唐斌，朱光明

(1. 大唐耒陽發(fā)電廠，湖南 耒陽421800;2. 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007)

湖南省是一個少煤的內(nèi)陸省份，近年來年原煤生產(chǎn)總量保持在5 000 萬t 左右，70%為難著火、難穩(wěn)燃、難燃燼、難磨的無煙煤。為滿足電站鍋爐燃煤供給，年采購省外燃料約2 000 萬t，覆蓋了褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤等多煤種。基于電站鍋爐燃煤復(fù)雜多變，為安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟地進行多煤種摻燒，大唐湖南公司聯(lián)合湖南省電力科學(xué)研究院等單位開展了一系列關(guān)于混煤摻燒方式和摻混比優(yōu)化的試驗研究，取得良好的經(jīng)濟、社會效益。

1 設(shè)備概況及設(shè)計煤質(zhì)

1.1 鍋爐設(shè)備概況

研究主要選擇了中儲式制粉系統(tǒng)四角切圓爐、直吹式W 型火焰鍋爐、直吹式對沖燃燒鍋爐等有代表的爐型，主要設(shè)備情況見下表1，2。

表1 鍋爐設(shè)備情況

表2 機組BMCR 工況下主要參數(shù)

1.2 設(shè)計煤種的特征參數(shù)

表3 為各電廠設(shè)計煤種的特征參數(shù)。

表3 設(shè)計燃料特性參數(shù)

2 混煤可磨性、燃燒特性實驗室研究

1)對于新進煤種，首先進行工業(yè)分析，進行混煤實驗室可磨性、燃燒特性測試，摸清新進煤種、混煤的特點。湖南省近年主要燃用煤種煤質(zhì)情況見下表4。

表4 主要煤質(zhì)工業(yè)分析結(jié)果

2)湖南省典型燃煤多數(shù)著火溫度偏高，在420 ～500 ℃之間。在難著火煤種中混入易著火貧煤(煙煤)后，混煤著火溫度明顯下降，著火溫度降低約50 ～60 ℃。

3)通過實驗室研究，發(fā)現(xiàn)混煤的可磨性與單煤不呈線性關(guān)系，并非2 組分煤種加權(quán)平均，而是趨向于難磨的煤;可磨性差異越大的2 種煤摻混時，混煤的可磨性越趨向于難磨煤種〔1〕。

4)實驗發(fā)現(xiàn)，混煤成粉粒徑分布呈現(xiàn)粗徑無煙煤多、細(xì)徑貧煤(煙煤)多的特征，混煤的燃盡特性接近于難燃煤種，混煤的煤粉細(xì)度不能由混煤的Vdaf決定，而是由難燃盡煤種的揮發(fā)分決定〔1〕。

3 摻燒試驗思路、方案及要求

1)對于帶庫叉管設(shè)計的中間儲倉式制粉系統(tǒng)，原煤可磨性或燃燒特性差異較大時可采用分磨磨制、倉內(nèi)摻混、爐內(nèi)混燒方式，如石門電廠#1爐。

2)對于直吹式制粉系統(tǒng)，設(shè)計使用無煙煤而未考慮防爆措施，在摻燒高揮發(fā)分原煤時宜采用爐前摻混、爐內(nèi)混燒方式，如耒陽電廠#2 爐。高揮發(fā)分原煤的摻混由20%逐步提升到50%。

3)對于直吹式制粉系統(tǒng)，原設(shè)計為貧煤的可視原煤的可磨性或燃燒特性差異采用爐前摻混、爐內(nèi)混燒或分磨制粉、爐內(nèi)混燒方式，如湘潭電廠#2爐。

4)不同無煙煤間或無煙煤與貧煤摻燒時采用分磨摻燒，與爐前摻混方式進行對比研究。

5)試驗時主要記錄制粉系統(tǒng)安全性(如磨煤機出口風(fēng)溫等)，燃燒安全性(如爐膛溫度、燃燒器壁溫)，燃燒經(jīng)濟性(如主/再熱汽溫、飛灰含碳量等)，低負(fù)荷調(diào)峰能力(最低穩(wěn)燃負(fù)荷率等)等數(shù)據(jù)，以確定不同煤種間的最佳摻燒方式和摻混比例。

6)由于摻燒的煙煤、褐煤灰熔點很低，同時部分煙煤、晉城煤硫分較高，造成爐膛結(jié)焦的趨勢明顯，爐膛掉大焦的概率明顯增加，甚至威脅到鍋爐的長期穩(wěn)定運行。通過衛(wèi)燃帶優(yōu)化布置、適時地噴入除焦劑、嚴(yán)格控制爐內(nèi)空氣動力場等手段，有效地控制結(jié)焦現(xiàn)狀。

