印度尼西亞煤摻配摻燒試驗(yàn)研究

王小軍，蔡笑，胡家兵

(中國(guó)華電集團(tuán)貴港發(fā)電有限公司，廣西 貴港 537138)

0 引言

近年來(lái)，在電煤供應(yīng)緊張、煤質(zhì)下降的嚴(yán)峻形勢(shì)下，為了降低燃料成本，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，部分電廠進(jìn)行了多種嘗試，通過(guò)煤炭貿(mào)易，擴(kuò)大海外煤炭市場(chǎng)。海外煤炭的優(yōu)惠價(jià)格為平抑煤價(jià)、降低發(fā)電成本發(fā)揮了積極作用。但由于實(shí)際用煤與設(shè)計(jì)煤種偏差較大，而不同煤種的煤質(zhì)特性差別極大，必然會(huì)影響鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，必須對(duì)實(shí)際來(lái)煤進(jìn)行混配摻燒，以滿足鍋爐燃燒的穩(wěn)定性并降低燃煤成本。本文針對(duì)某發(fā)電廠的具體情況，對(duì)火力發(fā)電廠燃用印度尼西亞煤進(jìn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性分析，為今后的摻燒工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 設(shè)備概況

某電廠一期工程為2×630 MW超臨界燃煤機(jī)組，選用上海鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)制造的超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行、螺旋管圈直流鍋爐，其形式為單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊П形結(jié)構(gòu)、露天布置。

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為貴州煙煤。采用中速磨煤機(jī)、冷一次風(fēng)機(jī)、正壓直吹式制粉系統(tǒng)(6層，下層為A層)，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式直流燃燒器。

鍋爐燃燒器區(qū)域鋪設(shè)了160m2的衛(wèi)燃帶(有2/3已脫離，但銷(xiāo)釘仍在)，鍋爐本體裝有96臺(tái)半伸縮式吹灰器，折焰角A，B側(cè)各裝有3臺(tái)長(zhǎng)伸縮式吹灰器，尾部煙道低溫再熱器處A，B側(cè)各裝有2臺(tái)長(zhǎng)伸縮式吹灰器，空氣預(yù)熱器裝有4臺(tái)蒸汽吹灰器。

2 燃煤情況

受全國(guó)電煤供應(yīng)大環(huán)境的影響，該廠面臨煤炭供應(yīng)緊張、設(shè)計(jì)煤種供應(yīng)不足的窘?jīng)r，為保證電廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，該廠組織人力、物力購(gòu)進(jìn)多種非設(shè)計(jì)煤種。2011年上半年以貴州混煤(煙煤、貧瘦煤、貧煤、無(wú)煙煤)為主要燃煤，期間摻燒了部分哥倫比亞煤、南非煤和神華煤;下半年由于氣候變化，南方水電出力嚴(yán)重下降，南方出現(xiàn)了嚴(yán)重電荒，貴州省采取封關(guān)政策，造成煤炭采購(gòu)困難，只能大量采購(gòu)海外煤作為主要燃煤煤種，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

3 印度尼西亞煤摻燒方案

鍋爐及其輔助設(shè)備都是依據(jù)一定的煤種特性設(shè)計(jì)的，摻燒的依據(jù)就是在保證鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，追求燃料成本的最小化，做到保安全是前提，創(chuàng)效益是關(guān)鍵。因此，在低負(fù)荷摻燒時(shí)，首先要考慮鍋爐燃燒穩(wěn)定;在高負(fù)荷摻燒時(shí)，則需多用高熱量的煤，以滿足機(jī)組的帶負(fù)荷能力。

由表1可知，印度尼西亞煤具有如下特點(diǎn):

(1)揮發(fā)分高。揮發(fā)分是衡量燃煤著火難易程度的重要指標(biāo)，揮發(fā)分越高的煤，著火性能越好，燃燒穩(wěn)定，利于維持低負(fù)荷燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，但制粉系統(tǒng)易發(fā)生爆炸。

(2)發(fā)熱量低、水分大。水分增加，影響制粉系統(tǒng)的出力，磨煤機(jī)電耗增大，磨煤機(jī)出口溫度低，甚至堵塞制粉管道;同時(shí)，煙氣量大，風(fēng)機(jī)電耗增加，排煙溫度高，鍋爐效率下降。

(3)灰分低。煤的灰分低，利于著火，燃燒穩(wěn)定性好，焦炭燃盡程度高，利于降低飛灰含碳量。從灰的特性來(lái)看，灰熔點(diǎn)低，易結(jié)渣。

