國能重慶電廠有限公司 冉國琳

1 基本情況介紹

近年來，循環(huán)流化床（CFB）鍋爐發(fā)電技術(shù)以其燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)在我國得到了快速發(fā)展[1-2]。某CFB電廠300MW亞臨界機(jī)組于2010年12月投產(chǎn)發(fā)電，鍋爐型號(hào)為DG-1069/17.4-II1，采用單布風(fēng)板、單爐膛、M型布置，采用高溫冷卻式旋風(fēng)分離器。鍋爐設(shè)計(jì)入爐煤熱值2973kcal/kg，收到基灰分為47.33%。鍋爐運(yùn)行中實(shí)際燃用準(zhǔn)東煤、煤矸石與底渣的混合燃料，準(zhǔn)東煤、煤矸石、底渣摻燒比例65%：25%：10%，混煤熱值控制在3175kcal/kg左右，收到基灰分約27.35%。燃煤摻燒矸石主要目的是為解決準(zhǔn)東煤灰分偏低（6%）造成的循環(huán)灰量少問題，同時(shí)減少因燃用準(zhǔn)東煤導(dǎo)致的結(jié)渣現(xiàn)象[3]。隨著近期矸石價(jià)格的上漲，有必要對(duì)使用高嶺土代替煤矸石進(jìn)行摻燒進(jìn)行試驗(yàn)研究。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)煤種及實(shí)際燃料煤質(zhì)

2 高嶺土摻燒對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)、環(huán)保指標(biāo)的影響

在電廠#2鍋爐進(jìn)行準(zhǔn)東煤摻配高嶺土試驗(yàn)，評(píng)估摻燒高嶺土后鍋爐的安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能，同時(shí)開展典型的燃料摻配比例的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，綜合考慮安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等因素，提出高嶺土替代矸石摻燒的合理方案。選取試驗(yàn)前穩(wěn)定負(fù)荷工況作為對(duì)比的基準(zhǔn)工況，用以判定不同的摻燒比例對(duì)鍋爐的影響，基準(zhǔn)工況以及四個(gè)試驗(yàn)工況燃料摻燒比例見表2。基準(zhǔn)工況鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行床溫約930～940℃，中部壓力約1.4～1.5kPa。

表2 高嶺土摻燒工況點(diǎn)

2.1 爐膛溫度

通過摻燒試驗(yàn)，在工況一至工況四中，隨著準(zhǔn)東煤的比例提升和高嶺土替代原有的矸石，爐膛內(nèi)的循環(huán)物料量明顯降低，上部差壓減少較多。床溫整體呈上升趨勢(shì)，局部平均床溫上漲約10～30℃。爐膛出口溫度也逐步上漲，相比基準(zhǔn)工況分別上漲了10～40℃左右（圖1）。隨著高嶺土的加入，燃煤中粗顆粒的比例明顯增加，入爐煤大于9mm粒徑份額從5%左右增加至10%～13%。從爐膛底部排出的底渣粒徑可以看出，高嶺土摻燒后底渣中粗顆粒明顯增加，較多的大顆粒在爐膛底部積存，從而導(dǎo)致了局部床溫較低，出現(xiàn)了流化不良的現(xiàn)象。

隨著準(zhǔn)東煤摻燒比例的提高，入爐煤熱值增加，尤其是準(zhǔn)東煤比例達(dá)到75%時(shí)（工況四），入爐煤熱值上漲至3350kcal/kg左右，整體床溫明顯上升。爐膛中部后墻床溫明顯高于其他區(qū)域，該區(qū)域平均床溫在試驗(yàn)工況四期間超過991℃。

試驗(yàn)表明，目前運(yùn)行條件下，維持鍋爐床溫，保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的入爐煤熱值上限在約3350kcal/kg左右。在鍋爐后續(xù)摻燒高嶺土運(yùn)行工況中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)入爐煤粒度控制，嚴(yán)格控制進(jìn)入爐膛的高嶺土大顆粒份額，在低負(fù)荷條件下，加強(qiáng)一次風(fēng)擾動(dòng)，防止大顆粒堆積，保證鍋爐流化均勻。

