煙煤鍋爐摻燒褐煤影響試驗研究

曹興偉

摘要：為了研究煙煤鍋爐摻燒褐煤的影響，以便建立科學的多煤源供應結構，降低運營成本，以XX電廠300MW 煙煤鍋爐為研究對象，采用摻燒褐煤方式進行了不同比例的褐煤摻燒試驗。并對煙煤鍋爐摻燒褐煤的鍋爐運行安全性、經濟性以及鍋爐運行特性進行了分析，揭示了摻燒褐煤對鍋爐運行的影響，為摻燒褐煤提供機組摻燒比例以及運行調整提供試驗依據和基礎，提高了摻燒以后機組運行安全性和經濟性。

Abstract： In order to study the influence of lignite blending on bituminous coal boilers， in order to establish a scientific multi-coal supply structure and reduce operating costs， the 300MW bituminous coal boilers in XX Power Plant were taken as the research object， and the lignite blending tests were carried out by blending pioneer lignite. The operation safety， economy and operation characteristics of lignite-fired bituminous coal-fired boilers are analyzed. The influence of lignite-fired boilers on the operation of boilers is revealed. The test basis and basis are provided for mixing ratio and operation adjustment of lignite-fired boilers. The operation safety and economy of the units after mixing-fired are improved.

關鍵詞：煙煤鍋爐;褐煤;煤質特性;鍋爐;摻燒比例;安全性;經濟性

Key words： bituminous coal boiler;lignite;coal quality characteristics;boiler;blending ratio;security;economy

中圖分類號：TK229.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0199-03

0? 引言

現今，我國燃煤鍋爐面臨著煤質下降、變動頻繁等問題，并受國家能源政策的限制，燃煤鍋爐開始燃用劣質煤[1-3]。為了消除火電廠的煤源供應潛在危機，建立多煤源供應結構，降低運營成本與危機。特別是考慮到近年來煤炭市場的供求關系，國內部分設計煤種為煙煤的電站鍋爐逐漸開始摻燒褐煤[4，5]。由于褐煤的高水分、低熱值、低灰熔點、高揮發分等特點，摻燒褐煤對煙煤鍋爐帶來了很大的挑戰[6-8]。同時，基于特定煤種設計的電站鍋爐，摻燒褐煤后鍋爐的運行特性將偏離設計值，其運行工況也將偏離設計工況，勢必對鍋爐運行的經濟性和可靠性造成影響。根據鍋爐摻燒褐煤的實際運行狀況，對鍋爐系統的進行改造，并對燃燒過程的調整及優化運行都是十分現實且重要的。

1? 設備概況

鍋爐為WGZ1025/18.24-4 型亞臨界中間一次再熱、自然循環、單爐膛、平衡通風、固態排渣燃煤鍋爐。鍋爐燃燒方式采用水平濃淡式燃燒器，四角布置、同心雙切圓、最上兩排二次風采用反切燃燒，燃燒器可上下擺動。鍋爐配備5 套HP863C 中速磨煤機直吹式制粉系統。

2? 試驗方法及影響因素分析

試驗對褐煤間接摻混進行研究，然后不同煤種的煤粉通過燃燒器在爐膛內完成混合燃燒。試驗依據《入爐煤樣品的采集方法》 DL/T 567.2-1995、《入爐煤、入爐煤粉、飛灰和爐渣樣品的制備》 DL/T 567.4-1995和《電站鍋爐性能試驗規程》 GB10184-2015標準進行。本次試驗摻燒比例在5%、10%、15%、20%下進行，試驗主要研究煤質特性對鍋爐運行的影響。

2.1 因素分析

煤質特性包括煤的發熱量、灰分、水分、揮發份含量以及氮、硫的含量等。煤中的各種成分不僅影響鍋爐運行的安全經濟性，同時有的成分還對煤炭運輸、制粉等造成影響，為了研究摻燒褐煤后對鍋爐造成的影響，需要對煤中各種成分對鍋爐運行造成的影響進行分析。根據鍋爐實際燃用煤種具體情況，我們對主要入廠煤進行詳細的調研，對十個煙煤和一個褐煤取原煤樣進行煤質特性分析，分析結果見表1。

