大型燃煤鍋爐經濟煤種摻燒試驗研究與經濟分析

劉濤 楊勤

摘要：以印尼煤為經濟摻燒試驗煤種，尋求在超臨界600MW燃煤鍋爐機組上的最佳摻燒效果。通過對鍋爐爐膛溫度、結焦情況、制粉系統運行狀況、鍋爐效率及環保排放指標等數據的分析與研究，對該型鍋爐在摻燒印尼煤時的安全、環保和經濟效益進行了綜合分析評估，為大型燃煤鍋爐機組開展經濟煤種摻燒、降低運營成本找到了一條可供借鑒之解決方案。

關鍵詞：鍋爐，摻燒，經濟性

1 ?研究背景

經濟煤種，是指燃煤熱值相近的條件下，相對有價格優勢的煤種。以進口印尼煤為例，其相對國內同熱值煤種價差達到70元/噸左右。在目前的燃煤市場中，摻燒印尼煤是火力發電廠降低發電成本、實現利潤增長的有力措施之一。對大型燃煤鍋爐深入開展經濟煤種摻燒課題研究，可以明顯降低燃煤電廠的運營成本，帶來實實在在的經濟效益。

2 ?摻燒的前提條件

本文以廣東省北部山區某電廠超臨界600MW鍋爐機組摻燒印尼煤為經濟煤種研究對象，開展摻燒課題研究，開展本課題研究須明確三個前提：

1）必須保證機組的安全裕度和環保達標排放。

2）確保鍋爐效率下降不超過1.5%。

3）控制課題投入成本不大于500萬元。

3 ?擬摻配煤種及試驗步驟

本試驗研究鍋爐為東鍋產600MW超臨界壓力燃煤機組，型號為DG2012/26.15-Ⅱ2型，燃燒系統為前后墻對沖燃燒、使用旋流燃燒器。制粉系統為6臺北京電力設備總廠生產的正壓冷一次風機直吹式中速磨煤機，型號為ZGM113G。原設計煤種為神混2，校核煤種為神混3。

本次擬進行摻配試驗的經濟煤種為印尼煤，與高欄港神混煤進行摻混。

在摻燒印尼煤過程中，如控制不好，可能引起爐內受熱面嚴重結焦、排煙溫度升高、制粉系統爆燃等問題，直接影響到鍋爐的安全經濟運行[1][2]。因此試驗中重點測量爐內燃燒溫度、磨煤機出口溫度、一次風速和結焦情況，并分析飛灰和機械不完全燃燒熱損失q4對鍋爐熱效率的影響，并評估對鍋爐安全性、經濟性和環保性的影響。試驗選用三臺磨（前后墻中層+后墻下層燃燒器）磨制印尼煤，進行摻燒。

4 ?摻燒試驗數據分析

4.1 ?爐膛溫度及主要運行參數檢測

三臺磨煤機（A磨+C磨+F磨）磨制印尼煤。低負荷時，3臺磨制印尼煤的磨煤機運行，摻燒印尼煤比例為100%，4臺磨煤機運行時摻燒比例為75%，5臺磨煤機運行時則為60%。試驗結果表明，在鍋爐低負荷運行（350MW）時，僅三臺磨制印尼煤的磨煤機運行，即100%燃用印尼煤，此時鍋爐燃燒穩定，主蒸汽、再熱蒸汽參數正常，爐內沒有出現明顯結焦，爐膛出口煙氣溫度和減溫水用量與過去相比基本沒有變化。在鍋爐中、高負荷運行時（負荷范圍在400～600MW），三臺磨制印尼煤的磨煤機運行，燃用印尼煤比例為60～75%，鍋爐燃燒穩定，主蒸汽、再熱蒸汽參數正常，排煙溫度在134～137℃波動，爐內沒有出現明顯結焦，減溫水用量與摻燒前基本沒有變化，NOx、SO2以及粉塵排放濃度指標與摻燒前對比無波動。經過7天以上對摻燒印尼煤（參數比例為100～60%）的觀察測試，在不同負荷、不同磨煤機工作條件下，鍋爐運行穩定，主蒸汽、再熱蒸汽參數正常，通過看火孔可同時觀察鍋爐結焦情況，僅有局部輕微結焦，所結焦塊較為松軟，易于脫落;通過看火孔和干渣機連續觀察[3]，沒有影響鍋爐正常運行的大焦塊。