7)受脫硫裝置設(shè)計容量的限制，為防止排放超標(biāo)，盡可能控制入爐煤全硫St.ad以防止排放超標(biāo)。

4 多煤種混煤摻燒適應(yīng)性試驗研究

4.1 石門電廠#1 鍋爐劣質(zhì)無煙煤、高硫煤摻燒

1)石門電廠#1 鍋爐原設(shè)計煤種設(shè)計燃用山西晉東南無煙煤和黃陵煙煤的混煤，由于攸縣無煙煤價格低、產(chǎn)量較大，電廠易于獲得。石門電廠#1鍋爐采用分磨磨制、倉內(nèi)摻混、爐內(nèi)混燒方式摻燒攸縣煤和潞安煤，攸縣煤磨制時煤粉細(xì)度R90控制在4%以內(nèi)。攸縣煤摻燒比例低于50%時，爐膛溫度水平在1 200 ℃以上，燃燒穩(wěn)定;飛灰含碳量可以控制在3%以內(nèi)，鍋爐效率90.2%以上。

2)石門電廠#1 鍋爐以潞安煤摻燒含硫高達4.3%的高硫煤時，25%的摻燒比例可控制SO2不超標(biāo)，但當(dāng)高硫煤摻燒比達到33%時，SO2濃度難以控制。三次風(fēng)作用對SO2濃度影響迅速、顯著，一般延遲5 ～6 min，SO2濃度會出現(xiàn)1 個突升的現(xiàn)象，升高幅度可達33% ～60%;運行中當(dāng)發(fā)現(xiàn)SOx排放超標(biāo)時，減少高硫煤制粉系統(tǒng)的出力可以迅速的控制排放超標(biāo)。

4.2 耒陽電廠#2 鍋爐多煤種摻燒

耒陽電廠#2 鍋爐設(shè)計燃用本地?zé)o煙煤，受礦難、煤礦整合等多種因素影響，本地煤礦大范圍停產(chǎn)整頓，原煤產(chǎn)量大幅度減產(chǎn)。為了生產(chǎn)經(jīng)營的需要，電廠被迫采購印尼褐煤、陜西煙煤、晉城無煙煤、越南無煙煤等外省煤種。電廠與國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院進行如下多煤種摻燒優(yōu)化試驗。

4.2.1 陜西煙煤與本地煤摻燒優(yōu)化試驗

煙煤與本地煤摻燒，煙煤比例從20%逐步增加到50%時，爐膛溫度維持在1 500 ℃以上，爐膛結(jié)焦稍有增加但基本可以受控;在入爐煤揮發(fā)分Vad控制在14% 以下時，磨煤機出口溫度控制在120 ℃以下，制粉系統(tǒng)未出現(xiàn)自燃和自爆現(xiàn)象，燃燒器壁溫基本控制在500 ℃以下，機組安全存在一定的余度。在入爐煤揮發(fā)分Vad在14%以上時，通過調(diào)整冷風(fēng)門開度，磨煤機出口風(fēng)溫可控制在100℃以內(nèi)，制粉系統(tǒng)安全性得到保證，燃燒器壁溫也在500 ℃左右。

隨煙煤摻燒比例從20%逐步增加到50%時，飛灰含碳量從5.5%左右下降到3.5%左右，當(dāng)煙煤摻燒比例超過35%以上時，機組不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷從55%BMCR 下降到35%BMCR 工況。

4.2.2 印尼褐煤與本地煤摻燒優(yōu)化試驗

褐煤與本地煤摻燒，褐煤比例從20%逐步增加到40%時，爐膛溫度維持在1 500 ℃以上，爐膛結(jié)焦增加但通過適時的負(fù)荷變化、每天適當(dāng)噴入除焦劑基本可以受控;在入爐煤揮發(fā)分Vad控制在15%以下時，制粉系統(tǒng)出口溫度控制在100 ℃以下，制粉系統(tǒng)未出現(xiàn)自燃和自爆現(xiàn)象，燃燒器壁溫基本控制在500 ℃以下，機組安全存在一定的余度;但在雨季，由于褐煤本身的全水分很高，當(dāng)褐煤的摻燒比例超過35%以上時磨煤機出口溫度很難超過80 ℃，磨煤機的干燥出力明顯不夠。

隨褐煤摻燒比例從20%逐步增加到40%時，飛灰含碳量從5.5%左右下降到4.5%左右。飛灰含碳量下降不明顯，這是由于褐煤的水分較大，煤粉氣流著火點較摻燒煙煤時有明顯的推遲。

摻燒褐煤達到40%時，機組不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷從55%BMCR 下降到35%BMCR 工況。

