1 030 MW超超臨界鍋爐煤種摻燒適應(yīng)性試驗(yàn)研究

李彥猛，吳劍波

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

1 030 MW超超臨界鍋爐煤種摻燒適應(yīng)性試驗(yàn)研究

李彥猛1，吳劍波2

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

針對1 030 MW超超臨界鍋爐的燃燒特性、摻燒煤種特性及鍋爐運(yùn)行工況進(jìn)行分析，通過不同煤種的摻燒試驗(yàn)，根據(jù)煤種特性找出適應(yīng)鍋爐燃燒特性的最佳摻燒方式，擴(kuò)大鍋爐煤種適應(yīng)性，并解決摻燒過程中存在的問題，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 030 MW；超超臨界鍋爐；煤種特性；摻燒試驗(yàn)

浙能中煤舟山煤電公司1號、2號鍋爐自投產(chǎn)以來一直使用設(shè)計煤種或近似設(shè)計煤種，為擴(kuò)大煤種適應(yīng)性及發(fā)揮海島發(fā)電廠多摻燒進(jìn)口煤種的優(yōu)勢，結(jié)合鍋爐特性研究摻燒進(jìn)口澳煤與國內(nèi)低熱值神混煤。根據(jù)煤種特性及試驗(yàn)工況，確定了適合鍋爐長期燃燒的煤種摻燒組合方式，同時提高了鍋爐在煤種摻燒運(yùn)行工況下的經(jīng)濟(jì)性。

1 機(jī)組概況

浙能中煤舟山煤電公司2×1 030 MW超超臨界燃煤鍋爐為北京B&W公司制造的超超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的Π型鍋爐，型號為B&W B 3048-26.15/605-M，鍋爐主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。每臺爐配置6臺HP1163-Dyn型中速磨煤機(jī)，采用前后墻對沖燃燒方式，共有3層燃燒器。鍋爐前后墻每層各配置8只DRB-4ZTM型低NOX雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，在上層燃燒器上方前后墻分別布置8只NOX風(fēng)噴口，并在后墻下層A層燃燒器上裝有8只微油點(diǎn)火槍。鍋爐設(shè)計煤種為煙混煤，校核煤種為晉北煙煤，煤種參數(shù)如表2所示。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)（設(shè)計煤種）

表2 鍋爐設(shè)計煤種和校核煤種參數(shù)

2 摻燒試驗(yàn)

2.1 摻燒煤種

1號、2號爐在調(diào)試階段主要以神混煤種為主，該煤種與設(shè)計煤種相符，能確保調(diào)試工作的順利進(jìn)行。正式投產(chǎn)后，摻配了近似設(shè)計煤種的富動24煤和蒙混煤，為擴(kuò)大燃用煤種，又相繼采購了澳煤、澳蒙煤、低熱值神混煤等進(jìn)行摻燒，各煤種分析數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)各煤種特性進(jìn)行了煤種摻燒試驗(yàn)，從鍋爐效率、廠用電率、供電煤耗和環(huán)保指標(biāo)等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，摸清了各煤種的摻燒特性，為今后鍋爐煤種的摻燒適應(yīng)性提供了參考依據(jù)。

為擴(kuò)展內(nèi)貿(mào)煤源，先進(jìn)行富動24煤與蒙混煤摻燒試驗(yàn)，因2者較接近設(shè)計煤種，摻燒后鍋爐燃燒穩(wěn)定，各參數(shù)指標(biāo)均接近設(shè)計煤種，故重點(diǎn)對澳煤、神混煤及澳蒙煤進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.2 澳煤摻燒試驗(yàn)

由表3可知，澳煤發(fā)熱量略高，灰分大，哈氏可磨系數(shù)偏低，灰熔點(diǎn)較高，針對澳煤的特性進(jìn)行與蒙混煤種的摻燒試驗(yàn)。澳煤灰熔點(diǎn)偏高，與灰熔點(diǎn)偏低的蒙混煤進(jìn)行摻燒，可防止單燒蒙混煤引起爐內(nèi)結(jié)焦，同時蒙混煤含灰量低，能夠與高灰分澳煤形成互補(bǔ)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，因澳煤硬度高，煤粉偏粗，在爐內(nèi)停留時間長，不易燃盡，火焰中心上移，使得過熱器、再熱器減溫水量明顯增加。從屏過區(qū)域溫度實(shí)測數(shù)據(jù)分析，隨著澳煤摻配比例的增加，火焰中心上移明顯，爐膛出口溫度有增加趨勢。因澳煤可磨性較差，對制粉系統(tǒng)的影響在于磨碗差壓及電流增加明顯，制粉系統(tǒng)電流平均增加約7%。NOX排放量隨著澳煤摻燒量的增加也有明顯增加。相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著澳煤摻燒比例增加，磨煤機(jī)石子煤排量增加，飛灰含碳量偏高，NOX生成也有所升高，過熱器、再熱器減溫水量上升明顯，從摻燒比例分析，在2倉澳煤時鍋爐效率達(dá)到最高為94.61%。

