(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)增速放緩以及電力市場化改革的深入推進(jìn)，燃煤發(fā)電企業(yè)成本競爭日趨激烈，配煤摻燒的能力和水平已經(jīng)成為企業(yè)的核心競爭力。為強(qiáng)化燃料成本控制，多數(shù)煤電企業(yè)開展深度配煤摻燒工作，最大限度挖掘摻燒潛力。印尼褐煤煤質(zhì)嚴(yán)重偏離煙煤鍋爐設(shè)計(jì)煤種，具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢，合理摻燒可有效降低火電企業(yè)燃料成本。某電廠經(jīng)過大量的研究、探索、實(shí)踐，在摻燒印尼褐煤方面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，確保了機(jī)組安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 主要設(shè)備簡介

1.1 鍋爐主要參數(shù)

某電廠目前在役容量為3 200 MW，分別為一期工程2×600 MW國產(chǎn)超臨界和二期工程2×1 000 MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。

一期兩臺(tái)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的600 MW超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。

二期兩臺(tái)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的1 000 MW超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。

1.2 鍋爐主要設(shè)備特點(diǎn)

一期鍋爐燃燒方式為前后墻對(duì)沖燃燒，前后墻各布置3層中心給粉旋流低NOx燃燒器，每層各有5只，共30只。在最上層煤粉燃燒器上方，前后墻各布置2層燃燼風(fēng)口，每層布置5只，共20只燃燼風(fēng)口。前墻最下層5只燃燒器為等離子燃燒器，其余各層每只燃燒器配有1只油槍，用于點(diǎn)火和助燃。制粉系統(tǒng)為6臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī)一次風(fēng)正壓直吹式，排渣系統(tǒng)采用刮板式撈渣機(jī)。

二期鍋爐燃燒方式為無分隔墻的八角反向雙火焰切圓燃燒，每臺(tái)鍋爐共設(shè)有48只直流燃燒器。燃燒器共分6層，每層設(shè)8只燃燒器。每層燃燒器由同一臺(tái)磨煤機(jī)供給煤粉，采用PM型主燃燒器、上部燃燼風(fēng)(OFA)及AA分級(jí)風(fēng)的MACT燃燒系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐共設(shè)有24只油槍，用于點(diǎn)火和助燃。最下層8只燃燒器配置等離子點(diǎn)火裝置。制粉系統(tǒng)為ZGM133G型液壓變加載中速磨煤機(jī)一次風(fēng)正壓直吹式，排渣系統(tǒng)采用鋼帶干式排渣。

1.3 設(shè)計(jì)燃料

鍋爐燃煤設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤，校核煤種為晉北煙煤，煤質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)燃煤成分及特性

2 印尼褐煤特性及對(duì)鍋爐影響

2.1 煤質(zhì)特性

印尼褐煤特點(diǎn)是熱值低、揮發(fā)分高、水分高、灰分低、灰熔點(diǎn)低、易磨、易結(jié)焦[1]，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，熱值僅相當(dāng)于設(shè)計(jì)煤種的65%，干燥無灰基揮發(fā)分大于50%，水分均大于設(shè)計(jì)煤種的2.5倍，褐煤與設(shè)計(jì)煤種對(duì)比如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)燃煤與褐煤煤質(zhì)對(duì)比

2.2 摻燒方式

2.2.1 爐外預(yù)混摻燒方式

爐外預(yù)混摻燒方式對(duì)防止結(jié)渣較為有效，也對(duì)防止制粉系統(tǒng)爆炸有效，但是印尼褐煤揮發(fā)分偏高，著火特性較好，而煙煤揮發(fā)分適中，當(dāng)采用爐外預(yù)混摻燒方式時(shí)，褐煤和煙煤的燃盡性能差異會(huì)對(duì)混煤煤粉氣流的燃燒初期有影響，由此產(chǎn)生“搶風(fēng)”現(xiàn)象，使煙煤煤粉缺氧而無法燃燒完全[2]。摻燒試驗(yàn)表明，當(dāng)印尼褐煤與可磨性系數(shù)偏低、煤粉顆粒度大的煙煤爐外預(yù)混摻燒時(shí)，飛灰可燃物升高明顯，鍋爐效率下降，影響配煤摻燒的微觀經(jīng)濟(jì)性。

2.2.2 分磨摻燒方式

直吹式制粉系統(tǒng)可采用分磨摻燒方式。分磨摻燒方式不需專用混煤設(shè)備，易實(shí)現(xiàn)。針對(duì)不同負(fù)荷工況，可做到摻燒實(shí)時(shí)靈活，煤種性能差異較大時(shí)，燃燒穩(wěn)定性易掌握[3]。

