鍋爐混煤燃燒配比優(yōu)化

蘆海慶

（寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責任公司，寧夏青銅峽751607）

鍋爐混煤燃燒配比優(yōu)化

蘆海慶

（寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責任公司，寧夏青銅峽751607）

針對電廠實際燃煤大多不再采用單一設計煤種，逐漸采用混煤摻燒解決煤炭資源及煤炭價格帶來的局限性，采用合理的配煤滿足鍋爐燃燒需要。根據(jù)不同動力煤的摻混方式及不同摻混比例，對混煤的燃燒特性進行了熱重實驗及一維沉降爐實驗研究。根據(jù)實驗室數(shù)據(jù)結果，提出了鍋爐混煤燃燒現(xiàn)場摻配的方案，并確定出了最佳的摻配比例?；烀簱綗壤拇_定依據(jù)均來源于實驗數(shù)據(jù)，并已得到現(xiàn)場實踐的檢驗，達到了預期的效果。

混煤；燃燒特性；結焦特性；配比優(yōu)化

0 引言

發(fā)電廠設計煤源不足，燃煤質(zhì)量下降，煤的來源復雜，入廠煤各項指標與設計值差異較大。若直接入爐燃燒，將給機組的正常運行造成嚴重的影響，出現(xiàn)諸如燃燒器噴口燒壞，爐內(nèi)結焦嚴重等問題，輕則導致機組能力下降，影響機組的運行經(jīng)濟性，重則導致停爐停機。在實驗室條件下，對原煤和不同配比得到的混煤進行煤質(zhì)特性分析、灰熔點測定等，研究不同的混配方法對混煤組成成分和性質(zhì)的影響。對于不同的煤質(zhì)，能針對特定鍋爐的設計煤種提出與之相對應的合適的動力配煤方法，并對燃用混煤的電站鍋爐及其燃燒器的設計、運行及改造提出指導性意見。

寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責任公司2×600MW機組鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司設計制造的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結構、緊身封閉的∏型汽包爐。鍋爐設計煤種為靈武羊場灣礦煙煤。采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對沖燃燒方式，前后墻上各布置3層，每層5只旋流式軸向低NOx煤粉燃燒器和相應的油點火器。在燃燒器上方布置1層燃燼風，前后墻各5只。

制粉系統(tǒng)配6臺HPS型磨煤機，每臺磨帶1排燃燒器。在額定負荷時5臺磨運行，1臺備用。煤粉細度通過各臺磨出口所對應的旋轉分離器進行調(diào)節(jié)。

實際運行中，存在設計煤種和校核煤種的煤灰軟化溫度較低，而有些實際燃用煤的灰熔點則低于1 100℃。高負荷運行時，爐膛溫高，煤灰粒呈熔融狀態(tài)，當負荷降低后，爐膛溫度下降，附著在受熱面上的焦塊收縮脫落，造成鍋爐掉大焦。雖然通過技術人員的調(diào)整已經(jīng)有效地緩解了爐膛結焦，但是單純依靠燃燒調(diào)整不能從根本上解決這個問題，因此采用混煤摻燒技術來緩解該電廠鍋爐受熱面嚴重的結焦趨勢，并且通過摻配降低燃料成本。

1 混煤優(yōu)化目標的選取

配煤優(yōu)化問題是典型的多目標決策問題，各目標之間往往相互沖突，各變量之間很難進行客觀的評價。根據(jù)電廠實際情況，選擇揮發(fā)分、低位發(fā)熱量、著火溫度、燃燼溫度、燃燒特性指數(shù)作為研究目標。

1.1 標煤單價

隨著“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”政策的出臺，電力企業(yè)的生產(chǎn)成本壓力越來越大。由于我國煤炭資源分布不均，煤價上漲和運輸壓力的增大，電廠不得不在保證鍋爐機組安全運行的情況下，盡可能降低發(fā)電成本。

寧夏燃煤發(fā)電廠采購市場煤按照地域劃分為銀南煤、銀北煤，2013全年采購銀北煤195萬t，銀北煤價格為256.5元/t，銀南煤價格為302.4元/t，銀北煤到廠價格降低了45.9元/t（折算標煤單價71.4元/t），影響全年標煤單價降低15.88元/t。因市場煤炭行情變化，2013年入廠標煤單價較2012年降低110.36元/t，在此降價中僅通過摻燒銀北煤影響了標煤總價降低的14.39%，可見摻配銀北煤有效地提高了企業(yè)的盈利能力。

