超臨界機組燃煤優化摻燒管理

摘" 要：對于燃煤發電企業來說，燃用設計煤種是最安全、最穩定、經濟性最高的原料。但由于煤炭市場的供求關系發生轉變，以及煤炭的運輸成本、煤價等因素產生變化，一些發電企業需要摻燒部分非設計煤種，以提高整體經濟效益。某發電公司從2016年增容改造后，開始逐漸加大了非設計煤種的摻燒力度，為確保機組在摻燒非設計煤種時的安全性與經濟性，有必要對機組煤炭的適應性及如何優化配煤摻燒進行試驗及研究，尋求一種最佳的煤種摻燒管理模式，實現鍋爐的安全、經濟運行。

關鍵詞：鍋爐；優化配煤；摻燒管理；經濟性

隨著社會的發展，用電需求逐步增大，高參數、大容量發電機組成為日常主力機組。由于煤炭資源有限、分布不均等因素，造成發電企業不可能長期燃用單一煤種。隨著煤炭市場供求關系發生轉變，煤炭的運輸成本、煤價等因素產生變化，發電企業需要摻燒部分非設計煤種，以提高發電企業的整體經濟效益[1]。

1.設備概況

某發電公司現有4臺660MW超臨界機組，鍋爐（Bamp;WB-1903/25.40-M）為超臨界參數、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、露天布置型鍋爐，配有帶循環泵的內置式啟動系統，采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統，前后墻對沖燃燒方式，配置Bamp;W公司最新研制的DRB-4Z及AireJet超低NOx雙調風旋流燃燒器及NOx（OFA）噴口。尾部設置分煙道，采用煙氣分流擋板調節再熱器出口汽溫。尾部豎井配有2臺豪頓華公司生產的31.5VNT1960三分倉空氣預熱器。空氣預熱器運行時，轉子從煙氣側轉向二次風側，然后轉到一次風側，再轉回煙氣側，其作用是利用鍋爐煙氣的剩余熱量來預熱燃燒用的二次風和進磨煤機的一次風，降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率。

2.鍋爐常用燃煤介紹

某發電公司設計煤種為淮南煤，目前主要燃用的煤種以大混煤、優混煤、蒙混煤為主，不定期地燃用一些進口煙煤，如澳煤、印尼煤、俄煤等。燃用的煤基本為高揮發分煙煤，但煤的特性有較大的差異，表1是某發電公司常用煤種的工業分析。

3.電廠燃煤摻配的主要形式

3.1動力配煤

動力配煤是燃料供應商根據用戶對煤質的要求，將若干不同種類、不同性質的煤按照一定比例摻配加工而成的混合煤。它雖然具有摻配單煤的某些特征，但其綜合性能有所改變，實際上是人為加工獲得的一個新的煤種。動力配煤的基本原理就是利用各種煤在性質上的差異，通過混合后，實現相互取長補短，發揮各摻配煤種的優點，使最終獲得的混煤在綜合性能上達到用戶要求。

在我國煤炭生產中，高灰、高硫和低熔點煤的比例較高，煤炭的洗選加工能力較弱。而煤炭用戶的購煤渠道多、煤種雜、質量不穩定，導致鍋爐實際燃用煤種偏離設計煤種，造成鍋爐出力受限、故障停運率較高、發電煤耗較高和檢修費用較高等。針對實際燃用煤種與設計煤種不符這一情況，一些發電企業采取了大量的燃燒系統調整措施，投入大量資金改進燃燒系統，使鍋爐適應煤種的變化，取得了很多成果，但僅被動地去適應煤種變化將會導致改不勝改，采用不同煤種混合燃燒進行動力配煤是解決鍋爐對煤質適應性的一個有效方法。

3.2廠內混合摻燒方式

由于動力配煤需要有大型的配煤場及專用的配煤機械，在電廠內一般無法實現，煤的另一類摻配方式就是在電廠內部直接混合，如倉混式、庫混式、帶混式、爐內直接混合等。這種方式只是將兩種煤按發熱量和揮發分要求進行一定比例的混合，使混煤滿足一定的發熱量、揮發分和灰分要求。但由于受煤源多變和煤種的限制，這種方式未綜合考慮結渣特性、燃盡特性和脫硫脫硝特性等因素，盡管也能使鍋爐在煤種適應性方面有一定效果，但在燃燒效率、污染物排放和安全可靠性方面還有一定差距，甚至會出現混煤不當而造成鍋爐燃燒不穩、爐內積灰結渣嚴重等現象[2]。

3.3燃煤實現分磨摻燒的優點

某發電公司的鍋爐制粉系統是正壓直吹式，一臺磨對應一層燃燒器，比較適合爐內直接混合摻燒的方式，也就是分磨摻燒，燃煤在廠內分磨摻燒有以下優點：

①無需專用的配煤場地和配煤機械，直接在爐內進行摻混，節省了資金投入。

②合理地摻燒方式能提高鍋爐效率，節約煤炭，降低鍋爐事故率。

③充分利用煤炭資源，節約運力。

④通過優質煤和劣質煤的混合，提高劣熱質煤的利用率。

⑤通過將高硫煤和低硫煤摻混，可降低SO2排放量，特別是空氣預熱器在冬季工況下因排煙溫度低，容易引起SO3在空氣預熱器冷端面結露造成低溫腐蝕及冷端面堵灰，嚴重影響鍋爐運行的經濟性及安全性，通過合理的摻配和低硫煤的全年調配，可有效降低冬季工況時燃煤綜合硫份，減少空氣預熱器冷端面飛灰的沉積。

