60萬千瓦機組W型火焰鍋爐褐煤摻燒試驗技術探討

華能云南分公司 梁正川

引言

2017年1月份以來煤炭的供應形勢緊張，電廠采購的無煙煤難以滿足機組正常運行，電廠采購褐煤和無煙煤進行摻燒，制定了詳細的《摻燒褐煤安全技術組織措施》，從2017年7月18日開始開展相關摻燒褐煤試驗。

一、鍋爐概況

電廠4×60萬千瓦鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司采用美國巴威公司技術設計、制造的亞臨界壓力，一次再熱，單爐膛平衡通風，自然循環，單汽包“W”型鍋爐。設計燃料為無煙煤。鍋爐制粉系統采用6臺BBD4060雙進雙出鋼球磨，正壓直吹冷一次風機制粉系統，每臺磨煤機對應4只燃燒器；燃燒器采用B&W標準設計的濃縮型雙調風旋流燃燒器，共配置24只，分別布置在鍋爐的前、后拱上，前、后拱各12只燃燒器；尾部設置雙煙道，采用煙氣擋板調節再熱器出口汽溫；在尾部豎井下部設置兩臺三分倉容克式空氣預熱器。

二、摻燒褐煤試驗期間的煤質相關數據

表1 設計煤質數據

1.22收到基氧 Oar % 1.94 2.48干燥無灰基揮發分 Vdaf % 8.75 9.58收到基低位發熱量 Qnet.ar兆焦耳/千克 25.09 22.61哈氏可磨指數 HGI - 70 72變形溫度 DT ℃ 1190 1160軟化溫度 ST ℃ 1250 1220流動溫度 FT ℃ 1280 1280收到基氮 Nar % 1.04 1收到基全硫 Sar %1.29（脫硫改造后3.4）

表2 （8月1日至8月31日）試驗期間煤質數據加權

根據試驗期間實際化驗值可以看出，電廠采購褐煤確實符合高水分、高揮發分、低熱值特點，且灰熔點偏低，屬于易結焦煤種。

三、褐煤摻燒前后燃料存儲及摻配對比分析

（一）接卸存儲方面

1.褐煤存儲方面做好每天測溫、壓實工作，定期對煤垛進行倒垛，降低煤垛溫度，防止自燃。7月15日開始進褐煤，截止8月31日共進褐煤24423.12噸，耗用23854噸，煤場還剩余569.12噸，存儲中發現部分區域褐煤溫度由40度左右上升到60度左右情況出現過3次，并伴有冒煙現象，立即進行翻垛降溫后并壓實。隨著近期降雨減少環境溫度大幅升高，褐煤區域自燃風險升高。另外褐煤進廠后，由于翻垛、壓實較無煙原煤使用推煤機頻繁。

表3 試驗期間實際取樣化驗灰熔點

2.嚴格按照措施要求褐煤單獨存放，保持褐煤和其他煤種分開接卸，保證間距不小于10米。

（二）摻配情況

圖一：7月16日至8月31日經濟煤種（包括褐煤和煤泥工程煤） 占比變化圖

圖二：7月16日至8月18日入爐煤熱值變化圖

圖三：7月16日至8月31日入爐煤揮發分變化圖

7月16日至8月31日的褐煤摻配情況簡介∶

7月16日和7月17日還未摻配褐煤，7月18日開始摻5%的褐煤，7月27日褐煤比例提高到8%，8月4日提高到10%，8月10日提到12%，8月16日提高到15%,8月21日兩臺磨提到20%，8月23日三臺磨提到20%，8月29日對比分析比例提高后鍋爐效率明顯下降，各磨組褐煤比例降到15%。工程煤和褐煤的煤質變化小，主要從原煤熱值變化和摻配比例變化，用以上三個折線圖分析褐煤摻配情況。

1.各經濟煤種比例調整情況和入爐煤熱值變化分析

在7月18日之前未摻褐煤，經濟煤種比例就是煤泥工程煤的比例，從7月18日開始摻褐煤后，為了使入爐煤熱值保持和前兩天一致，7月18日至7月20日對煤泥和工程煤有所減量。經運行觀察，鍋爐燃燒穩定，7月21日開始提升工程煤保持7月18日之前的比例，入爐煤熱值明顯下降。

