淺談火力發(fā)電廠煤炭摻燒后鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整

熊良成

（國(guó)電成都金堂發(fā)電有限公司，四川 成都 610000）

一、我廠鍋爐制粉系統(tǒng)及燃用煤種介紹

1、我廠鍋爐設(shè)備為DG2028-/17.57-Ⅱ5型鍋爐，是東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司制造的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架的型汽包爐，再熱汽溫采用煙氣擋板調(diào)節(jié)，空氣預(yù)熱器置于鍋爐主柱內(nèi)。制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，磨煤機(jī)為上海重型機(jī)器廠生產(chǎn)的HP1003型中速磨煤機(jī)，共6臺(tái)，其中一臺(tái)備用。

我廠地處成都市金堂縣境內(nèi)，由于四川地區(qū)煤炭資源不足，特別是枯水期火電發(fā)電用煤量大，區(qū)域內(nèi)電煤供應(yīng)異常緊張，煤質(zhì)下降。公司不斷努力外拓資源，內(nèi)挖潛力，以保證電煤供應(yīng)及鍋爐的穩(wěn)定燃燒，因此不得不面對(duì)多煤種的情況。由于燃煤供應(yīng)緊張，根據(jù)市場(chǎng)的情況，在以后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，供應(yīng)我廠的煤種是比較雜亂的。因此，我廠需要長(zhǎng)期燃用大量偏離設(shè)計(jì)煤種參數(shù)的煤種，特別是需要燃用陜西煙煤為代表的低灰份、高揮發(fā)份的煤種和川內(nèi)中、高灰份的煤，它們對(duì)鍋爐的燃燒和設(shè)備的安全有著很大的影響，因此，結(jié)合制粉系統(tǒng)的調(diào)整，鍋爐變煤種摻燒試驗(yàn)就顯得非常重要。我廠從2008年開始就相繼進(jìn)行了煤種摻燒以及摻燒后的鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，取得了良好效果，不但降低了生產(chǎn)成本，又保證了鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

我廠主要燃用煤炭情況：將大壩神華煤、免西煤的煤質(zhì)劃分為優(yōu)B煤。將惠農(nóng)神華、威遠(yuǎn)煤的煤質(zhì)劃分為B煤。將永浪、普濟(jì)、三江壩的煤質(zhì)劃分為A煤。將格里坪、黃洋、何市壩的煤質(zhì)劃分為A-煤。將廣安、高興的煤質(zhì)劃分為C煤或C+煤。各種煤種成分介紹如下：

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二、我廠入爐煤摻配方式簡(jiǎn)介

鍋爐是根據(jù)給定的煤種設(shè)計(jì)制造的,設(shè)計(jì)煤種不同，鍋爐的爐型、結(jié)構(gòu)、燃燒器及燃燒系統(tǒng)的形式將不同，有的甚至影響燃料輸送系統(tǒng)、鍋爐輔機(jī)和附屬設(shè)備的選型。當(dāng)實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種偏差較大時(shí)，對(duì)鍋爐出力和效率影響較大，給設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來各種各樣的問題。我廠2008年因長(zhǎng)期燃用偏離設(shè)計(jì)煤種導(dǎo)致出現(xiàn)的問題有:

鍋爐出力下降，機(jī)組不能滿發(fā)。

鍋爐效率降低，發(fā)電煤耗增加。(熱效率↑4%-5%,節(jié)煤率達(dá)5%)。煤種多變、煤質(zhì)劣化，使得鍋爐助燃油量增加。

鍋爐爐膛結(jié)渣，受熱面超溫。

燃料費(fèi)用和發(fā)電成本增加。

煤炭摻燒可以調(diào)節(jié)入爐煤特性，所以合理的摻燒可以保證機(jī)組安全高效潔凈運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電廠節(jié)能減排。主要方面有：

均勻煤質(zhì)，使煤質(zhì)盡量接近設(shè)計(jì)值、保證主輔機(jī)在最佳狀態(tài)運(yùn)行，提高效率。降低爐內(nèi)沾污、結(jié)渣趨勢(shì)，降低排煙溫度。提高燃燒的穩(wěn)定性，減少助燃油量。

降低飛灰可燃物，提高鍋爐燃燒效率。

降低硫、NOx排放。

目前我廠鍋爐混煤燃燒一般采取如下三種摻燒方式:

1、間斷摻燒(或周期性摻燒)，這種摻燒危害較大。我廠在2008年供煤緊張時(shí)采用的這種方式。一般對(duì)來煤隨到隨燒。煤種切換過程中出現(xiàn)新的燃燒尖峰溫度，極其容易造成結(jié)渣，危及設(shè)備及機(jī)組運(yùn)行的安全。