2.2.3 摻燒方式選擇

由于印尼褐煤存在鍋爐結(jié)焦、制粉系統(tǒng)著火和粉管堵塞等安全問題，某電廠最初摻燒褐煤時(shí)，選擇爐外預(yù)混摻燒方式，后通過燃燒調(diào)整、運(yùn)行優(yōu)化和設(shè)備改造，徹底解決了以上安全問題，實(shí)現(xiàn)了褐煤分磨摻燒。綜合比較爐外預(yù)混摻燒方式和分磨摻燒方式的優(yōu)缺點(diǎn)，分磨摻燒更有利于鍋爐經(jīng)濟(jì)性，故電廠選擇以分磨摻配為主，爐外預(yù)混摻配為輔的摻燒方式。正常采用分磨摻燒方式，當(dāng)來煤煤質(zhì)特殊，如熱值、硫分、灰分或水分明顯偏高或偏低時(shí)，采用爐外預(yù)混或爐外預(yù)混、分磨組合摻燒方式。

2.3 摻燒褐煤對(duì)鍋爐安全性影響

2.3.1 鍋爐結(jié)焦

鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種為煙煤，褐煤的著火和燃燼特性與煙煤相差較大，褐煤具有高揮發(fā)分、低灰熔點(diǎn)的特點(diǎn)，混煤易造成鍋爐結(jié)焦。某電廠600 MW鍋爐旋流燃煤器設(shè)計(jì)熱負(fù)荷較高、螺旋水冷壁易掛焦，摻配褐煤初期，曾多次出現(xiàn)鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦、掉焦現(xiàn)象。其焦渣特點(diǎn)是松散、易碎、呈灰色，如圖1所示。

圖1 褐煤焦渣示意圖

2.3.2 制粉系統(tǒng)著火

褐煤干燥無灰基揮發(fā)分高達(dá)50%以上，極易著火。露天存放的褐煤，超過1周以上，煤層表面溫度就可能超過50 ℃，煤場會(huì)局部出現(xiàn)冒煙、陰燃現(xiàn)象。原煤進(jìn)入磨內(nèi)被磨成極細(xì)的煤粉，磨煤機(jī)運(yùn)行過程中，若磨中存有積煤、積粉，風(fēng)煤比控制不當(dāng)，極有可能出現(xiàn)磨煤機(jī)著火的問題。HP型磨煤機(jī)由于存在結(jié)構(gòu)缺陷，所以在摻燒褐煤初期，磨煤機(jī)多次出現(xiàn)著火現(xiàn)象，這給鍋爐運(yùn)行安全帶來極大威脅。

2.3.3 粉管堵塞

褐煤全水分高達(dá)35%以上，磨煤機(jī)干燥出力受限，磨煤機(jī)出口溫度偏低，煤粉流動(dòng)性變差，由于二期1 000 MW鍋爐PM型燃燒器為垂直濃淡分離型式，每臺(tái)磨出口引入爐膛的粉管多達(dá)16根，粉管管徑小、距離長，極易引起一次風(fēng)不均、粉管濃度不均。1 000 MW鍋爐在磨煤機(jī)單燒褐煤初期，出現(xiàn)多次粉管堵塞問題。

2.4 摻燒褐煤對(duì)環(huán)保參數(shù)影響

褐煤揮發(fā)分高，更容易著火，在爐膛燃燒的著火點(diǎn)也會(huì)提前，同時(shí)燃料中氮元素含量低。摻燒試驗(yàn)表明，摻燒褐煤有利于降低熱力型NOx和燃料性NOx的生成量，褐煤摻燒比例增加時(shí)，NOx濃度隨之降低。滿負(fù)荷工況時(shí)脫硝SCR入口NOx含量與褐煤比例之間的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 NOx濃度與褐煤比例關(guān)系

2.5 摻燒褐煤對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性影響

2.5.1 飛灰可燃物高

煙煤與印尼褐煤特性相差太大，褐煤揮發(fā)分偏高，著火特性較好，而煙煤揮發(fā)分適中，二者若采取爐外預(yù)混，摻配后從同一燃燒器噴出，會(huì)出現(xiàn)褐煤先著火，繼而“搶風(fēng)”，使煙煤煤粉缺氧而無法燃燒完全。某電廠的基本煤種為塔山煤，該種煤可磨性系數(shù)偏低，煤粉顆粒度大，與印尼褐煤爐外預(yù)混摻燒時(shí)，飛灰可燃物明顯升高，使鍋爐效率下降，進(jìn)而影響配煤摻燒的微觀經(jīng)濟(jì)性。