從7月21日至8月6日之間，工程煤比例基本保持在10%以上，褐煤按要求逐漸提高比例，原煤熱值也有所下降，入爐煤熱值下降比較明顯。

從8月7日電廠干煤棚的原煤逐漸耗用只剩3000噸左右，天氣轉晴后開始生產露天煤場熱值較差的原煤，電廠煤場3000噸高熱值原煤作為應急使用不再取用，保持褐煤比例不減的情況下，逐漸下調工程煤摻配比例，以確保入爐煤熱值不低于17兆焦耳/千克。8月18日原煤熱值提高到20兆焦耳/千克以上，8月18日工程煤提高比例到7%左右。

8月19日至8月31日期間，入廠煤原煤各煤種每日來煤比例變化大，造成原煤熱值變化較大，入爐煤熱值波動大，但總體在17.5兆焦耳/千克上下。

2.入爐煤揮發分變化情況

未摻配褐煤之前2天揮發分Vdaf在13%以下，摻褐煤比例在10%以下時入爐煤揮發分在15%以下。當褐煤比例提高到12%至15%時，揮發分基本在15%至16%之間。

8月21日兩個至三個倉褐煤比例提高到40%，揮發分Vdaf提高明顯，尤其是8月25日和26日靠近18%。8月29日分析鍋爐效率下降后開始要求褐煤比例降低至15%左右，揮發分Vdaf明顯下降到15%左右。

3.當前摻配存在的困難

干煤棚空間小，分區接卸受限。當前褐煤來煤量多，電廠煤場東煤場現大部分規劃存儲褐煤；西煤場由于工程煤量存煤量超過15000噸，占用大部分空間；后期電廠煤場沒有空間存儲高熱值和低硫分的原煤；電廠煤場將失去調節摻配作用，露天煤場煤質變化會導致入爐煤波動較大；同時如果露天煤場、筒倉及相應皮帶出現問題，入爐煤供應將出現緊急問題。

存煤量少，供煤煤質變化大。主要是每日或每周入廠煤熱值和硫分變化較大，庫存無煙煤少，導致庫存較少時入爐煤隨入廠煤的變化而變化。

月度各煤種供煤時間集中，沒有平均分配到月度每一周或每一天，摻配時由于受場地空間和庫存結構的限制，導致入爐煤熱值、硫分、揮發分等主要指標波動較大。

8月份多數時間褐煤粒度較大，給采樣、輸送、破碎帶來難度。同時輸送褐煤輸煤現場粉塵濃度較大，現場設備設施上煤過程中存在積粉，有火災隱患。

四、褐煤摻燒前后鍋爐運行對比分析

（一）摻燒褐煤期間統計概況表（表4）

（二）摻燒褐煤后防止制粉系統著火爆炸、燒火嘴運行控制措施情況

1.嚴格控制磨煤機出口溫度在70℃以內。

2.停運磨煤機將制粉系統煤置換為無煙煤。

3.運行人員定期對制粉系統易積粉和易著火部位進行溫度測量，發現異常及時處理。

4.停磨時對制粉系統密封盒、鎖氣器、分離器積粉進行清理。

5.提高一次風壓（一次風壓從5.9千帕提升至6.5千帕左右），風煤比從1.0～1.3提升至1.3～1.5，減小由于摻燒褐煤后入爐煤揮發份提高，煤粉著火提前對火嘴燒壞。

（三）摻燒褐煤后燃燒情況

目前摻燒褐煤后燃燒穩定，從鍋爐本體32米以下各觀火孔檢查，燃燒擺動幅度較小，火焰呈金黃色，未出現冒黑煙情況，燃燒器火檢穩定。

觀火孔檢查燃燒情況照片如下：

（四）摻燒褐煤后鍋爐結焦情況及運行采取防結焦措施情況

1.8 月鍋爐共掉焦1次

掉焦時爐膛負壓由-62帕漲至364帕，汽包水位由-28毫米下降至-123毫米，檢查鍋爐8.8米層未卡焦，從掉焦現象判斷掉焦位置在燃燒器層；屏過區域掛焦50厘米左右；鍋爐本體32米及以下觀火孔未發現鍋爐結焦情況；撈渣機撈出渣主要是碎渣為主。

