電廠貧煤鍋爐大比例摻燒煙煤應用實踐及分析

（武漢鋼電股份有限公司，湖北武漢 430000）

前言

武漢鋼電股份有限公司（以下簡稱“鋼電公司”）2 臺鍋爐系原武漢鍋爐廠生產WG-670/13.7-5超高壓中間再熱煤粉鍋爐，布置4×4 組煤粉燃燒器，采用熱風送粉方式，具備摻燒高爐煤氣及焦爐煤氣能力，配備中間儲倉式制粉系統，磨煤機為低速鋼球磨，尾部煙道布置三層管式空氣預熱器，脫硝工藝為低氮燃燒+SCR。

2 臺鍋爐設計燃煤為晉東南貧煤，近年來通過不斷試驗摸索，已逐步將燃料種類由原設計純燒貧煤改進為50%貧煤+50%煙煤配比，但仍存在如下問題：

⑴鍋爐熱效率偏低。對比燃用煙煤鍋爐，鍋爐熱效率偏低，飛灰含碳量等重要經濟指標仍有進步空間。

⑵貧煤采購渠道日趨狹窄。動力煤產能結構中煙煤占比大，在燃料采購方面，市場貧煤資源短缺，電煤保障壓力大。

⑶貧煤價格高于煙煤。在國內動力煤市場，20900 kJ/kg 貧煤價格約比煙煤高20 元/t（價格差隨市場波動），提高煙煤購入比例，能有效降低燃料成本。

⑷鍋爐燃燒穩定性差。純燒貧煤時，鍋爐低負荷穩燃性能差，易發生熄火事故，機組運行安全性偏差。

1 “貧改煙”技術路線選擇

國內電廠鍋爐燃料“貧改煙”主要技術路線有三類，（1）制粉系統由中間儲倉式改造為直吹式；（2）一次風熱風送粉改造為乏氣送粉；（3）調整鍋爐參數，適應大比例摻燒煙煤工藝要求。

路線(1)投資額大，工期長（停產6個月以上），煤種適用性下降（不能再燒貧煤），改造難度高，相當于上整套新裝的制粉系統與燃燒系統，存在一定的失敗風險，但改造成功后效果最佳。現有機組改造大部分選擇的是路線(2)，投資額度小，相對保守，若一旦出現運行效果不佳情況，也可切換至原有熱風送粉系統運行，但改造效果不如路線(1)。路線(3)不需改造，可通過試驗摸索改變原有鍋爐運行參數，但對燃料品質把控、運行參數要求較高，控制不當可能會出現自燃、爆炸故障。

鋼電公司近年一直在積極探索貧煤鍋爐摻燒煙煤技術，主要采取路線(3)，煙煤占總燃料混配比例由20%逐步提高至現在50%，整體使用情況良好，基于已取得得的成功做法和成熟經驗，鋼電公司決定進一步提高煙煤混配比，煙煤和貧煤混配比由目前1：1提高至2：1，開展試驗研究與應用。

2 配比煤工業分析以及技術方案

在干煤棚將煙煤與貧煤按照2：1 混配比均勻混合后，在煤堆隨機取五處煤樣，其中表面樣2 個，內部樣3個，對所取煤樣進行工業成分化驗，并與原有1：1混配煤各成分進行比較，如表1所示。

表1 不同配比煤工業成分結果對比表

從表1 分析結果對比情況來看，2：1 配比煤中揮發分提升尤為明顯，其他指標變化不大。鑒于上述原煤工業分析結果，擬定如下技術方案：

（1）嚴格控制煙煤配比，做好混煤的過程管控，確保不同類型原煤混配均勻。

（2）鍋爐低氮燃燒器為水平濃淡分離式，每個燃燒器帶有周界風噴口。本次試驗中，在提高煙煤比例后，煤粉氣流會出現著火提前情況，為保護燃燒器安全，試驗中需降低一次風溫度，開大周界風門，保障燃燒器使用安全。

（3）煙煤易在鋼球磨中發生自燃現象，本次試驗中限制磨煤機出口溫度，防止制粉系統自燃爆炸。

（4）停爐時，須將煤粉倉燒空，對積粉及時清理，防止煤粉發生積熱自燃情況。做好制粉系統氮氣保護。

3 應用試驗關鍵控制點

3.1 一次風溫與風壓

原有一次風溫度控制在280 ℃以下，本次試驗中，將一次風溫先降低30 ℃，按偏保守值設置，以保護一次風管以及燃燒器使用安全，隨著試驗進行中，對一次風溫進行調整試驗。

靠近上限運行，原有一次風壓控制在2.0～2.2 kPa。鍋爐所有熱風均來自于送風機，本次試驗中，因考慮到需保證二次風率、SOFA 風率，盡量控制一次風壓比原有水平高，達到2.3 kPa，并根據現場觀察煤粉氣流著火情況，逐步調整一次風速水平，以達到煤粉氣流著火距離合適。

原有燃燒器周界風開度為10%，保持少量冷卻風量即可，本次試驗中，將周界風開度提升至30%，增強煤粉氣流剛性，防止貼墻刷壁，并保護燃燒器。

3.2 磨煤機運行參數調整與控制

提高磨煤機入口吸力：將磨煤機入口吸力設置為0.3 kPa以上，比原有吸力提高0.1 kPa，防止制粉系統各部位發生積粉情況。

適當降低制粉系統風溫：降低磨煤機出口溫度至60～65 ℃，較原有控制水平低約5～10 ℃，減少磨煤機運行風險；并調整原熱風門聯動關保護值，由90 ℃降低至85 ℃。

