660MW“W”火焰鍋爐經濟煤種摻燒應用實踐及效益分析

河北邯峰發電有限責任公司 鄒加文 趙曉杰 呂俊鵬 胡書紅 吳云召

煤炭一直是我國重要的基礎能源，我國50%的煤炭用于發電，近年來煤炭市場緊張，煤炭價格持續上漲，導致火電廠煤炭缺口增大，火電廠發電成本持續走高[1]，為攤薄燃煤成本，火力發電廠逐步偏離設計煤種，出現燃煤種類多樣化情況，因此煤種多樣化摻燒逐步成為各煤電企業的重點工作之一。邯峰電廠為適應當前煤炭市場現狀，提升機組運行效益，進行了摻燒經濟煤種的生產實踐，通過配煤摻燒和燃料采購的協同優化，深入結合煤炭市場與安全生產，統籌優化生產和經營關系，在降低發電成本的基礎上實現企業利潤最大化。

一般經濟煤種普遍存在難燃、高灰分、高水分、低發熱量、易結焦等缺點，經濟煤種的精細化摻燒是根據鍋爐燃燒對煤質的要求，將若干不同種類、不同性質的煤按照一定比例摻配后送入爐膛燃燒[2]。通過鍋爐燃燒調整，優化摻燒配比，確保鍋爐摻燒經濟煤種時經濟安全運行。

1 設備概況

邯峰電廠為2×660MW“W”型火焰煤粉爐，亞臨界壓力、一次中間再熱、平衡通風、單爐膛、П 型布置、固態排渣。機組額定功率為660MW，其最大連續處理（BMCR）為717MW。每臺鍋爐裝配6臺低速鋼球磨，每臺磨煤機對應兩個原煤倉，每個原煤倉下口有兩臺給煤機，分別從磨煤機兩端給煤，磨制好的煤粉通過一次風經燃燒器直吹至爐膛內。鍋爐的設計煤種為萬年礦無煙煤和王莊礦貧煤的混煤，當前制粉系統的最大出力為300t/h。

2 經濟煤種的煤質特性

根據燃燒調整試驗，煤質對鍋爐效率起主導作用[3]，邯峰電廠摻燒的經濟煤種并非單一煤種，而是根據煤炭市場價格選擇的多產地、多品類煤種，不同產地煤種煤質特性差別較大，為滿足鍋爐燃燒穩定的需求，把不同煤種進行摻混后形成各種參數穩定，滿足鍋爐燃燒要求的經濟混煤。以邯峰電廠設計煤種和經濟煤種1（高硫低熱煤）、經濟煤種2作為研究對象，進行對比工業分析，煤質特性見表1。

表1 不同煤種的煤質特性

3 經濟煤種的精細化摻燒實施方案

3.1 經濟煤種的三級摻配

邯峰電廠通過三級摻配的方式最終實現經濟煤種的穩定摻配，在穩定摻配的同時能夠實時變更摻配比例，滿足鍋爐運行中的不同煤質需求，三級摻配的工藝簡圖如圖1所示。

圖1 邯峰電廠配煤摻燒工藝圖

一級摻配，煤場存煤中的各個煤種按比例混成初級混煤，最終摻配成初級混煤1和初級混煤2，兩種混煤存至兩個筒倉內，完成一級摻配，一級摻配完成后筒倉混煤的熱值、硫分和揮發分以各煤種算數平均值方法計算。

二級摻配，兩個筒倉內的混煤，通過皮帶運至給煤機煤倉，通過調整兩個筒倉的皮帶轉速，實現二級摻配，二級摻配后混煤的熱值、硫分和揮發分以兩個筒倉煤質參數與皮帶轉速用算數平均值計算。

三級摻配，邯峰電廠采用雙進雙出低速鋼球磨，每臺磨煤機配有4臺給煤機，四臺給煤機中兩臺給煤機上經濟混煤，兩臺給煤機上設計煤種或煙煤，在鍋爐運行燃燒中可以實時調整給煤機進磨比例，實現三級摻配，最終實現整個摻配工作的精細化調整。

3.2 磨煤機煤倉上煤方式

雙進雙出低速鋼球磨具有煤質適應性廣、對煤質不敏感的特點，保證了每臺磨煤機可以根據燃燒實際情況，選用不同的上煤方式。邯峰電廠共有6臺磨煤機，每臺磨煤機配有兩個煤倉，每個煤倉提供兩臺給煤機是進煤需求，煤倉上煤方式的多樣性滿足了不同燃燒工況的煤質要求，如為保證低負荷燃燒的穩定性，選取兩臺磨煤機煤倉上煙煤，低負荷或深調階段保留煙煤磨煤機運行，磨煤機煤倉上煤方式見表2。

