疊加配煤法在火電廠燃煤摻燒中的應用分析

鐘艷斌

（云南能投曲靖發電有限公司，云南 曲靖 655000）

隨著電力體制改革的不斷深化，電網系統裝機容量不斷增加，尤其是大型水電廠的集中投產發電，新能源裝機大幅增加，燃煤電廠的生產經營壓力劇增，配煤摻燒成為火電廠降低發電成本的重要手段之一。文獻[1-2]分析了云南復雜煤質的復雜性以及云南大多數火電廠是非集中供煤模式較多采用典型的“小煤保大電”模式。文獻[3]闡述了云南某火電廠由于煤炭市場變化復雜，摻燒煤種多樣，研究燃煤摻燒調度，文獻[4-6]分析火電廠不同配煤摻燒方式及應用情況，文獻[7-8]針對不同配煤摻燒方式及鍋爐煤質配比情況提出相關優化方案，但是該電廠由于入廠煤價格比批復上網電價對應的煤價高，政府為維持火電企業的生產采取強制行政命令要求煤礦向該電廠供煤，為此也就出現燃煤摻雜使假的現象，經過該電廠燃煤摻燒小組相關人員研究把不同熱值、揮發分、硫分及其他需求指標的煤種進行疊加配煤，讓各種不同煤質品種進行優化摻燒，能夠同時滿足該電廠機組安全、環保、經濟性的需求。

1 現狀概述

1.1 機組特性

（1）一期機組為中儲式設計，共布置有6層24個燃燒器，原煤倉棚煤對機組穩定運行影響小，煤種適應性強；二期機組為直吹式制粉系統機組，共5層20個燃燒器，摻燒含煤泥重的燃煤時易棚煤，燃燒波動大、耗油量大、煤種適應能力差。

（2）一期機組制粉系統超負荷運行能力差，煤種可磨系數大時，機組負荷受制于制粉系統出力；二期制粉系統超負荷能力強，采用相同煤種摻燒，機組帶負荷能力高于一期，但制粉系統磨損大。

1.2 煤場情況

該電廠煤場管理實行分類堆放、定置管理，定期盤煤；煤場管理制度健全，盤煤組織機構合理。燃煤儲存點按區域分為：露天煤場、干煤棚及小煤場、汽車卸煤溝和3#崗外備用煤場，存儲時考慮能保障機組最低安全、穩燃要求的燃煤在露天煤場及干煤棚能互為備用。

2 煤質分析

2.1 入廠煤質分析

該火電廠供煤方式是典型的“小煤保大電”模式，由于供應商較多（高峰時達400家），近年來供煤結構主要以4000體系及以上為穩燃煤，3000體系（煤泥或褐煤、政府任務煤）為主燃摻燒煤，其中各體系煤種主要特性如表1所示。

由于當地火電上網電價偏低，煤炭價格比批復上網電價對應的煤價高，政府為維持火電企業的生產采取強制行政命令要求煤礦向該電廠供煤，其中政府任務煤有以下特點：

（1）煤質摻雜較為嚴重。煤種綜合熱值約為3000kcal/kg，比設計煤種熱值低1500kcal/kg（設計煤種熱值為4544kcal/kg），由于熱值偏低，鍋爐難于單獨使用；

（2）政府任務煤供煤范圍包含當地幾乎全部煤礦（無煙煤礦井除外），供煤煤礦超過300家，約占該電廠入煤量的50%左右。

2.2 入爐煤質分析

該廠2#爐穩燃煤以4000體系為主進入A煤倉，其他煤倉進3000體系政府任務煤；4#爐A倉4000體系，B倉4000體系，C倉5000體系，D倉4000體系，E倉政府任務煤。文中針對該電廠2次具有代表性的鍋爐熄火煤質進行了取樣分析，其煤樣情況如表2所示。

表2 鍋爐熄火煤樣情況

由2#爐熄火煤質報告得出：2#爐A粉倉發熱量最低僅為12.19MJ/kg（2910kcal），嚴重偏離19.01MJ/kg，此外從當天負荷、爐膛負壓波動情況看，負荷、爐膛負壓較大（負荷在20MW波動、負壓多次波至－120Pa以下），經分析2A倉進的是4000體系穩燃煤，嚴重偏離實際發熱量，導致爐內抗干擾能力差，爐膛燃燒脆弱是造成此次2#鍋爐熄火的主要原因。

由4#爐煤質化驗數據表明：整體發熱量約14MJ/kg，原煙氣二氧化硫較高約6400mg/m3以上（熄火前為6488 mg/Nm3），由于高硫分煤的易結焦性還原氣體與高焦渣指數的煤種同時加劇爐膛結焦，最終因為結焦的逐步增多造成此次鍋爐燃燒不穩熄火。

綜上所述，2臺爐入爐煤質的全水分和揮發分接近設計煤種，但是收到基低位發熱量嚴重偏離鍋爐設計煤種，1#爐因為入爐煤的不均勻性造成燃燒穩定性差導致熄火，4#爐因為入爐煤的硫分較高造成機組結焦加劇導致熄火，為此得出結論：該電廠2次具有代表性的鍋爐熄火主要原因為入爐煤煤質的不均勻所導致。

3 疊加配煤法的應用

為解決某電廠入爐煤的不均勻性問題，技術人員考證了抓斗摻配法、筒倉摻混法、分倉進煤法等燃煤摻配，具體如下：

（1）抓斗混配法。該電廠橋抓生產率為700~800t/h，日作業量約1萬t/d，進行混配后再滿足供煤最高供煤量0.5萬t，完全無法滿足某電廠高峰供煤量1.5萬t/d以上的摻燒需求。

