600 MW超臨界鍋爐煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐效率的影響

， ，

(1.國(guó)電雙鴨山發(fā)電有限公司,黑龍江 雙鴨山 155136；2.華能巢湖發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 巢湖 238000；3.東北電力大學(xué)，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(yùn)營(yíng)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(jié)渣等[2]、腐蝕[3]。為了壓降發(fā)電成本，電廠深入挖掘燃料潛力，多次開展摻燒試驗(yàn)，拓展燃料范圍，探底鍋爐摻燒邊界條件。為擴(kuò)大摻燒經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)能在爐效、煤耗、設(shè)備穩(wěn)定性等指標(biāo)中尋得最佳效益點(diǎn)，做了系列的試驗(yàn)，把低負(fù)荷下燃用非設(shè)計(jì)煤種，特別是熱值偏差較大的煤種對(duì)爐效的影響作為一項(xiàng)課題研究。

1 試驗(yàn)鍋爐概況

國(guó)家能源集團(tuán)某一發(fā)電有限公司5號(hào)機(jī)組鍋爐是HG-1900/25.4-YM3型超臨界參數(shù)變壓直流爐。鍋爐設(shè)計(jì)為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生(Benson)直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、π型緊身封閉布置。每臺(tái)爐30支LNASB型低NOX軸向旋流燃燒器采用前后墻布置、對(duì)沖燃燒，前墻從下到上布置順序?yàn)镋、C、D，后墻與之對(duì)應(yīng)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(shè)計(jì)燃用煙煤的工業(yè)分析見表1。

表1 設(shè)計(jì)煤種一般工業(yè)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(yōu)質(zhì)煙煤(雙陽(yáng)礦、新安礦、東榮礦)1∶2或1∶3混合摻燒，優(yōu)質(zhì)煙煤為電廠附近礦區(qū)所產(chǎn)，其一般工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 優(yōu)質(zhì)煤(煙煤)一般工業(yè)分析

電廠用于摻燒的經(jīng)濟(jì)煤種(褐煤與低質(zhì)無煙)一般工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表3。

表3 摻燒經(jīng)濟(jì)煤種一般工業(yè)分析

電廠用于試驗(yàn)煤質(zhì)依據(jù)表3和4進(jìn)行混配，以低位發(fā)熱量0.5 Mj/kg作為一個(gè)間隔進(jìn)行試驗(yàn)分析，各等級(jí)混煤的一般工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表4。

表4 摻燒后混煤的一般工業(yè)分析

3 煤質(zhì)指標(biāo)對(duì)鍋爐效率的影響

根據(jù)反平衡鍋爐效率計(jì)算方法(見《火電廠能耗指標(biāo)分析手冊(cè)》)，鍋爐的損失包括排煙損失、化學(xué)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(xué)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(jù)燃料種類選取，k1、k2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值見表6；αpy為排煙過量空氣系數(shù)；tpy為排煙溫度，℃；t0為基準(zhǔn)溫度，℃。

表5 摻燒后混煤的一般工業(yè)分析

3.2 化學(xué)未完全燃燒熱損失q3的確定

對(duì)于煤粉爐而言，一般該項(xiàng)損失≤0.5%，因此可以忽略不計(jì)[5]。

3.3 固體未完全燃燒熱損失q4的確定

對(duì)于煤粉爐而言主要是飛灰和灰渣兩項(xiàng)損失，即飛灰和爐渣中含有可燃物的組成。磨煤機(jī)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(fā)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(duì)于固態(tài)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(nèi)的管道等向環(huán)境散失的熱量，算法如下：

(4)

式中，De為鍋爐額定蒸發(fā)量，t/h；D0為鍋爐實(shí)際蒸發(fā)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(shí)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(duì)于固態(tài)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(zhì)指標(biāo)影響鍋爐效率的分析

分析過程分為兩個(gè)部分，第一部分是不同負(fù)荷工況下的試驗(yàn)部分。第二部分是在360 MW工況下，用爐效反平衡計(jì)算方法推算各種煤質(zhì)對(duì)爐效的影響。

4.1 不同工況下的煤質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

#5鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種，各典型負(fù)荷工況下爐效及熱損失情況見表6。

表6 #5鍋爐設(shè)計(jì)熱效率及各項(xiàng)熱損失匯總表

用混煤1—3號(hào)進(jìn)行500 MW工況測(cè)試，混煤3—6號(hào)進(jìn)行420 MW工況測(cè)試，混煤5—8號(hào)進(jìn)行360 MW工況測(cè)試，7—11號(hào)進(jìn)行300 MW工況測(cè)試。最終取煤質(zhì)較差試驗(yàn)結(jié)果分析影響量。

表7 經(jīng)過11種混煤試驗(yàn)#5鍋爐熱效率及各項(xiàng)熱損失結(jié)果匯總表

4.2 煤質(zhì)變化對(duì)爐效的影響

因#5機(jī)組年平均負(fù)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(jì)算公式，先假定灰分不變(以混煤5號(hào)為準(zhǔn))，分析熱值對(duì)爐效影響，再假定熱值不變(以混煤5號(hào)為準(zhǔn))，分析灰分對(duì)爐效影響。

4.2.1 低位熱值變化對(duì)爐效影響

以混煤5號(hào)進(jìn)行分析，假定灰分不變，其他煤質(zhì)參數(shù)帶入反平衡計(jì)算公式，分析每0.5 MJ/kg熱值變化對(duì)爐效影響，結(jié)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(duì)爐效影響

4.2.2 收到基灰分變化對(duì)爐效影響

再以混煤5號(hào)進(jìn)行分析，假定熱值不變，其他煤質(zhì)參數(shù)帶入反平衡計(jì)算公式，分析灰分每變化1%對(duì)爐效影響，結(jié)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(duì)爐效影響

5 結(jié)束語

低位熱值不變情況下，灰分每增加1%爐效降低0.065%。灰分不變情況下，低位熱值每變化0.5 MJ/kg爐效變化0.086%。

電廠5號(hào)鍋爐設(shè)計(jì)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(chǎng)長(zhǎng)期上行壓力影響，摻燒降本，入爐煤偏離設(shè)計(jì)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。灰分較設(shè)計(jì)煤種平均增加了約18個(gè)百分點(diǎn)，影響爐效降低1.17%，低位熱值較設(shè)計(jì)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(shí)，爐效約為91.45%，相對(duì)設(shè)計(jì)值降低2.23個(gè)百分點(diǎn)，折算影響煤耗升高約6.81 g/kW·h。