盧紅玲,王玉濤,贠晶晶

（嘉峪關(guān)宏晟電熱有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

隨著國家能源戰(zhàn)略調(diào)整和煤化工技術(shù)的進(jìn)步，將煤炭進(jìn)行深加工提質(zhì)，實(shí)現(xiàn)煤炭的高效利用，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)鏈已成為一種新的工業(yè)項(xiàng)目。廣匯煤產(chǎn)于新疆哈密地區(qū)伊吾縣淖毛湖，儲量大、供應(yīng)穩(wěn)定，其揮發(fā)分在50%左右，干餾產(chǎn)油率達(dá)9%～12%，非常適合作為煤炭分質(zhì)利用的原料煤。對廣匯煤采用低溫干餾后，生成煤焦油、瀝青焦、可燃?xì)怏w和提質(zhì)煤。廣匯提質(zhì)煤的生成率約為50%，性質(zhì)穩(wěn)定，固定碳含量80%以上，揮發(fā)分含量9%～11%，可用作電廠動力用煤或進(jìn)行摻燒，力爭實(shí)現(xiàn)廣匯煤提質(zhì)的高效利用。

某集團(tuán)公司地處新疆邊緣，具備提質(zhì)煤產(chǎn)業(yè)鏈建立優(yōu)勢，近年將計劃建成年產(chǎn)提質(zhì)煤150萬t煤化工項(xiàng)目。煤化工項(xiàng)目投產(chǎn)后，作為集團(tuán)公司自備電廠的某電熱公司必須有能力消耗提質(zhì)煤，達(dá)到煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。為此公司提前著手進(jìn)行提質(zhì)煤的摻燒研究，探索電站鍋爐高比例燃用提質(zhì)煤的可行性與適用性，開展電站鍋爐對提質(zhì)煤的摻燒適應(yīng)性試驗(yàn)。

1 廣匯提質(zhì)煤特性

為掌握廣匯提質(zhì)煤的工業(yè)特性，該電熱公司委托專業(yè)單位對廣匯煤及其提質(zhì)煤進(jìn)行了煤質(zhì)分析，分析數(shù)據(jù)見表1。

分析數(shù)據(jù)顯示，提質(zhì)煤介于貧煤、無煙煤之間【1】，揮發(fā)分極低，著火困難，現(xiàn)有鍋爐設(shè)計煤種為哈密煤，現(xiàn)鍋爐爐型已確定，摻燒提質(zhì)煤存在一定困難。

2 提質(zhì)煤摻燒難點(diǎn)分析

2.1 揮發(fā)分過低、著火難度大

煤粉在鍋爐內(nèi)著火初期，主要靠煤粉受熱時所析出的揮發(fā)份支持燃燒，而提質(zhì)后的煤揮發(fā)份很低，在進(jìn)行提質(zhì)煤摻燒時若配煤嚴(yán)重不均，會出現(xiàn)短時間內(nèi)純燒該煤種的情況。此時若不能及時著火，極易引起煤粉氣流瞬間斷火的現(xiàn)象，即煤粉進(jìn)入爐膛后未及時著火導(dǎo)致爐膛負(fù)壓突然下降；在煤粉氣流上升過程中，又出現(xiàn)爆燃的情況，爐膛負(fù)壓又會突然升高、正壓。嚴(yán)重時會導(dǎo)致鍋爐爐膛負(fù)壓超出保護(hù)動作值，MFT動作。

表1 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2.2 一次風(fēng)溫偏低

在進(jìn)行提質(zhì)煤分倉上煤1:1 摻燒時，雖然混合煤種的揮發(fā)份有所提升，達(dá)到貧煤以上的水準(zhǔn)，但是對一次風(fēng)溫的要求仍然較高。燃燒貧煤時一般采用熱風(fēng)送粉【2】，熱風(fēng)溫度需要保證在270 ℃以上，而擬進(jìn)行摻燒的300 MW 機(jī)組鍋爐熱風(fēng)溫度在260 ℃左右，顯然鍋爐一次風(fēng)熱風(fēng)溫度偏低，磨煤機(jī)出口溫度要保證到75 ℃都比較困難，摻燒難度大。

2.3 煤粉細(xì)度偏粗

貧煤、無煙煤的燃燒對煤粉細(xì)度的要求較高，一般R90 都要低于15%，甚至達(dá)到10%以下。目前鍋爐制粉系統(tǒng)煤粉細(xì)度R90 都保持在20%以上，故鍋爐的煤粉細(xì)度設(shè)計點(diǎn)對于摻燒該煤種是不適應(yīng)的。