(4)含硫量不高。含硫量不高對(duì)減少鍋爐的結(jié)渣、腐蝕和沾污有利，硫化物的生成量會(huì)相應(yīng)降低，利于減少大氣污染物的排放;同時(shí)，鍋爐高、低溫受熱面的腐蝕和堵灰程度將降低，特別是高、低溫段空氣預(yù)熱器的使用壽命會(huì)得到改善。

表1 2011年燃燒過(guò)的煤種與設(shè)計(jì)煤種比較

(5)哈氏可磨系數(shù)低于設(shè)計(jì)煤種，增加了制粉系統(tǒng)能耗。

在不進(jìn)行設(shè)備改造的前提下，通過(guò)試驗(yàn)研究找出該廠鍋爐對(duì)印度尼西亞煤的適應(yīng)性規(guī)律，給出安全性、經(jīng)濟(jì)性較高并可全負(fù)荷運(yùn)行的摻配、摻煤方式及鍋爐運(yùn)行方式，得出印度尼西亞煤摻燒的一般規(guī)律。

4 印度尼西亞煤的燃燒試驗(yàn)情況

4.1 單燒印度尼西亞煤階段

2011年6月，由于貴州方向來(lái)煤非常少(幾乎為零)，大量印度尼西亞煤(煤場(chǎng)90%以上煤為印度尼西亞煤)入場(chǎng)，決定進(jìn)行印度尼西亞煤?jiǎn)螣囼?yàn)，2011年6—9月配煤方式見(jiàn)表2。

由表2可知，若單燒低熱值印度尼西亞煤，則機(jī)組出力受到極大限制，鍋爐最大出力最低時(shí)僅有450 MW，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%以下;印度尼西亞煤與貴州煤按2∶1的比例混配后上倉(cāng)摻燒，出力增加，機(jī)組負(fù)荷可以帶至520 MW，但飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以上;摻燒大量的高熱值印度尼西亞煤后，機(jī)組負(fù)荷提高到570～590 MW，機(jī)組出力雖增加，但出現(xiàn)下列問(wèn)題:

(1)分隔屏區(qū)域溫度為1150～1230℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高熱值印度尼西亞煤的灰熔點(diǎn)溫度(1120℃)。

(2)鍋爐采用富氧燃燒、降低燃燒器擺角(最低達(dá)35%)、分散燃燒以降低主燃燒器區(qū)域溫度的方法進(jìn)行調(diào)整，一直在鍋爐22 m和57 m處投用除焦劑，爐內(nèi)受熱面結(jié)焦仍然加重，并且受熱面結(jié)焦呈流體狀，進(jìn)行鍋爐受熱面吹灰時(shí)焦體因黏稠而不脫落。

表2 2011年6—9月配煤方式

(3)排煙溫度(182℃)大幅升高，致使鍋爐折焰角上部水平煙道處也大量結(jié)焦，大部分末級(jí)過(guò)熱器處的煙氣通道也因結(jié)焦而堵塞，造成左、右煙溫偏差較大，致使再熱汽溫偏差高達(dá)20～40℃。

(4)空氣預(yù)熱器入口的煙氣溫度高達(dá)442℃，比設(shè)計(jì)值高了近60℃，空氣預(yù)熱器熱膨脹增加致使動(dòng)、靜摩擦增大，空氣預(yù)熱器主電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)(26～60 A);再熱汽溫高，減溫水流量高達(dá)80～100 t/h無(wú)法控制，最后被迫通過(guò)降主蒸汽溫度來(lái)進(jìn)行控制。

(5)鍋爐受熱面結(jié)焦嚴(yán)重，鍋爐各受熱面的傳熱性能降低，機(jī)組加、減負(fù)荷變得十分遲緩，引起協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)無(wú)法跟蹤自動(dòng)發(fā)電量控制(AGC)調(diào)頻模式下的負(fù)荷調(diào)節(jié)和一次調(diào)頻的動(dòng)作要求。

(6)2011－09－16，#2鍋爐由于各受熱面結(jié)焦嚴(yán)重，最后導(dǎo)致被迫停爐，如圖1、圖2所示。

該階段單燒印度尼西亞煤的經(jīng)驗(yàn)總結(jié):

(1)對(duì)印度尼西亞煤的灰熔點(diǎn)雖然重視，但忽視了灰分中存在堿金屬(N，K等易氣化，易黏結(jié))的問(wèn)題，高熱值印度尼西亞煤中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)3.15%。