2.2 風(fēng)機(jī)電耗

調(diào)整高嶺土摻燒比例對(duì)鍋爐運(yùn)行風(fēng)量造成影響較小。從運(yùn)行工況可以看出，除工況四外，各摻燒工況風(fēng)機(jī)電流偏差在正常波動(dòng)范圍內(nèi)。在工況四的條件下，局部床溫高，運(yùn)行中采用提高運(yùn)行風(fēng)量來降低床溫，鍋爐風(fēng)機(jī)總電流增加約300A左右。

2.3 蒸汽參數(shù)

通過四種工況的運(yùn)行參數(shù)來看，各工況下主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度都能達(dá)到額定值，并且保持穩(wěn)定參數(shù)，汽溫波動(dòng)在正常范圍內(nèi)?；静皇鼙敬胃邘X土摻燒試驗(yàn)的影響。但在摻燒高嶺土的后兩種工況下，床溫升高，爐膛物料循環(huán)量減少，汽溫有升高趨勢(shì)，減溫水用量相應(yīng)增加。結(jié)合尾部煙道各級(jí)受熱面差壓變化與進(jìn)出口汽溫變化判斷，尾部煙道無玷污、結(jié)渣跡象。

2.4 環(huán)保參數(shù)

試驗(yàn)期間，煙塵、SO2、NOx等環(huán)保參數(shù)都能穩(wěn)定達(dá)到超低排放要求，SO2排放濃度在14～21mg/Nm3，NOx排放濃度在38～41mg/Nm3，煙塵排放濃度在2.5～3.5mg/Nm3，未發(fā)生超標(biāo)事件。隨著高嶺土的摻燒，上部差壓的降低，床溫整體呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)，且分布不均勻性變大，試驗(yàn)期間的尿素耗量與試驗(yàn)前每日耗量基本相同，基本維持在2.3～2.5t左右，在第四個(gè)工況下尿素日耗量增加至3.3t。工況三、四條件下，由于床溫的上漲，NOx原始排放有上漲趨勢(shì)。

2.5 飛灰、底渣含碳量及SO3含量

試驗(yàn)后期各工況飛灰底渣含碳量總體相比試驗(yàn)前降低，這是由于準(zhǔn)東煤比例的提高，床溫的提高，燃燒的未完全程度減少，后兩個(gè)工況中，底渣含碳接近于0。在工況一中，床壓降低，循環(huán)物料減少，該工況飛灰、底渣含碳量略有上漲。

由于摻燒試驗(yàn)期間由高嶺土替代矸石，鍋爐原始SO2排放降低，在試驗(yàn)工況下沒有在入爐煤中摻燒電石渣，因此飛灰、底渣中的SO3顯著降低。底渣中的SO3由試驗(yàn)前的0.28%降低至試驗(yàn)期間0～0.05%。飛灰中的SO3含量則由一季度送檢的7.04%降低至2.6%～5.4%。50%以上的飛灰SO3含量分析結(jié)果小于3.5%，滿足水泥生產(chǎn)要求。在后期的高嶺土摻燒工況中，通過工況優(yōu)化將進(jìn)一步降低飛灰中SO3的含量，有條件滿足飛灰綜合利用的要求。

3 高嶺土摻燒試驗(yàn)成本分析及敏感性測(cè)算

3.1 高嶺土摻燒試驗(yàn)成本分析

根據(jù)高嶺土摻燒試驗(yàn)過程中的鍋爐運(yùn)行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、發(fā)電廠用電率、燃料價(jià)格、高嶺土價(jià)格、矸石價(jià)格、回用爐渣運(yùn)費(fèi)、脫硫劑耗量、脫硝劑耗量、上煤人工成本等條件，建立準(zhǔn)東煤摻配高嶺土的燃料全流程成本核算模型，具體分項(xiàng)包括：一是燃料（準(zhǔn)東煤、煤矸石、高嶺土）采購成本；二是灰渣石膏處置成本；三是脫硫脫硝成本；四是上煤成本；五是爐效成本變化；六是廠用電率成本變化；七是灰渣綜合利用收益。

通過模型計(jì)算后，將高嶺土摻燒后的各項(xiàng)成本折算成鍋爐燃用1t標(biāo)煤的成本，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比分析。

