1 000 MW超超臨界機組鍋爐摻燒褐煤研究

李志山，寧獻武，張 偉

(神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW超超臨界機組鍋爐摻燒褐煤研究

李志山，寧獻武，張 偉

(神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

目前國內發電用煤 (特別是煙煤)市場供應緊張且價格高漲，供需矛盾突出，而褐煤供應充足且價格低廉，已經有越來越多的火電機組開始摻燒褐煤。文中對1 000 MW超超臨界機組煙煤鍋爐安全且最大限度地燃用褐煤進行了分析，提出了相應的措施，并在實際運行中加以驗證。

褐煤;大比例;摻燒;安全

隨著2臺1 000 MW機組相繼投產，綏中發電有限責任公司的燃煤消耗量急劇上升，主燃煤種供應壓力增大，為了緩解其燃料供應緊張局面和經營成本的壓力，各臺機組相繼開始摻燒褐煤。

1 設備及煤質簡介

1.1 設備

綏中發電有限責任公司發電B廠1 000 MW超超臨界機組鍋爐為DG3000/26.15-Ⅱ1型，采用超超臨界參數、變壓直流、對沖燃燒方式、固態排渣、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、全鋼構架、全懸吊Π型結構。

制粉系統采用中速磨配動態分離器直吹式系統。磨煤機型號為ZGM133G，共6臺。燃燒器為新型HT-NR3旋流煤粉燃燒器，采用前后墻對沖燃燒方式，前后墻各布置3層燃燒器，每層每面墻8支，每臺磨帶一層中的8支燃燒器。在前后墻各布置一層燃燼風噴口，其中每層每面墻2個側燃燼風噴口，共8個燃燼風噴口。

燃燒器配風分為中心風、一次風、內二次風和外二次風。其中內二次風為直流，通過手柄調節套筒位置來調節風量，外二次風為旋流，通過氣動執行器來調節風量。單只燃燒器內、外二次風的風量分配通過調節各內二次風套筒開度和外二次風調風器開度來實現，各層燃燒器總風量的調節通過風箱入口風門執行器來實現。

燃燼風配風分為中心風、內二次風、外二次風。中心風、內二次風為直流風，外二次風為旋流風，內二次風通過手柄調節套筒位置來調節風量，外二次風通過調節擋板、調風器實現風量調節。

側燃燼風配風分為中心風、外二次風。中心風為直流風，外二次風為旋流風。燃燼風總風量的調節通過風箱入口風門執行器來實現。鍋爐主要設計參數見表1。

1.2 設計與校核煤種

設計煤種為準格爾哈爾烏蘇2號煙煤 (準2煤)，校核煤種1為準格爾哈爾烏蘇5號煙煤 (準5煤)，校核煤種2為神華煤。設計與校核煤種煤質參數見表2。

1.3 褐煤

表1 鍋爐主要設計參數

表2 設計與校核煤種煤質參數

我國褐煤已探明儲量在1 200億t以上，主要分布在東北地區和云南省。褐煤是煤炭資源中形成時間較短的煤種，其特點是含碳量低，干燥無灰基揮發分很高 (＞40%)，極易自燃;水分、灰分及含氧量較高，發熱量較低。褐煤在空氣中容易失去水分和機械強度，變成碎屑狀，其變形溫度和軟化溫度均較低，實際燃燒過程很容易結焦，屬于強結渣煤種。摻燒褐煤煤質參數見表3。

表3 褐煤煤質參數

2 摻燒褐煤需解決的問題

2.1 保證制粉系統的安全性

在煙煤鍋爐上進行摻燒褐煤，首要問題就是保證制粉系統的安全性，由于褐煤水分大、揮發分高，會帶來制粉系統的干燥出力及制粉系統防爆問題，而上述問題的關鍵是確定合理的制粉系統出口溫度，溫度太高容易引起制粉系統爆燃，而太低又容易使煤粉結露進而引起制粉系統堵塞粉管［1-2］。

