段彥明,孫久啟

(1.國電鞍山熱電有限公司,遼寧鞍山 114011;2.國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

提高火電廠設計和校核煤質重要性的幾點認識

段彥明1,孫久啟2

(1.國電鞍山熱電有限公司,遼寧鞍山 114011;2.國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

分析鍋爐設計煤質在電廠建設各方面的重要性,闡述了燃用煤質偏離設計要求對火電廠安全、經濟運行的影響。結合工程實際分析燃用煤質偏離設計煤質的原因,并提出了解決措施。

鍋爐;設計煤質;校核煤質;環(huán)境保護

1 確定設計煤質的重要性

(1)設計煤質是擬建火電廠項目決策的依據。火電項目前期,建設單位協同設計單位針對煤源、水源、電力需求以及煤炭運輸條件等方面深入調研。其中,煤源情況落實是一項重要內容,一定要針對煤源、運輸、煤質與煤價等編制專題調研報告,與煤礦簽訂供煤協議。設計煤質是編制火電廠建設項目初步可行性研究報告的重要依據。

(2)設計煤種硫分是環(huán)境影響評價的重要指標。環(huán)境保護是實現可持續(xù)發(fā)展的一項基本國策,火電項目對環(huán)境影響較大,新建或擴建項目,從項目批復到投產前環(huán)保設施驗收,以及生產階段污染物排放等環(huán)節(jié),均在國家環(huán)保部門的嚴格監(jiān)管之下。能否通過環(huán)評評價,直接關系到項目能否批復;脫硫裝置出力大小,直接影響到投產后 SO2的排放量。近幾年,部分火電項目投運后,相繼出現一些問題,如燃煤硫分高于設計值,使脫硫島出力不能滿足排放要求,而被環(huán)保部門罰款和限期整改。

(3)設計煤質是電廠設計和爐型選擇、燃燒制粉系統及輔助設備選型的主要依據。

一般在初步設計階段,設計院根據煤種和煤質等條件,確定了火電廠項目的主要設計原則,三大主機已經訂貨。鍋爐設計之初,根據設計煤質選定適宜的燃燒方式和相應的爐膛關鍵特征參數值,使新裝鍋爐達到較好的燃燒效果,即較高的燃燒效率、較大的負荷調節(jié)幅度和較低的 NOx生成濃度值,將爐膛結渣傾向降低至保證鍋爐長期安全運行而不致影響其可靠性指標的程度。煤質特性與鍋爐型式匹配,對鍋爐機組安全、經濟運行至關重要,因此設計單位在鍋爐選型時,一定要重視煤質特性,避免出現爐型與煤質不匹配的情況,尤其是大容量鍋爐爐體結構復雜,一旦設計制造完畢,很難就爐膛容積和形狀做實質性修改,使電廠投產后無法正常運行,給國家或投資方帶來嚴重損失。部分電廠投產后,不能達到技術協議約定的性能參數,其中有鍋爐設計方面的原因,由電廠經設計院向鍋爐廠提供的設計煤質也會成為雙方爭論的焦點問題。

火電廠煤質特性通常包括煤特性與灰特性兩部分。煤特性指標有工業(yè)分析、元素分析、發(fā)熱量、可磨性系數和煤的磨損性指數等。灰特性指標有煤灰化學成分和飛灰比電阻等。

火電廠燃用煤種和煤質的煤、灰特性直接決定了鍋爐煙風系統、輸煤、除灰系統以及除塵器等鍋爐輔助系統及其設備的選擇。

(4)設計煤質直接關系到電廠的經濟效益。燃煤是火電廠的物質基礎,它不僅關系到鍋爐機組的安全、經濟運行,也是火電廠生產管理和經濟核算的中心環(huán)節(jié)。特別是近幾年煤價大幅度上升,燃煤費用達到 70%以上;電廠越來越重視燃煤成本管理,它對于電廠經濟效益具有重要意義。實踐證明,燃煤特性和設備匹配性能良好,才能使電廠在燃煤采購方面主動靈活,有利于控制燃煤成本。

2 確定設計煤質的影響因素

(1)宏觀政策缺乏剛性。由于我國煤炭生產和電力生產缺乏剛性宏觀調控,新建或擴建火電項目沒有相對穩(wěn)定的煤源,火電項目核準時建設單位與煤礦簽訂的供煤協議約束力不強,國內某些坑口電廠也不得舍近求遠外購煤炭。

(2)基礎數據不準確?；痣姍C組設計壽命一般為 30年,要針對選定的礦點結合其煤種、煤質、儲量、建設規(guī)模及進度、使用年限、供應數量、煤價乃至運輸條件等進行大量的調查落實工作,并進行技術經濟分析論證,如果調研工作不深入細致,就容易出現這樣或那樣的問題。

