500 t/h 鍋爐摻燒低水澳優煤的試驗研究

黃華俊

（1 浙江浙能技術研究院有限公司 浙江杭州 311121 2 浙江省火力發電高效節能與污染物控制技術研究重點實驗室 浙江杭州 311121）

0 引言

紹興某熱電廠二期4×57 MW 背壓供熱機組配套四角切圓鍋爐設計煤種是高水分、低灰分的蒙混煤。由于未規劃干煤棚，遇雨雪天氣，極易發生給煤機斷煤、給煤機落煤管積堵現象，給機組安全穩定運行帶來不利影響。混煤摻燒或燃用非設計煤種，已成為電廠的必然選擇。在試燒燃用一期2×300 MW鍋爐用優混煤基礎上，燃煤供應方提議試燒、摻燒低水澳優煤。

低水澳優煤水分低、灰分高、氮元素含量高，燃煤特性與蒙混煤差異較大。西安熱工院開展的電廠實際用煤調查顯示，煤種不符合設計煤種時，鍋爐的安全性、經濟性和環保性較差；某1 900 t/h 直流對沖鍋爐全部摻燒低水澳優煤后，NOx 生成量大幅增加，較基礎工況增加了約50%。

分磨摻燒方式對爐內混合強烈的四角切圓鍋爐比較有效。通過分磨摻燒不同比例的低水澳優煤，研究和評估其對鍋爐的安全性、經濟性和污染物生成等影響。

1 鍋爐設備及煤質分析

1.1 鍋爐設備介紹

機組為背壓式供熱機組，配套鍋爐型號NG-500/10.1-M，為高溫高壓、自然循環、單汽包、Π 型布置、單爐膛四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、噴水減溫、全鋼構架懸吊結構的露天布置鍋爐。

鍋爐上部至尾部沿煙氣方向依次布置了屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器、上級省煤器、選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置、下級省煤器和兩臺容克式三分倉回轉式空氣預熱器。沒有再熱系統。

鍋爐配備4 臺HP743 型中速輥式磨煤機，每臺磨煤機對應一層直流燃燒器，3 用1 備可保證鍋爐滿出力。燃燒器為均勻配風，從下到上分別為D 層、A 層、B 層、C 層，上部有3 層分離燃盡風（SOFA）。制粉系統為正壓直吹式冷一次風系統，設計煤粉細度R90=18%。

1.2 煤質分析

鍋爐在試驗前后燃用的是優混煤，表1 為設計煤種、燃用煤種和摻燒煤種的煤質分析。試驗用低水澳優煤與設計煤種的全水分、灰分、氮元素含量、哈氏可磨性指數、硫分和灰熔融特性差別均較大，與試驗前后所燃用的優混煤的熱值、氮元素含量、硫分差異較大。

表1 設計煤種、燃用煤種與摻燒煤種的煤質分析

2 摻燒試驗

本次試驗以鍋爐滿負荷分磨摻燒的方式，進行不同比例的低水澳優對爐內燃燒特性的影響試驗，依ASME PTC4.1《鍋爐性能試驗規程》開展，實際試驗工況如表2 所示。試驗期間盡可能保持了主蒸汽參數、過量空氣系數等在同一水平，未進行吹灰、打焦、定期排污及其它擾動工況的操作，未進行制粉系統啟停切換操作。

表2 摻燒試驗工況

試驗主要觀察和檢測了如下項目：①爐膛火焰溫度測量；②燃燒器區水冷壁、燃燒器噴口附近、SOFA 區水冷壁結渣情況觀察；③爐膛底部渣井掉渣、干渣系統運行狀態監視；④表盤汽溫、減溫水量、受熱面管壁溫度監視；⑤SCR 進口、空預器出口煙氣成份測試；⑥飛灰、爐渣取樣分析含碳量；⑦排煙溫度測量；⑧鍋爐熱效率測試、比對；⑨制粉系統運行情況。