1.2 結焦狀況

電站鍋爐結焦一旦形成，渣塊就會越積越厚，破壞爐內(nèi)工況，使爐內(nèi)燃燒惡化。由于灰渣導熱系數(shù)低熱阻大，使爐內(nèi)吸熱降低，嚴重影響鍋爐出力，從而破壞爐內(nèi)總體熱平衡過程。結焦還會使排煙溫度升高，降低鍋爐效率。鍋爐結焦直接影響著鍋爐運行的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。采用軟化溫度（t2）作為評斷結焦強弱的指標。

1.3 低位發(fā)熱量

發(fā)熱量決定滿足鍋爐負荷所需要的入煤量，是設計鍋爐的一個重要參數(shù)，也是燃燒好壞的一個重要標志。煤的發(fā)熱量與其燃燒特性沒有定量的關系，相同發(fā)熱量的兩種煤可能在燃燒特性方面差異很大。如果燃燒用的發(fā)熱量比原設計選煤低，理論燃燒溫度必然下降，爐內(nèi)溫度水平降低，將引起燃燒不穩(wěn)定，影響鍋爐熱效率。發(fā)熱量直接影響到鍋爐燃燒安全和磨煤機的出力安全，而低位發(fā)熱量是影響鍋爐燃燒狀況的最直接的因素。

1.4 干燥無灰基揮發(fā)分

混煤揮發(fā)分含量是鍋爐運行最重要的煤質(zhì)參數(shù)之一，其含量的變化顯著地影響爐內(nèi)的燃燒過程。通常，鍋爐燃燒設計是根據(jù)揮發(fā)分、煤的發(fā)熱量等確定火焰的溫度和火焰的穩(wěn)定性。在低揮發(fā)分煤摻燒高揮發(fā)分煤時，會因揮發(fā)分的增加而提高火焰穩(wěn)定性，強化著火和燃燒；相反，如果在高揮發(fā)分煤中摻燒較多的低揮發(fā)分煤而導致?lián)]發(fā)分顯著降低時，則可能出現(xiàn)燃燒穩(wěn)定性問題。

2 混煤摻配方案分析

根據(jù)實驗研究所得數(shù)據(jù)，包括煤質(zhì)特性參數(shù)、熱重實驗及沉降爐實驗數(shù)據(jù)，對寧夏地區(qū)銀南（羊腸灣二礦煤、棗泉煤、靈新煤、內(nèi)蒙新井礦煤）、銀北（烏海市場煤）典型煤種進行摻配優(yōu)化分析，確定出最佳的摻混比例，其具體摻配方式如表1所示。

表1 混煤的摻配方式

2.1 新井煤與烏海煤摻燒

新井煤與烏海煤摻燒在實驗室所得的主要數(shù)據(jù)如表2所示。從表2中可以看出，當新井煤與烏海煤摻混時，混煤的燃燒特性隨配比的變化并不大。因此，在保證混煤正常燃燒的情況下，需要注重考慮混煤的發(fā)熱量與煤灰的結焦要求?？梢钥闯?，隨著烏海煤摻混比例的增加，混煤的煤灰軟化溫度逐漸升高，越來越不容易結焦；而混煤的低位發(fā)熱量卻呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，可能會導致鍋爐的出力不足。當混煤的煤灰軟化溫度大于1 390℃時，結焦程度為輕微，同時考慮到發(fā)熱量對鍋爐出力的影響，建議使用新井煤與烏海煤的摻混比例為1∶1的混煤。

表2 新井煤與烏海煤摻混實驗數(shù)據(jù)

滲混比例揮發(fā)分Vdaf/%低位發(fā)熱量Qnet,ar/（MJ·kg-1）著火溫度/℃燃燼溫度/℃煤灰軟化溫度t2/℃燃燒特性指數(shù)S/1091∶236.3320.12470.5610.81 4707.14 1∶538.3919.52470.5607.81 4957.06 0∶140.0018.78469.3605.5＞1 5006.87

