田俊義（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津`301900）

燃煤機組摻燒劣質(zhì)褐煤制粉系統(tǒng)試驗及分析

田俊義
（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津`301900）

摘`要：介紹盤山發(fā)電有限責(zé)任公司選擇高水分、高硫分、低發(fā)熱量的內(nèi)蒙古劣質(zhì)褐煤進行摻燒的燃燒試驗，證明了劣質(zhì)褐煤摻燒技術(shù)實際應(yīng)用的可行性，同時對摻燒劣質(zhì)褐煤的經(jīng)濟性進行了分析。

發(fā)電成本；劣質(zhì)煤；摻燒比例；經(jīng)濟性分析

2010年，中國大唐發(fā)電集團要求將摻燒劣質(zhì)煤作為雙增雙節(jié)的一項重要措施，為此，天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱“盤山發(fā)電公司”）積極開展了褐煤摻燒工作試點。

一、設(shè)備簡介

盤山發(fā)電公司2×600MW火電機組是我國華北地區(qū)建設(shè)投產(chǎn)最早的600MW等級火電機組，工程于1998年10月開工，其中3號機組于2001-12-18正式投產(chǎn)，4號機組于2002-06-05日正式投產(chǎn)。盤山發(fā)電公司選用哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造HG-2023/17.6-YM4型鍋爐。鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、控制循環(huán)汽包爐。采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，平衡通風(fēng)，擺動式燃燒器四角切圓燃燒。設(shè)計燃料為準(zhǔn)格爾煙煤。6套制粉系統(tǒng)為正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置ZGM-123型中速磨煤機。

盤山發(fā)電公司設(shè)計上采用鐵路專線運輸燃煤，以高發(fā)熱量、低硫分的準(zhǔn)格爾優(yōu)質(zhì)煙煤為設(shè)計煤種，以準(zhǔn)格爾—黑岱溝煤和晉北煤為校核煤種。其燃料特性及參數(shù)如表1、表2所示。

盤山發(fā)電公司多年來所使用的燃煤煤質(zhì)基本穩(wěn)定，熱值平均在20MJ/kg以上，燃燒工況穩(wěn)定，沒有發(fā)生過因為燃煤煤質(zhì)問題引發(fā)的鍋爐滅火、制粉系統(tǒng)自燃等事故。2010年5月實際使用的煤種特性及參數(shù)見表3。

二、劣質(zhì)褐煤的實際情況

盤山發(fā)電公司進行劣質(zhì)煤摻燒的煤種為內(nèi)蒙古東勝利二號礦的褐煤。該褐煤具有水分高、硫分高、發(fā)熱量低等特性，摻燒后給機組的效率和安全帶來一定問題。東勝利二號礦褐煤收到基水分在38%左右，低位發(fā)熱量約11.8MJ/kg，含硫量1.91%，具有高水分、高含硫量、高灰分、低熱量、灰熔點低等特點。盤山發(fā)電公司首批購入準(zhǔn)備進行摻燒試驗的褐煤特性參數(shù)以及和實際燃用煤種參數(shù)的對比情況如表4所示。

表1　設(shè)計及校核煤種參數(shù)特性

表2　設(shè)計煤種的灰渣特性

表3　盤山發(fā)電公司2010年5月實際燃煤特性參數(shù)

表4　首批購入褐煤與近期實際燃煤化驗數(shù)據(jù)對比

從表4對比可以看出：褐煤的各項指標(biāo)與盤山發(fā)電公司設(shè)計煤種、目前實際煤種都存在著較大的差距。摻燒褐煤后對機組的效率、經(jīng)濟指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)以及機組運行安全、設(shè)備安全等都帶來一定影響，尤其是加大了制粉系統(tǒng)自燃的可能性。為保證摻燒褐煤工作的正常進行，必須先進行慎重的實際燃燒試驗。

三、褐煤摻燒試驗及分析

摻燒試驗按照褐煤和其他煤種摻配比例的不同分為3個階段進行。由于褐煤的水分大、揮發(fā)分高，屬于不易干燥但又容易自燃的煤種。因此摻燒期間磨煤機出口溫度是否能夠維持在最低允許溫度55℃以上，是整個試驗比例是否繼續(xù)增大的關(guān)鍵制約因素。