2.防止鍋爐結焦所做措施

通過關小分級風擋板，降低火焰中心高度；

減小風量降低爐膛出口處煙氣溫度；

每天利用加負荷至40萬千瓦時段輪停磨煤機，通過磨煤機停運時擾動落焦；

爐渣含碳量（%）時間 日發電量（萬千瓦時）日耗煤量（噸）日耗工程煤量（噸）日耗褐煤量（噸）日工程煤摻燒比例（%）日褐煤摻燒比例（%）飛灰含碳量（%）7月18日 878.24 4282 317 242 7.40 5.65 2.84 9.46 7月19日 880.00 4362 393 239 9.01 5.48 3.39 7.3 7月20日 878.24 4234 425 220 10.04 5.20 3.37 8.28 7月21日 880.00 4319 513 239 11.88 5.53 3.605 10.85 7月22日 878.24 4243 496 264 11.69 6.22 3.585 6.72 7月23日 880.00 4315 478 275 11.08 6.37 2.255 4.6 7月24日 880.00 4298 478 252 11.12 5.86 2.84 8.54 7月25日 880.00 4452 532 295 11.95 6.63 2.875 6.36 7月26日 878.24 4405 456 304 10.35 6.90 3.395 7.04 7月27日 880 4532 465 338 10.26 7.46 3.45 6.44 7月28日 878.2 4610 516 375 11.19 8.13 2.53 6.55 7月29日 880 4577 498 368 10.88 8.04 2.83 5.46 7月30日 880 4374 475 342 10.86 7.82 3.05 8.47 7月31日 878.24 4554 490 358 10.76 7.86 3.77 7.61 8月1日 880 4518 499 374 11.04 8.28 3.90 7.68 8月2日 878.24 4352 453 328 10.41 7.54 3.40 3.95 8月3日 880 4429 516 380 11.65 8.58 3.27 4.74 8月4日 880 4403 454 443 10.31 10.06 3.24 8.32 8月5日 880 4523 493 446 10.90 9.86 3.23 7.62 8月6日 878.24 4689 476 503 10.15 10.73 3.04 9.16 8月7日 878.24 4775 407 568 8.52 11.90 3.58 9.91 8月8日 878.24 4772 221 561 4.63 11.76 3.84 8.07 8月9日 880 4789 185 564 3.86 11.78 3.69 8.12 8月10日 878.24 4705 218 578 4.63 12.28 4.23 12.56 8月11日 880 4535 165 571 3.64 12.59 3.92 7.27 8月12日 878.24 4620 108 517 2.34 11.19 3.79 5.59 8月13日 871.2 4755 133 540 2.80 11.36 3.29 9.38 8月14日 878.24 4925 131 519 2.66 10.54 3.10 12.64 8月15日 876.48 4901 182 588 3.71 12.00 2.92 10.54 8月16日 871.2 4878 30 694 0.62 14.23 4.36 10.01 8月17日 880 4804 90 684 1.87 14.24 3.70 11.78 8月18日 880 4978 331 710 6.65 14.26 3.93 9.78 8月19日 881.76 4433 359 766 8.10 17.28 4.14 7.64 8月20日 880 4600 391 749 8.50 16.28 4.03 6.95 8月21日 878.24 4797 369 771 7.69 16.07 5.165 12.01 8月22日 876.48 4851 362 846 7.46 17.44 5.43 10.39 8月23日 878.24 4759 355 837 7.46 17.59 4.53 11.61 8月24日 876.48 4846 378 880 7.80 18.16 6.02 11.75 8月25日 874.72 4754 221 559 4.65 11.76 3.83 11.29 8月26日 876.48 4909 315 899 6.42 18.31 4.125 13.04 8月27日 874.72 4847 252 921 5.20 19.00 6.015 8.28 8月28日 880 4771 156 737 3.27 15.45 5.72 7.9 8月29日 880 4712 257 778 5.45 16.51 4.505 6.97 8月30日 878.24 4694 246 726 5.24 15.47 3.865 7.62 8月31日 880 4734 201 706 4.25 14.91 4.05 9.98