(3)建設單位缺乏重視?！痘鹆Πl(fā)電廠設計技術規(guī)程》(DL 5000-2000)總則中規(guī)定:“新建或擴建的燃煤發(fā)電廠的設計和校核煤種及其分析數值是設計的基本依據,它們將影響設備和系統的選擇、工程造價、發(fā)電廠的安全生產和經濟運行,主管部門和項目法人對此應充分重視,進行必要的調查和研究后,合理確定,使其能代表長期實際燃用煤種?！睂嵺`證明,由于各方面的原因,在初步可行性研究階段,上述要求沒有引起某些建設單位的足夠重視。在實際操作過程中,一般設計院要建設單位提供書面設計煤質報告,建設單位從組織措施和技術措施缺乏有效控制,結果是擬定的煤質報告不能經得起煤炭市場、時間和設備系統等方面的檢驗。

(4)燃煤硫分與實際不符。近年來,由于國家環(huán)保部門對新上火電項目環(huán)境評價的嚴格控制,在燃用煤種硫分≥1%時,新建電廠要配套建設脫硫裝置,對電廠投資和運行影響很大。同時有的建設單位和設計單位在確定硫分量時不夠準確,致使脫硫裝置出力無法滿足實際要求等。

3 煤質變化對電廠生產運行的影響

3.1 影響電廠安全運行

鍋爐設計煤質擬定不當,電廠投運后易出現一系列問題,主要表現在以下幾個方面:煤質揮發(fā)分偏低,導致鍋爐頻繁滅火;灰熔點偏低,造成鍋爐嚴重結焦被迫停爐;發(fā)熱量大幅度下降,造成對流受熱面超溫;燃煤硫分高引起預熱器低溫腐蝕和水冷壁區(qū)高溫腐蝕等。煤質變化會造成大型鍋爐出現腐蝕、磨損、爆管等問題較為突出,甚至釀成設備嚴重損壞及人身傷亡事故。

3.2 影響電廠經濟性

燃煤煤質變化對機組出力、供電煤耗和可用率以及發(fā)電成本等的影響較大。

(1)設備出力受限。燃用煤質嚴重偏離設計煤種時,可能會限制鍋爐負荷。例如煤的水分或可磨指數的變化可使磨煤機達不到額定出力;煤的灰分增加可能造成除灰系統超負荷;灰熔點偏低引起爐膛結渣,鍋爐只能維持低負荷運行等。

(2)煤耗及廠用電率上升。煤質下降,煤粉著火困難,不僅易滅火放炮,危及鍋爐安全,而且由于著火延遲,燃燒不穩(wěn)和不完全,使鍋爐機械未完全燃燒損失增大;同時,由于排煙溫度和燃燒過?？諝獾脑龈?又使排煙熱損失增大。這兩項都使鍋爐效率下降和發(fā)電煤耗上升。劣質煤灰分高、熱值低,同樣出力條件下鍋爐燃煤量增加,上煤、除灰、制粉以及引風機等輔機耗電量都要增加,廠用電率上升。根據對國內部分燒劣質煤的中壓和次高壓小機組統計結果估算,燃煤低位熱值每下降 1MJ/kg,發(fā)電煤耗上升 20 g/(kW·h),廠用電率上升 0.5%。

3.3 燃煤可用率下降

部分煙煤灰分高熱值低,而無煙煤熱值雖高,但揮發(fā)分很低,兩者都會造成燃燒不穩(wěn)定,容易滅火;灰分高,燃煤量大,使鍋爐受熱面、煙道堵灰和磨損加劇,制粉系統和送引風機的故障增加;著火延遲,火焰中心上移,使過熱器超溫爆管。所有這些都使發(fā)電機組的強迫停運率上升,臨修次數增加,可用率和設備利用率下降。

3.4 檢修及技改費用上升

煤質下降、灰分增大、可磨指數降低或灰的磨蝕性增強等,將使鍋爐各部分受熱面、輸煤皮帶、制粉系統和除灰、除渣系統等經常超負荷運行,致使磨損加劇;部分電廠因高溫腐蝕,造成水冷壁區(qū)大批管子受損,被迫停爐后更換。這些問題使電廠檢修維護費用大幅度增加。

3.5 影響電廠環(huán)保性能

燃煤硫分偏高,脫硫島出力不能確保煙氣中的SO2達標排放;由于揮發(fā)分降低,尤其是低揮發(fā)分劣煤,為了確保燃燒穩(wěn)定,改變了配風方式、提高了燃燒區(qū)域的溫度水平,造成 NOx排放量升高;由于煤質降低或波動較大,造成鍋爐燃燒不穩(wěn),效率下降,最終也導致電廠污染物排放增加等。