從表1可以看出，XX電廠實際燃用的煙煤與褐煤有很大的區別。電廠燃用的煙煤大多屬于高硫、高灰分煤，而褐煤屬于高揮發份、高水份年輕褐煤。在摻燒過程中，隨著摻燒比例的增加，將對鍋爐運行造成不同程度的影響，主要表現在對鍋爐制粉系統的影響，對鍋爐煙風系統的影響，對鍋爐受熱面的影響等。下面將參照表1中的各項指標分析煤質特性對鍋爐運行的影響。

2.2 水分的影響

煤中水分對鍋爐運行的影響比較大。主要表現在以下幾個方面：

①煤中水分會吸熱變成水蒸氣隨同煙氣排除爐外，增加煙氣量而使排煙損失增加，降低鍋爐效率;

②煙氣量加大導致引風機電耗增加;

③燃料中水分增加，水分吸熱變成水蒸氣，煙氣含濕量增加，加大了低溫受熱面的結灰、腐蝕風險;

④水分增大，對鍋爐過熱汽溫也有運行，根據有關資料的經驗數據表明：相同煤種條件下，水分每增加1%、過熱氣溫就會升高1.5℃。

⑤燃料中水分對制粉系統的影響，從表2煤質特性分析可以看出，入廠煙煤水分含量數都在10%以內，而褐煤水分高達30%以上，磨制1kg褐煤需要的干燥劑量是磨制1kg煙煤所需干燥劑量的3倍，因此摻燒褐煤后水分對機組的影響最主要還是對制粉系統出力的影響。

2.3 灰分的影響

煤中金屬有害成分。灰分增加，煤的發熱量降低;燃燒推遲，著火困難;爐膛溫度降低，未完全燃燒損失增加;會加速尾部受熱面的磨損。同時對過熱蒸汽溫度也造成影響，根據有關資料的經驗數據表明：相同煤種條件下，灰分每變化±10%，過熱汽溫就相應變化±5℃。

2.4 硫分的影響

根據表1可以看出，電廠燃用的煙煤大多屬于中高硫煤。煤中硫分的最大影響，是會產生硫酸蒸汽冷卻后變成硫酸，對低溫受熱面造成低溫腐蝕，以及隨之而來的堵灰和煙道堵塞問題，對于煤粉鍋爐、煤中全硫量小于1.5%時、不產生明顯的堵灰與腐蝕;當煤中全硫達到1.5%-3%時、如不采取措施、就會產生較明顯的腐蝕與堵灰;當硫分大于3%時、鍋爐尾部受熱面就會出現嚴重腐蝕與堵灰、從而大大縮短空氣預熱器的使用壽命、嚴重影響鍋爐的安全經濟運行、甚至停爐檢修。對于電力生產而言，應該嚴格控制入爐煤的含硫量。

2.5 揮發份的影響

煤的揮發份是煤分類的主要依據。煤的揮發份屬于氣體物質，其著火溫度比較低，易于著火。含量越高，相對來說，固定碳含量就減少，使煤易于完全燃燒。煤越容易著火，燃燒也易于燃燒完全;揮發份大量析出，著火燃燒后放出大量的熱，使爐內高溫，有助于固定碳的著火和燃燒;同時揮發份越多的煤，其煤的空隙越多，也越大，增加煤與空氣的接觸面積，使反應速度加快，也易于煤的完全燃燒。揮發份高的煤，著火容易，著火溫度低，達到著火溫度所需要的時間短，著火點離燃燒器噴口的距離也短，造成燃燒器區域熱負荷增加，容易使燃燒區域結焦甚至燒壞燃燒器噴口，褐煤的揮發份（Vdaf）高達50%以上，因此，隨著摻燒比例的增加，可能會出現上述問題，在摻燒過程中需要密切觀察機組的運行情況。