2.5.2 供電煤耗升高

由于褐煤發(fā)熱量低、煤中水分大，所以摻燒時(shí)鍋爐效率下降，廠用電率上升，進(jìn)而導(dǎo)致供電煤耗升高。根據(jù)熱力性能試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)計(jì)算，得出褐煤不同摻燒比例對(duì)廠用電率以及供電煤耗的影響值，如表3所示。

表3 褐煤比例對(duì)廠用電率以及供電煤耗的影響值

3 采取的措施及對(duì)策

3.1 防止鍋爐結(jié)焦

針對(duì)鍋爐結(jié)焦，主要從燃燒調(diào)整、合理配煤、爐膛測溫、加強(qiáng)吹灰、變負(fù)荷甩焦等多方面做工作：①積極進(jìn)行制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)，將磨煤機(jī)一次風(fēng)調(diào)平、煤粉濃度調(diào)平，嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度，褐煤R90控制在25%～30%；②合理控制褐煤與煙煤的摻燒比例，采用變比例方式改變?nèi)紵鳠嶝?fù)荷，采用分磨摻燒方式，避免爐外預(yù)混引起的燃燒缺氧；③增加吹灰次數(shù)，確保爐膛受熱面清潔度；④避免機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行，采用變負(fù)荷甩焦；⑤優(yōu)化氧量調(diào)整曲線、提高摻配褐煤的磨煤機(jī)風(fēng)煤比；⑥定期利用測溫裝置測量燃燒器噴口及爐內(nèi)大屏等處的溫度，分析爐內(nèi)溫度場變化；⑦通過受熱面壁溫變化、減溫水量的變化綜合分析爐內(nèi)結(jié)焦情況等，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐膛局部溫度高、燃燒器出口火焰紊亂等異常，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，做到鍋爐結(jié)焦可控、在控。

3.2 防止磨煤機(jī)著火

煤粉著火的3個(gè)基本條件是著火源、合適的煤粉濃度、合適的氧量。通過重點(diǎn)控制磨煤機(jī)啟停過程中的風(fēng)煤比，啟停磨煤機(jī)過程中通入消防蒸汽，增大煤粉濃度，減少風(fēng)粉混合物中氧量，消除煤粉著火的邊界條件。嚴(yán)格按以下要求控制：①風(fēng)煤比小于2.3；②啟磨前投入消防蒸汽，直至煤量達(dá)30 t/h以上，停磨煤量達(dá)30 t/h時(shí)投消防蒸汽，整個(gè)啟停磨過程中，縮短低煤量運(yùn)行時(shí)間；③給煤機(jī)停止運(yùn)行后，磨煤機(jī)保持運(yùn)行，對(duì)磨煤機(jī)大風(fēng)量吹掃不少于5 min，磨煤機(jī)停運(yùn)后，繼續(xù)大風(fēng)量冷卻吹掃不少于5 min，直至磨出口溫度降至55 ℃以下。

3.3 防止磨煤機(jī)粉管堵塞

針對(duì)二期一次風(fēng)粉管流動(dòng)性差問題采取以下措施：①通過一次風(fēng)調(diào)平，不對(duì)稱關(guān)小磨煤機(jī)出口靜態(tài)分離器折向擋板，提高部分粉管的煤粉細(xì)度，提高粉管內(nèi)風(fēng)粉均勻性，避免煤粉顆粒沉降；②增加粉管溫度監(jiān)測點(diǎn)和報(bào)警機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中的粉管壓力偏差、溫度的監(jiān)視，通過壓力、溫度變化趨勢，提前發(fā)出粉管可能堵塞的預(yù)警，判斷粉管堵塞時(shí)停磨大風(fēng)量吹掃；③對(duì)可磨性系數(shù)偏低的煤種及時(shí)發(fā)出運(yùn)行預(yù)警，采用爐外摻配；④摻配褐煤的磨煤機(jī)出口溫度必須大于褐煤結(jié)露溫度2 ℃以上，避免煤粉在粉管內(nèi)結(jié)露粘結(jié)。