根據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》(DL/T5145—2002)，磨煤機出口最低溫度應比煤粉的露點溫度高2℃，且不低于60℃，因此摻燒后在原煤全水分不大于28%的情況下，保證磨煤機出口溫度不低于60℃，均可保證制粉系統不發生堵塞粉管事故，如摻燒后原煤全水分大于28%，應根據DL/T5145—2002中規定的方法確定煤粉的露點溫度，進而確定磨煤機的出口溫度。

磨煤機出口的最高允許溫度 (tMC)在中速磨煤機直吹式制粉系統中按下式計算:

當 Vdaf＜40%時，tMC=［(82-Vdaf)5/3±5］

當Vdaf≥40%時，tMC＜70

當燃用混煤時，按較低的磨煤機出口最高允許溫度 (tMC)煤種取值。進行褐煤摻燒時，磨煤機出口溫度一般應控制在60～70℃，當褐煤比例較大時，在62～65℃比較穩妥［3］。

2.2 選擇合理的摻燒方式

進行褐煤摻燒時選擇合理的摻燒方式至關重要，目前摻燒方式有2種:爐外摻燒方式 (爐外摻混方式)和爐內摻燒方式 (分倉摻燒方式)［4］。

a. 爐內摻燒

爐內摻燒指采用不同的磨煤機分別磨制褐煤和主燃用煤。煙煤鍋爐摻燒褐煤最重要的問題就是制粉系統的干燥出力不能滿足要求，而采用爐內摻燒時此問題尤為突出，綏電B廠經過試驗證實:單臺制粉系統100%磨制褐煤，在保證磨煤機出口溫度不低于60℃的情況下，制粉系統出力在45 t/h左右，約占額定出力的50%，因此這種摻燒方式極大限制了制粉系統的出力，影響機組負荷，而且這種情況給制粉系統的防爆也帶來了問題，因此在系統、設備沒有進行相應改造的前提下，此種摻燒方式不宜進行。

b. 爐外摻燒

爐外摻燒指原煤在進入各原煤倉之前將褐煤和主燃用煤相混合，又分為皮帶混煤和煤場混煤2種。

皮帶混煤是摻燒過程中常用的方式，指利用斗輪機、翻車機或卸船機等設備同時將不同的煤種輸送到同一條輸煤皮帶上，再送入鍋爐燃燒。此種燃煤摻燒方式在輸煤皮帶上就已完成，比較容易實現，但也存在一定的不足，如:輸煤系統設備運行占有率較高、耗電量較大、計量困難、摻燒比例難以控制、一路煤源出現異常時會導致煤質大幅度變化等。

煤場混煤方式與皮帶混煤相似，利用斗輪機、翻車機或卸船機等設備同時將不同的煤種向同一地點進行混合存放，只要有2種煤同時需要接卸時即可實現，入爐煤質也相對穩定，但也存在輸煤系統耗電率稍高及卸車、卸船時間長等缺點。

在運行過程中，可以根據實際情況選擇合理的摻燒方式，必要時可將2種或3種方式結合進行。綏電B廠在實際摻燒過程中根據燃燒情況，結合機組負荷曲線，靈活選擇不同的摻燒方式，且必要時采用2種摻燒方式相結合的方法最大限度將褐煤摻燒 (最大摻燒比例達75%)，同時不影響機組負荷及車、船的卸煤時間。

2.3 選擇合理的摻燒比例

由于褐煤與設計煤種的水分相差較大，因此不同比例地摻燒褐煤后，煤種水分也相差較大，因此利用單臺磨煤機全燒褐煤的試驗結果，結合燃燒設計煤種時制粉出力的大小，根據不同時段的機組負荷情況，用煙煤和褐煤的全水分加權平均和發熱量加權平均的方法，可估算大致的摻燒比例，然后再根據實際情況加以修正。