1.褐煤和其他煤種按照1：3比例摻燒

28日上午1：3比例摻燒試驗期間，4號爐D磨出口溫度設(shè)定值70℃，熱風(fēng)偏置3。煤量逐步由40t/h增至60t/h。試驗期間，磨煤機煤量和出口溫度曲線見圖1。

圖1　褐煤和其他煤種按1∶3摻燒時煤量和磨出口溫度曲線

由圖1可以看出：在煤量由40t/h逐漸增加到60t/h的過程中，磨煤機出口溫度基本能保持在設(shè)定值70℃。試驗過程中燃燒情況穩(wěn)定，脫硫參數(shù)變化不大，鍋爐渣量、渣塊顆粒度均無明顯變化、汽溫及壁溫處于可控?？沙醪秸J為此比例摻燒對鍋爐燃燒影響不大、磨煤機干燥能力余量較大、從渣量及渣塊顆粒上看爐膛結(jié)焦情況不明顯?？梢赃M行下一階段即按1∶1比例摻燒的試驗。

2.褐煤和其他煤種按照1：1比例摻燒

5月28日下午16∶00～19∶00進行了1∶1比例摻燒試驗。試驗期間，4號爐D磨出口溫度設(shè)定值70℃，熱風(fēng)偏置3，煤量逐步由45t/h增加到60t/h。試驗期間，磨煤機煤量和出口溫度曲線見圖2。

由圖2可以看出，在1∶1摻燒比例下，磨煤機出口溫度反應(yīng)明顯。煤量45t/h時，將熱風(fēng)偏置逐漸提高至10，出口溫度最低66℃，無法維持設(shè)定溫度（70℃）。試驗煤量最高60t/h時磨煤機出口溫度最低能維持在59℃，熱風(fēng)調(diào)門開度最大為41%，一次風(fēng)量89.7m3/ h，從出口溫度上看（經(jīng)驗數(shù)據(jù)認為最低不能低于55℃），磨的干燥出力還有一定余量，但余量不大。

圖2　褐煤和其他煤種按1∶1摻燒時煤量和磨出口溫度曲線

在整個試驗過程中，脫硫出口SO2參數(shù)基本正常能保證在60mg/m3以下，但是煙氣出口氮氧化物NOX含量明顯增大，第一階段3∶1摻配時能維持300mg/m3以下，1∶1摻配時，一直在300mg/m3以上，29日下午15∶15～18∶45超標(biāo)1.5h，最高達710mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)為小于450mg/m3）。摻燒過程中，除灰專業(yè)檢查鍋爐排渣量、渣塊顆粒度無明顯變化，汽溫超溫趨勢沒有增加，初步認為水冷壁結(jié)焦情況應(yīng)該不嚴重。

綜合第二階段1∶1試驗分析結(jié)論，提出了如下建議：可以繼續(xù)進行第3階段即百分百褐煤摻燒試驗，但對試驗前景需持謹慎態(tài)度；在4號機停機檢修前完成全部3個階段的摻燒試驗，檢修時對鍋爐受熱面結(jié)焦情況進行實際檢查，以完善整個摻燒試驗分析。

3.百分百純褐煤摻燒

從6月19日02∶00～8∶00期間，在3號爐C磨進行了百分百純燒褐煤試驗。試驗開始，磨煤機煤量保持33t/h，最低減至30t/h。試驗期間，磨煤機煤量和出口溫度曲線見圖3。

圖3　百分百純褐煤燃燒時煤量和磨出口溫度曲線

從圖3可以看出，百分百燒純褐煤對磨煤機出口問題影響很大，煤量只能在30～33t/h范圍內(nèi)運行。33t/h煤量對應(yīng)磨出口溫度只能維持在57℃左右，對磨煤機的出力有了較大限制。試驗期間，從汽溫、渣量及渣塊顆粒大小等方面情況看，受熱面結(jié)焦情況應(yīng)該不嚴重；環(huán)保參數(shù)方面，出口SO2基本在合格可控范圍內(nèi)，NOX含量還是比較高（最高427mg/m3），需要從運行調(diào)整上加強調(diào)整。