(2)鍋爐本體吹灰次數(shù)較少，吹灰蒸汽壓力較低(每天吹1次，蒸汽壓力為0.8 MPa)。

(3)發(fā)現(xiàn)受熱面結(jié)焦加快時(shí)，沒(méi)有及時(shí)更換煤種或降低機(jī)組出力。

(4)對(duì)鍋爐受熱面結(jié)焦查看次數(shù)較少(每天1次)。

(5)對(duì)鍋爐受熱面蒸汽溫升未作詳細(xì)分析，沒(méi)有及時(shí)掌握各受熱面的結(jié)焦、積灰情況。

(6)機(jī)組參數(shù)發(fā)生異常仍盲目提高機(jī)組出力。

4.2 印度尼西亞煤與高灰熔點(diǎn)的煤種進(jìn)行摻燒

由于單燒印度尼西亞煤致使鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重，在總結(jié)前一階段的問(wèn)題之后，重新調(diào)整思路為:

(1)改變進(jìn)煤結(jié)構(gòu)，按比例購(gòu)進(jìn)一部分高灰熔點(diǎn)的煤種與印度尼西亞煤進(jìn)行摻燒。

(2)將印度尼西亞煤樣送至國(guó)家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，詳細(xì)化驗(yàn)了煤質(zhì)情況，繼續(xù)維持大氧量，降低燃燒區(qū)域的熱負(fù)荷，燃燒器擺角盡量放在水平位置。

(3)與高灰熔點(diǎn)煤種(剛?cè)霃S的澳洲煤)進(jìn)行摻燒，在保證鍋爐安全運(yùn)行的前提下逐步提高機(jī)組的出力。

(4)增加鍋爐本體吹灰次數(shù)(每天5次)，提高吹灰蒸汽壓力(1.5 MPa)。

(5)通知廠家根據(jù)煤種更換除焦劑配方。

(6)每班對(duì)水冷壁及分隔屏結(jié)焦情況進(jìn)行查看，若發(fā)現(xiàn)結(jié)焦加快就及時(shí)更換上倉(cāng)方式或降負(fù)荷，同時(shí)監(jiān)視渣量和灰量。

(7)在分散控制系統(tǒng)(DCS)畫(huà)面上加鍋爐受熱面蒸汽溫升參數(shù)，根據(jù)溫升情況及時(shí)分析結(jié)焦情況并采取相應(yīng)措施。

2011年10—11月配煤方式見(jiàn)表3。由表3可知，單燒印度尼西亞煤時(shí)機(jī)組最多只能帶450MW負(fù)荷;澳洲煤與高低熱值混煤按2∶4比例摻燒時(shí)，機(jī)組負(fù)荷可控制在580MW之下;澳洲煤、貴州混煤、高/低熱值印度尼西亞混煤按1∶2∶3比例摻燒時(shí)，機(jī)組出力達(dá)到610MW，機(jī)組參數(shù)正常;優(yōu)質(zhì)澳洲煤、貴州混煤、高/低熱值印度尼西亞混煤按2∶2∶2比例摻燒時(shí)，機(jī)組出力大于610MW，機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)均正常。

此階段摻燒工作運(yùn)行調(diào)整主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi):

(1)優(yōu)化吹灰方式。最初為防止水冷壁被吹損，本體短吹蒸汽壓力設(shè)定為0.8 MPa，在大膽估計(jì)對(duì)水冷壁受熱面的影響不大的情況下，將吹灰蒸汽壓力提高至1.5 MPa，焦塊跌落十分明顯。根據(jù)上倉(cāng)方式，改變鍋爐本體吹灰次數(shù)，保證夜班吹1次，中班、白班各吹2次;若水冷壁結(jié)焦較少，則保證每班鍋爐本體吹灰1次。折焰角長(zhǎng)吹順序由以往的自下而上改為自上而下，低溫再熱器在滿足再熱器出口溫度的情況下暫不吹灰。優(yōu)化之后，水冷壁溫升最大達(dá)18℃，效果較好。

表3 2011年10—11月配煤方式

(2)優(yōu)化配風(fēng)方式。適當(dāng)增加一次風(fēng)量和二次風(fēng)量，保證煤粉在鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)其過(guò)量空氣系數(shù)增大。過(guò)量空氣系數(shù)的增大使得煤粉在鍋爐中的燃燒更充分，從而使其飛灰含碳量相對(duì)降低。燃用印度尼西亞煤的燃燒器采用風(fēng)包煤配風(fēng)方式，即適當(dāng)關(guān)小直吹風(fēng)，開(kāi)大偏置風(fēng)和周界風(fēng)。減少水冷壁區(qū)域的還原性氣氛，在保證NOx不超標(biāo)的情況下適當(dāng)關(guān)小上層SOFA風(fēng)，降低分隔屏區(qū)域溫度和飛灰含碳量。一次風(fēng)速控制在26 m/s以上，煤粉細(xì)度R90=27% ～28%，風(fēng)、煤比控制在2.0～2.3。優(yōu)化后飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別由2.25%，1.96%和1.08%降至1.87%，1.69%和0.73%。