2.4 燃盡困難，易造成尾部煙道二次燃燒

由于提質(zhì)煤揮發(fā)分較低，著火困難，燃盡時需要較高的溫度場，即火焰中心溫度更高。提質(zhì)煤燃燒后形成的焦粒不易與空氣中的氧分子進(jìn)一步結(jié)合，造成燃盡困難，鍋爐效率下降；未燃盡的焦粒隨著飛灰進(jìn)入鍋爐尾部煙道、空預(yù)器、除塵器內(nèi)，容易沉積下來，在條件適合的情況下容易發(fā)生二次燃燒，造成設(shè)備損壞【3】。

2.5 火焰中心上移，減溫水量增大

提質(zhì)煤進(jìn)入爐膛后著火會有一定推遲，導(dǎo)致火焰中心上移、爐膛出口煙溫升高。若保證各項(xiàng)參數(shù)正常，一般隨著摻燒量的增加，鍋爐過熱器、再熱器減溫水量過大，經(jīng)濟(jì)性下降，還極有可能造成大面積掛焦和結(jié)渣。

3 試驗(yàn)煤種與摻燒方式

結(jié)合該電熱公司實(shí)際情況，摻燒試驗(yàn)在電廠300 MW 機(jī)組鍋爐上進(jìn)行。試驗(yàn)針對廣匯提質(zhì)煤，摻配煤種為廣匯煤和哈密煤，采用分磨（分倉）摻燒的方式。廣匯提質(zhì)煤的初始摻燒比例為17%，計劃逐漸增大至33%、50%，摻燒比例視具體試驗(yàn)情況逐步增大，試驗(yàn)期間保證廣匯提質(zhì)煤與原煤煤質(zhì)穩(wěn)定。

4 摻燒試驗(yàn)期間運(yùn)行控制措施

為保證摻燒試驗(yàn)安全性，針對提質(zhì)煤特性制定以下專項(xiàng)技術(shù)措施：

（1）磨制提質(zhì)煤的磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫控制在70～80 ℃，旁路風(fēng)門開度在35%以上，調(diào)整并保持一次風(fēng)母管壓力不大于7.5 kPa。

（2）調(diào)整分離器擋板控制提質(zhì)煤的煤粉細(xì)度R90 在15%以下，磨制提質(zhì)煤的磨煤機(jī)料位控制在500～700 mm，磨電流控制在140 A以上。

（3）爐膛負(fù)壓保持穩(wěn)定（0～-70 Pa），一旦出現(xiàn)爐壓劇烈波動至±200 Pa 以上，及時投入對應(yīng)的油槍穩(wěn)燃，同時減少提質(zhì)煤摻燒量，防止?fàn)t膛滅火。

（4）高負(fù)荷期間爐膛出口氧量維持在2.5%～3.0%，低負(fù)荷時氧量維持在3.5%左右。

（5）二次風(fēng)與爐膛壓差控制在500～700 Pa，SOFA 風(fēng)調(diào)整以控制脫硝入口氮氧化物不超230 mg/m3為主，控制脫硝噴氨量【4】，保持脫硝出口氮氧化物含量在60～90 mg/m3之間。

（6）摻燒期間加強(qiáng)對煙氣和汽水參數(shù)的監(jiān)視，分隔屏后煙溫超過800 ℃，過、再熱器減溫水量增大，低過入口溫度超460 ℃，再熱器減溫水調(diào)門較長時間開至70%以上時，應(yīng)采取降低火焰中心位置等措施進(jìn)行調(diào)整（包括SOFA 風(fēng)下擺、關(guān)小上層SOFA風(fēng)開度、燃燒器下傾等），同時就地檢查受熱面結(jié)焦情況并進(jìn)行吹灰工作【5】。

（7）鍋爐燃油系統(tǒng)備用正常，試驗(yàn)期間如負(fù)荷波動較大時，應(yīng)優(yōu)先減小提質(zhì)煤出力（減負(fù)荷）或增加哈密、廣匯煤出力（增負(fù)荷），避免磨制提質(zhì)煤的磨煤機(jī)操作幅度過大。

（8）制定爐膛爆燃、鍋爐燃燒不穩(wěn)、鍋爐滅火、尾部煙道二次燃燒等事故預(yù)案。

5 摻燒試驗(yàn)情況

5.1 17%和33%摻燒試驗(yàn)

