鍋爐摻燒褐煤安全性和經濟性分析

李前勝，李正文，許 靜

（1.華能大連電廠，遼寧 大連 116100；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；3.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

鍋爐摻燒褐煤安全性和經濟性分析

李前勝1，李正文2，許 靜3

（1.華能大連電廠，遼寧 大連 116100；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；3.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

分析了在設計煤種為優質煙煤的鍋爐中摻燒褐煤的安全性和經濟性，由于褐煤相對于優質煤種容易爆炸，且外在水分高、低位發熱量低，會對磨煤機甚至整臺機組的滿出力運行造成影響。同時，對摻燒褐煤后機組供電煤耗的影響因素，即鍋爐排煙損失、鍋爐飛灰含碳量和輔機電耗進行探究。

煙煤；褐煤；摻燒；安全性；經濟性

近年來，電煤價格極不穩定，受經濟環境、煤炭產量、運力等因素影響，電煤價格波動較大。在電廠發電成本中，燃煤成本占其生產成本的大部分，因此燃煤價格波動對發電廠的經濟效益影響較大。摻燒非設計經濟煤種，提高經濟效益，一直是各電廠不斷探索的課題。某電廠為應對燃料市場價格較高，對燃用優質煙煤的鍋爐摻燒褐煤，并積累了一定經驗供參考。

1 摻燒褐煤安全性分析

1.1 電廠鍋爐與褐煤鍋爐的比較

某電廠共有4臺350 MW發電機組，1、2號鍋爐為亞臨界參數、單汽包、一次再熱、平衡通風、控制循環煤粉爐，配備5臺RP903型中速直吹式磨煤機，燃燒器為直流型式，四角切圓布置，4臺磨煤機運行可滿足機組額定出力。3、4號鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、自然循環煤粉爐，安裝4臺MPS89G型中速磨煤機，4層低NOχ旋流燃燒器前后墻對沖布置，3臺磨煤機運行可滿足機組額定出力。

a.爐膛容積熱負荷

爐膛容積熱負荷反映了一定的爐膛流場和溫度場下燃煤和其燃燒生成物停留的時間。在鍋爐出力相同的條件下，爐膛容積熱負荷越大，說明爐膛容積越小，滯留時間越短，對煤粉燃盡越不利，鍋爐越容易結焦［1］。

1、2號鍋爐的容積熱負荷為117.13 kW／m3，同型式的褐煤鍋爐推薦值為80～90 kW／m3，高出推薦值上限30.1%。3、4號鍋爐的容積熱負荷為118.15 kW／m3，同型式的褐煤鍋爐推薦值為75～100 kW／m3，高出推薦值上限18.6%。過高的容積熱負荷將使鍋爐容易結焦。

b.爐膛斷面熱負荷

爐膛斷面熱負荷反映了爐膛水平斷面上燃燒產物的平均流動速度。爐膛斷面熱負荷越大，說明斷面平均流速越大，煤粉流的紊流和混合條件可能增加，有利于提高燃燒強度和增加穩定性，但會相應增加水冷壁表面的結焦和高溫腐蝕現象。

1、2號鍋爐爐膛斷面熱負荷為4.93 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為3.7～4.7 MW／m2，高出推薦值上限4.9%。3、4號鍋爐爐膛斷面熱負荷為3.94 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為3.5～4.5 MW／m2，3、4號鍋爐爐膛斷面熱負荷在推薦值范圍內。因此，1、2號鍋爐爐膛結焦可能性較大［2］。

c.燃燒器區壁面熱負荷

從燃燒器區壁面熱負荷數值可看出爐膛內著火強烈區的火焰溫度高低。燃燒器區壁面熱負荷越小，說明該區域溫度越低，結焦的可能性越小。

1、2號鍋爐燃燒器區壁面熱負荷為1.62 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為1.0～1.6 MW／m2，基本與推薦最大值一致，結焦可能性不大。3、4號鍋爐燃燒器區壁面熱負荷為2.38 MW／m2，同型式的褐煤鍋爐推薦值為1.1～1.7 MW／m2，高出推薦值上限40%，使燃燒器區壁面結焦可能性增大。

1.2 褐煤與設計煙煤的比較

電廠4臺鍋爐原設計煤種為優質晉北煙煤，摻燒的褐煤主要為扎萊諾爾褐煤，褐煤與設計煤種對比如下。

a.爆炸性

根據《電站磨煤機及制粉系統選型導則》規定，煤粉爆炸性指數大于3.0屬易爆煤種，摻燒的2批褐煤爆炸性指數都遠高于3.0，屬極易爆炸煤種，顯示燃用褐煤將有較強的爆炸風險。

b.水分

中速磨煤機適宜研磨外在水分為19%以下的褐煤，2批褐煤的外在水分遠高于設計煤種，且其中1批褐煤的外在水分高于19%，在利用原有磨煤機研磨褐煤時，磨煤機干燥出力可能達不到褐煤的要求，磨煤機出口溫度將偏低，需限制出力運行。

c.低位發熱量

設計煤種低位發熱量低限值為22 431.6 kJ／kg，2批褐煤的低位發熱量分別低于設計煤種低位發熱量低限值的16.5%和12.7%，可見摻燒褐煤可能影響機組的滿出力運行。

