1 000 MW機組鍋爐褐煤最大摻燒比例預測計算研究

方軍庭

中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東電力試驗研究院

0 前言

近年來，由于市場環境、煤炭產量、電力生產等因素影響，火電廠燃煤成本逐年上升[1-3]。火電廠需要依據煤炭市場動態靈活調整燃煤采購策略，適當摻配非設計經濟煤種[4-5]。通過開展相關配煤摻燒試驗，綜合考慮機組負荷率、制粉系統檢修情況以及褐煤熱值，對褐煤的最大摻燒比例進行預測計算研究，優化電廠燃料采購決策，提高電廠經濟效益[6-8]。

1 摻燒煤質及機組負荷率統計

某發電廠2×1 000 MW國產超超臨界燃煤發電機組，鍋爐型號為HG-3110/26.15-YM3，超超臨界參數、一次再熱、單爐膛、變壓運行直流爐。制粉系統采用中速磨直吹系統，配6臺ZGM113G型中速磨煤機。鍋爐設計煤種為神府煙煤，當前主燒煤種為神華煤，摻燒煤種為褐煤，各煤質參數見表1。

表1 機組設計煤種與當前煤種煤質參數

根據近一年來機組負荷情況，統計機組全年各負荷段的占比，見表2。依據不同的負荷段，確定該段負荷下磨煤機運行臺數，即可確定該段負荷下的最大摻燒比例，加權計算后可得出全年最大摻燒比例。

表2 機組各負荷段占比

2 制粉系統檢修時長統計

制粉系統檢修時，機組無法6磨運行，為維持機組正常帶負荷，褐煤摻燒比例必然下降。制粉系統檢修包括磨煤機大修、磨煤機臨檢、磨煤機定檢、給煤機標定等。

1）磨煤機大修：根據設備檢修周期，單臺磨煤機大修周期約10 000~12 000 h，單次檢修時長約15天。機組全年平均負荷約為695.4 MW，該工況下需要4臺磨運行，全年磨煤機大修的臺數：4×365×24/12 000=3，4×365×24/10 000=3.5；同時參考電廠磨煤機檢修計劃，取全年大修3臺磨煤機進行計算。

2）磨煤機臨檢：單臺機組每月有1天開展磨煤機臨檢，全年共計12天。

3）磨煤機定檢：單臺磨煤機4個月進行一次定檢，全年定檢3次，單次定檢約4天。

4）給煤機標定：近一年機組制粉系統因給煤機標定停運共計54小時，合計約2天。

假設同時僅對一臺磨煤機進行大修或定檢，單臺機組全年制粉系統檢修時間累計為：

15×3+3×4×6+12+2=131天。

3 褐煤最大摻燒比例計算

根據表3，單臺機組全年制粉系統檢修累計時間131天，假設同時僅對一臺磨煤機進行檢修，且磨煤機檢修時間平均分布全年。在1臺磨煤機檢修的131天時間內僅可采取5磨運行方式，不進行磨煤機檢修的234天時間可采取6磨運行方式。對6磨運行和5磨運行方式下的最大摻燒比例分別進行計算。

表3 單臺機組全年制粉系統檢修時間

3.1 6臺磨煤機運行方式下摻燒比例計算

將機組全年負荷劃分為400~500 MW、500~650 MW、650~850 MW、850~1 000 MW四個負荷段，分別采取3、4、5、6臺磨煤機運行方式，結合機組不同負荷工況、不同摻燒方式下煤耗試驗結果，計算不同運行方式下的理論燃煤平均熱值下限。計算結果見表4。

表4 6磨運行方式下褐煤最大摻燒比例

3.2 5臺磨煤機運行方式下摻燒比例計算

將全年負荷劃分為400~500 MW、500~750 MW、750~1 000 MW三個負荷段，分別采取3、4、5臺磨煤機運行方式。為滿足5臺磨煤機運行帶滿負荷能力，1 000 MW負荷下可能采取的磨煤機運行方式為4臺磨煤機主燒神華煤、1臺磨煤機摻燒褐煤或3臺磨主燒神華2臺磨摻燒褐煤。分別計算不同工況下各摻配方式所需的理論燃煤平均熱值下限（各磨煤機均按85 t/h最大出力計算）。對各負荷段最大摻燒比例進行加權計算，計算得出5磨運行工況下最大摻燒比例，表5、表6分別為摻燒1臺褐煤與摻燒2臺褐煤的最大摻燒比例計算結果。

表5 5臺磨煤機運行方式下摻燒1臺褐煤

表6 5磨運行方式下摻燒2臺褐煤

5臺磨煤機帶滿負荷工況下，根據鍋爐效率、熱耗率、最大給煤量（單臺磨85 t/h）計算理論混煤平均熱值下限為19 080 kJ/kg，此時可滿足5臺磨煤機帶1 000 MW負荷。

3.3 綜合最大摻燒比例

6臺磨運行工況下，綜合各負荷段的最大摻燒比例為77.1%，此時需滿足褐煤熱值超過15 479 kJ/kg。

5臺磨運行工況下，若1臺磨煤機摻燒褐煤，綜合各負荷段的最大摻燒比例為24.5%；若2臺磨煤機摻燒褐煤，綜合各負荷段的最大摻燒比例為49.2%。

在磨煤機檢修時間平均分布全年情況下，6臺磨運行方式下的褐煤最大摻燒比例為77.1%。5臺磨運行方式下，在神華煤熱值取20 010 kJ/kg時，當褐煤熱值超過16 187 kJ/kg，此時混煤熱值滿足2臺磨摻燒褐煤時的帶滿負荷能力，褐煤最大摻燒比例49.2%；當褐煤熱值低于16 187 kJ/kg，僅可采取1臺磨摻燒褐煤的摻配方式，此時褐煤最大摻燒比例為24.5%。當褐煤熱值降低，滿負荷工況下可摻燒褐煤臺數下降，褐煤摻燒比例下降。

綜合計算全年褐煤最大摻燒比例，計算結果見表7。在神華煤熱值取21 010 kJ/kg時，當褐煤熱值超過16 187 kJ/kg，全年最大摻燒比例為67.1%；當褐煤熱值低于16 187 kJ/kg大于15 479 kJ/kg，全年最大摻燒比例為58.2%；當褐煤熱值低于15 479 kJ/kg大于14 098 kJ/kg，全年最大摻燒比例為43.5%；當褐煤熱值低于14 098 kJ/kg大于11 791 kJ/kg，全年最大摻燒比例為28.9%。

表7 褐煤綜合最大摻燒比例

4 結論

1）在機組制粉系統均正常運行情況下，當主燒神華煤熱值固定時，摻燒褐煤的熱值增加，摻燒比例增加。

2）在機組有制粉系統檢修情況下，當主燒神華煤熱值固定時，機組上煤方式決定燃料平均熱值下限，從而決定不同褐煤熱值下的摻燒比例。

3）綜合考慮機組負荷率、制粉系統檢修情況以及褐煤熱值，對褐煤最大摻燒比例進行預測計算研究，可以優化電廠燃料采購決策，提高電廠經濟效益。