3.2 爐效成本變化

根據(jù)高嶺土摻燒各個(gè)工況下的排煙溫度、底渣與飛灰含碳量分析等，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的爐效變化引起的發(fā)電煤耗變化。根據(jù)耗差分析，鍋爐效率每降低1%，發(fā)電標(biāo)煤耗升高3～4g/kWh，300MW機(jī)組推薦值供電煤耗升高3.49g/kWh，發(fā)電煤耗升高為3.16g/kWh，由此可對(duì)不同煤質(zhì)鍋爐效率對(duì)應(yīng)的發(fā)電標(biāo)煤耗進(jìn)行評(píng)估。

爐效變化引起的發(fā)電煤耗變化折合為1t標(biāo)煤成本：

其中，Rbm為1t標(biāo)煤成本，bfd為電廠發(fā)電標(biāo)煤耗，g/kWh，取電廠上一年度完成值300.75g/kWh。

表3 鍋爐效率變化引起機(jī)組發(fā)電煤耗的變化

3.3 廠用電率成本變化

高嶺土摻燒引起熱值變化，一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、高壓流化風(fēng)機(jī)、除灰除渣設(shè)備耗電率等也相應(yīng)變化。摻燒期間發(fā)電廠用電率采用電廠實(shí)際統(tǒng)計(jì)值，而由于高嶺土摻燒引起的發(fā)電廠用電率變化主要來自鍋爐側(cè)，對(duì)鍋爐側(cè)耗電率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)耗差分析，機(jī)組發(fā)電廠用電率每降低1%，300MW機(jī)組推薦值供電煤耗升高3.46g/kWh，發(fā)電煤耗升高為3.14g/kWh，由此可對(duì)不同煤質(zhì)鍋爐效率對(duì)應(yīng)的發(fā)電標(biāo)煤耗進(jìn)行評(píng)估。

表4 鍋爐側(cè)耗電率變化引起機(jī)組發(fā)電煤耗的變化

3.4 灰渣綜合利用收益

成本分析時(shí)，由于電廠試驗(yàn)工況時(shí)未摻燒電石渣，飛灰品質(zhì)較好，按飛灰全部綜合利用處理，根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，灰渣綜合利用按10元/t計(jì)算。

表5 高嶺土摻燒試驗(yàn)期間灰渣綜合利用收益

4 高嶺土摻燒試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性分析

表6給出了高嶺土摻燒試驗(yàn)成本匯總。其中，各項(xiàng)成本是依據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)算，摻燒試驗(yàn)成本是綜合各種工況的燃煤采購成本及對(duì)應(yīng)燃料的灰渣處置成本、脫硫脫硝成本、爐效變化折算成本等綜合測(cè)算得出。矸石價(jià)格敏感性分析的平衡點(diǎn)約為120元/t（現(xiàn)有價(jià)格為140元/t），實(shí)際摻燒時(shí)可根據(jù)矸石、高嶺土價(jià)格變化對(duì)摻配比例及方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

表6 高嶺土摻燒試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性分析（元/t標(biāo)煤）

摻燒試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性分析表明：一是四種工況摻燒試驗(yàn)期間，鍋爐整體運(yùn)行基本平穩(wěn)，床溫維持在可控范圍，環(huán)保參數(shù)達(dá)到超低排放要求，尾部煙道無玷污、結(jié)渣跡象。二是基準(zhǔn)工況（準(zhǔn)東煤、矸石、爐渣比例為60:25:15）下實(shí)際成本為439.78元/t標(biāo)煤，四種摻燒試驗(yàn)工況中，實(shí)際成本最低的是工況2（準(zhǔn)東煤、高嶺土、爐渣比例65:20:15），成本為428.34元/t標(biāo)煤，該工況下實(shí)現(xiàn)了摻燒高嶺土對(duì)矸石的替代。三是在現(xiàn)有價(jià)格條件下，隨著高嶺土摻配比例的增加，入爐混煤標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)、成本逐漸降低；隨著矸石摻配比例的增加，入爐混煤標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)、成本逐漸升高；煤矸石價(jià)格敏感性分析的平衡點(diǎn)約為120元/t，后續(xù)摻燒時(shí)可根據(jù)矸石、高嶺土價(jià)格變化對(duì)摻配比例及方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。