表2 磨煤機煤倉上煤方式

4 經濟煤種摻燒風險控制與邊界條件

4.1 經濟煤種摻燒對鍋爐燃燒安全的影響

經濟煤種摻燒比例越高，入爐煤質越差，煤質波動越大，鍋爐燃燒安全的隱患越大，對鍋爐燃燒安全形成威脅的主要因素有：機組出力受阻、鍋爐受熱面結焦、鍋爐塌灰、低負荷燃燒不穩定、鍋爐滅火。為保證鍋爐燃燒安全，邯峰電廠根據鍋爐實際燃燒經驗，制定了入爐煤耗不高于500g/kWh 的摻燒標準，在該摻燒標準之上長周期運行鍋爐燃燒存在滅火風險，邯峰電廠制定了多重保證安全的技術措施，具體如下。

第一，運行人員接到經濟煤種換煤通知后，記錄上煤時間和倉位，便于計算燒到時間。

第二，經濟煤種摻燒后入爐煤熱值降低且波動性增大，密切關注原煤耗數據，根據原煤耗變化及時調整摻燒比例。

第三，通過監視鍋爐負壓、火檢、火焰電視，綜合判斷鍋爐的燃燒狀況。

第四，每班進行看火、看焦、測溫工作1次，結合測溫情況判斷爐膛著火穩定性。

第五，保證有兩組油槍自動投油連鎖塊投入，所有油槍點火槍進入，兩組油槍進入備用（油閥不開），監視鍋爐燃燒狀態，發現燃油不穩立即投油穩燃。

4.2 經濟煤種摻燒對機組出力的影響

2022年邯峰電廠全年的標煤煤耗為310g/kWh，結合邯峰電廠鍋爐制粉系統的最大出力限制，經濟煤種的摻燒比例越高，機組的最大出力會受到限制，以3500大卡熱值經濟煤種和3000大卡熱值經濟煤種進行機組出力分析，3500大卡經濟煤種摻燒比例超過36%后，機組最大出力開始受限，3000大卡經濟煤種摻燒比例超過29%后，機組最大出力開始受限。

4.3 經濟煤種摻燒對SO2排放的影響

邯峰電廠脫硫系統采用石灰石—石膏就地強制氧化濕法脫硫工藝，脫硫系統設計SO2最大處理量為12000kg/h，以含硫1.5%和3%的經濟煤種進行摻燒分析，不同負荷下經濟煤種的最大摻燒量如圖2所示。

圖2 不同經濟煤種在各負荷下的最大摻燒量

4.4 約束條件下經濟煤種摻燒方案的確定

在鍋爐燃燒的過程中，綜合環保、鍋爐出力、鍋爐燃燒安全等因素的影響，在約束條件限制下，摻燒經濟煤種比例越高，經濟性能越好，環保制約余量越低，經濟煤種摻燒方案的確定要兼顧各制約因素，在燃燒安全的基礎上實現經濟煤種的最大摻燒量，邯峰電廠經濟煤種三級摻配方案可以完美實現安全經濟摻燒。

5 經濟煤種摻燒的經濟性分析

經濟煤種摻燒后，摻燒經濟性評價的模型如下：

式中，Q為配煤摻燒收益（元/kWh），P為設計煤種標煤單價，bg為摻燒前供電煤耗（g/kWh），bzq為摻燒前主汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），bzr為摻燒前再熱汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），Ps為經濟煤種標煤單價，Ⅰ為總煤量（t），bg＇為摻燒后供電煤耗（g/kWh），bzq＇為摻燒后主汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），bzr＇為摻燒后再熱汽減溫水影響的供電煤耗（g/kWh），Qs為脫硫系統增加物料成本（元/kWh）。

隨著摻燒經濟煤種比例的不斷擴大，發電成本逐步降低，摻燒經濟煤收益逐漸增加，鍋爐效率小幅度降低，但由于經濟煤種價格低廉，標煤單價降低幅度大于全廠供電煤耗的增加幅度，故總發電成本依然降低，最終實現全廠收益增加。

2022年，邯峰電廠累計入爐煤耗274萬t（約標煤178.5萬t），其中經濟煤種摻燒51.7萬t，占比18.88%，全年標煤單價為953.7元/t，較2021年全年標煤單價降低15.3元/t，全年節約燃料成本2731萬元。

6 結論

摻燒經濟煤種的重點是硫分不超設計出力，熱值穩定無大幅波動，出力避免受阻。邯峰電廠一、二級摻配實現硫分、熱值穩定，三級摻配實現全負荷段硫分滿足設計要求、熱值滿足穩燃要求，使鍋爐保證在長周期安全燃燒的基礎上最大限度摻燒經濟煤種。最終實現燃料成本顯著下降，全廠經濟效益顯著增加。