對于此爐型摻燒煙煤、褐煤時，必須保證摻混的均勻性，杜絕短時煙煤單獨入倉。保證制粉系統(tǒng)惰化系統(tǒng)可靠，必要時需增設(shè)防爆裝置。運行中嚴(yán)格控制磨煤機出口溫度在120 ℃以下且無異常的快速升溫現(xiàn)象，當(dāng)溫度上升較快時，應(yīng)立即停止磨煤機運行，全關(guān)熱風(fēng)門，開啟冷風(fēng)門以防止制粉系統(tǒng)自爆。

4.2.3 晉城煤與本地煤摻燒優(yōu)化試驗

由于晉城煤的工業(yè)特性除含硫較高外與本地煤十分接近，無論采用分磨摻燒還是爐前摻混，在180 MW 負(fù)荷下爐膛溫度均維持在1 500 ℃以上，燃燒穩(wěn)定性沒有問題，但低于170 MW 負(fù)荷時，爐膛負(fù)壓波動明顯增加，爐膛溫度下降明顯，燃燒穩(wěn)定性變差。晉城無煙煤燃盡特性較本地?zé)o煙煤較差，其可磨性也低于本地汽車煤，當(dāng)晉城煤與本地煤1∶ 1 摻燒時，進行分磨摻燒與爐前摻混對比試驗，分磨摻燒方式下，一般鍋爐效率可提高1%以上，降低晉城無煙煤摻混比，鍋爐效率略有升高。

4.2.4 越南煤與其他煤的摻燒優(yōu)化試驗

當(dāng)越南煤與煙煤1∶ 1 摻燒時，由于越南煤揮發(fā)分更低，可磨性更差，飛灰含碳量嚴(yán)重偏離設(shè)計值，極限達到了20%以上;通過嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度、優(yōu)化配風(fēng)等方式，飛灰含碳量還是超過13%，鍋爐燃燒效率嚴(yán)重下降。后在保持煙煤摻燒份額在30%以上，不斷降低越南煤的摻燒比例，增加本地煤摻燒量時，飛灰含碳量不斷下降;當(dāng)越南煤、本地煤和煙煤按2∶ 4∶ 4 摻燒時，飛灰含碳量可以控制在8%以下。

從測量燃燒器噴口出口處溫度梯度來看，即使越南煤與其它煤種煤粉細(xì)度相近時，此煤的內(nèi)在水分相對較高，其著火點明顯滯后，造成飛灰含碳量偏高。

4.3 湘潭電廠#2 鍋爐無煙煤摻燒研究

1)湘潭電廠#2 鍋爐設(shè)計燃用山西省晉城貧煤與河南省平頂山煙煤的混煤。當(dāng)采用煙煤(貧煤)中分磨摻燒30%的以下無煙煤時，嚴(yán)格控制無煙煤煤粉細(xì)度，爐膛負(fù)壓平穩(wěn)、汽溫汽壓平穩(wěn)，各投運燃燒器火檢強較高度，燃燒穩(wěn)定。

2)無煙煤摻燒比例在15%以內(nèi)時，飛灰含碳量可以控制在5%左右，鍋爐效率下降不明顯;無煙煤摻燒比例超過20%以上時，飛灰含碳量上升明顯，達到8%左右，鍋爐效率下降明顯。

5 結(jié)論

1)對于原設(shè)計煤種為貧煤、煙煤等高揮發(fā)分的鍋爐，摻燒無煙煤時宜采用分磨制粉的摻燒方式，如能嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度，同時保證摻燒比例不宜過高，鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐效不會有明顯的下降。摻燒無煙煤的比例應(yīng)根據(jù)試驗和長期運行的結(jié)論及時調(diào)整。

2)對于設(shè)計燃用無煙煤的直吹式制粉系統(tǒng)、W 型火焰鍋爐，在摻燒煙煤、褐煤時，宜采用爐前摻混方式。通過爐前摻混方式，控制混煤綜合揮發(fā)分、磨煤機出口風(fēng)溫等措施，在安全上是可靠的。但煙煤、褐煤的摻混比例不宜超過50%，入爐煤揮發(fā)分Vad不宜超過15%;摻燒高揮發(fā)分正常水分的原煤后，鍋爐的燃燒效率能夠得到明顯的提高。通過少量的技術(shù)改造，并通過不斷試驗和實踐摸索，W 型火焰鍋爐較其它型式的鍋爐具備更寬泛的煤種適應(yīng)性。

6 說明

本文部分結(jié)論引用了大唐華銀電力股份有限公司、國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院等單位合作的科研項目《電站鍋爐多煤種混煤摻燒技術(shù)與管理研究》課題的成果，特此說明。

〔1〕段學(xué)農(nóng)，朱光明，等。混煤可磨性與摻燒方式實驗研究〔J〕.熱能動力工程，2010 (4):410-413.