表4 摻燒褐煤期間統計概況

增加除焦劑用量，從原來周二、周五每次添加0.1噸/次，改為周二、周四、周六、周日添加0.1噸/次。

（五）鍋爐吹灰器投入情況

每天白班利用加負荷至40萬千瓦機會對水平煙道進行吹灰一次。

每天白班對尾煙進行一次吹灰改為了夜班吹灰一次、中班吹灰一次，目的是降低鍋爐煙氣系統阻力，減小引風機耗電率。

鍋爐爐膛吹灰。

（六）鍋爐運行中發現的問題

摻燒褐煤后由于入爐煤揮發份提高，燃燒提前，雖然通過調整，火焰中心有所降低，但是過熱器入口、再熱器出口管壁出現超溫情況。

鍋爐摻燒褐煤后磨煤機出力降低，現在磨煤機出力較摻燒褐煤前降低3～5噸/小時左右。

五、摻燒褐煤期間相關設備情況

制粉、風煙及燃燒系統摻燒褐煤存在的問題及風險：

由于磨煤機提升條、燃燒器入口彎頭磨損嚴重，漏粉存積難以有效清理。

輸煤系統落煤管、碎煤機積煤清理困難，存在一定的火災隱患。

制粉系統未進行改造加裝惰化蒸汽系統、防爆門、煤粉管吹掃管道等，當磨機出現問題需要緊急停運或磨機跳閘后，筒體及分離器中積粉較多，如果熱風擋板不嚴可能導致磨煤機、煤粉管、分離器著火甚至爆炸。

燃煤中含石塊較多，加速了絞籠支撐棒磨損，易造成絞籠卡澀、支撐棒斷裂。

當突發磨煤機聯軸器尼龍銷斷裂或絞籠支撐棒斷裂時，磨煤機不能再運行，需緊急處理后再恢復運行，但磨煤機內部遺留的褐煤存在引燃、爆炸的風險。

六、摻燒褐煤經濟性評價

（一）摻燒褐煤后對鍋爐相關指標影響

1.7月摻燒褐煤后對鍋爐相關指標影響

2.8月1～16日摻燒褐煤后對鍋爐相關指標影響

一次風機耗電率（%） 0.268 0.24 ↑0.028磨煤機耗電率（%） 1.075 1.071 ↑0.004飛灰含碳量（%） 3.58 3.23 ↑0.35爐渣含碳量（%） 8.73 7.38 ↑1.35脫硝入口NOX含量（mg/Nm3） 930/829 989/1035 ↓59/206液氨單耗，（千克/萬千瓦時） 10.24 11.02 ↓0.78除焦劑量（kg/d） 57 33 ↑24

3.8月17～31日摻燒褐煤后對鍋爐相關指標影響

（二）2017年7月摻燒褐煤前鍋爐效率見表5

（三）2017年7月摻燒褐煤后鍋爐效率見表6

1.7 月份（褐煤摻配比例在5～10%）

從摻燒褐煤前后對比看，機組負荷率基本相同，褐煤摻配占比5～10%,入爐煤熱值升高0.06兆焦耳/千克，排煙溫度升高4.43℃，爐渣降低0.01%，飛灰降低0.1%，鍋爐效率基本持平。

2.8 月份（褐煤摻配比例在10～15%）見表7

8月份褐煤摻燒比例提高至10～15%后，機組負荷率基本相同情況下，入爐煤熱值降低0.5兆焦耳/千克，排煙溫度升高5.21℃，爐渣升高1.09%，飛灰升高0.32%，鍋爐效率降低0.44%。

3.8 月份（褐煤摻配比例在15～20%）見表8

表5 2017年7月摻燒褐煤前鍋爐效率

表6 2017年7月摻燒褐煤后鍋爐效率

表7 2017年8月摻燒褐煤前鍋爐效率

表8 2017年8月摻燒褐煤后鍋爐效率

8月份下半月褐煤摻燒比例進一步提高至15～20%后，機組負荷率基本相同情況下，入爐煤熱值降低0.91兆焦耳/千克，排煙溫度升高5.36℃，爐渣升高2.42%，飛灰升高1.37%，鍋爐效率降低1.25%。