2、爐前預(yù)混摻燒，目前我廠基本采用這種方式，在入爐煤上煤過程中摻配，這種摻燒對(duì)防治結(jié)渣較為有效。引起注意的是由于摻燒煤熱值等參數(shù)相差較大，應(yīng)注意混合均勻性。

3、分磨入爐摻燒,這種摻燒方式不需要專用混煤設(shè)備,易實(shí)現(xiàn),摻燒比例控制靈活,煤種性能差異較大時(shí)燃燒穩(wěn)定性易掌握.這種方式的應(yīng)用在我廠啟停機(jī)過程中常用。在停機(jī)過程中,下層磨(A,C磨)上優(yōu)B煤,中上層磨上摻燒煤（優(yōu)B+A,C;3:1:1）,能很好的控制燃燒,節(jié)約燃油，當(dāng)時(shí)工況下，將各煤斗煤粉燒空停爐，只用了燃油2T多.在正常運(yùn)行中這種方式摻燒方式對(duì)前后墻對(duì)沖燃燒方式作用有限。摻燒需要注意的是煤種主要成分接近可以摻燒，相差太大時(shí)就不宜摻燒，這可采取分倉(cāng)上煤的摻燒方式。

三、煤炭摻燒后鍋爐的燃燒優(yōu)化調(diào)整

1、對(duì)鍋爐氧量的合理控制

運(yùn)行中氧量(總風(fēng)量)的變化直接影響排煙熱損失Q2與機(jī)械未完全燃燒熱損失Q4，排煙熱損失Q2是鍋爐各項(xiàng)熱損失中最大的（占5%～7%），排煙溫度每升高10℃排煙損失約增加0.5%～0.7%，機(jī)組發(fā)電煤耗升高1.7～2.2 g/kWh。過高的排煙溫度對(duì)鍋爐電除塵及脫硫設(shè)備的安全運(yùn)行也構(gòu)成威脅。氧量的確定主要取決于鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。氧量過大，使排煙熱損失增加，過小又會(huì)使機(jī)械未完全燃燒熱損失增加。排煙熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失之和為最小時(shí)的安全運(yùn)行氧量即為最佳氧量。從輔機(jī)電耗方面考慮，在滿足爐內(nèi)燃燒的前提下，降低總風(fēng)量,可以大幅降低引、送風(fēng)機(jī)電耗，增加風(fēng)機(jī)裕量，降低廠用電率。從污染物排放方面考慮，采用較小的總風(fēng)量，保證爐內(nèi)燃燒前期的還原性氣氛，可以有效抑制熱力型NOx的生成，減少煙氣中NOx排放，減輕尾部煙氣脫硫脫硝裝置的運(yùn)行壓力，得到良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

2、控制入爐煤煤粉細(xì)度

煤粉越細(xì)，表面積越大，在其它條件相同的情況下，加熱時(shí)溫升越快，揮發(fā)份的析出、著火及化學(xué)反應(yīng)速度也就越快，因而越容易著火。煤粉細(xì)度越細(xì)，所需燃燒時(shí)間越短，燃燒也就越完全。運(yùn)行中煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度的定義為：鍋爐不完全燃燒損失和制粉系統(tǒng)電耗之和及（q4＋qzf）為最小的煤粉細(xì)度。根據(jù)中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《大容量煤粉鍋爐選型導(dǎo)則》（DL/T831—2002），煤粉細(xì)度按下列公式選取：

式中：K——系數(shù)，對(duì)于Vdaf＞25%的煤質(zhì)，K＝4；對(duì)于 Vdaf＝15%～25%的煤質(zhì)，K＝2；對(duì)于 Vdaf＜15%的煤質(zhì)，K＝0。