(3)優(yōu)化上倉(cāng)方式。為了降低爐渣飛灰含碳量、避免水冷壁結(jié)焦(避開(kāi)衛(wèi)燃帶的影響)、降低主燃燒區(qū)域的溫度和避免冷灰斗結(jié)焦，優(yōu)化上倉(cāng)方式的基本思路為:上面2個(gè)倉(cāng)(E，F(xiàn)倉(cāng))上印度尼西亞煤，中間2個(gè)倉(cāng)(C，D倉(cāng))上貴州混煤，下面2個(gè)倉(cāng)(A，B倉(cāng))上高熱值澳洲煤，在滿足鍋爐發(fā)熱量要求的同時(shí)，也解決了鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重的問(wèn)題，保證了機(jī)組長(zhǎng)期高負(fù)荷安全運(yùn)行。

5 摻燒結(jié)果分析

半年多的摸索與研究證明，該廠鍋爐摻燒印度尼西亞煤是可行的，可以滿足負(fù)荷的要求，機(jī)組能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在試驗(yàn)期間，印度尼西亞煤的灰熔點(diǎn)低，摻入印度尼西亞煤導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)結(jié)焦加劇，受鍋爐結(jié)構(gòu)和燃燒器形式的限制，吹灰器數(shù)量偏少(分隔屏區(qū)域未安裝吹灰器)，加上初期燃用貴州貧煤時(shí)爐膛內(nèi)敷設(shè)了一定面積的衛(wèi)燃帶，因此，高負(fù)荷時(shí)受熱面結(jié)焦是最大的問(wèn)題。

(1)燃用低熱值印度尼西亞煤，因發(fā)熱量偏低，機(jī)組最多只能帶450 MW負(fù)荷，通過(guò)燃燒調(diào)整和使用除焦劑可控制鍋爐結(jié)焦，機(jī)組可安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)燃用高熱值印度尼西亞煤時(shí)，由于鍋爐設(shè)計(jì)的爐膛熱負(fù)荷高，結(jié)焦很難得到控制，為保證機(jī)組安全運(yùn)行，需將機(jī)組負(fù)荷控制在450MW以下。但高熱值印度尼西亞煤可以與其他高灰熔點(diǎn)煤種進(jìn)行分倉(cāng)摻燒，既可提高機(jī)組的出力也可減緩鍋爐結(jié)焦。

(3)印度尼西亞煤與澳洲煤、貴州煤具有較高的互補(bǔ)性，通過(guò)摻燒高灰熔點(diǎn)煤的方法改善爐內(nèi)結(jié)渣特性，緩解各受熱面的結(jié)渣問(wèn)題。

(4)如遇到以往未燒過(guò)的煤種必須試燒，試燒量由少向多，不得因追求發(fā)電量而盲目地在未試燒之前就高負(fù)荷運(yùn)行或大量摻燒新煤種。

(5)在摻燒印度尼西亞煤期間，必須增加鍋爐本體吹灰次數(shù)，每班對(duì)水冷壁及分隔屏結(jié)焦情況進(jìn)行查看，同時(shí)使用除焦劑。

(6)在摻燒印度尼西亞煤期間，若發(fā)現(xiàn)水冷壁及分隔屏結(jié)焦加劇，必須果斷更換煤種或降低機(jī)組出力。

6 摻燒印度尼西亞煤的注意事項(xiàng)

印度尼西亞煤的揮發(fā)分較高，極易著火，制粉系統(tǒng)易出現(xiàn)爆燃等不安全事故且多發(fā)生在磨煤機(jī)啟、停過(guò)程中。因此，確保制粉系統(tǒng)的可靠運(yùn)行是燃用印度尼西亞煤面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。針對(duì)該發(fā)電廠鍋爐的特點(diǎn)，結(jié)合印度尼西亞煤的特性，該廠專(zhuān)門(mén)編寫(xiě)了《摻燒印度尼西亞煤運(yùn)行安全措施》。

