350MW超臨界直流前后墻對沖燃燒煤粉爐廣匯煤大比例摻燒研究

摘 ?要：煤炭成本占火電企業(yè)70%生產(chǎn)成本，入爐標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格高低，決定企業(yè)的經(jīng)營收益和質(zhì)量。武威熱電有限責(zé)任公司2×350MW超臨界機(jī)組雙投后面臨電力市場不景氣，煤炭市場煤價(jià)居高不下，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營面臨著多重因素的考驗(yàn)。公司提出多項(xiàng)“提質(zhì)增效”戰(zhàn)略，在煤炭采購、入爐摻燒方面多措并舉，降低入爐煤標(biāo)煤單價(jià)。公司物料采購方面多尋找經(jīng)濟(jì)煤種，推進(jìn)煤炭采購長協(xié)機(jī)制;運(yùn)行技術(shù)不斷適應(yīng)市場發(fā)展的要求持續(xù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。新疆廣匯煤因量大、供應(yīng)穩(wěn)定，價(jià)格優(yōu)勢保障公司煤炭供應(yīng)穩(wěn)定和應(yīng)急有諸多效益，但新疆廣匯煤因其高鈉性質(zhì)、易結(jié)焦，帶來的安全隱患是運(yùn)行技術(shù)不斷攻克的難題。加強(qiáng)調(diào)整相關(guān)摻燒措施拓展鍋爐煤種適應(yīng)性，并合理加大摻燒比例，創(chuàng)新?lián)綗?jiǎng)勵(lì)機(jī)制，為降低入爐煤標(biāo)煤單價(jià)，為此公司瞄準(zhǔn)新疆廣匯集團(tuán)廣匯煤的市場潛力，技術(shù)人員對廣匯煤摻配進(jìn)行精細(xì)控制研究，以實(shí)現(xiàn)大比例摻燒廣匯煤的目的。

關(guān)鍵詞：廣匯煤;旋流燃燒器;高鈉;結(jié)焦

中圖分類號：TM621.2 ???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

鍋爐設(shè)計(jì)煤種60%哈密、20%天祝、20%紅沙崗，按照設(shè)計(jì)煤種入爐將導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下，公司各級部門、生產(chǎn)、采購、經(jīng)營各崗位人員排除種種困難，積極響應(yīng)公司“提質(zhì)增效”戰(zhàn)略，落實(shí)各項(xiàng)政策和措施，扎實(shí)鉆研入爐摻燒技術(shù)，作為機(jī)組主燒煤種有兩種，一種廣匯原煤、另一種廣匯提質(zhì)煤，其中提質(zhì)煤為廣匯集團(tuán)通過低溫干餾法去除了煤炭中部分揮發(fā)分后剩余的蘭炭與原煤以一定比例混合形成。廣匯提質(zhì)煤灰熔點(diǎn)有所提高，結(jié)焦性較原煤有所緩解。廣匯原煤收到基低位發(fā)熱量為4859Kcal/kg、軟化溫度為1115℃，廣匯提質(zhì)煤收到基低位發(fā)熱量為5143Kcal/kg、軟化溫度1278℃，根據(jù)軟化溫度判別指標(biāo)軟化溫度小于1350℃且發(fā)熱量高于3000Kcal/kg原煤為易結(jié)焦煤種^[1]。

1摻燒方案研究

1.1廣匯煤的煤質(zhì)特性

1.1.1廣匯煤的結(jié)焦性

廣匯原煤的特種分析結(jié)果：氧化鈉、氧化鉀含量占3.41%，其中氧化鈉占3.1%與準(zhǔn)東地區(qū)準(zhǔn)東煤一樣，屬于典型的高鈉煤種，通過煤種特種分析結(jié)果計(jì)算結(jié)渣指數(shù)為0.834，根據(jù)成分結(jié)渣指數(shù)Ras在0.6-2.0之間為中等易結(jié)焦煤種。廣匯提質(zhì)煤氧化鈉、氧化鉀含量占3.11%，其中氧化鈉含量2.76%，較原煤有一定的降低，但成分結(jié)渣指數(shù)Ras仍在0.704，為中等易結(jié)焦煤種。結(jié)合以上兩種分析法可以看出廣匯煤本身性質(zhì)屬于結(jié)焦煤種^[3]。

1.1.2廣匯煤可磨性系數(shù)

根據(jù)測量華辰檢測中心煤質(zhì)檢測結(jié)果廣匯原煤哈氏可磨指數(shù)為47，廣匯提質(zhì)煤哈氏可磨指數(shù)為58，在所有入廠煤種中廣匯原煤及提質(zhì)煤哈氏可磨系數(shù)均比較低，設(shè)計(jì)煤種可磨性指數(shù)65，從哈氏可磨系數(shù)看出廣匯煤較設(shè)計(jì)煤種難磨制^[2]。

