楊曉華

(華能吉林發(fā)電有限公司長(zhǎng)春熱電廠，吉林 長(zhǎng)春 130216)

0 引言

隨著社會(huì)對(duì)一次能源需求的增加，煤炭的供應(yīng)越來越緊張。對(duì)于電廠來說，設(shè)計(jì)煤種的供應(yīng)量往往不能滿足日常生產(chǎn)的需求，就要求摻燒非設(shè)計(jì)煤種。另外，隨著以新能源為主電力建設(shè)的快速發(fā)展，燃煤電廠在電網(wǎng)中的地位發(fā)生變化，機(jī)組需要深度參與調(diào)峰，導(dǎo)致利用小時(shí)數(shù)下降，盈利能力下降。為增加盈利，燃煤機(jī)組一般選擇摻燒一定比例的污泥、固廢等。

1 機(jī)組概況

某熱電廠裝機(jī)容量為2×350 MW，具體配置如下。

(1) 鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，平衡通風(fēng)、一次中間再熱、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置、緊身封閉，型號(hào)HG-1110/25.4-HM2。

(2) 汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C350/272-24.2/0.4/566/566型單軸、雙缸、雙排汽，一次中間再熱、雙抽凝汽式汽輪機(jī)。

(3) 制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，配置6臺(tái)HP863型中速磨煤機(jī)，燃燒設(shè)計(jì)煤種(扎賚諾爾褐煤，簡(jiǎn)稱扎煤)時(shí)，在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(boiler maximum continuous rating，BMCR)工況下，5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，煤粉細(xì)度R90為37 %。燃燒方式為四角切圓燃燒，每套制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一層燃燒器，共布置六層煤粉燃燒器，下層燃燒器設(shè)置等離子點(diǎn)火器。

2 摻燒影響分析

設(shè)計(jì)煤種在BMCR工況下入爐煤量183.04 t/h，收到基灰分含量12.06 % (見表1)，可計(jì)算得到入爐煤總攜帶的灰分(飛灰和爐渣總量)為22.07 t/h，設(shè)計(jì)煤種的低位發(fā)熱量17 340 kJ/kg，則入爐煤量計(jì)算功率為881.64 MW。磨煤機(jī)在使用設(shè)計(jì)煤種時(shí)(2A，2E)出力可達(dá)到40 t/h，在非設(shè)計(jì)煤種時(shí)(其他磨煤機(jī))出力最多為33 t/h，根據(jù)表2入爐煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)，可以得出總的入爐灰分(飛灰和鍋爐底渣總量)為49.543 t/h和入爐煤對(duì)應(yīng)計(jì)算功率808.33 MW，為設(shè)計(jì)煤種輸入功率的91 %，所以鍋爐出力為91 % BMCR，即1 010 t/h。由于煤質(zhì)熱量的偏差和磨煤機(jī)出力不足，鍋爐出力一般可維持在880～1 045 t/h。

表1 燃煤成分與特性

表2 鍋爐入爐煤的工業(yè)分析

2.1 受熱面影響分析

由于入爐煤灰分成倍增加，在相同負(fù)荷下，鍋爐煙氣中的飛灰攜帶量也成倍增加，對(duì)鍋爐受熱面的沖刷磨損加劇，減少了鍋爐受熱面的壽命，使受熱面失效泄露的幾率增加。另一方面，由于煙氣中攜帶的飛灰量成倍增加，使受熱面的積灰相應(yīng)增加，吹灰頻率加大，消耗的吹灰蒸汽量也增加，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，無論怎樣增加吹灰頻率，都不能保證比使用設(shè)計(jì)煤種時(shí)積灰少，積灰的增加導(dǎo)致熱阻增加，受熱面溫度上升，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹗軣崦娉瑴兀沟檬軣崦鎵勖s短，增加了受熱面超溫失效、泄露的幾率，是嚴(yán)重威脅鍋爐安全運(yùn)行的問題之一。2020—2021年供熱季，某熱電廠一機(jī)組就發(fā)生了“四管”泄露的報(bào)警，再加上入爐煤發(fā)熱量所限，導(dǎo)致鍋爐蒸發(fā)量只能維持在800 t/h左右，為保證供熱，機(jī)組只能降壓降負(fù)荷運(yùn)行；在臨近供熱季結(jié)束的3月末，另一臺(tái)機(jī)組也發(fā)生了“四管”泄露報(bào)警。可見高灰分、低發(fā)熱量的入爐煤對(duì)鍋爐安全運(yùn)行有著重要影響。