通過以上數據分析得出以下結果：7月份褐煤摻配量5～10%時，入爐煤熱值與摻燒褐煤前也變化不大時鍋爐效率基本持平；8月份加大褐煤摻燒量至10～15%后鍋爐效率降低0.44%，供電煤耗升高約1.408克/千瓦時，按照日均發電量880萬千瓦時計算，日均多耗用標煤12.39噸，日均耗煤損失10455元；8月下半月進一步加大褐煤摻燒量至15～20%后鍋爐效率降低1.25%，供電煤耗升高約4克/千瓦時，按照日均發電量880萬千瓦時計算，日均多耗用標煤35.2噸，日均耗煤損失29703元。（8月份加權標煤單價843.83元/噸）

（四）四大風機耗電率

7月四大風機及磨煤機耗電率摻燒褐煤后比之前增加0.028%，按照發電量日均880萬千瓦時，上網電價0.3358元/千瓦時計算，每日電耗增加827元。

8月1～16日四大風機及磨煤機耗電率摻燒褐煤后比之前增加0.067%，按照發電量日均880萬千瓦時，上網電價0.3358元/千瓦時計算，每日電耗增加2009元。

8月17～31日四大風機及磨煤機耗電率摻燒褐煤后比之前增加0.382%，按照發電量日均880萬千瓦時，上網電價0.3358元/千瓦時計算，每日電耗增加11288.25元。

（五）推煤機用油

褐煤進廠后，由于翻垛、壓實較無煙原煤使用推煤機頻繁，日均多耗油15.43升，按照每噸燃油采購5560元計算，日均多消耗86元。

（六）除焦劑使用

7月除焦劑使用摻配褐煤前日均消耗0.033噸，目前摻配8%左右褐煤下日均消耗0.1噸，每日多耗用0.067噸，按照每噸33000元計算，7月日均多消耗2211元。

8月全月由于改變了添加除焦劑用量，每日耗用除焦劑量較未摻燒褐煤前多耗用0.024噸，按照每噸33000元計算，8月日均多消耗792元。

（七）液氨消耗

7月摻配褐煤后，隨著入爐煤揮發份提高，生成氮氧化物減少，液氨消耗日均降低0.03千克/萬千瓦時，發電量日均880萬千瓦時，按照每噸液氨2380元計算，日均少消耗63元。

8月1～16日由于入爐煤揮發份提高后，生成氮氧化物減小，液氨消耗降低0.78千克/萬千瓦時，發電量日均880萬千瓦時，按照每噸液氨2380元計算，日均少消耗1633.6元。

8月17～31日由于入爐煤揮發份進一步提高后，生成氮氧化物減小較多，液氨消耗降低0.36千克/萬千瓦時，發電量日均880萬千瓦時，按照每噸液氨2380元計算，日均少消耗753.98元。

（八）燃煤采購差價

按照7月份燃煤到廠折標價計算，褐煤比無煙原煤少67.85元/噸標煤，試驗12天期間共計使用褐煤3411噸，折標煤約1606噸，節省燃料采購成本108967元，日均節省9081元。

按照8月份燃煤到廠折標價計算，褐煤比無煙原煤少185.66元/噸標煤，試驗上半月16天期間共計使用褐煤8174噸，折標煤約3631.28噸，節省燃料采購成本674183元，日均節省42136元。

按照8月份燃煤到廠折標價計算，褐煤比無煙原煤少185.66元/噸標煤，試驗下半月15天期間共計使用褐煤11569噸，折標煤約5619.23噸，節省燃料采購成本1043266元，日均節省69551元。

（九）其他因素影響

摻燒褐煤以來，磨煤機電耗經觀察只與工程煤摻燒量關系較大，與褐煤摻燒關系不大；由于褐煤可磨性較差，理論上講會增加鋼球損耗，但由于時間較短，球耗增加量不明顯。

脫硫GGH差壓摻燒褐煤期間略有增長，空預器差壓略有增長。

工程煤量在摻燒褐煤前后均維持在8～10%左右，不做比較分析。

（十）摻燒褐煤期間日均節省費用

1.摻燒褐煤比例5～10%時，日均節省費用為9081+63-827-2211-86=6020元。

2.摻燒褐煤比例10～15%時，日均節省費用為42136+1633.6-10455-2009-792-86=30427.6元。

3.摻燒褐煤比例15～20%時，日均節省費用為，69551+753.98-29703-11288.25-792-86=，28435.73元

由以上計算可見，隨著褐煤摻燒量的增加，褐煤與原煤采購差價拉大，經濟效益凸顯，但機組指標下滑較多，尤其是褐煤摻配比例升高到18%左右接近20%時，鍋爐效率降低明顯，能耗指標大幅升高，經濟效率呈現下滑趨勢；另外由于摻燒褐煤時間較短，且采購原煤礦多且煤質變化大，一些數據的統計也存在偏差，以上價格分析僅供參考。