(1)印度尼西亞煤的水分含量較高，不可避免地會(huì)降低磨煤機(jī)的干燥出力，造成磨煤機(jī)出力受限。為防止煤粉管堵塞，加之須保證煤粉氣流的最低著火溫度，規(guī)定了磨煤機(jī)出口溫度不低于55℃，控制磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫小于280℃。

(2)對(duì)摻燒印度尼西亞煤的磨煤機(jī)，應(yīng)加強(qiáng)出口風(fēng)粉混合物溫度及石子煤斗排放情況的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度不正常升高或有帶火星的石子煤時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低磨煤機(jī)的入口風(fēng)溫。若處理無(wú)效，在磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度超過(guò)100℃或者帶火星的石子煤數(shù)量沒(méi)有明顯減少的情況下，應(yīng)立即停運(yùn)磨煤機(jī)進(jìn)行充蒸汽處理。

(3)磨煤機(jī)蒸汽滅火投入熱備用，在事故情況下及時(shí)投入蒸汽滅火。對(duì)磨煤機(jī)斷煤邏輯進(jìn)行修改，給煤機(jī)煤量低于15 t/h時(shí)，延時(shí)5 s后立即開(kāi)啟該磨煤機(jī)的消防蒸汽電動(dòng)門(mén)，以防溫度突升引起磨煤機(jī)內(nèi)部爆燃。

(4)運(yùn)行中的磨煤機(jī)一旦內(nèi)爆，必須立即停運(yùn)磨煤機(jī)，多次通入消防蒸汽進(jìn)行惰化，直到磨煤機(jī)各著火點(diǎn)的火完全熄滅，磨煤機(jī)各部位溫度下降到65℃以下才能甩石子煤。必須清理混合風(fēng)進(jìn)口以及各粉管可調(diào)縮孔處的積煤，檢查磨煤機(jī)各部件是否損壞，若有損壞，修復(fù)后才允許重新啟動(dòng)。

(5)印度尼西亞煤揮發(fā)分高，容易出現(xiàn)著火提前或燃燒器噴嘴處結(jié)焦的現(xiàn)象，為了防止燃燒器燒損或變形，應(yīng)使燃燒器著火推遲?？刂埔淮物L(fēng)速大于26 m/s，嚴(yán)禁以較低的一次風(fēng)速運(yùn)行，防止煤粉在管道內(nèi)沉積后著火。

(6)停運(yùn)后的磨煤機(jī)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉各出口門(mén)并確認(rèn)關(guān)閉嚴(yán)密，同時(shí)仍要加強(qiáng)監(jiān)視，保證磨煤機(jī)出口溫度低于50℃?，F(xiàn)場(chǎng)就地仍要加強(qiáng)巡檢，若因熱風(fēng)擋板內(nèi)漏嚴(yán)重而使磨煤機(jī)出口溫度大于60℃并還有升高的趨勢(shì)，則要開(kāi)啟冷風(fēng)擋板與磨煤機(jī)的一兩個(gè)出口擋板，以降低磨煤機(jī)內(nèi)的溫度并盡量安排清煤或重新將磨煤機(jī)投入運(yùn)行。

7 結(jié)束語(yǔ)

燃煤是火力發(fā)電廠提供能源的物質(zhì)基礎(chǔ)，在能源日益緊張、燃料價(jià)格不斷上漲、火電廠燃料成本幾乎占總經(jīng)營(yíng)成本90%的情況下，配煤摻燒工作就顯得特別重要，為了保證機(jī)組的連續(xù)、安全運(yùn)行，只有采用科學(xué)的配煤摻燒方式才能保證最大的安全、經(jīng)濟(jì)效益。該廠積極進(jìn)行印度尼西亞煤的摻配摻燒研究，摸索出一套行之有效的手段，獲得了進(jìn)口高揮發(fā)分煤種使用的一些經(jīng)驗(yàn)。一段時(shí)間的配煤摻燒實(shí)踐表明，該廠機(jī)組運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，效率提高，發(fā)電量與供電煤耗取得歷史最好水平，飛灰爐渣含碳量也有了較大的降低，同時(shí)尾部污染排放物也得到改善。

就目前的使用情況而言，一旦較好地解決了制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行問(wèn)題，印度尼西亞煤不失為一種較好的可選煤種，對(duì)于處在廣西區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行的電廠，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。另外，從電力燃料市場(chǎng)來(lái)看，國(guó)際市場(chǎng)的電煤價(jià)格相對(duì)較為穩(wěn)定，選用進(jìn)口煤炭不失為電廠回避經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的一種選擇。

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