運(yùn)行中煤粉細(xì)度的變化直接影響機(jī)械未完全燃燒熱損失Q4。機(jī)械不完全燃燒熱損失是燃煤鍋爐的主要損失之一，通常僅次排煙熱損失，一般約占0.5%~5%。當(dāng)燃煤灰分含量約20%、低位發(fā)熱量約22 MJ/kg時(shí)，通常飛灰可燃物含量每增加11個(gè)百分點(diǎn)，機(jī)械不完全燃燒損失增加約0.3~0.4個(gè)百分點(diǎn)，鍋爐熱效率降低約0.3~0.4個(gè)百分點(diǎn)，機(jī)組發(fā)電煤耗升高約1.0~1.3 g/kWh。煤粉細(xì)度不但影響煤粉的著火和燃燒條件，而且對(duì)燃燒的經(jīng)濟(jì)性也將產(chǎn)生直接的影響。此外還對(duì)NOx的生成有一定程度的影響。煤粉越細(xì)，燃燒越快越完全，不完全燃燒損失越低。燃燒細(xì)的煤粉時(shí)還可降低爐膛過剩空氣系數(shù)，使排煙熱損失減少，但磨制細(xì)的煤粉需要消耗較多的電能，增加制粉系統(tǒng)的磨損。反之煤粉越粗，制粉電耗和制粉系統(tǒng)磨損可降低，但不完全燃燒損失就會(huì)增大。如何達(dá)到經(jīng)濟(jì)細(xì)度，煤中揮發(fā)份的含量是決定煤粉細(xì)度的主要因素。當(dāng)燃煤揮發(fā)份含量較大時(shí)，由于相對(duì)容易燃燒，故煤粉可適當(dāng)粗一些。當(dāng)煤粉中灰分含量較高時(shí)，由于灰分會(huì)阻礙燃燒，此時(shí)就要求煤粉能適當(dāng)細(xì)一些。

3、合理控制空預(yù)器出口一次風(fēng)熱風(fēng)母管壓力

在保證磨機(jī)通風(fēng)量的前提下，降低一次風(fēng)壓在混合風(fēng)門開度保持不變的情況下，熱風(fēng)調(diào)門自動(dòng)開大，冷風(fēng)調(diào)門自動(dòng)關(guān)小，可以有效的降低一次風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)流阻力，能夠大幅度的降低一次風(fēng)電耗，加大一次風(fēng)機(jī)裕量以及減小空預(yù)器一次風(fēng)側(cè)漏風(fēng)率。由于一次風(fēng)壓的設(shè)置應(yīng)有效保證整個(gè)制粉系統(tǒng)中所有運(yùn)行磨煤機(jī)所需要克服的最大系統(tǒng)阻力為原則，所以一次風(fēng)壓的控制，應(yīng)該取決于整個(gè)制粉系統(tǒng)的最大阻力的那臺(tái)運(yùn)行磨機(jī)，也就是說一次風(fēng)壓的設(shè)定應(yīng)為所有運(yùn)行磨機(jī)中當(dāng)前最大出力磨機(jī)的給煤量函數(shù)關(guān)系，這樣的一次風(fēng)壓設(shè)置能夠有效保證所有運(yùn)行磨機(jī)所需要克服的最大系統(tǒng)阻力。而我廠關(guān)于一次風(fēng)的控制中，基本上為以機(jī)組負(fù)荷為函數(shù)關(guān)系或是在不同負(fù)荷下采用恒定的一次風(fēng)壓粗獷的控制模式，給整個(gè)制粉系統(tǒng)帶來較大的浪費(fèi)。合理的一次風(fēng)壓控制曲線應(yīng)該根據(jù)合理的一次風(fēng)煤比下，不同磨機(jī)出力下通過試驗(yàn)方式獲得，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，修改一次風(fēng)壓控制模式以及曲線，長(zhǎng)期應(yīng)用取得良好的節(jié)能效果。