如果采取單臺磨百分百純燒褐煤，每天燒褐煤600 ～700t，單臺爐的摻燒比例最大為20%，對燃燒情況以及鍋爐的穩(wěn)定運行目前看來影響不大，從技術(shù)和安全上來說，單臺爐單臺磨純燒褐煤是可行的。但是由于百分百燒褐煤嚴重限制了磨煤機的出力，磨煤機的一次風(fēng)量大且煤量低導(dǎo)致高負荷時有可能6臺磨運行、低負荷4臺磨運行，使一次風(fēng)機耗電量每天增加2萬多kW·h，同時磨煤機單耗增大，增加運行成本。

4.褐煤摻燒試驗結(jié)論

（1）由于摻燒褐煤導(dǎo)致磨煤機出口溫度降低，影響鍋爐效率降低，對機組的經(jīng)濟性產(chǎn)生一定影響；由于褐煤水分大對磨煤機出力有一定限制，增加了磨煤機的運行臺數(shù)，磨煤機單耗升高；

（2）由于燒純褐煤導(dǎo)致單臺磨的一次風(fēng)量加大，使一次風(fēng)機單耗升高；使廠用電率升高，有必要對摻燒方式做進一步調(diào)整；

（3）據(jù)3種比例的試驗結(jié)果，以下幾個備選摻燒方案從安全和技術(shù)角度來講是可行的：一是單臺磨白天燒褐煤，晚上燒其他煤種，保證低負荷時3臺磨運行；二是一臺爐兩臺磨燒1∶1的混煤，提高每臺磨的出口溫度，提高鍋爐效率；三是兩臺爐各一臺磨進行1：1摻燒。

盤山發(fā)電公司經(jīng)過3個階段的摻燒試驗，綜合摻燒的實際情況，最終采取的摻配方式以“分磨上煤，爐內(nèi)摻燒”為主，以煤場褐煤與低硫煤按1∶1比例混煤為輔的摻配方式進行摻燒，全年摻燒褐煤6.27萬t，較好的完成了年度劣質(zhì)褐煤的摻燒任務(wù)。

四、經(jīng)濟性分析

摻燒褐煤達到了降低燃料成本的目的，但是同時也使一些成本費用增加和機組經(jīng)濟性降低，需通過總體分析確定摻燒所產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟效益。

以7月為例，簡單進行褐煤摻燒的經(jīng)濟性分析。

（1）盤山發(fā)電公司7月全月耗煤約25萬t，摻燒褐煤1.9萬t，折合標(biāo)煤0.7萬t，褐煤摻燒帶來綜合標(biāo)煤單價降低約131.8元/t，該月燃料成本共降低92.34萬元；

（2）褐煤影響入爐煤熱量降低0.74MJ/kg，影響鍋爐效率降低0.21%；褐煤影響入爐煤水分升高2.02%，影響鍋爐效率降低0.04%，合計引起鍋爐效率降低0.25%，影響供電煤耗升高0.75g/kW·h，增加燃料成本26.84萬元；

（3）褐煤影響入爐煤全水分升高2.02個百分點，引起送、引風(fēng)機和制粉系統(tǒng)耗電率升高，廠用電率升高0.01%，入爐煤硫分升高0.06個百分點，引起脫硫耗電率升高，廠用電率升高0.01%，合計影響廠用電率升高0.02%，減少上網(wǎng)電量10.4萬kW·h，減少電費3.99萬元；

（4）7月燃燒褐煤1.9萬t，硫分1.3%，SO2排放量19.86t，排污費12543元；不摻燒褐煤狀態(tài)下煤的硫分為0.51%，SO2排放量是4.03t，排污費2545元。燃燒褐煤比燃燒正常煤多排SO215.83t，多繳費9998元。即由于煤質(zhì)含硫量增加，造成SO2排放量增加，相應(yīng)排污費增加9998元，為保證脫硫效率石灰石增加570t，相應(yīng)增加材料費用85500元，以上兩項增加費用合計環(huán)保成本增加9.55萬元，未考慮氮氧化物排放量的增加。

綜上所述，在不考慮設(shè)備磨損以及人工費增加的情況下，7月褐煤摻燒綜合效益約為51.96元。

五、結(jié)語

盤山發(fā)電公司2010年成功摻燒劣質(zhì)褐煤6.27萬t，節(jié)約燃料費用150多萬元，為完成全年的各項經(jīng)營指標(biāo)做出貢獻。

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