（2）筒倉混配法。該方法需建設能存儲4.5萬t（滿足3天）筒倉，受某電廠場地限制及投資資金限制，配套基礎設施投資巨大，整個摻混工作量較大，且無法根據不同負荷滿足不同摻混需求，暫無法采用。

（3）分倉進煤摻配法。該電廠前期采用了雙皮帶機同時加倉的運行方式，在原煤倉中實現入爐煤的摻配。2臺取煤設備分別從不同煤場取煤加倉，經過原煤倉內摻配，該摻配方法受錐形煤倉落煤影響，摻配極不均勻，入爐煤成分波動較大。

綜合上述方法后該電廠開展疊加配煤法摻燒試驗。試驗保證某一取煤點煤質相對均勻且各成分也相對穩定。

試驗一：A2取煤點的煤種滿足需求前提下，改變A1取煤點煤質情況。具體操作為A1取煤點為4000體系原煤，按600t/h取煤，進行疊加混配。為驗證混配效果，安排人員在取煤點跟隨取煤設備動態取樣，疊加混配后的樣品在入爐煤采樣機進行三者對比。其對比結果如表3所示。

表3 A取煤點疊加配煤法摻配前后采樣對比

從上3表可以看出：未混配前A1、A2單獨采樣后加權平均與單獨采混合樣對比，分別為2687.97kcal、2723.84kcal，相差35.87kcal；A3（A1A2混配疊加）人工采樣2642kcal，A4（A1A2混配疊加）采樣機采樣2769.27kcal，混配后，相差126.75kcal。疊加配煤法操作后機組入爐熱值平均2705.9kcal，該熱值遠低于機組設計煤種要求，經試驗運行月余，驗證結果為：機組燃燒穩定，能滿足低負荷穩燃運行，且期間未發生熄火事件。

試驗二：在此試驗的基礎上，采用B2取煤點的煤種滿足需求前提下，改變B1取煤點煤質情況。具體操作為B2取煤點為2500褐煤，按600t/h取煤。為實現大量摻燒比例，采用疊加配煤法后在入爐煤通過采樣機進行取樣后，對機組的上層燃燒器對應原煤倉大量進低價煤，三者再進行對比，其對比結果如表4所示。

表4 B取煤點疊加配煤法摻配前后采樣對比

從表4可以看出：未混配前B1、B2單獨采樣后加權平均與單獨采混合樣對比，分別為2420.12kcal和2525.35kcal，相差105.23kcal；B3（B1B2混配疊加）人工采樣2611.44kcal，B4（B1B2混配疊加）采樣機采2664.05kcal，混配后，相差53kcal。疊加配煤法操作后機組入爐熱值平均2627.75kcal，較之前熱值下降78.15kcal；但是混配后熱值偏差由126.75kcal降至53kcal。得出結論：此種混配疊加入爐煤質均勻性得到大幅提升。

該電廠采用混配疊加法進一步開展摻燒不同煤種試驗，試驗結論得出：不同粒度特性煤質配比后機組的用油量大幅下降，不同硫分煤質配比后機組不同負荷工況段環保指標值均達標，為此證明混配疊加法能有效保證機組燃燒穩定，同時滿足實現大量摻燒低價劣質煤比例的要求。

4 經濟性分析

4.1 輸煤系統廠用電

未采用疊加配煤法前，輸煤系統設計出力為1200t/h，實際運行情況為800t/h左右，以單機低負荷為例，輸煤系統廠用電量為800~1000kw·h/d。采用疊加配煤法后，輸煤系統實際運行出力為1100t/h，雖然增加煤源點取煤，但總體運行時間縮短，輸煤系統廠用電量為900~1100kw·h/d，能耗增加較小。機組運行增多，單班運行時間增加后，疊加配煤法大幅提高了輸煤系統實際運行效率，輸煤系統能耗降低明顯。

4.2 燃料成本控制

采用疊加配煤法后，機組安全、穩定性明顯增強，摻燒低質低價煤比例大幅提升，當年全年摻燒低質低價煤約98萬t，按煤低質低價煤價與其他煤種標煤價差價最小120元/t左右估算，當年降低燃料成本6048萬元。次年上半年摻燒低質低價煤約60萬t測算，次年上半年降低燃料成本3703萬元。

5 結語

綜上所述該電廠在燃煤摻燒中應用疊加配煤法后取得以下效果：（1）在摻燒上述同樣煤質情況下，采用疊加配煤法后，管理上通過輔助制定定期燒空清倉措施、輸煤專業精準煤位控制等措施，機組熄火次數從前期3個月共計18次，降低到其后3個月4次。機組棚煤用油從之前1981t降至370t。隨著逐步的經驗積累，機組燃燒穩定，熄火次數大幅減少，機組熄火間隔時長達到46個月，達到該火電廠歷史最長不熄火記錄。（2）由于實行了以疊加配煤法為基礎的燃煤摻燒及精準調度，在保障機組安全情況下，對高硫煤進行配比摻燒，機組結焦大幅降低，鍋爐熄火、機組跳閘次數明顯減少，避免大起大落工況對鍋爐機組設備的影響，起到了明顯的保護作用。鍋爐少用油對鍋爐尾部受熱面尤其是空預器和電除塵起到了明顯的保護作用，確保了安全，延長了檢修使用周期。