4.多煤種的優化摻燒應用

4.1采用不同的煤種搭配摻燒方式對鍋爐的性能影響分析

為提高發電企業效益，進行多煤種摻燒，可保障煤質穩定，如何配煤摻燒成為了發電企業必須解決的課題。

煤燃燒是一個極其復雜的物理化學過程，在其煤粉燃燒過程中，各煤粉之間相互影響、相互制約，使混煤表現出不同于單一煤種的燃燒特性。影響配煤燃燒的因素較多，因此，某發電公司對常用煤種的分磨摻配方式進行了試驗和比對，以尋求在現有煤種下的最佳摻燒方式。

分磨摻配試驗主要進行了以下幾個方面的分析和比對：

①鍋爐熱效率。

②燃燒器噴口附近著火情況，包括著火點位置、噴口溫度等。

③爐膛溫度。在各部位觀火孔處采用紅外高溫儀測量爐膛溫度。

④鍋爐煙氣分析。在鍋爐空氣預熱器后方抽取煙氣進行分析。

⑤鍋爐飛灰、爐渣取樣分析。

⑥鍋爐結渣情況（大屏、燃燒器上部區域及燃燒器區域）。

⑦磨煤機工況對比。

⑧主要輔機電耗。

4.2 試驗過程

本次試驗磨煤機燃用方式采用分磨摻燒方式，要求上倉方式滿足機組帶負荷能力要求，控制上倉煤種平均熱值在5200kcal/kg以上[3]，分如下5種上倉方式：

①2倉大混煤2倉蒙混煤1倉俄煤。

②2倉大混煤3倉蒙混煤。

③2倉大混煤2倉蒙混煤1倉印尼煤。

④2倉大混煤2倉蒙混煤1倉澳煤。

⑤2倉大混煤2倉澳煤1倉俄煤。

試驗過程中，根據煤種特性，在該煤種摻燒燃燒后，保持機組負荷穩定2小時以上，再抄錄相關數據，各主參數如表2所示。

從主參數上看，各種煤的摻配方式均能滿足機組帶滿出力的要求。以摻燒時的減混水量比對，從過熱器減溫水和再熱器減溫水量上看，2大混3蒙混煤這種摻配方式減溫水量偏大，尤其是再熱器減溫水量明顯偏多，說明煤的著火延遲，爐膛火焰中心偏高，從而導致減溫水量偏多。

從煤燃燒特性的角度看，再熱器減溫水量較大主要有兩個方面的原因。一方面，燃燒非設計煤種的煙氣量比設計煤種的煙氣量大，使得再熱器的對流換熱增加，再熱汽溫偏高，再熱器減溫水量增大。另一方面，非設計煤種的燃盡溫度較高，使得煤粉的著火推遲，從而使火焰中心位置上移，爐內的輻射換熱量減小，尾部的對流換量增多，使再熱器減溫水量增加。

在不同煤種的摻燒方式下，對鍋爐排煙溫度、煙氣含氧量、飛灰含碳量等指標進行了測定，計算出各項熱損失，最后得出各種摻燒方式下的鍋爐效率。

5.各種摻配方式試驗后結論

①通過各煤種不同搭配方式的試驗可以看出，在入爐煤低位發熱量達到5200kcal/kg以上時，均能滿足機組帶滿出力的要求，建議電廠后續配煤時按照電網負荷預判，合理上倉，及時消納低熱值煤，以提高電廠整體經濟效益。

②通過各煤種不同摻配方式的試驗可以看出，在燃用2大混2蒙混1澳煤時，鍋爐效率最高，并且各級減溫水量的分配也比較合理。燃用2大混2蒙混1印尼煤、2大混2澳煤1俄煤時，鍋爐效率較高，再熱器減溫水量也較少。燃用2大混3蒙混時，再熱器減溫水量最高，并且鍋爐效率也比較低，經濟性較差。

③各煤種摻燒后，鍋爐穩定運行時，汽水系統參數、風煙系統參數、爐膛溫度、爐膛負壓正常，鍋爐受熱面壁溫正常，鍋爐結渣傾向較輕，各輔機、輔助系統運行正常。

④在幾種摻配方式中，2大混2蒙混1印尼、2大混2蒙混1澳煤、2大混2澳混1俄煤三種摻配方式比較切合某發電公司實際來煤情況，能滿足鍋爐燃用時的安全性和經濟性，也就成為了某發電公司的主要用煤摻配方式。

6.結束語

由于煤炭資源有限、分布不均等因素，造成發電企業不可能長期燃用單一煤種。為提高發電企業的經濟效益，保障煤質穩定，如何優化多煤種摻燒成為了發電企業必須解決的課題。某發電公司在多煤種優化摻燒的實踐中做了一些試驗和分析，但由于鍋爐的特性不同等因素的影響，有些試驗數據在不同的爐型中不一定適用，發電企業在合理配煤、優化摻燒等方面還有很多工作要做。

參考文獻：

[1]孫培波。660MW超臨界壓力鍋爐混煤摻燒燃燒經濟性分析[J]．山東電力技術，2019，46（12）：65-71.

[2]鄒加文、趙曉杰、呂俊鵬、胡書紅、吳云召。660MW“W”火焰鍋爐經濟煤種摻燒應用實踐及效益分析[J]．電力設備管理，2024，（5）：237-239.

[3]聶華華。某600MW超臨界直流爐制粉系統燃燒調整試驗[J].電力系統裝備， 2021（19）：19-21.