4 節(jié)能減排措施

將燃煤化學能轉化為電能的過程中,人們在關注轉化效率提高的同時,越來越重視火力發(fā)電廠對周圍環(huán)境的影響。實踐證明,對于常規(guī)火電廠,以下措施在節(jié)能減排方面值得參考:

(1)輸煤系統。應采用穩(wěn)定煤質的手段,如設置混煤筒倉或干煤棚以及在入廠煤和入爐煤內安裝機械采樣裝置等;在原煤倉內安裝智能空氣炮、疏松機、振打裝置 (或新型對輥給料機),材料采用雙曲線型、摩擦阻力較小的不銹鋼。

(2)除灰及脫硫、脫硝系統。燃煤輸送系統、鍋爐設備、除渣、除灰及脫硫、脫硝系統設計等必須考慮一定的裕量。設計氣力除灰系統時,第一電場輸灰管應采用 2根,第一電場灰斗安裝臨時放灰管;脫硫系統工藝設計時,燃煤硫分比鍋爐設計的硫分適當大一點等。

(3)蒸汽溫度調節(jié)。鍋爐蒸汽溫度調節(jié)裝置應性能優(yōu)良,設計時充分考慮適應煤種變化的可調節(jié)幅度,有較好的操控性,確保燃燒器上下擺動機構、再熱器煙溫調節(jié)擋板機構靈活可靠、合理的噴水減溫設置、爐內配風燃燒的組織靈活性,以及超 (超)臨界鍋爐煤水比靈活調節(jié)特性等。

(4)爐型選擇。合理選擇爐型、新型燃燒器和點火穩(wěn)燃裝置,提高鍋爐穩(wěn)燃能力及環(huán)保性能。如采用循環(huán)流化床鍋爐、W火焰布置方式、等離子點火、微油點火裝置等。

(5)防磨損、腐蝕。提高鍋爐受熱面的防磨特性,如保持合理的煙速,確保不會形成煙氣走廊;防磨瓦材質要規(guī)格高、安裝合理;如設置暖風器或熱風再循環(huán)裝置采用 H型省煤器等,以提高鍋爐抗低、高溫腐蝕的能力。

(6)防結焦。針對煤質燃燒特性和結焦特性采取防結焦措施,同時,在爐膛底部設計人孔門,便于觀察冷灰斗附近的結焦情況及實施打焦。爐膛內吹灰器的合理布置,也有助于減輕爐膛內部結焦。

(7)NOx控制。揮發(fā)份較低的劣質煤,在解決燃燒穩(wěn)定和 NOx控制方面有一定困難,應優(yōu)先采用新型低NOx燃燒器,在結構布置方面要充分考慮脫硝裝置預留空間。

(8)除灰。盡量配備省煤器灰斗連續(xù)除灰裝置,并防止異物進入輸灰管道。一方面有助于系統安全運行,如某電廠曾因灰量大,積灰嚴重導致大灰斗墜落,尤其在省煤器泄漏的情況下,更易于發(fā)生事故。另一方面,也可減小電除塵器的運行出力。

(9)在線檢測系統。當前在線檢測系統中,煤質在線監(jiān)測裝置較為成熟,特別是MJA型煤質成分在線檢測系統,運行性能優(yōu)越,可及時向運行人員提供準確的煤質數據,對提高鍋爐機組運行安全性和經濟性發(fā)揮了巨大作用。同時,實現分倉上煤、通過爐內摻燒來控制入爐煤含硫量,使優(yōu)化脫硫島運行方式成為可能。

(10)制粉系統。選擇合理的制粉系統,尤其是磨煤機的選型,是鍋爐安全運行的關鍵因素。某電廠 2×600 MW燃煤機組,原設計 6臺磨煤機,五運一備;由于煤質差和中速磨煤機選型方面的原因,投產后發(fā)現設備出力明顯不足,必須保持 6臺磨煤機運行才能保證鍋爐出力。

(11)過熱器選型。主要是防止過熱器、再熱器選材偏低,確保壁溫有足夠的安全系數。

(12)引風機選型。在一次風機和引風機選型時,應充分考慮煤質變化可能帶來的影響。

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Analysis of importance to enhance boiler design and check coal quality in ther mal power plants

The important influences of design coal quality to construct ion of thermalpower p lants were analyzed.The affect ion of burning coal quality deviated from design coal quality on boiler safe and econom icaloperation,environmentalp rotection requests were elaborated briefly.The reasons of coal quality deviation from design requestwere analyzed based on actual engineering project.Some countermeasures to solve the problem in therm alpower plants were enumerated.

bo iler;design coal quality;check coal quality;environmentalpro tection

TK227.1

B

1674-8069(2010)01-053-03

2009-11-16;

2010-01-04

段彥明 (1963-),男,山西省平順縣人,研究生,工程師,從事火電廠項目建設及供熱管理等工作。E-mail:syduanyanming@163.com