2.2 棗泉煤與烏海煤摻燒

棗泉煤與烏海煤摻燒在實驗室所得的主要數(shù)據(jù)如表3所示。從表3中可以看出，混煤的燃燒特性指數(shù)隨著烏海煤摻混比例的增加逐漸降低，因此需要考慮配比對混煤燃燒性能的影響?；烀旱牡臀话l(fā)熱量之間的差別不是很大，所以，當棗泉煤與烏海煤摻混時，需要同時考慮混煤的燃燒特性和煤灰的結焦情況?？梢钥闯觯S著烏海煤的摻混比例的增加，混煤的煤灰軟化溫度逐漸升高，越來越不容易結焦；而混煤的燃燒性能卻呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。當煤灰的軟化溫度大于1 390℃時，結焦程度為輕微，同時考慮到烏海煤摻混比例對混煤燃燒特性的影響，建議使用棗泉煤與烏海煤的摻混比例為1∶1的混煤。

表3 棗泉煤與烏海煤摻混實驗數(shù)據(jù)

2.3 靈新煤與烏海煤摻燒

靈新煤與烏海煤摻燒在實驗室所得的主要數(shù)據(jù)如表4所示。從表4中可以看出，隨著烏海煤摻混比例的增加，混煤的著火溫度與燃燼溫度逐漸升高，綜合燃燒特性指數(shù)大幅下降。因此，可見烏海煤的添加對混煤的燃燒性能有著非常大的影響。靈新煤與烏海煤的低位發(fā)熱量相差不大，兩者摻混而成的混煤的低位發(fā)熱量之間的差別也很小，可以不必考慮?；烀旱拿夯臆浕瘻囟入S著烏海煤的摻混而大幅提高。所以，當靈新煤與烏海煤摻燒時，必須同時考慮烏海煤的摻混對燃燒性能與結焦情況的影響。當煤灰的軟化溫度大于1 390℃時，結焦程度為輕微，同時考慮到烏海煤的摻混比例對混煤燃燒特性的影響，建議使用靈新煤與烏海煤的摻混比例為5∶1的混煤。

表4 靈新煤與烏海煤摻混實驗數(shù)據(jù)

2.4 羊腸灣二礦煤與烏海煤摻燒

羊腸灣二礦煤與烏海煤摻燒在實驗室所得的主要數(shù)據(jù)如表5所示。從表5中可以看出，隨著烏海煤摻混比例的增加，混煤的著火溫度與燃燼溫度逐漸升高，綜合燃燒特性指數(shù)大幅下降。因此，可見烏海煤的添加對混煤的燃燒性能有非常大的影響。羊腸灣二礦煤與烏海煤的低位發(fā)熱量相差不大，兩者摻混而成的混煤的低位發(fā)熱量之間的差別也很小，可以不考慮。還可看出，隨著烏海煤摻混比例的增加，混煤的煤灰軟化溫度就會得到明顯的提高。所以，當羊腸灣二礦煤與烏海煤摻燒時，必須同時考慮烏海煤的摻混對燃燒性能與結焦情況的影響。當煤灰的軟化溫度大于1390℃時，結焦程度為輕微，同時考慮到烏海煤的摻混比例對混煤燃燒特性的影響，建議使用羊腸灣二礦煤與烏海煤的摻混比例為2∶1的混煤。

表5 羊腸灣二礦煤與烏海煤摻混實驗數(shù)據(jù)

2.5 靈新煤與新井煤摻燒

靈新煤與新井煤摻燒在實驗室所得的主要數(shù)據(jù)如表6所示。從表6中可以看出，隨著新井煤摻混比例的增加，混煤的著火溫度與燃燼溫度逐漸升高，綜合燃燒特性指數(shù)大幅下降。靈新煤與新井煤的低位發(fā)熱量相差較大，因此，當兩者摻燒時必須考慮鍋爐對燃料發(fā)熱量的要求。從表6中可以明顯看到，易結焦的靈新煤與新井煤摻混后，混煤的煤灰軟化溫度均低于1260℃。當煤灰的軟化溫度低于1260℃時，其結焦程度為嚴重。因此，為了保證鍋爐的安全運行，不建議使用靈新煤與新井煤進行混燒。

表6 靈新煤與新井煤摻混實驗數(shù)據(jù)