七、摻燒褐煤總結

考慮到制粉、風煙及燃燒系統安全性，電廠將磨煤機出口溫度由原來的100℃降低到70℃以內，磨煤機干燥出力降低，增加了磨煤機制粉單耗，當混煤熱值降低時，機組將不能帶滿負荷，當前由于機組負荷率較低，對機組接帶負荷影響可以暫不考慮。

由于褐煤的揮發份高，雖然混煤進行了摻配，但是褐煤還是提前著火，造成燃燒器噴口附近溫度高，增大了燃燒器噴嘴燒損、結焦的風險，目前鍋爐運行中不便觀察，且隨入爐煤揮發份升高，結焦情況將會加劇，所以建議將入爐煤揮發份控制在18%以內。

由于褐煤的灰熔點在1200℃左右，而爐拱區域溫度均在1200℃以上，因此爐膛易結焦，導致鍋爐掉焦次數增多，結焦嚴重時一旦掉大焦可能會造成爐膛壓力保護動作MFT。運行期間仍要注意定期甚至增加使用除焦劑、打焦、磨煤機定期切換等防結焦措施執行到位，防止鍋爐結大焦。

摻燒褐煤后，為保證長期摻燒制粉系統安全穩定運行，應加強制粉系統漏粉、風門嚴密性的整治；同時建議對制粉系統增加惰性氣體滅火系統，磨組增設防爆門，粉管增設吹掃風等措施，提高制粉系統運行安全性。

電力行標DLT1445-2015《電站煤粉鍋爐燃煤摻燒技術導則》中4.2條規定設計燃用無煙煤的鍋爐不宜以褐煤作為摻燒煤。經咨詢相關科研院鍋爐專家，結合其他兄弟電廠褐煤摻燒報告及相關經驗，在電廠鍋爐制粉、風煙及燃燒系統目前沒有任何改造前提下，不宜大量摻燒褐煤。

由于褐煤價格相對便宜，揮發分較高，鍋爐燃燒穩定性較好，機組摻燒褐煤具有一定經濟性，但是褐煤占比提高到10～15%甚至更高時，如果入爐煤加權熱值下降較多時，鍋爐效率下降較多，如果褐煤與原煤采購標煤單價差價不足70元，經濟效益將為負值。

八、摻燒褐煤及建議

根據以上情況，形成以下建議：

電廠入爐煤褐煤摻燒比例根據入爐煤揮發份和熱值控制，目前將入爐褐煤占比維持在15%左右，入爐煤揮發份控制在18%以內，入爐煤熱值不低于18兆焦耳/千克；如果原煤熱值較好，則入爐煤加權熱值盡可能保持在19±0.5兆焦耳/千克，保證鍋爐運行安全、機組指標較好且有較好經濟性。

加強現場調度與協調，電廠生產部牽頭，燃料部、運行部、檢修部積極配合，嚴格執行并不斷完善《摻燒褐煤安全技術組織措施》。

為保證褐煤摻燒安全持續，建議增加磨煤機惰化氣體滅火系統及相關安全附屬設備，維修或更換磨煤機密封件及各風門擋板，保證制粉系統安全運行，也為下一步提高褐煤摻配比例緩解煤炭市場采購壓力打下基礎。

[1]鍋爐燃燒試驗研究方法，岑可法，浙江大學

[2]火力發電廠大比例摻燒褐煤方案分析，陳立志，華電技術，2011年第6期

[3]淺談電煤配煤摻燒，鄭以平，湖南電力，1999年06期

[4]鍋爐摻燒褐煤燃燒優化試驗研究，莊暉，重慶大學，2012年

[5]運行規程，華能滇東電廠，2014

[6]B&WB-2028/17.4-M型鍋爐說明書、熱力計算書及圖紙，北京巴布科克·威爾科克斯有限公司