消除各部漏風：全面檢查消除制粉系統各處不嚴的孔、洞，減少冷風漏入。

氮氣消防備用：制粉系統各部位氮氣處于備用狀態，如發生事故時，啟動事故預案，緊急投入氮氣系統滅火窒息。

4 主要試驗情況分析

4.1 制粉和燃燒系統參數調整

通過對主要參數的調整對比分析，參考著火氣流著火距離（控制在200～300 mm）長度、刷墻情況、飛灰含碳量、排煙溫度等參數變化情況，摸索出了適應了2：1混配煤參數，見表2所示。

4.2 爐內溫度場變化情況分析

2 號爐設置8 個爐膛火焰探測器從不同層面觀測爐膛，通過火焰圖像分析，建立爐內三維溫度場，輻射能相對測定值能夠反應不同區域的溫度。所監視的爐膛燃燒區域為標高在14 m到34 m之間的區域，即最下層燃燒器以上、折焰角以下的區域，火焰探測器分4 層布置在爐膛四周，具體位置如圖1所示。

表2 不同配比煤條件下燃燒參數、制粉系統參數對比表

圖1 鍋爐三維溫度場輻射能探頭布置圖

對比使用不同混配比煤條件下，在不同負荷工況時各輻射能探頭的測定對比值，詳見表3。

5#、6#、7#、8#輻射能探頭布置在燃燒器區域，其輻射能值可以反映出各層煤粉著火條件、燃燒器區域煙溫高低，以及粉流初步進入動力燃燒的速度。

3#、4#布置位置為最上層燃燒器之上，在此區域，大部分煤粉進入動力燃燒，化學反應速度大大加快，氧量和含碳量急劇減少，產生大量熱量，火焰中心大約在此區域生成。

2#探頭位置區域煤粉進入燃盡階段，化學反應放熱下降，爐內吸熱開始大于燃燒放熱，煙溫緩慢降低。

1#探頭布置位置為爐膛折焰角處，此處煤粉基本結束了燃盡階段，碳氧化合物大量生成，氧量值趨于穩定。輻射能值可以表示爐膛出口煙溫高低。

在180 MW、200 MW負荷條件下，1：1配比煤總輻射能相對偏低，但其1#區域輻射值最高，代表其爐膛出口煙溫高，火焰中心明顯高于2：1混配煤。2：1 混配煤條件下，爐內整體熱負荷較高，在燃燒區區域的輻射值也是最高，著火和燃盡條件皆為最佳。

220 MW 時，兩種配比煤燃燒時的爐內熱負荷差異較小。1：1 配比煤時，雖然燃燒區域溫度升高，但其燃盡行程依舊較長，爐膛火焰中心較高，整體爐內熱負荷仍然低于2：1配比煤。

由上述對比可知，通過增加混配煤中煙煤比例，改善了爐內燃燒條件，燃燒器區域斷面熱負荷水平升高，對于提高燃燒穩定性、降低火焰中心都有好處。

表3 不同負荷工況下爐膛輻射能相對值對比情況表

5 主要經濟指標分析

鍋爐燃用不同配比煤，在額定蒸發量工況時，分別取一個月主要經濟指標平均值。鍋爐熱效率采用反平衡法，考慮大氣溫度變化等影響因素，主要對比排煙熱損失和機械不完全燃燒損失變化情況，計算得到如表4。

表4 燃用不同混配煤的的主要經濟指標變化情況表

由表4對比可知，在提高煙煤摻配比例后，鍋爐經濟指標有明顯好轉，特別是飛灰含碳量變化尤為明顯，鍋爐熱效率得到提高，降低了供電煤耗2.53 g/kWh。鍋爐低負荷燃燒穩定性得到提高，在140 MW 負荷時，以往需投入4 支微油槍進行穩燃，現投入2 支微油槍即可保證燃燒穩定性，降低了燃油消耗。此外，由于煤粉燃燒行程變短，低氮燃燒效果有改善，降低了液氨消耗，減輕了NH3逃逸對尾部空預器堵灰以及金屬腐蝕影響。

6 結語

本次試驗工作從2019年2月份起，至6月份基本完成，2019 年下半年處于應用、改良、總結階段，未發生不安全事故，初步完成提高煙煤混配比例的目標任務。每年可實現煙煤替代貧煤使用量約18 萬t，極大地降低了燃料成本，緩解了雙機運行期間燃料采購供應壓力。同時，鍋爐低負荷燃燒穩定性增強，低氮燃燒效果得到一定程度強化，有效地延緩了空預器堵灰時間，提高了機組長周期穩定運行能力。

本次試驗基于燃用貧煤設備進行的大比例摻燒煙煤應用，鍋爐系統發生自燃爆炸的風險相對其他方案偏大，在實踐中，還需關注以下事項：

（1）加強燃料采購環節管理，重點監控單品種和混配煤品質，貧煤干燥無灰基揮發分控制在12%～20%,，煙煤控制在25%～35%，混配煤干燥無灰基揮發分控制不超過30%，尤其是重點監管入廠煙煤揮發分，揮發分不可超過上限。

（2）嚴格控制鍋爐運行參數，運行人員須嚴格執行燃燒調整工藝紀律；對現場各項燃燒、制粉設備加強巡檢，尤其是對積粉情況及時清理。

（3）完善設備定檢定修工作，燃燒器、一次風管故障率會高于以前，需充分利用停爐機會，對上述重點設備檢查，并定期更換，確保設備狀態良好。

（4）停爐后，盡可能將煤倉、粉倉燒空，如發生事故性停機導致粉倉有余粉時，及早投入粉倉充氮，控制粉倉溫度，防止粉倉爆炸。

（5）做好鍋爐燃燒系統、制粉系統自燃爆炸事故預想，氮氣消防系統必須保證正常備用狀態，各部位防爆門定期檢查，在發生意外時，做到快速反應和及時處置，避免事故擴大。