為了確定合適的摻燒比例，綏電B廠用準2煤、神華煤分別與不同比例的褐煤進行了摻燒試驗。

根據神華煤與褐煤摻燒試驗結果，對磨煤機最大出力與褐煤摻燒比例的關系進行擬合:

y1=-0.524 7x+98.581

式中 y1——神華煤與褐煤摻燒時磨煤機最大出力，t/h;

x——褐煤摻燒比例，%。根據準2煤與褐煤摻燒試驗結果，對磨煤機最大出力與褐煤摻燒比例的關系進行擬合:

y2=-0.636 8x+109.34

式中y2為準2煤與褐煤摻燒時磨煤機最大出力，t/h。

通過試驗得出上述規律后，綏電B廠根據燃料情況，結合機組負荷曲線，選擇不同摻燒比例，既能保證機組負荷，又最大限度摻燒褐煤。

2.4 增加褐煤的存放時間

褐煤在煤場存放一段時間后會蒸發一部分水分，從而降低入爐煤的水分，因此可將褐煤在煤場存放一段時間來降低水分，最終達到提高摻燒比例的目的。

經過試驗，褐煤在煤場存放一段時間蒸發掉一部分水分后，機組帶負荷能力與摻燒褐煤比例的關系見圖1、圖2，如果煤垛較大的話，中央的煤沒有表層的煤效果明顯。

為增加褐煤的存放時間，需要通過火車將其卸到煤場，再從煤場運到鍋爐內燃燒，增加了中間環節，存在輸煤系統的耗電率和設備運行占有率高等缺點。

3 摻燒褐煤帶來的影響

3.1 降低機組經濟性

由于褐煤水分大、發熱量低，所以摻燒褐煤后，混煤發熱量降低，入爐燃料量增加，導致煙氣量和排煙熱損失明顯增加，鍋爐效率有所降低。但鍋爐效率的降低可以通過燃燒調整來彌補一部分，調整后鍋爐效率降低不多。

入爐燃料量增加會導致制粉系統電耗增大，同時也相應增大一次風機和引風機電耗，所以摻燒褐煤后廠用電率會增大，機組發、供電煤耗均會有所增大，降低了機組經濟性。

經過測算:1 000 MW機組摻燒褐煤后，其供電煤耗大約升高3 g/kWh，降低了機組的經濟性，但與褐煤的采購成本相比，經濟效益還是比較可觀。

3.2 煤質變化大

由于爐內摻燒受制粉系統干燥出力的限制，因此綏電B廠大部分采用皮帶混煤及煤場混煤2種方式進行摻燒。2種不同的煤種同時進入鍋爐或煤場，如果期間某一煤種由于設備等原因中斷輸送，而另一煤種又無法及時停止輸送，這部分煤就由摻燒煤種變成了單一煤種，由于發熱量和水分差別均較大，會導致進入鍋爐時的煤質突變。

為了加快燃煤的接卸速度，通常1天之內上煤煤種會變化多次，再加之上述因素，煤質變化的幅度更大，同時會出現汽溫大幅度波動、受熱面金屬壁溫超限等問題，給運行人員帶來很大的難題。

針對上述問題，綏電B廠根據各原煤倉煤位進行錯時上煤，將煤種分界點錯開，防止出現各磨煤機同時發生煤質突變的情況，來緩解煤質變化大的問題，效果較明顯。

3.3 除渣系統工作壓力大

褐煤的灰熔點較低，屬易結焦煤種，因此大比例摻燒褐煤后，鍋爐的結焦量增多，尤其是神華煤與褐煤進行摻燒時，鍋爐落渣量大大增加，焦塊為熾熱的火炭狀、溫度極高［5］。

綏電B廠采用干式除渣系統，其工作壓力很大，常出現鋼帶機頭部溫度過高的情況，尤其在投運蒸汽吹灰期間。運行人員通過增大噴淋水量、開啟鋼帶機底部進風門、關閉擠壓頭、調整一級鋼帶機頭部進風調節門、調節鋼帶機聯通管調節門開度等措施，有效控制了鋼帶機頭部溫度過高的問題。

