，這4種煤屬于同一類，燃燒特性最差，分為第3類。

表3　15種煤樣著火溫度和燃盡溫度一覽表

3　煤場堆煤優化方案

該廠原有的堆煤方式比較簡單，只是將省外優質煤和本地汽車煤分開堆放，而本地汽車煤則不加區分的一塊堆放。根據上述煤質的分類，將煤的著火溫度指標引入煤場堆放后，建議煤場堆煤如下：

（1）3種省外優質煤分兩塊堆放。其中華龍煤單獨堆放；國投新集和神華煤一塊堆放。

（2）12種汽車煤分3塊堆放。博邦單獨堆放；著火溫度低于600℃的行健、瀏陽集鎮、老棚里、廣運、建橋、卷山、鷹翔7種煤可一塊堆放；著火溫度高于600℃的眾一、昌達電力、雷運、佳和4種煤可一塊堆放。

4　混煤摻燒試驗

4.1混煤摻燒方式的選擇

CFB鍋爐由于沒有制粉系統，故選擇“爐前摻混、爐內混燒”（簡稱“爐前摻混”）方式。如果摻混煤種過多，可能導致成本上升、燃燒情況更復雜[2]。綜上，本次現場混煤試驗選擇2種煤進行摻混，即省外優質煤配比本地汽車煤。

4.2混煤摻燒試驗概況

受鍋爐分離器出口煙溫超溫限制，該爐經常無法帶滿負荷，即330MW負荷運行，為此，各混煤工況都選在鍋爐最大連續出力下進行，以檢驗鍋爐帶負荷能力，為保證每種混煤配比的準確可靠，在每種混煤配比下，進行2個平行工況，取其平均值進行分析。混煤摻燒試驗工況安排見表4。

表4　現場混煤摻燒試驗方案

4.3混煤摻燒試驗結果分析

現場混煤摻燒試驗主要結果見表5。

表5　現場混煤摻燒試驗結果

由表5可見：

（1）修正后鍋爐效率最低為89.03%，最高為91.97%，兩者相差2.94%。鍋爐效率最低時，對應的混煤方式為華龍與眾一配比，鍋爐效率最高時對應的混煤方式為華龍與永明加鷹翔配比。

（2）供電煤耗最低為334.01g/kWh，最高為346.60 g/kWh，兩者相差12.59g/kWh。供電煤耗最高時對應的混煤方式為華龍與眾一配比，供電煤耗最低時對應的混煤方式為配煤為華龍與永明加鷹翔配比。

（3）鍋爐帶負荷能力最強的是華龍與行健+鷹翔+永明這四種煤摻配，能帶到325MW左右，帶負荷能力最弱是華龍與眾一+佳和三種煤摻配，只能帶300MW，最高最低差25MW負荷。

（4）鍋爐配煤摻燒方式對鍋爐排煙損失、廠用電率影響很小，對機械未完全燃燒損失影響較大。鍋爐效率最低時主要是固體未完全燃燒損失比其他工況都高，而鍋爐效率最高時主要是由于固體未完全燃燒損失比其他工況都低。

（5）華龍與第二類汽車煤即著火溫度低于600℃的煤種配比時，鍋爐帶負荷能力與鍋爐效率均高于華龍與第三類汽車煤即著火溫度高于600℃的煤種配比。

綜上，著火溫度低于600℃的汽車煤（第二類汽車煤）與省外優質煤以8：2的配比時，鍋爐帶負荷能力基本可以達到滿出力（325MW穩定運行），同時鍋爐效率均能高于設計效率；著火溫度高于600℃的汽車煤（第三類汽車煤）與省外優質煤以8∶2的配比時，鍋爐帶負荷能力較差，試驗期間最高只能帶315MW左右穩定運行，但鍋爐效率基本能高于設計效率。因此，建議該廠優先購買著火溫度低于600℃的煤種，并以8：2的比例與省外優質煤進行混摻。

5　結語

江西分宜電廠的CFB鍋爐入爐煤來源復雜，種類雜多。之前由于混煤方式過于簡單、粗獷，導致機組鍋爐帶負荷能力下降，燃燒效率低，嚴重影響機組安全經濟運行。針對上述問題，本文通過研究鍋爐混煤摻燒策略并結合現場試驗，創造性地將煤的著火溫度作為煤的重要評價指標，對該廠入爐煤進行分類，進而

開展有科學依據的混煤工作。通過上述工作，該機組鍋爐的帶負荷能力和經濟性得到明顯提高。同時，本文中采用的煤種分類和混煤方案也能為其他電廠的實際堆煤、混煤問題提供參考借鑒。

參考文獻：

[1]劉艷軍，周孑民.多煤種混煤燃燒特性和動力學研究[J].熱能動力工程，2011，26（3）：347~350.

[2]樓波，王小聰.生活污泥與煤混燒的熱重試驗研究[J].熱能動力工程，2011，26（1）：114~116.

[3]沈炳耘，荀華，韓建春.洗中煤和煤矸石的混合燃燒特性分析[J].熱能動力工程，2011，26（5）：571~575.

[4]鮮曉紅，杜云貴，張光輝.TG-DTG/DTA研究混煤的燃燒特性[J].煤炭轉化，2011，34（3）：67~70.

[5]段學農，朱光明，焦慶豐，等.電廠鍋爐混煤摻燒技術研究與實踐[J].中國電力，2008，41（6）：51~54.

[6]韓建春，荀華.低熱值混煤的安定性分析[J].電站系統工程，2011，27 （2）：11，12.

[7]張小輝，劉柏謙，劉棟，等.煤種對循環流化床鍋爐運行特性影響研究[J].鍋爐技術，2011，42（2）：29~31，70.

[8]黃中，肖平，江建忠，等.循環流化床鍋爐燃料的優選[J].潔凈煤技術，2011，17（6）：43~46，80.

修回日期：2016-03-22

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.003

中圖分類號：TK227

文獻標識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）02-0013-04

作者簡介：幸雙喜（1984-），男，江西高安人，本科，工程師，從事火電廠鍋爐燃燒優化方面的試驗、研究工作。

收稿日期：2016-01-11

Study on Blended Coal Strategy and Field Test of Large Circulating Fluidized Bed Boiler

XING Shuang-xi1， AN Cheng2， LIU Ai-ping2
（1.JiangXi Province Electric Power Test Research Institute，Nanchang 330096，China；2.JiangXi Fenyi Electric Power Generation Co.，Ltd，Xinyu 336607，China）

Abstract：Unit 9 boiler in JiangXi Fenyi electric power plant is the owning Chinese intellectual property right 1025 t/h circulating fluidized bed boiler，due to the mixed coal way is too simple，resulting in a decline in boiler load capacity and at the same time also bring the boiler combustion efficiency is low，seriously affecting the safe and economic operation.According to the above problem，this paper through studies the boiler blended coal strategy and combined with field test，creatively to the ignition temperature of coal，as an important evaluation indexes to the coal as fired，especially auto coal，by classification，so as to optimize the coal pile up，and the mixed coal work.Through the above work，the boiler load capacity and efficiency be improved obviously，at the same time for the power plant can provide a scientific basis to buy coal and coal pile.

Key words：CFB boiler； blended coal strategy； piles of coal； experimental study