3? 實驗結果及分析

3.1 飛灰、大渣可燃物的影響

從圖1可知，隨著摻燒比例增加，飛灰、大渣可燃物含量隨著摻燒比例的呈現先降后升的現象，主要由于隨著摻燒比例的增加，負荷降低，爐膛溫度下降。但總體上處于較為經濟的水平。

3.2 摻燒對鍋爐效率的影響

在分析鍋爐效率隨摻燒比例變化時，由于幾次試驗環境溫度不一樣，因此，在計算鍋爐效率時，為便于比較，將排煙溫度統一修正到摻燒10%比例時的環境溫度進行計算。從圖2可知，鍋爐效率隨著摻燒比例的增加而減小，主要是由于煙氣量增加，流速尾部煙道流速加快，尾部煙道受熱面內工質吸熱面變化不大，受熱面煙氣溫降減小，排煙溫度增加，導致排煙損失增加。

3.3 對機組整體經濟性的影響

本次研究試驗摻燒比例在5%、10%、15%、20%下進行，根據XX電廠長期摻燒6%褐煤實際情況，節約燃料成本的計算以摻燒5%比例為基準計算。

按630元/噸的煙煤標煤價和420元/噸褐煤標煤價，在不同比例下根據試驗有關數據計算年節約燃料成本如表2，摻燒比例與機組負荷以及節約燃料成本關系見圖3所示。

由表2可以看出，雖然在各摻燒比例下，風機電耗、制粉電耗略有增加，鍋爐效率略有下降，但是鍋爐燃燒經濟性未造成太大的影響，由于摻燒后原煤綜合標煤價的降低，給電廠產生良好經濟效益。

根據對各摻燒比例試驗的情況分析可以看出，雖然在各摻燒比例下，風機電耗、制粉電耗略有增加，鍋爐效率略有下降，但是鍋爐燃燒經濟性未造成太大的影響，由于摻燒后原煤綜合標煤價的降低，給電廠產生良好經濟效益。

4? 摻燒對鍋爐運行特性的影響分析及建議

從圖4看出，隨著褐煤摻燒比例增加，機組負荷逐漸下降，主要是由于隨著摻燒比例增加，燃煤發熱量逐漸降低，燃煤水分增加，制粉系統需要的干燥出力增加，超過磨煤機的最大出力時，影響機組帶負荷的能力。

本次試驗在5%到20%時，均為每臺磨配置相同比例的褐煤，同時還進行了A、B、C、D 四臺磨摻入20%褐煤，E 磨摻入25%的褐煤。從試驗結果來看，從摻燒5%到20%時，機組運行穩定，各項參數正常，未出現管壁溫度及汽溫超溫的現象，通過對現場燃燒器噴口觀察，未出現明顯的結焦現象。但是當E 磨摻燒到25%的比例時，E 磨出口溫度下降較快，E 磨出口溫度在20 分鐘內由90℃降到65℃，威脅制粉系統的安全。因此當需要大量摻混時，結合前面對制粉系統安全性的分析，建議最高摻燒比例不宜超過20%，摻燒方式采用“爐前摻混，爐內摻燒”的方式，盡量摻混均勻。

5? 結論

通過不同比例的摻燒試驗，并且對各種工況下機組運行參數進行分析及相關計算，摻燒褐煤時機組主要具有以下幾個方面的特性：①隨著摻燒比例的增加，飛灰、大渣含碳量呈現先將后升的趨勢，但總體上變化不大，處于較為經濟的水平。②隨著摻燒比例的逐漸增加，燃料發熱量下降，燃料含水量增加，制粉系統需要的干燥出力增加，超過磨得最大干燥出力時，影響機組帶負荷的能力。

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