3）鍋爐各層看火孔平均溫度

隨著機組負荷的增加，爐內的溫度逐漸升高，燃燒器區域的溫度約在1450℃，最高溫度在燃盡風層約1500℃左右。沒有發現爐內結大焦，僅個別看火孔偶爾掛點小焦，不影響鍋爐正常運行。

4.2 ?磨煤機出口一次風管速度測量

為了了解試驗鍋爐磨煤機出口對

應的6條粉管內一次風速度及均勻性，對各個一次風管內的速度進行了測量，具體見表4。從測量結果來看，一次風

速度最大偏差體現在A磨和E磨出口一次風管，其它幾臺磨煤機出口的一次風流量比較均勻。其中風速偏差超出10%的一次風管為A5和E5一次風管，但超出值較小，在最大允許偏差范圍內，不會在爐內形成明顯的燃燒偏差結焦觀察和爐膛溫度監也證實了這點。

4.3 飛灰和爐渣的檢測

表1列出了摻燒印尼煤試驗時鍋爐飛灰、爐渣中的可燃物含量的數據，用于計算分析機械不完全熱損失q4。

4.4 磨煤機的溫度

試驗中用紅外熱像溫度儀測量了磨煤機外殼和出口管道的溫度（見圖5）。從磨煤機管殼溫度分布情況來看，三臺磨制印尼煤的磨煤機（A、C、F磨）管殼溫度在60～67℃范圍，未摻配磨機殼體溫度為72～75℃。摻配印尼煤時管殼溫度較低，沒有出現局部超溫的情況。

5 試驗結果分析及結論

5.1 試驗結果分析

通過對上述試驗觀察和數據分析，發現摻燒印尼煤時對鍋爐運行的影響如下：

1）對爐內燃燒溫度的影響

爐內燃燒溫度受機組負荷影響較大。摻燒印尼煤試驗時，低負荷時爐內燃燒最高溫度約1430℃，高負荷時爐內燃燒最高溫度約1550℃。高負荷條件下與燃用神混煤比較，最高溫度約高出0～20℃，相對爐膛1500℃的高溫而言，對鍋爐的燃燒過程影響不大。

2）摻燒后結焦情況

雖然印尼煤灰熔點較低，且在試驗中有個別看火孔處偶爾出現輕微的掛焦現象，但由于印尼煤總體灰分含量較低，因此摻燒后結焦量較少且焦松軟易于脫落，不影響鍋爐正常運行。

3）爐內灰渣情況

印尼煤摻燒試驗中沒有出現爐渣增多或需要增加吹灰次數的情況，也沒有發現較大焦塊掉落灰斗難以處理的情況，鍋爐運行沒有受到印尼煤低灰熔點的影響。

4）主蒸汽、再熱蒸汽、減溫水情況

在整個印尼煤摻燒試驗期間，鍋爐的主蒸汽、再熱蒸汽、減溫水一直保持正常，與燃用高灰熔點煙煤和神混煤的情況一致。

5）磨煤機出口溫度

對現場磨煤機溫度測量，磨制印尼磨的磨煤機出口溫度沒有超過67℃（控制溫度70℃），磨制神混煤的磨煤機出口溫度沒有超過75℃，制粉系統沒有出現局部超溫。

6） 對環保指標的影響

印尼煤本身硫份、灰分、熱值較低，燃燒過程中對爐膛溫度影響也相對較小，在整個摻燒過程中NOx、SO2及粉塵排放濃度指標基本無影響。

7）對鍋爐效率的影響

摻燒印尼煤對鍋爐效率的影響主要有兩個方面[2]，分別是排煙熱損失q2和機械不完全熱損失q4。

根據公式 可知，摻燒印尼煤q2損失最大為6.36%、平均值為6.27%，摻燒經濟煤種前q2值為4.94%，q2損失有所提高。

對印尼煤摻燒試驗期間鍋爐飛灰分析和q4的計算，鍋爐的機械不完全燃燒熱損失q4約在0.07～0.16%范圍，平均值為0.10%，摻燒經濟煤種前q4值為0.17%，相比q4有一定降低。