1.1.3與設(shè)計(jì)煤種特性區(qū)別

與公司設(shè)計(jì)煤種相對比，廣匯煤結(jié)焦性、易自燃爆炸性、氧化鈣、三氧化二鐵、揮發(fā)分含量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)煤種，無論是制粉系統(tǒng)運(yùn)行還是鍋爐燃燒工況、結(jié)焦方面都帶來極大的運(yùn)行調(diào)整困難。根據(jù)相關(guān)分析得出廣匯煤因其灰中鈉鉀元素的原因，導(dǎo)致其低熔點(diǎn)易結(jié)焦，氧化鈣與三氧化二鐵形成的共晶體會(huì)促進(jìn)結(jié)焦加劇;相關(guān)論文及分析，廣匯煤燃燒后形成的硫酸鈉、硫酸鉀在鍋爐屏過、高過以及后豎井區(qū)域凝結(jié)形成高溫粘結(jié)灰，且易導(dǎo)致積灰搭橋的現(xiàn)象，但鑒于廣匯煤摻燒后帶來的經(jīng)濟(jì)效益，公司從各個(gè)層面及其重視廣匯煤摻燒方面的技術(shù)措施。

1.2廣匯煤大比例摻燒試驗(yàn)調(diào)整

甘肅電投武威熱電公司配煤方式為“分倉上煤、分磨制粉、爐內(nèi)混燒”的配煤方式。此種方式優(yōu)點(diǎn)是上煤方式及配煤比例較為明確，制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式組合靈活可控，出現(xiàn)結(jié)焦性問題易于進(jìn)行分析和總結(jié)，可加大經(jīng)濟(jì)煤種摻配比例。

根據(jù)煤種收到基低位發(fā)熱量大于4300Kcal/kg、收到基揮發(fā)分大于25%，煤種穩(wěn)燃性能較好，適合作為等離子點(diǎn)火煤種，入爐煤揮發(fā)分大于25%，墻式燃燒方式最低穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)到35-30%。公司多次啟爐點(diǎn)火試驗(yàn)，證明廣匯煤、柳樹泉煤種適合作為點(diǎn)火煤種，深度調(diào)峰期間根據(jù)爐膛測量溫度及火檢情況，燃燒核心區(qū)域在50%負(fù)荷基礎(chǔ)上只降低了50℃，因此認(rèn)為廣匯煤、柳樹泉煤種在鍋爐穩(wěn)燃性方面不存在問題^[4]。

1.2.1摻燒廣匯煤試驗(yàn)方案

煤種摻配試驗(yàn)起初對各煤種特性和鍋爐燃燒特性方面要做全面的評估，考慮深度調(diào)峰階段配煤方式，以煤種穩(wěn)燃性、結(jié)焦性預(yù)測，制粉系統(tǒng)出力和負(fù)荷響應(yīng)程度作為配煤方式的綜合限制邊界條件，考慮氯離子、限制高硫煤入爐比例預(yù)防高溫腐蝕等方面作為單一煤種入爐比例限制條件。

配煤摻燒試驗(yàn)分別在100%負(fù)荷工況下進(jìn)行。進(jìn)行廣匯煤15%、30%、50%摻配試驗(yàn)，以下只針對結(jié)焦性方面做分析，對汽溫指標(biāo)方面超臨界直流爐控制水煤比和過熱度暫不做分析。確定廣匯煤、柳樹泉煤、花草灘煤種進(jìn)行配煤摻燒試驗(yàn)，制定以下比例摻配：配煤方式1廣匯、柳樹泉、花草灘以1：3：2;配煤方式2廣匯、柳樹泉、花草灘1：1：1;配煤方式3廣匯、花草灘1：1。

以表1摻燒方式為進(jìn)行初步摻配探索試驗(yàn)，配煤方式1偶爾有掉大焦現(xiàn)象，部位為燃燒器區(qū)域處，質(zhì)地較堅(jiān)硬;方式2撈渣機(jī)渣量明顯增加，焦塊變小但是量大，結(jié)焦部位燃燒器區(qū)域至下層燃盡風(fēng);方式3無大焦塊，吹灰時(shí)屏過區(qū)域掉渣量非常大，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓波動(dòng)大±600Pa。針對上述摻配工況選擇較為典型的廣匯煤33%摻配方式下，進(jìn)行理論分析和運(yùn)行燃燒調(diào)整技術(shù)攻關(guān)。