此電熱公司在300 MW機(jī)組上開始進(jìn)行提質(zhì)煤的摻燒試驗(yàn)，17%～33%比例（分別為1倉和2倉提質(zhì)煤）的摻燒試驗(yàn)共進(jìn)行22 天左右。試驗(yàn)結(jié)果表明，17%、33%比例摻燒提質(zhì)煤爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)主燃區(qū)溫度在1100～1200 ℃，爐膛出口煙溫在800℃以下，燃燒器區(qū)域水冷壁未出現(xiàn)大面積結(jié)渣和沾污現(xiàn)象。

試驗(yàn)表明，適當(dāng)提高運(yùn)行氧量、采用正塔配風(fēng)和適當(dāng)開大提質(zhì)煤燃燒器噴口的周界風(fēng)門，可促進(jìn)提質(zhì)煤的燃盡并將飛灰含碳量及爐渣含碳量控制在正常水平，在85%ECR 負(fù)荷時鍋爐效率最高可達(dá)94.24%。

但在進(jìn)行33%比例的摻燒試驗(yàn)期間，當(dāng)電負(fù)荷增加到300 MW、出力達(dá)到90%ECR以上持續(xù)運(yùn)行3天以上時，再熱器壁溫偏高，再熱器減溫水開度增加（80%左右），過熱器減溫水開度正常。

5.2 50%摻燒試驗(yàn)

50%（3 個倉）摻燒提質(zhì)煤試驗(yàn)期間鍋爐蒸發(fā)量保持860～930 t/h，試驗(yàn)共進(jìn)行15天左右。在此負(fù)荷區(qū)間爐內(nèi)燃燒情況穩(wěn)定，后屏出口管排表面干凈無結(jié)渣，屏過管排管壁有輕微結(jié)渣，吹灰時可大部分吹掉，水冷壁管壁表面干凈無結(jié)渣。但隨負(fù)荷增加，過熱器減溫水投入正常，再熱器壁溫卻偏高，再熱器減溫水開度逐步增加到90%甚至全開。

為防止高負(fù)荷時鍋爐再熱器減溫水量持續(xù)偏高、管壁超溫，對燃燒器擺角進(jìn)行了調(diào)整（下傾6°）、燃盡風(fēng)水平角度調(diào)整以提高其消旋能力【2】，調(diào)整后再熱器兩側(cè)減溫水量偏差變小，但整體減溫水量仍然偏高。隨后將提質(zhì)煤的摻燒方式由B1、B2、C1 層下調(diào)至A2、B1、B2 層，再熱器減溫水量偏大情況有一定改善。

50%摻燒試驗(yàn)期間進(jìn)行了輔助風(fēng)量調(diào)整試驗(yàn)、變配風(fēng)方式試驗(yàn)，見表2。試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)爐輔助風(fēng)保持較大開度、保持正塔配風(fēng)方式，此時飛灰含碳量下降，鍋爐效率最高，同時再熱器減溫水開度有所降低。采取這種調(diào)整方式可讓燃燒提前、降低爐膛出口煙溫，同時燃燒初期供風(fēng)充足會促進(jìn)提質(zhì)煤燃燒并提高其燃盡率，從而有助于降低爐膛出口煙溫和再熱器減溫水量。

試驗(yàn)結(jié)果表明，50%摻燒廣匯提質(zhì)煤，鍋爐出力在90%ECR 以下時，鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)無嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，再熱器減溫水量偏高但尚有一定調(diào)整余量。繼續(xù)提高鍋爐出力時，會出現(xiàn)再熱器壁溫偏高、再熱器減溫水全開情況，通過調(diào)整燃燒器擺角下傾角度無法完全消除該現(xiàn)象。提質(zhì)煤盡量在下層噴燃器進(jìn)行摻燒。

表2 輔助風(fēng)開度試驗(yàn)（T25-T27為工況點(diǎn)）

6 結(jié)論

通過以上實(shí)踐可知，鍋爐摻燒比例達(dá)33%時鍋爐燃燒穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)可控；如果摻燒比增加到50%左右，則需要對負(fù)荷予以控制，保持鍋爐出力在90%ECR以下，同時開大輔助風(fēng)、采用正塔配風(fēng)方式進(jìn)行調(diào)整即可穩(wěn)定摻燒。隨煤化工產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的擴(kuò)大，電廠提質(zhì)煤消耗能力受限時，可考慮進(jìn)行純燒提質(zhì)煤鍋爐的建設(shè)。