2 摻燒褐煤經濟性分析

2.1 影響經濟性的主要因素

a.鍋爐排煙損失

由于褐煤的發熱量較低，相同鍋爐蒸汽負荷下，鍋爐總煤量和總風量增加，再加上摻燒褐煤后鍋爐受熱面結焦加劇，導致鍋爐排煙溫度升高，使鍋爐排煙熱損失增加。

b.鍋爐飛灰含碳量

為提高摻燒褐煤的磨煤機出口溫度，增加磨煤機一次風偏置，使磨煤機一次風量增加，導致褐煤燃燒滯后，爐膛火焰中心上移，但由于褐煤煤化程度低，燃盡性較好，摻燒褐煤后，鍋爐飛灰含碳量有所下降，鍋爐固體未完全燃燒熱損失減小。

c.輔機電耗

送風機、引風機、一次風機、磨煤機及增壓風機的電耗和鍋爐總煤量及總風量有關。摻燒褐煤后，由于入爐煤發熱量降低，鍋爐總煤量和總風量增加。隨著褐煤摻燒比例增大，輔機電耗呈增加趨勢，機組廠用電率增大［3-4］。

2.2 機組供電煤耗計算

摻燒褐煤后，雖然鍋爐機械未完全燃燒熱損失減小，但由于排煙損失和廠用電率增加，機組供電煤耗隨之增加。根據實際摻燒褐煤后鍋爐運行參數，得出機組摻燒褐煤比例、負荷及供電煤耗的關系如下［5］。

機組實際供電煤耗等于100%ECR工況下機組供電煤耗加上不同負荷下與100%ECR工況的供電煤耗差：

式中 bgt——機組實際供電煤耗，g／kWh；

bgtECR——100%ECR工況下供電煤耗，g／kWh；

ΔbgtN——不同負荷下與100%ECR工況的供電煤耗差，g／kWh。

根據實際運行數據擬合：

式中：N為機組負荷，MW。

因100%ECR工況下機組供電煤耗等于100% ECR工況下全燒煙煤的供電煤耗加上100%ECR工況下燃用不同煙煤比例下與全燒煙煤的供電煤耗差：

式中 bgtECRY——100%ECR工況下全燒煙煤的供電煤耗，g／kWh；

Δbgtλ——100%ECR工況下燃用不同煙煤比例下與全燒煙煤的供電煤耗差，g／kWh。

根據實際運行數據擬合：

式中：λ為鍋爐燃用煙煤比例，%。

將公式（6）代入公式（3）中，得機組供電煤耗：

bgtECR可通過性能試驗和統計數據確定，λ和Ν可通過機組運行數據獲取，因此，可得不同負荷、不同褐煤摻燒比例下的機組供電煤耗。

2.3 單位供電燃料成本計算

機組單位供電燃料成本是入爐煤標煤單價和供電煤耗的函數［6］：

式中 C——機組單位供電燃料成本，元／kWh；

bgt——機組供電煤耗，g／kWh；

B入爐煤——入爐煤的標煤單價，元／t。

式中 B煙煤、B褐煤——入爐煙煤、褐煤的標煤單價，元／t；

λ煙煤、λ褐煤——入爐煙煤、褐煤的重量比例，%；

Q煙煤、Q褐煤——入爐煙煤、褐煤的低位發熱量，kJ／kg。

bgt可由式（7）求出，煙煤和褐煤標煤單價、重量比例和低位發熱量可知，代入式（9）可求B入爐煤，因此，通過式（8）可求出不同負荷、不同摻燒比例、不同標煤單價、不同煤質下的單位燃料成本。

3 結束語

當前煤炭價格波動較大，摻燒經濟煤種應從安全性和經濟性2個方面綜合考慮。煤種的低位發熱量、水分等參數對機組運行的影響主要體現在鍋爐排煙損失、鍋爐飛灰含碳量和輔機電耗。本文通過試驗數據和計算分析，為電廠摻燒非設計經濟煤種、提高經濟效益提供借鑒。

［1］ 陳立軍，文孝強，王 恭，等.燃煤鍋爐結渣特性預測方法綜述［J］.熱力發電，2006，35（6）：1-5.

［2］ 李 超，劉建民，呂 晶.濕法脫硫系統增效節能研究［J］.東北電力技術，2012，33（5）：4-7.

［3］ 王文生，尚海軍，祝志福，等.1 021 t／h煙煤鍋爐提高運行經濟性的調整試驗研究［J］.東北電力技術，2014，35（6）：20-22.

［4］ 張 峰.燃煤電廠循環經濟與能值分析［D］.北京：華北電力大學，2011.

［5］ 薛 愷，李 強.300 MW機組發電煤耗影響因素分析［J］.潔凈煤技術，2012，18（1）：98-101.

［6］ 劉福國，蔣學霞，李 志.燃煤發電機組負荷率影響供電煤耗的研究［J］.電站系統工程，2008，38（4）：47-49.

Safety and Economy Analysis on Lignite Burning

LI Qian?sheng1，LI Zheng?wen2，XU Jing3（1.Huaneng Dalian Power Plan，Dalian，Liaoning 116100，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper analyzes the safety and economics of mixed coal burning boiler design for high quality bituminous coal.Since the lignite itself has thoses features such as high risks of explosion，external high moisture，how calorific at low level，which would impact full output of the mill and even the units.At the same time，analysis is made on coal consumption influce after mix coal burning，which refers to boiler flue gas losses，unburned carbon and auxilary electrical energy consumption.

Bituminous；Coal；Lignite；Safety；Economy

TK229.6；TK227.1

A

1004-7913（2015）01-0049-03

李前勝（1971—），男，學士，高級工程師，主要從事燃煤電廠鍋爐運行工作。

2014-11-04）