1.2.2優(yōu)化配風(fēng)調(diào)整

100%負(fù)荷情況下，廣匯煤入爐摻配比例為33%，在原調(diào)試、動(dòng)力場試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上對我廠燃燒器雙調(diào)風(fēng)低氮旋流燃燒器進(jìn)行了另外三種不同方式配風(fēng)調(diào)整，通過調(diào)整內(nèi)外二次風(fēng)擋板角度改變鍋爐內(nèi)外二次風(fēng)配比和外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度^[4]，以熱試測量結(jié)果進(jìn)行分析，解決廣匯煤結(jié)焦和大比例摻燒進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2滿負(fù)荷情況下不同配風(fēng)方式燃燒器層溫度及爐膛側(cè)墻氧量測試數(shù)據(jù)表。

調(diào)整數(shù)據(jù)分析：

（1）由表2看出隨著內(nèi)外二次風(fēng)開度逐漸增加核心區(qū)域溫度出現(xiàn)一定下降趨勢，側(cè)墻氧量增加且升高，氮氧化物濃度增加，實(shí)際觀察鍋爐掉焦情況得到緩解。

（2）通過逐漸增加內(nèi)外二次風(fēng)配比：通過結(jié)焦性原理分析認(rèn)為廣匯煤、柳樹泉煤種在爐膛部位結(jié)焦主要原因內(nèi)二次風(fēng)比例較小，煤粉燃燒初期缺風(fēng)，外二次風(fēng)區(qū)域不能夠使得煤粉充分燃燒完畢，因灰熔點(diǎn)較低在靠近燃燒核心高溫區(qū)域側(cè)墻、前后墻水冷壁部位時(shí)熔融狀態(tài)導(dǎo)致起初的結(jié)焦發(fā)生，結(jié)焦后期的發(fā)展還因外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度過大，導(dǎo)致部分灰渣在熔融狀態(tài)時(shí)被被旋流甩至側(cè)墻受熱面積累導(dǎo)致掉焦情況發(fā)生。通過逐漸增加內(nèi)外二次風(fēng)配比爐膛四角部位積渣現(xiàn)象逐漸消除。

（3）增加燃燒核心區(qū)氧量：不同煤種在爐膛部位結(jié)焦后形成的現(xiàn)象不一致，廣匯煤三氧化二鐵含量在14.16%，柳樹泉也屬于高氧化鐵煤種含量為19.16%，高于設(shè)計(jì)煤種8.85%，同時(shí)氧化鈣含量也較高均在23%以上，按照摻配方案進(jìn)行摻配后含量在18.3%，分析認(rèn)為結(jié)焦的另一種原因?yàn)檠趸}與三氧化二鐵形成共熔體，導(dǎo)致結(jié)焦加劇形成質(zhì)地堅(jiān)硬的黑色焦塊^[2]。

燃燒核心區(qū)必須具備足夠的氧量或至少在靠近受熱面部位保證充足氧量，而我廠超臨界前后墻對沖燃燒鍋爐爐膛部位燃燒器區(qū)域溫度在34.2%負(fù)荷時(shí)溫度為1270℃，因此若爐膛部位局部缺風(fēng)一氧化碳會(huì)將三氧化二鐵還原為四氧化三鐵導(dǎo)致導(dǎo)致結(jié)焦加劇現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)在保證了燃燒核心區(qū)域受熱面附近的氧量后使得硫化氫氣體含量降低，降低了硫化物型高溫腐蝕程度^[2]。

通過改變內(nèi)外二次風(fēng)擋板，廣匯煤滿負(fù)荷時(shí)摻配比例能夠安全達(dá)到30%。

（4）屏式過熱器區(qū)域結(jié)渣：廣匯煤摻配比例再次增加至40%后，現(xiàn)場觀察屏過受熱面出現(xiàn)明顯掛渣現(xiàn)象，局部受熱面掛渣厚度達(dá)到5cm，鍋爐吹灰至屏式過熱器部位，出現(xiàn)大量落渣的情況且爐膛負(fù)壓波動(dòng)較為劇烈在±600Pa左右波動(dòng)，給機(jī)組運(yùn)行帶來極大威脅^[4]。