綜合鍋爐效率計算，可知摻燒印尼煤后，鍋爐效率最大下降1.41%，平均下降1.26%，低于預期。鍋爐效率下降主要由q2排煙熱損失引起。

5.2 試驗研究結論

綜合評估本次摻燒試驗，DG2012/26.15-Ⅱ2型600MW機組鍋爐，搭配ZGM113G中速磨制粉系統，可摻配印尼煤比例為60～100%，摻配磨煤機臺數為3臺。摻配后機組安全和環保指標均能滿足使用要求，鍋爐效率最大下降1.41%，平均下降1.26%，鍋爐效率下降主要由q2排煙熱損失引起，達到了預期目標。

6 ?摻燒經濟效益預測

6.1 利潤預估

摻燒印尼煤的最大優勢為價差，以設計煤種神混2為參照，折算為同熱值煤種，印尼煤價差為70元/噸，參考2018年兩臺600MW機組原煤用量，預測全年600MW機組用煤為150萬噸，若摻燒比例為60%，則全年印尼煤折算用量預計90萬噸，預計全年新增利潤（節約成本）6300萬元。

6.2 成本預測

1）鍋爐效率變化對成本的影響

原鍋爐效率為94%，摻燒后鍋爐效平均下降1.26%。以2018年度原煤用量和均價為參考計算，預測鍋爐效率降低影響成本為：（1.26/94）×150×104×600=1206（萬元）。

2）煤炭轉運對成本的影響[3]

煤炭到電廠后，需要往煤場轉運。以摻燒4800kcal/kg的印尼煤為參考，對應設計煤種神混2，計算印尼煤到電廠后的轉運成本增加量為： ?k1=（5380-4800）/4800=12.08%，按照轉運費5元/噸、印尼煤比例60%計算，轉運印尼煤新增運費54.36萬元。

3）電耗對成本的影響

考慮到實際運行中由于印尼煤熱值較低，在某些工況下可能會增加一臺磨煤機運行，因此增加用電成本。

按磨煤機電壓6000V、電流52.54A計算，所增加的功率為P=1.732UIcos（），其中功率因數cos（）取0.85，則增加一臺磨煤機的功率為P=1.732×6000×52.54×0.85=0.464MW，按照供電煤耗為300g/kwh（考慮負荷率），則每臺機組將增加發電煤耗約為0.232g/kW·h，折合成本69.5萬元。

若兩臺600MW機組摻燒印尼煤，按照60%的摻燒比例，預計增加成本1206+54.36+69.5=1329.86（萬元）。

4）設備投資成本

在整個摻燒試驗中，除試驗用設備，如紅外測溫儀、煤種和灰渣元素分析設備等的使用費約30萬元外，其余均采用機組原系統設備，總投入滿足不超過500萬元的預期。

6.3 ?經濟效益預測

通過試驗研究及計算預測，若兩臺600MW機組全年摻燒印尼煤，摻配比例為60%，預計可在安全、環保的基礎上新增年利潤（節約成本）約4970萬元，因此努力做好經濟煤摻燒工作意義重大。

6.4 實際取得的經濟效益

電廠于2019年在兩臺600MW機組組織了大范圍的經濟煤種摻燒工作，最終全年摻燒經濟煤187.81萬噸，摻燒比例達89.7%，節約燃料成本6642萬余元，大幅超出年初預計目標。

7 ?結束語

研究及實踐證明，燃煤火電廠通過自身的努力，適當改變入爐煤種，摻燒經濟煤種，是完全能夠在保證機組安全環保運行的前提下，大幅度地降低發電成本、增加電廠利潤的。而且項目具備投入小、效益高、技術推廣復制可行性強的特點，是一種容易在行業內推廣并產生良好經濟效益的一種創新技術，值得在燃煤火電廠中深入研究與轉化應用。

參考文獻

[1]陳奕善.換用煤種對電廠運煤及鍋爐設備的影響[J].華東電力，1999，3

[2]馬志明.煤種變化對鍋爐運行經濟性影響的分析模型[J].浙江電力，2001，3

[3]吳含蘊.煤質對發電廠運行和成本的影響[J].中國電力，2000，9

基金項目：廣東省能源集團支助科研項目（SGP-PW-CG17074）