2.2 鍋爐結(jié)焦影響分析

入爐煤的高灰分、低發(fā)熱量也使得鍋爐結(jié)焦加劇，底渣系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)大焦塊，甚至堵塞冷灰斗的下渣門，運(yùn)行期間需要通過觀察孔人工除焦，人員長(zhǎng)時(shí)間從事除焦作業(yè)，會(huì)使大量冷風(fēng)從爐底漏入，影響了鍋爐的效率，甚至導(dǎo)致爐膛溫度降低，影響鍋爐的安全運(yùn)行。同時(shí)，除焦作業(yè)中大焦塊掉落，對(duì)除焦人員也是一種威脅，可能燙傷人員，甚至是威脅除焦人員的生命安全，而這種危險(xiǎn)往往是不可控的。寧波某電廠就曾經(jīng)因?yàn)榻Y(jié)焦發(fā)生了嚴(yán)重事故（非入爐煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種的原因），致使23人死亡，8人重傷，16人輕傷，車間停爐搶修所費(fèi)時(shí)間達(dá)到了132天，清除的灰渣堆容積達(dá)到了934 m3，事故總直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)780萬元(按照當(dāng)年物價(jià)計(jì)算)，事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)造成這起事故的直接原因就是鍋爐嚴(yán)重結(jié)渣。由于入爐煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種可能會(huì)加劇鍋爐結(jié)焦，因此，在鍋爐運(yùn)行中應(yīng)盡可能避免嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象。

2.3 水冷壁管影響分析

嚴(yán)重結(jié)渣、積渣形成了較大的靜載，加上大塊焦渣下落的動(dòng)載，使得冷灰斗局部失穩(wěn)，從而導(dǎo)致側(cè)墻與冷灰斗連接處的水冷壁管被撕裂。撕裂后形成的裂口向爐內(nèi)噴水，遇高溫落渣后產(chǎn)生水汽升溫膨脹，使得鍋爐內(nèi)部壓力增大，加重冷灰斗塌陷；爐膛內(nèi)水冷壁的包角管斷裂，致使噴水量迅速增加，爐膛的壓力也因此快速增加，造成更加嚴(yán)重的塌陷。

2.4 電除塵系統(tǒng)影響分析

入爐煤的灰分增加，電除塵系統(tǒng)的飛灰處理量也成倍增加，廠用電也隨之增大，電除塵的料斗高料位幾率上升。因電除塵的灰斗在設(shè)計(jì)上未考慮灰斗中灰分的載荷，高料位容易引發(fā)電除塵倒塌事故。山東某電廠曾經(jīng)就發(fā)生過因灰斗料位高引起的電除塵倒塌事故。

2.5 給煤系統(tǒng)影響分析

入爐煤質(zhì)的下降，特別是摻燒固廢后，給煤機(jī)斷煤的頻率上升。給煤機(jī)一旦斷煤，制粉系統(tǒng)的阻力將發(fā)生變化，容易發(fā)生一次風(fēng)從抽空磨煤機(jī)短路的現(xiàn)象，對(duì)正常運(yùn)行磨煤機(jī)的一次風(fēng)會(huì)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，從而使進(jìn)入爐膛的煤粉量產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，造成燃燒系統(tǒng)與給水的平衡被破壞，主汽溫、主汽壓(負(fù)荷)產(chǎn)生波動(dòng)[1]，受熱面產(chǎn)生嚴(yán)重超溫。若入爐煤質(zhì)量太差，比如煤摻沙，沙子會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停留在磨煤機(jī)內(nèi)，使磨煤機(jī)出力嚴(yán)重下降，甚至不出力，導(dǎo)致鍋爐降至穩(wěn)燃負(fù)荷以下[2]，為保證鍋爐燃燒，必須采取等離子穩(wěn)燃或者投油槍穩(wěn)燃[3]。

2.6 供熱可靠性影響分析

當(dāng)前城市熱源緊缺，熱電廠的機(jī)組進(jìn)行了低壓缸零出力改造，所以在供熱季對(duì)供熱的可靠性要求很高，一旦機(jī)組停運(yùn)，供熱不足，甚至中斷，對(duì)于保障民生工作將造成嚴(yán)重影響。因此，在一定程度上供熱的可靠性是不能以成本來衡量的。

3 解決方案

根據(jù)上述分析，選用合適的動(dòng)力煤提質(zhì)降灰，既可以降低入爐煤的灰分，提高入爐煤的熱量，又可以增加磨煤機(jī)的出力，滿足機(jī)組負(fù)荷的需要，提高供熱的可靠性。同時(shí)入爐煤的灰分降低，也減輕了鍋爐受熱面的磨損和降低了超溫失效的幾率。

摻燒后降負(fù)荷幅度在20 %左右，若入爐煤進(jìn)行降灰提質(zhì)，機(jī)組不再降負(fù)荷運(yùn)行，供熱季實(shí)現(xiàn)滿發(fā)供熱，按160天并參考表3 (BMCR工況1 110 t/h，發(fā)電功率263 MW，供熱量493 MW)計(jì)算，累計(jì)可多發(fā)電20 198.4萬kWh，參考電價(jià)0.37元/kWh、廠用電率6 %、供熱31.5元/GJ，則可增加發(fā)電收入約為7 024萬元，多供熱約136萬GJ，供熱收入增加約4 284萬元，合計(jì)增收11 308萬元，估算利潤(rùn)為2 000萬元以上，兩臺(tái)機(jī)組一個(gè)供熱季多出來的利潤(rùn)在4 000萬以上。

表3 機(jī)組低壓缸零出力工況熱力計(jì)算結(jié)果

總之，煤電機(jī)組摻燒非設(shè)計(jì)煤種和污泥、固廢等，要提前進(jìn)行入爐煤的降灰提質(zhì)，使進(jìn)入鍋爐的灰分盡可能的低，發(fā)熱量盡可能的高，給入爐煤提供一定的熱量裕量。