2.3 低熱值神混煤摻燒試驗(yàn)

表4 各工況澳煤摻燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表3可知，神混3煤種發(fā)熱量低于設(shè)計煤種，灰分略高于設(shè)計煤種，但還在設(shè)計范圍內(nèi)。針對低熱值神混煤種的特性，采用與高熱值進(jìn)口澳煤進(jìn)行摻燒，主要是降低原煤采購成本，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)低熱值神混3煤種與澳煤摻燒試驗(yàn)分析，與熱值為23 466 kJ/kg的常規(guī)煤種比較，逐步提高神混3煤種比例后，鍋爐效率下降0.2%～0.69%，爐側(cè)廠用電增加0.1%～0.17%，估算影響發(fā)電煤耗0.3～1.7 g/kWh，影響供電煤耗0.5～2.3 g/kWh。與采用相同澳煤摻燒比例的工況對比，平均熱值每降低418 kJ/kg則增加供電煤耗0.14～0.19 g/kWh。

在進(jìn)行低熱值神混3煤種與澳煤進(jìn)行摻燒時，也存在易引發(fā)高溫對流受熱面超溫的問題，機(jī)組負(fù)荷從600 MW加至750 MW期間尤為突出。分析認(rèn)為：澳煤可磨系數(shù)低，煤粉偏粗，爐內(nèi)停留時間長，較難燃盡，火焰拉長，導(dǎo)致爐膛吸收熱量少，對流受熱面處受熱大；而在摻燒低熱值神混3煤種后，水冷壁積灰總量增多，爐膛吸熱進(jìn)一步減少，分離器出口過熱度降低，使得爐膛出口溫度升高，導(dǎo)致多次發(fā)生后屏過熱器受熱面超溫。

2.4 澳蒙煤摻燒試驗(yàn)

由表4可知，澳蒙煤接近國內(nèi)蒙混煤，只是水分偏高，灰分也較低，是較適合的摻燒煤種。

根據(jù)試驗(yàn)情況分析，澳蒙煤與普通澳煤不同，澳蒙煤可磨性較好，與富動24煤接近，但摻燒時由于水分較高，制粉系統(tǒng)干燥出力受限，主要體現(xiàn)在磨煤機(jī)出口溫度略有下降。通過前屏觀火發(fā)現(xiàn)，摻燒澳蒙煤后，屏過區(qū)域結(jié)焦有少量增加趨勢。從鍋爐效率分析，與對比工況煤種富動24煤與蒙混煤摻燒情況差不多，從環(huán)保指標(biāo)排放數(shù)據(jù)分析，也能夠滿足排放要求。綜合分析，澳蒙煤是較適合摻燒的常用煤種。

表5 各工況摻燒試驗(yàn)時鍋爐效率

3 煤種摻燒的組合優(yōu)化

由表5可知，在進(jìn)行各煤種摻燒時，因受環(huán)境溫度、鍋爐吹灰、氧量控制等因素影響，并不是隨著摻燒煤種的熱值降低鍋爐效率也隨著下降。但正是在燃煤熱值對鍋爐效率影響不是很明顯的情況下，可從原煤采購價格角度考慮采購經(jīng)濟(jì)性高的煤種，即進(jìn)口煤種或低熱值煤種。

圖1為摻燒試驗(yàn)中不同熱值工況下的鍋爐效率變化和飛灰含碳量變化趨勢圖，可為煤種的摻燒組合提供一定參考，從而有效提高鍋爐效率。

根據(jù)各煤種摻燒試驗(yàn)及對鍋爐效率的影響，從安全性和經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行考慮，各煤種最佳的組合方式和上倉方式分析如下。

從經(jīng)濟(jì)效益方面分析，可多摻燒進(jìn)口澳煤、澳蒙煤及國內(nèi)低熱值神混類煤。該類煤種采購成本低，且在滿足鍋爐運(yùn)行要求的條件下能夠與不同的煤種摻燒。

從安全性方面分析，應(yīng)多燒國內(nèi)富動24煤、蒙混煤及高熱值神混煤。該類煤種與設(shè)計煤種接近，能夠保障鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行和環(huán)保排放要求。