3 試驗結果分析

3.1 不同摻燒比例下鍋爐安全性

低水澳優煤摻燒倉位由1 倉增加到3 倉全燒各工況下，鍋爐汽水參數正常，主蒸汽溫度、壓力均能達到設計值。

觀察工況、工況一即摻燒1 倉、2 倉低水澳優時，爐內結渣情況與基礎工況時變化不大，燃燒器區域、SOFA 區可見的水冷壁左右側墻上所覆蓋浮渣未見明顯變化，渣井處未見大的焦渣塊掉落。

工況二即3 倉全燒低水澳優煤時，渣井監控明顯可見渣塊掉落增多。4 h 左右，#1、#2 渣井靠側墻就發生渣焦塌落堆積現象，爐內局部出現了結焦現象，爐內結焦情況有惡化傾向。渣焦較松散，可由液壓擠渣機構擠壓、掉落至下部鋼帶，干渣系統運行未現異常。

各工況下，爐膛溫度和減溫水量如表3 所示。從表3 可以看出，隨著低水澳優摻燒比例的增加，中上層燃燒器區域、SOFA 層區域平均溫度有逐漸上升趨勢，顯示煤粉燃盡有所推遲，但整體爐溫在正常區間內，過熱汽一、二級減溫水量與基礎工況接近，鍋爐各受熱面沒有超溫點。

表3 各工況下爐膛溫度和減溫水量

3.2 不同摻燒比例下鍋爐經濟性

低水澳優煤不同摻燒比例下鍋爐運行基本參數、鍋爐熱效率計算結果、灰渣含碳量檢測結果等見表4。

表4 鍋爐運行情況表

表4 顯示，隨著低水澳優煤摻燒比例的增加，鍋爐熱效率大體上小幅上升，爐渣含碳量明顯下降，摻燒2 倉低水澳優時（工況一），鍋爐飛灰含碳量均值較基礎工況增加了15%，3 倉全燒澳煤時（工況二）飛灰含碳量又較基礎工況略低，整體上含基礎工況等3 個工況下的飛灰含碳量均偏大，煤粉燃燼率不夠理想。各工況下煙氣中CO 含量均較低。

煤質化驗單顯示該批次低水澳優煤哈氏可磨性指數只有52，較優混煤要低，試驗比較了制粉系統運行情況，見表5。

表5 各磨煤機磨制不同煤種時參數比較

從表5 可知，各磨煤機電流在28 A 上下，與磨煤機額定電流36.7 A 尚有裕量。低水澳優煤對制粉系統的影響主要在于制粉單耗上升，其中對B 磨的影響更加明顯，平均上升了0.92 kWh/t或8.4%。但由表1 可知，低水澳優煤的Qnet，ar 要比試驗前后燃用的優混煤高，因此摻燒低水澳優時總的給煤量下降，各工況下制粉系統的總耗電量變化不大。

3.3 不同摻燒比例下鍋爐NOx 生成量情況

該機組污染物排放符合超低排放標準，試燒的低水澳優含氮量為1.30%，高于之前所燃用優混煤（含氮量0.97%）。NOx主要來自燃料中的氮，總體上看燃料氮含量越高，則NOx 的排放量也就越大，鑒于早前某1 900 t/h 直流對沖鍋爐全燒低水澳優煤后NOx 生成量大幅增加，試驗過程中重點監測了爐膛出口NOx 生成量，在SCR 進口煙道測試了各工況下煙氣內NOx 含量，如表6 所示：隨著摻燒比例的增加，爐膛出口NOx生成量呈下降趨勢，要好于前述某直流對沖鍋爐摻燒表現。

表6 各工況下實測SCR 入口煙氣NOx 生成量（標況值）變化 單位：mg／Nm3

4 結論

某背壓供熱機組500 t/h 鍋爐進行不同比例低水澳優煤的摻燒試驗。摻燒低水澳優后，鍋爐燃燒器區域等各受熱面沒有超溫點，主蒸汽參數能達到設計值，減溫水量處于合理范圍內，制粉系統、鍋爐效率影響不明顯，爐膛出口NOx 生成量下降，經濟性和環保性可以得到保證，但全燒低水澳優時，爐內結焦情況有惡化傾向，渣井可見焦渣塌落堆積現象，建議在中下層燃燒器摻燒1～2 倉低水澳優煤，不建議3 倉全燒該煤種，以更好地保證鍋爐安全可靠性。