3 混煤摻燒技術實際應用

3.1 混煤的摻混最佳比例

從表7可以看出，鍋爐目前的燃燒煤種是屬于低灰熔點煤，由前期的實驗研究結果可知，在低灰熔點煤中摻混高熔點煤可以明顯降低低灰熔點煤燃燒的結焦傾向，所以在結焦嚴重的鍋爐中摻燒高灰熔點的銀北煤可以從根源上解決鍋爐受熱面嚴重的結焦狀況。由于目前的燃用煤種和摻燒煤種的揮發(fā)分含量和低位發(fā)熱量比較接近，因此，在燃用煤中摻配高熔點的銀北煤不會對鍋爐的燃燒及出力造成太大的影響。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，當燃用煤種與銀北煤的摻混比例為2∶1時，混煤的煤灰軟化溫度大于1 500℃，屬于不易結焦的煤種。所以使用燃用煤種與銀北煤的摻混比例為2∶1的混煤。

表7 設計煤種、燃用煤種與預摻燒煤種參數(shù)

燃用煤種與銀北煤首先在煤場完成摻配，再將摻配好的混煤輸送到制粉系統(tǒng)，其間經(jīng)過碎煤機、煤倉、磨煤機的混合，基本上能夠混合均勻，將混煤的比例控制在2∶1左右。這樣進入鍋爐的煤種便為灰熔點超過1 500℃的難結焦煤種。

3.2 混煤燃燒的結果與分析

混煤著火的穩(wěn)定性。運行實踐表明，混煤在爐膛內(nèi)的著火穩(wěn)定性很好，有足夠的安全保障。由于摻燒煤種的揮發(fā)分含量與原燃用煤種非常接近，混煤燃燒時的著火特性與沒摻燒之前也很相似。

結焦特性。由于混煤的結焦特性涉及復雜的化學反應過程，因此只能通過實際分析和現(xiàn)場運行來觀察得出結論。由于混煤的煤灰軟化溫度大于1 500℃，屬于不易結焦傾向，在爐內(nèi)結焦的可能性比較小。實際運行觀察表明，混煤在爐內(nèi)燃燒時，燃燒器附近受熱面上的結焦狀況得到了明顯改善。

過熱器、再熱器的安全性。運行實踐表明，混煤燃燒對鍋爐各段受熱面的換熱量沒有明顯的影響，基本與原燃用煤種一致。過熱與再熱汽溫均能維持正常，沒有出現(xiàn)局部超溫、熱偏差惡化等問題。各受熱面的煙溫、排煙溫度也沒有明顯變化。

對制粉系統(tǒng)的影響。由于摻混后煤種可磨性指數(shù)小于設計煤種可磨性指數(shù)，可磨性低、磨損性增大，因此會影響磨煤機的出力。

對排灰、除渣系統(tǒng)的影響。由于所摻混煤種的灰分含量比較高，摻燒之后鍋爐底渣和飛灰的生成量都會增加，造成鍋爐排灰、除渣系統(tǒng)設備出力增大。

4 結語

摻配煤并不是單一煤種的簡單疊加，由于煤種的組成及特性不同，摻燒時不同煤種煤粒相互影響，只有在實驗中根據(jù)煤燃燒特性確定合理摻燒比例，且在爐外盡量摻配均勻，科學摻配低熱值煤降低發(fā)電成本，避免了單一煤炭采購渠道的依賴，在鍋爐燃燒中很好的緩解了受熱面結焦，這樣才能對鍋爐等燃燒設備帶來良好的安全運行與企業(yè)的經(jīng)濟效益。近年來環(huán)保指標要求越來越高，摻燒中還需要對不同煤種硫分、灰分等綜合考慮，最大限度滿足環(huán)保排放要求。

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Coal Mixing Ratio Optimization for Boiler Combustion

LU Haiqing
（Ningxia Datang International Power Generation Co.Ltd，Qingtongxia 751607，China）

As actual coal-fired power plants no longer adhere to single design coal，coal blending is gradually adopted to deal with the limitations of coal resources.In order to meet the requirements of boiler combustion，it is vital to adopt reasonable coal blending methods.For different power coal blending methods and different blending ratios，combustion characteristics of mixed coal furnace are under research by means of thermogravimetric deposition experiment and one-dimensional experiment. According to the results of laboratory data，the scene blending scheme of blending coals combustion boiler is proposed and the best blending ratio is selected.Coal blending ratio is determined on basis of experimental data and has been verified by field practice.Anticipated effect has been successfully achieved.

mixed coal；combustion characteristics；coking properties；the ratio of optimized

TK16

B

1007－9904（2015）02－0076－05

2014-12-06

蘆海慶（1973），男，工程師，主要從事發(fā)電廠運行管理工作。