圖1 各工況摻燒試驗(yàn)時鍋爐效率與飛灰含碳量變化

綜合分析，最佳摻燒方式為：

（1）富動24煤與澳蒙煤摻燒，富動24煤發(fā)熱量大、灰熔點(diǎn)高、硫分高，故與略低熱值、硫分低、灰熔點(diǎn)偏低的澳蒙煤進(jìn)行摻燒能夠達(dá)到互補(bǔ)，因澳蒙煤水分高、易燃盡，故上煤至中、上層燃燒，富動24煤上煤至下層燃燒。

（2）澳煤與蒙混煤摻燒，澳煤發(fā)熱量大、灰熔點(diǎn)高、灰分大，故與灰熔點(diǎn)偏低、灰分含量小的蒙混煤種進(jìn)行摻燒能夠達(dá)到互補(bǔ)，因澳煤難燃盡、火焰長，故上煤至下層燃燒，蒙混煤種上煤至中、上層燃燒；在燃用較高灰分澳煤時亦可將澳煤上煤至中層燃燒，但下層應(yīng)燃用高發(fā)熱量煤種，增強(qiáng)爐膛吸熱。

（3）富動24煤與低熱值神混3煤摻燒，因該類神混煤熱值低，故與高熱值富動24煤種摻燒是理想的，且能夠減少富動24煤含硫份額，因低熱值神混煤灰分偏高，一般上煤至中、上層燃燒。

（4）富動24與蒙混摻燒，該組合是較理想的組合方式，2種煤能夠達(dá)到熱量、灰熔點(diǎn)、硫分等指標(biāo)的互補(bǔ)，但高熱值煤種的采購成本較高，因此經(jīng)濟(jì)性有所下降。

（5）澳煤也可以與高熱值神混煤種摻燒，能夠減弱摻燒后的含灰量，增強(qiáng)爐膛吸熱，同時高灰熔點(diǎn)的澳煤也能夠彌補(bǔ)神混煤灰熔點(diǎn)偏低的不足，有效防止鍋爐高溫受熱面結(jié)渣。

必要時可采用3種煤摻燒上煤，但該種上煤方式對輸煤系統(tǒng)要求高且有可能與港口輸煤沖突，故只作為應(yīng)急方案采用。

4 結(jié)論

通過對1號、2號鍋爐燃煤摻燒的試驗(yàn)研究，結(jié)合各煤種特性總結(jié)如下：

（1）針對澳煤與低熱值神混煤的摻燒特性，從安全性和經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行了分析，指出灰分超過20%、可磨系數(shù)偏低的澳煤不建議與低熱值神混煤進(jìn)行摻燒，防止影響爐膛吸熱及引起對流受熱面超溫。

（2）在摻燒進(jìn)口澳煤與低熱值神混煤時，隨著摻燒煤種熱值的降低，鍋爐效率總體趨勢下降，但在個別工況鍋爐效率有所不同，主要是受澳煤飛灰含碳影響較大。

（3）結(jié)合各煤種的特性及燃煤摻燒運(yùn)行工況，總結(jié)出常用煤種的最佳摻燒組合及上煤方式。

[1]王晉一.火電廠摻燒非設(shè)計煤種安全經(jīng)濟(jì)性分析[J].熱力發(fā)電，2006（12）∶23－26.

[2]王小龍.1 000 MW超超臨界機(jī)組燃燒印尼煤控制策略探討[J].鍋爐制造，2012，7（4）∶2－4.

[3]莊婷.煤種摻燒對嘉興發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)性的影響[J].浙江電力，1998（6）∶38－40.

（本文編輯：徐晗）

Experimental Study on Adaptability of Blended Coal Combustion for 1 030 MW Ultra-supercritical Boiler

LI Yanmeng1，WU Jianbo2
（1.Zhejiang Zheneng Zhongmei Zhoushan Coal&Electricity Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China；2.Zhejiang Energy Technology Research Institute，Hangzhou 310003，China）

This paper analyzes combustion characteristics，blended coal property and the operating conditions of 1 030 MW ultra-supercritical boiler.Through blended coal combustion test，the best blending mode that fits combustion characteristic of boiler is selected according to characteristics of coals to expand coal adaptability of boiler；besides，problems in blended coal combustion are solved，and operation safety and economy of the boilers are improved.

1 030 MW；ultra-supercritical boiler；coal property；blending test

TK227.1

：B

：1007-1881（2016）04-0046-04

2015-11-09

李彥猛（1983），男，工程師，主要從事發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行技術(shù)管理工作。