屏式過熱器區(qū)域結(jié)渣原理分析認(rèn)為高鈉、高鉀煤主要在于揮發(fā)性堿金屬硫酸鹽凝結(jié)溫度低，在屏過區(qū)域管束溫度為500℃左右部位凝結(jié)，屏區(qū)積渣后發(fā)展較為迅速，與高灰分煤種混合后導(dǎo)致屏區(qū)積渣發(fā)展壯大嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致積灰搭橋，突然間塌灰對鍋爐負(fù)壓影響較大^[6]。運(yùn)行過程中每天在屏式過熱器區(qū)域進(jìn)行三次吹灰防止屏式過熱器區(qū)域積渣壯大，同時(shí)為保證受熱面壽命次數(shù)再未增加，根據(jù)吹灰過程中撈渣機(jī)渣量增加情況，在滿負(fù)荷情況下最終確定廣匯煤摻配比例不大于40%。在50%負(fù)荷情況下廣匯煤摻配比例可達(dá)到50%。

1.3廣匯煤配煤比例精細(xì)控制

如表3所示，不同配煤方式在不同負(fù)荷段，通過給煤機(jī)偏置對廣匯煤入爐摻配比例進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，配煤方式2可以在120MW至240MW之間摻配比例達(dá)到55-50%，240MW-350MW達(dá)到50-35%;配煤方式1可以在120MW至240MW之間摻配比例達(dá)到40-35%，240MW-350MW達(dá)到35-15%。體現(xiàn)分倉上煤調(diào)整的靈活和優(yōu)越性，以實(shí)現(xiàn)在保證機(jī)組安全基礎(chǔ)上大比例摻燒廣匯煤。

2不同比例廣匯煤摻配各項(xiàng)指標(biāo)單耗

（1）由表4看出，對廣匯煤不同配煤比例下的系統(tǒng)運(yùn)行單耗進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)廣匯煤入爐比例對制粉及風(fēng)煙系統(tǒng)單耗影響不大，未出現(xiàn)明顯上升或下降的規(guī)律對機(jī)組運(yùn)行的指標(biāo)單耗方面不產(chǎn)生影響。

（2）爐渣、飛灰含碳雖廣匯煤比例增加出現(xiàn)微量降低，廣匯煤燃盡性好，保證鍋爐效率不降低。

（3）排除結(jié)焦情況影響排煙溫度隨著廣匯煤摻配比例增加排煙溫度略微降低，爐膛火焰中心下移，廣匯煤燃燒較為提前，保證了鍋爐效率。

（4）全年鋼球單耗75g/t原煤，設(shè)計(jì)鋼球單耗為80g/t原煤，鋼球單耗從全年運(yùn)行情況分析在合理水平，未超過設(shè)計(jì)煤種，在合理范圍內(nèi)。

3結(jié)語

（1）通過摻配試驗(yàn)觀察和精細(xì)化控制，廣匯煤結(jié)焦問題得到解決，通過隨著廣匯煤摻配比例增加，逐步開大內(nèi)、外二次擋板直至全開，降低旋流強(qiáng)度，避免煤粉刷墻和結(jié)焦。

（2）未進(jìn)行燃燒器改造，通過既有條件的調(diào)整，選取合適摻配方式，提高了廣匯煤摻配比例，有利的保障了機(jī)組安全運(yùn)行，提高了經(jīng)營效益。

（3）不同負(fù)荷段廣匯煤比例精細(xì)調(diào)整手段，武威熱電成功實(shí)現(xiàn)了廣匯煤大比例摻燒的技術(shù)要求和條件，解決了廣匯煤在超臨界前后墻對沖燃燒方式鍋爐易結(jié)焦的問題，各系統(tǒng)指標(biāo)單耗未超過設(shè)計(jì)要求，局部負(fù)荷段廣匯煤摻配比例可達(dá)到55%，2018年廣匯煤入廠總量達(dá)到32萬噸，占總?cè)霃S煤的32%。

參考文獻(xiàn)

[1]?段學(xué)農(nóng)，朱光明，姚斌，焦慶豐.混煤可磨特性與摻燒方式試驗(yàn)研究[J].熱能動(dòng)力工程，2010，25（04）：410-413+468.

[2] 朱光明.電站鍋爐劣質(zhì)煤摻燒及優(yōu)化技術(shù)[M].中國電力出版社，2015.

[3] 王軍，羅文慶，劉忠文，等.國產(chǎn)600MW超臨界鍋爐LNASB燃燒器試驗(yàn)研究[J].黑龍江電力，2009，31（04）：249-252.

[4] 靖劍平. 燃用煙煤中心給粉旋流燃燒器流動(dòng)及燃燒特性研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[5] 曾漢才，韓才源，燃燒技術(shù)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1990.

[6] 潘亞娣，司風(fēng)琪，徐治皋.電站鍋爐受熱面灰污沉積模型[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（08）：63-67.

收稿日期：2019-07-12

作者簡介：杜新豐（1967—），男，漢族，甘肅靈臺人，本科，工程師，研究方向：鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化。