3.4 設備磨損加劇

摻燒褐煤后，入爐煤的發熱量降低，造成其總量增加，同時由于水分增大，制粉系統無法按額定出力運行，為了保證機組滿負荷運行，常需要6臺磨煤機全部投運，這給制粉系統的定修定排帶來了壓力。

由于入爐煤總量的增加，造成排出的灰渣量也隨之增大，而且灰渣較硬，對除灰渣系統的磨損會有所加劇，需通過加強設備維護治理來保證設備的安全穩定運行。

4 摻燒褐煤的安全措施

a. 班值長、主值必須掌握上煤情況，根據煤質變化進行調整。

b. 確定各項聯鎖保護應可靠投入。

c. 重點監視制粉系統，磨煤機出口一次風管道風速應高于22 m/s，溫度應控制在60～70℃。

d. 應根據鍋爐實際積灰、結焦情況，確定合理的吹灰周期。

e. 當機組負荷低于550 MW時，煤質變差，應及時投油穩燃。

f. 制粉系統的啟停嚴格執行操作票，當其發生異常時必須按規定投入磨煤機消防蒸汽。

g. 制粉系統停運時，應將給煤機拉空，將磨煤機及一次風管內的煤粉吹掃干凈，計劃停磨時間超過2 d時，應將原煤倉內積煤燒凈。

h. 磨煤機備用時間不超過48 h，應及時按規定時間進行切換，每次運行時間不少于10 h。

i. 燃料上煤時要控制好比例，盡量根據各原煤倉煤位進行上煤，防止出現各磨煤機同時發生煤質突變的情況。

5 結論

a. 褐煤揮發分較高，屬極易自燃且易結焦的煤種，在摻燒過程中只要準備工作充分、措施得當，可以保證鍋爐的安全運行。

b. 盡管褐煤水分較大，在煙煤鍋爐上摻燒褐煤時，制粉系統的干燥出力不能滿足要求，只要選擇合理的摻燒方式和摻燒比例，不會因制粉系統出力不足而影響機組負荷。

c. 摻燒褐煤后機組的經濟性有所降低，設備磨損程度增加造成維護工作量增加，這些要結合燃料成本等各項因素綜合考慮。

［1］ 徐遠綱，張 成，夏 季，等.中速磨煤機煤粉團聚的原因分析［J］.動力工程，2008，28(6):12-15.

［2］ 周宏寶.提高磨煤機出口溫度在運行中的實時運用［J］，機電信息，2011，11(6):58-59.

［3］ 趙仲琥，張國安，王文元，等.DL/T5145—2002，火力發電廠制粉系統設計計算技術規定［S］.

［4］ 王春昌，阮士周，宋太紀，等.煙煤鍋爐兩種方式摻燒褐煤的工程應用［J］.中國電力，2010，55(10):35-38.

［5］ 狄萬豐，韓繼偉，楊忠燦，等.超臨界600 MW機組褐煤鍋爐的運行特性研究［J］.熱力發電，2011，40(4):62-65.

Technology Research on Boiler of 1 000 MW Ultra Supercritical Unit with Mixed Burning Lignite

LI Zhi-shan，NING Xian-wu，ZHANG Wei
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd.，Huludao，Liaoning 125222，China)

Due to the coal market，the bituminite-fired boiler is burning by mixed burning of lignite.The paper analyzes the boiler of 1 000 MW ultra supercritical unit burning with mixed lignite in a maximum extent and running safely at the same time，and puts forward corresponding measures，which has been verified in practice.

Lignite;Large proportion;Mixed burning;Safety

T227.1;TK229.2

A

1004-7913(2012)01-0001-04

book=5,ebook=128

李志山 (1962—)，男，學士，高級工程師，主要從事電廠生產管理工作。

2011-10-28)