4、合理控制空預(yù)器出口二次風(fēng)母管壓力

在保持總風(fēng)量不變的前提下，通過改變?nèi)紵鞫物L(fēng)箱兩側(cè)風(fēng)門的開度，來降低爐膛風(fēng)箱壓差，其目的是保證爐內(nèi)燃燒的前提下降低風(fēng)機(jī)電耗以及增強(qiáng)二次風(fēng)配風(fēng)的均勻性，控制原則是:在保證各層風(fēng)量配比大致相等的前提下，將各層風(fēng)門同比開大，保證各層燃燒器理論進(jìn)風(fēng)量不變的前提下盡量開大風(fēng)門擋板開度，以降低節(jié)流損失。一般來說，對(duì)于我廠這種墻式旋流燃燒器的助燃二次風(fēng)為燃燒區(qū)域風(fēng)量的主要來源，由于旋流燃燒器采用風(fēng)箱兩側(cè)進(jìn)風(fēng)的分布方式，造成二次風(fēng)箱內(nèi)壓力場(chǎng)分布的不均勻，所以在每只燃燒器的旋流葉片以及風(fēng)量套筒開度一致的情況下，進(jìn)入每一層燃燒器的風(fēng)量以及旋流強(qiáng)度是不一致的。燃燒器的旋流強(qiáng)度以及風(fēng)量沿爐膛寬度方向的差異化分布對(duì)燃燒器區(qū)域的熱負(fù)荷以及燃燒狀況沿爐膛寬度方向分配影響較大，在較低氧量運(yùn)行方式下，容易產(chǎn)生局部缺氧導(dǎo)致燃燒惡化，而在富氧區(qū)域的燃燒又容易產(chǎn)生較高的熱力型NOx。所以對(duì)旋流燃燒器的旋流強(qiáng)度以及風(fēng)量開度的調(diào)節(jié)，對(duì)于均勻爐內(nèi)燃燒所需的二次風(fēng)量和優(yōu)化燃燒以及降低污染物排放有著積極的意義。通過我廠的實(shí)踐表明，經(jīng)過長(zhǎng)期的熱態(tài)運(yùn)行后的旋流燃燒器的旋流強(qiáng)度以及套筒開度往往較難調(diào)節(jié)，尤其是它對(duì)負(fù)荷和煤種的適應(yīng)性較差，而且操作控制都在就地，熱態(tài)下參與燃燒調(diào)節(jié)極其不方便，所以一般情況下，根據(jù)特定煤種下燃燒優(yōu)化調(diào)整結(jié)果對(duì)其調(diào)整設(shè)置后在平時(shí)的運(yùn)行中一般不對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。每層兩側(cè)的二次風(fēng)入口風(fēng)箱擋板為控制該層燃燒器燃燒所需要的二次風(fēng)量，該風(fēng)量的精確測(cè)量和控制對(duì)解決燃燒器區(qū)域高度方向上的風(fēng)量分布精確控制有重要的意義。在各層二次風(fēng)能夠精確測(cè)量的基礎(chǔ)上，將每層二次風(fēng)量加入對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)出力的控制邏輯，使得每臺(tái)磨對(duì)應(yīng)的二次風(fēng)量精確可控。

5、合理控制空預(yù)器進(jìn)口煙溫

由于我廠鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)爐膛沾污系數(shù)估算不準(zhǔn)，使得受熱面布置不合理，導(dǎo)致空預(yù)器入口煙溫偏高，從而使得排煙溫度升高，雖然通過采取增加省煤器管排的方式，來增加省煤器的吸熱量，降低空預(yù)器入口煙溫，從而降低排煙溫度，取得了一定的效果。針對(duì)我廠目前設(shè)備的狀況，正常投入和及時(shí)維護(hù)鍋爐吹灰系統(tǒng)，減少受熱面積灰對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性、安全性的影響。鍋爐受熱面定期吹灰不僅能避免受熱面積灰引起的受熱面超溫爆管，同時(shí)使各受熱面可減少換熱溫差，所以在運(yùn)行中應(yīng)格外重視吹灰系統(tǒng)的正常投入和及時(shí)維護(hù)。有統(tǒng)計(jì)表明，鍋爐事故的70%為四管泄露事故，所以應(yīng)該引起高度的重視。一方面保證受熱面的及時(shí)定期吹灰，盡量避免受熱面的超溫爆管，另外加強(qiáng)受熱面防磨工作，對(duì)易磨損部位受熱面采取防磨措施或更換耐磨金屬材料，利用停爐的機(jī)會(huì)加強(qiáng)對(duì)受熱面的檢查，及時(shí)對(duì)薄弱環(huán)節(jié)采取措施，以免鍋爐在運(yùn)行中因受熱面泄露被迫停爐。

結(jié)束語(yǔ)

在能源日益緊張燃料價(jià)格不斷上漲的情況下，火電廠的配煤摻燒工作顯得特別重要，為了保證火力發(fā)電廠的運(yùn)行安全，只有采用科學(xué)的配煤摻燒方式才能保證最大的安全經(jīng)濟(jì)效益，通過近幾年來的摻燒我們積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，并不斷拓寬摻燒范圍，因此在設(shè)計(jì)煤種供應(yīng)緊張的情況下有效地緩解了燃料的壓力，進(jìn)而最大限度地保證了機(jī)組的連續(xù)安全運(yùn)行，沒有發(fā)生因燃料緊缺而被迫停機(jī)的現(xiàn)象。因此通過對(duì)各煤種的科學(xué)論證并采取適當(dāng)?shù)膿脚浞桨富鹆Πl(fā)電廠摻燒非設(shè)計(jì)煤種是完全可行的。我廠通過不同煤種的參燒，大大降低了燃煤成本，通過合理的燃燒調(diào)整，既保證了鍋爐的安全運(yùn)行又保證了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

[1]李恩辰.鍋爐設(shè)備運(yùn)行[M].北京：水力電力出版社,1991.

[2]陳學(xué)俊.鍋爐原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981.1