3.4 進(jìn)行設(shè)備改造，消除摻燒瓶頸

為徹底消除磨煤機(jī)內(nèi)部積粉點(diǎn)，對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行了制粉系統(tǒng)防爆燃改造，主要通過縮小一次風(fēng)室容積，將風(fēng)環(huán)改造為“機(jī)翼”性風(fēng)環(huán)，調(diào)節(jié)罩與一級(jí)分離器相應(yīng)工作面改為斜面等來實(shí)現(xiàn)，機(jī)翼性風(fēng)環(huán)如圖3所示。同時(shí)，石子煤排渣裝置改造為封閉式，粉管縮孔全部更換，對(duì)磨煤機(jī)出口粉管進(jìn)行了加保溫改造。設(shè)備改造后一期HP型磨煤機(jī)實(shí)現(xiàn)單燒褐煤，為大比例摻燒褐煤創(chuàng)造了技術(shù)條件。

3.5 優(yōu)化摻燒方式，力爭效益最大化

針對(duì)摻燒褐煤期間飛灰可燃物偏高問題，將最初的爐外預(yù)混改為分磨摻燒，飛灰可燃物明顯下降，經(jīng)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，1 000 MW鍋爐飛灰可燃物下降約1.5%，降低煤耗約0.86 g·kW-1·h-1，600 MW鍋爐飛灰可燃物下降約1.0%，降低煤耗約0.5 g·kW-1·h-1。

圖3 改造后風(fēng)環(huán)示意圖

摻燒褐煤可產(chǎn)生巨大的宏觀經(jīng)濟(jì)效益，但是不同的摻配方式對(duì)鍋爐排煙溫度、飛灰可燃物、鍋爐出口NOx濃度、風(fēng)機(jī)耗電率影響較大，采用分磨摻燒時(shí)還可以進(jìn)一步優(yōu)化摻配方式，力爭效益最大化。試驗(yàn)證明，最下層磨煤機(jī)摻燒煙煤，中、上層磨煤機(jī)摻配褐煤，可有效降低飛灰可燃物和鍋爐出口NOx濃度，同時(shí)磨煤機(jī)出力小于額定出力的75%以下時(shí)及時(shí)停運(yùn)，嚴(yán)控磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，可最大限度地控制排煙溫度和風(fēng)機(jī)耗電率。

3.6 建立摻燒效益核算模型，做到經(jīng)濟(jì)摻燒

針對(duì)摻燒印尼褐煤對(duì)供電煤耗和廠用電率的影響，建立配煤摻燒綜合效益核算模型。計(jì)算模型除了核算基本煤種和摻燒煤種差價(jià)帶來的收益外，還需綜合考慮廠用電率變化、供電煤耗變化、環(huán)保增支等帶來的不利因素。摻燒效益核算模型的建立，可為當(dāng)前電煤市場下配煤摻燒的來煤計(jì)劃提供依據(jù)。當(dāng)印尼褐煤有明顯的價(jià)格優(yōu)勢時(shí)，雖然摻燒會(huì)導(dǎo)致供電煤耗升高，但是綜合效益可觀，可最大比例摻燒。摻燒效益核算模型計(jì)算公式如下：

月配煤摻燒經(jīng)濟(jì)效益=月?lián)綗俊?基本煤價(jià)格-摻燒煤價(jià)格)×摻燒煤熱值/29.308-月發(fā)電量×供電煤耗增加量÷1 000×29.308÷煤種月均熱值×煤種月均價(jià)格-環(huán)保材料耗費(fèi)增加量

說明：①供電煤耗增加量根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出；②環(huán)保材料耗費(fèi)增加量根據(jù)每月石灰石、液氨耗量統(tǒng)計(jì)得出；③計(jì)算模型忽略設(shè)備磨損折舊費(fèi)用增加量。

2017年，由于印尼褐煤價(jià)格優(yōu)勢明顯，某電廠深度摻燒印尼褐煤，摻燒比例達(dá)到61.8%，經(jīng)核算，年摻燒綜合效益達(dá)1.89億元。

4 結(jié)論

印尼褐煤具有高揮發(fā)分、高水分、低熱值等特點(diǎn)。煙煤鍋爐在摻燒印尼褐煤過程中，存在鍋爐結(jié)焦、制粉系統(tǒng)著火、粉管堵塞等安全性問題，但通過采取有效的控制措施和設(shè)備改造，可完全解決以上難題，可實(shí)現(xiàn)印尼褐煤分磨摻燒、安全摻燒和深度摻燒。

摻燒印尼褐煤會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率下降、廠用電率上升，進(jìn)而導(dǎo)致供電煤耗升高，對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性存在不利的一面，但通過建立摻燒效益核算模型，可確定印尼褐煤最佳的摻燒比例和利潤平衡點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)前煤炭市場形勢，印尼褐煤依然有明顯的價(jià)格優(yōu)勢，宜選擇深度摻燒。