600 MW超臨界鍋爐煤質變化對鍋爐效率的影響

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(1.國電雙鴨山發電有限公司,黑龍江 雙鴨山 155136；2.華能巢湖發電有限責任公司，安徽 巢湖 238000；3.東北電力大學，吉林 吉林 132012)

0 引 言

不同煤種的摻燒是解決部分電廠我過火電廠降低運營成本的一種常用方法[1]，但煤種不同，摻燒起來所涉及的問題較多，如結渣等[2]、腐蝕[3]。為了壓降發電成本，電廠深入挖掘燃料潛力，多次開展摻燒試驗，拓展燃料范圍，探底鍋爐摻燒邊界條件。為擴大摻燒經濟性的同時能在爐效、煤耗、設備穩定性等指標中尋得最佳效益點，做了系列的試驗，把低負荷下燃用非設計煤種，特別是熱值偏差較大的煤種對爐效的影響作為一項課題研究。

1 試驗鍋爐概況

國家能源集團某一發電有限公司5號機組鍋爐是HG-1900/25.4-YM3型超臨界參數變壓直流爐。鍋爐設計為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內置式再循環泵啟動系統的本生(Benson)直流鍋爐，單爐膛、平衡通風、固態排渣、全鋼架、全懸吊結構、π型緊身封閉布置。每臺爐30支LNASB型低NOX軸向旋流燃燒器采用前后墻布置、對沖燃燒，前墻從下到上布置順序為E、C、D，后墻與之對應的燃燒器是B、F、A。燃燒器布置圖如圖1所示。

2 燃用煤種分析

電廠超臨界鍋爐設計燃用煙煤的工業分析見表1。

表1 設計煤種一般工業分析與特性

電廠目前廣泛燃用煤種為無煙煤和褐煤的2∶1或1∶1混煤，然后與優質煙煤(雙陽礦、新安礦、東榮礦)1∶2或1∶3混合摻燒，優質煙煤為電廠附近礦區所產，其一般工業分析數據見表2。

表2 優質煤(煙煤)一般工業分析

電廠用于摻燒的經濟煤種(褐煤與低質無煙)一般工業分析數據見表3。

表3 摻燒經濟煤種一般工業分析

電廠用于試驗煤質依據表3和4進行混配，以低位發熱量0.5 Mj/kg作為一個間隔進行試驗分析，各等級混煤的一般工業分析數據見表4。

表4 摻燒后混煤的一般工業分析

3 煤質指標對鍋爐效率的影響

根據反平衡鍋爐效率計算方法(見《火電廠能耗指標分析手冊》)，鍋爐的損失包括排煙損失、化學未完全燃燒熱損失、固體未完全燃燒損失、散熱損失和灰渣熱損失[4]。即:

ηbl=100%-(q2+q3+q4+q5+q6)

(1)

式中，q2為排煙熱損失，%；q3為化學不完全燃燒熱損失，%；q4為固體未完全燃燒熱損失，%；q5為散熱損失，%；q6為灰渣物理熱損失，%。

3.1 排煙熱損失q2的確定

(2)

式中，k1，k2為根據燃料種類選取，k1、k2為經驗系數，取值見表6；αpy為排煙過量空氣系數；tpy為排煙溫度，℃；t0為基準溫度，℃。

表5 摻燒后混煤的一般工業分析

3.2 化學未完全燃燒熱損失q3的確定

對于煤粉爐而言，一般該項損失≤0.5%，因此可以忽略不計[5]。

3.3 固體未完全燃燒熱損失q4的確定

對于煤粉爐而言主要是飛灰和灰渣兩項損失，即飛灰和爐渣中含有可燃物的組成。磨煤機排出石子煤的熱量損失本文不做考慮。[6]具體算法如下：

(3)

式中，Aar為收到基灰分，%；Qnet,ar為煤低位發熱量，kJ/kg；αlz、αfh為灰渣、飛灰占燃料總灰分的份額，%；Clz、Cfh為灰渣、飛灰中可燃物含量百分率，%。對于固態排渣煤粉爐而言，αlz=90%，αfh=10%。

3.4 鍋爐散熱損失q5的確定

鍋爐爐墻、及鍋爐范圍內的管道等向環境散失的熱量，算法如下：

(4)

式中，De為鍋爐額定蒸發量，t/h；D0為鍋爐實際蒸發量，t/h。

3.5 灰渣物理熱損失q6的確定

飛灰、爐渣排出鍋爐時所帶走的顯熱占輸入熱量的百分率，算法如下：

(5)

式中，tlz為對于固態排渣煤粉鍋爐，爐渣溫度可以取800℃；clz、cfh為爐渣的比熱容取0.96，飛灰的比熱容取0.82；tpy為鍋爐排煙溫度，℃。

4 煤質指標影響鍋爐效率的分析

分析過程分為兩個部分，第一部分是不同負荷工況下的試驗部分。第二部分是在360 MW工況下，用爐效反平衡計算方法推算各種煤質對爐效的影響。

4.1 不同工況下的煤質試驗結果

#5鍋爐燃用設計煤種，各典型負荷工況下爐效及熱損失情況見表6。

表6 #5鍋爐設計熱效率及各項熱損失匯總表

用混煤1—3號進行500 MW工況測試，混煤3—6號進行420 MW工況測試，混煤5—8號進行360 MW工況測試，7—11號進行300 MW工況測試。最終取煤質較差試驗結果分析影響量。

表7 經過11種混煤試驗#5鍋爐熱效率及各項熱損失結果匯總表

4.2 煤質變化對爐效的影響

因#5機組年平均負荷在60%左右，360 MW屬典型工況，在此將11種混煤帶入反平衡計算公式，先假定灰分不變(以混煤5號為準)，分析熱值對爐效影響，再假定熱值不變(以混煤5號為準)，分析灰分對爐效影響。

4.2.1 低位熱值變化對爐效影響

以混煤5號進行分析，假定灰分不變，其他煤質參數帶入反平衡計算公式，分析每0.5 MJ/kg熱值變化對爐效影響，結果如圖2所示。由圖2可見，假定灰分不變，熱值每變化0.5 MJ/kg爐效變化0.086%。

圖2 熱值變化對爐效影響

4.2.2 收到基灰分變化對爐效影響

再以混煤5號進行分析，假定熱值不變，其他煤質參數帶入反平衡計算公式，分析灰分每變化1%對爐效影響，結果如圖3所示。低位熱值不變情況下，灰分每增加1%爐效降低0.065%。

圖3 灰分變化對爐效影響

5 結束語

低位熱值不變情況下，灰分每增加1%爐效降低0.065%?；曳植蛔兦闆r下，低位熱值每變化0.5 MJ/kg爐效變化0.086%。

電廠5號鍋爐設計低位熱值21.2 MJ/kg、收到基灰分21.8%，TRL工況爐效為93.69%。受煤炭市場長期上行壓力影響，摻燒降本，入爐煤偏離設計值較多，入爐熱值通常在17.50～14.50 MJ/kg之間，收到基灰分在31.7%～39.46之間?；曳州^設計煤種平均增加了約18個百分點，影響爐效降低1.17%，低位熱值較設計煤種低6.2 MJ/kg，影響爐效降低1.066%。若大量摻燒，燃用15 MJ/kg熱值，灰分39%的混煤，360 MW工況時，爐效約為91.45%，相對設計值降低2.23個百分點，折算影響煤耗升高約6.81 g/kW·h。