俄羅斯煤摻燒的運行特性與優化

王忠寶 徐海洋 楊鐵強

摘要：在當前國內燃煤市場下，煤炭的經濟安全燃用是火力發電廠的重要工作之一，為了提高機組經濟性，眾多電廠開展了鍋爐非設計煤種的摻燒工作。筆者在某2026t/h亞臨界汽包鍋爐上開展了俄羅斯煤摻燒試驗，就摻燒俄羅斯煤的多種適應性問題進行了全面的分析和總結，對摻燒俄羅斯煤提出了意見和建議。

關鍵詞：汽包鍋爐;摻燒;俄羅斯煤;經濟性

一、煤種特性分析

對設計煤種和摻燒煤種進行煤質分析實驗，特性分析數據見表1和表2。表1給出了兩種煤質的工業分析、元素分析結果，用于判斷摻燒煤質與設計煤質的基本差異;表2給出了煤灰的組分，以此分析煤灰的結渣、磨損及灰污特性。

二、摻燒俄羅斯煤的安全性

2.1磨損

影響受熱面磨損的因素很多，包括飛灰特性、飛灰濃度、煙氣流速以及鍋爐結構布置等等。由于不同的摻燒煤種的灰分含量和灰成份不同，因而使煙氣中飛灰濃度和飛灰特性有所差異，繼而對受熱面的磨損產生不同的影響。

煤灰磨損指數Hm可表示為：

通過磨損指數可定量地相對比較各煤種對受熱面磨損強、弱程度，一般來講：當磨損指數低于10時，磨損性為輕度;磨損指數在10～20之間磨損性為中等;磨損指數大于20磨損性為強。根據式（1）計算，Hm（神木煤）=6.09，Hm（俄羅斯煤）=11.77，可以判斷俄羅斯煤的煤灰磨損性較強，且俄羅斯煤的灰分稍高，摻燒后對受熱面磨損影響要高于全燒神木煤工況。

2.2結渣

衡量煤種結渣特性的指標有多種，常見的有灰熔點、堿酸比、硅鋁比、灰污指數等。灰熔融性測試選擇在還原性氣氛中進行，測試煤顆粒的軟化溫度（ST）。堿酸比是灰中堿性氧化物含量與酸性氧化物含量之比，其計算公式為：

B/A=（Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O）/（SiO2+Al2O3+TiO2）。

據有關資料，SiO2是較易和其他堿性成分結合而生成低熔點的化合物。當兩種煤具有相同的堿酸比時，硅鋁比較高的煤具有較低的灰熔點，硅鋁比計算公式為：S/L=SiO2/AL2O3。硅比G計算公式為：G=（100SiO2）/（SiO2+Fe2O3+CaO+MgO）。各指標的計算結果見表3。

上表結果顯示，俄羅斯煤的軟化溫度、硅比高于神木煤，而堿酸比、硅鋁比低于神木煤，從各指標的定義來看，均表明俄羅斯煤結渣能力更弱，不易于結渣。

2.3積灰

以對流或輻射換熱為主的受熱面在運行中其管子表面會積灰，其積灰的速度和灰層的密度與Na2O的含量有關。當Na2O含量降低時，積灰性也隨之減弱。神木煤Na2O為0.84%，俄羅斯煤Na2O為2.56%，均屬于積灰性較弱的煤種，但俄羅斯煤的積灰性相對較強。

神木煤、俄羅斯煤的含硫量均較低，俄羅斯煤灰中的Fe2O3含量非常低，其管子上積灰層是較疏松的，不會形成較為緊密、腐蝕性強、吹灰器難以吹掉的積灰層，摻燒后爐渣比全燒神木煤時更加稀軟也證明其弱積灰性。

2.4制粉系統

俄羅斯煤可磨指數略高于神木煤，硬度相對較低。對于B磨，試驗顯示研磨神木煤出力26.64t/h時電機電流40.07A，研磨俄羅斯煤出力32.30t/h時電機電流40.63A，俄羅斯煤的磨煤電耗更低。由于俄羅斯煤一次風煤比較小，一次風量較低，一次風機電流較小，制粉電耗下降。

俄羅斯煤的失重溫度、燃盡溫度和最大反應速度溫度均高于神木煤，表明俄羅斯煤著火溫度較高，燃盡程度較難，最劇烈燃燒時燃燒溫度較高，在原有的制粉系統條件下，俄羅斯煤著火晚、燃燒慢。為了提高摻燒俄羅斯煤的經濟性，適當減少磨煤機風煤比，提高磨煤機出口溫度2～3℃，增加俄羅斯煤與現有制粉系統的適應性。

2.5汽溫

為了考察摻燒俄羅斯煤對汽溫的影響，分別進行全燒神木煤、摻燒一倉、摻燒三倉和全燒俄羅斯煤四種工況試驗，試驗選擇在相同的機組負荷和燃燒方式下進行，試驗結果見圖2所示。試驗結果表明，摻燒俄羅斯煤后鍋爐主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度均有所下降，摻燒比例越高，主蒸汽溫度越低。

俄羅斯煤的結渣能力較神木煤明顯薄弱，試燒時觀察爐膛水冷壁和過熱器發現，摻燒俄羅斯煤后爐膛的結渣程度減輕，較設計煤種——神木煤結渣量少，結構疏松，容易粉化和脫落，因此很少發現結渣現象。對于汽包爐來說，在“汽機跟隨”的機組控制方式下，爐膛壁面結渣減輕必將增加水冷壁吸熱量和汽包蒸發量，減少過熱蒸汽和再熱蒸汽吸熱量，導致過熱汽溫降低，而再熱區以對流吸熱為主，受影響相對較小。

三、摻燒俄羅斯煤的經濟性

摻燒俄羅斯煤對機組煤耗的影響是評估摻燒效果的主要工作，而煤質又是影響鍋爐效率的主要因素之一，煤的各種成分是決定煙氣成分、煙氣量和排煙溫度的關鍵因素，影響鍋爐效率;而主、再熱汽溫和減溫水流量影響汽輪機熱耗率;這些因素共同影響機組煤耗率，決定機組的經濟性水平。

摻燒俄羅斯煤的最終經濟效益還跟俄羅斯煤的價格、配煤成本等有關，而且，隨著國內外煤炭市場的變化，俄羅斯煤的市場價格因供求關系變化而波動，需要綜合經濟效益比較后才能確定。

四、摻燒運行優化

鑒于俄羅斯煤煤質特性，經過摻燒調整試驗后，對設計煤種為神木煤的鍋爐摻燒俄羅斯煤做了下列優化調整：

（1）俄羅斯煤著火溫度較高，因此適當提高磨煤機出口溫度，提高煤粉進入燃燒的溫度，同時適當減少一次風量，降低噴口風速，縮短著火時間。

（2）由于俄羅斯煤燃盡時間長，飛灰含碳量較高，而制約碳燃盡的主要因素在于燃燒時間而非總風量，因此增加燃燒時間和行程是解決俄羅斯煤飛灰含碳量較高的主要途徑。

（3）適當減少俄羅斯煤的一次風量，降低一次風壓，減小一次風機電流，同時一次風量降低會減少入爐冷風量，提高鍋爐效率。

（4）燃燒俄羅斯煤時，過再熱汽溫有所下降，通過燃燒器擺角和風煙擋板調整避免汽溫大幅下降。

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