機組冷態(tài)啟動燃用不同揮發(fā)分煤種的經濟性對比研究

皮正仁，呂建鋒，楊飛平，王 偉，譚志強

(1.國家電投重慶電力有限公司，重慶 401123；2.貴州省習水鼎泰能源開發(fā)有限責任公司，貴州 遵義 564611)

隨著電力市場的需求與變化，大型火力發(fā)電機組參與調峰的次數越來越多，機組啟停越來越頻繁；大型火力發(fā)電機組的冷態(tài)啟動時間長，燃料成本高，特別是大型W型火焰鍋爐，因燃用無煙煤，啟動初期煤粉著火困難，鍋爐升溫、升壓速率較慢，需要投入大量的油燃燒器，燃料成本高。因此，在啟停頻繁的大型火力發(fā)電廠，如何降低機組啟動燃料成本，成為各大型火力發(fā)電廠一直追尋的目標。

習水二郎電廠2×660 MW超臨界機組出線接入重慶電網，由于重慶電網負荷受季節(jié)、天氣及晝夜影響較大，該廠機組啟動頻繁；另外，該廠鍋爐為超臨界W型火焰鍋爐，主要燃用無煙煤[1-2]。無煙煤揮發(fā)分低，極難著火，每次機組冷態(tài)啟動耗油在100 t左右，耗煤在300 t左右；據不完全統(tǒng)計，該廠2臺機組自2015年10月底投產以來，共啟動70次余次，耗油6 500余t，其中主要是機組啟動耗油；隨著燃油價的上漲，機組啟動成本越來越高，如何降低機組啟動燃料成本成為該廠比較急迫的問題。因此，燃用高揮發(fā)分煤種進行機組啟動成為主要研究的課題。

本文通過對比機組冷態(tài)啟動條件下燃用不同揮發(fā)分煤種的燃料成本，對比其經濟性，為大型火力發(fā)電機組啟動節(jié)能降耗提供參考。

1 設備概述及燃用煤種情況

習水二郎電廠1#和2#鍋爐型號為B&WB-2090/25.4-M，型式為北京巴威公司生產的660 MW超臨界參數變壓直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、室內布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型W火焰鍋爐[3]；燃燒設備采用雙拱絕熱爐膛、濃縮型EI-XCL低NOx雙調風旋流燃燒器及OFA 噴口，燃燒器平行對稱布置于爐膛下部的爐拱上，前、后各12只，共24只；在燃燒器的下部，與燃燒器相對應，前后墻各布置12個乏氣噴口，共24只；與煤粉燃燒器對應，同時配置了24只點火油槍，1#爐A、B、E磨煤機改造成氣泡油槍，出力在0.3～0.8 t/h可調，其余為機械霧化油槍，油槍耗油量根據霧化片大小分為0.5 t/h、0.8 t/h、1.1 t/h；每個燃燒器下部均設有分級風管，每個分級風管與燃燒器噴口一一對應(即噴口)，每臺鍋爐共有24個分級風噴口，前、后墻各12個，每臺鍋爐配置6套雙進雙出鋼球磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

習水二郎電廠設計和校核煤種屬低揮發(fā)分、高硫、高灰劣質貧煤，煤粉著火點870 ℃，屬難著火、難燃盡煤，煤質情況如表1所示。

表1 設計煤種和校核煤種

2 燃用高揮發(fā)分煤存在的問題及采取措施

習水二郎電廠鍋爐燃燒器和制粉系統(tǒng)是專為燃用低揮發(fā)分煤種設計[2-4]，與燃用高揮發(fā)分煤種鍋爐燃燒器和制粉系統(tǒng)有很大差別，若燃用高揮發(fā)分煤種的煤粉提前著火，有燒壞燃燒器和制粉系統(tǒng)著火等安全風險，必須采取以下措施。

1)制粉系統(tǒng)安裝防爆門，技術規(guī)范滿足燃用高揮發(fā)分煤種的要求。

2)磨煤機入口混合風溫控制在200 ℃以下，磨煤機出口溫度必須控制于70 ℃以下，根據實際情況開啟旁路風，以保證出口粉管風速任何時候均高于22 m/s運行。

3)當磨煤機給煤機斷煤后，應及時開大冷風，及時關小熱風，控制磨煤機動態(tài)分離器出口溫度低于80 ℃運行，若10 min不下煤則應停運磨煤機。若需要打開捅煤孔，則必須停磨處理，且熱風關斷門必須全關。

4)調整磨煤機動態(tài)分離器頻率最終控制煤粉細度R90于10%～15%。

5)磨煤機運行中，正常料位控制700 Pa左右運行。

6)磨煤機停運前，應將動態(tài)分離器出口溫度降至50 ℃以下，并將磨煤機料位抽至100 Pa以下且持續(xù)10 min，這樣才能停運磨煤機。停運磨煤機后，用輔助風對粉管逐一吹掃干凈。停運磨煤機時，必須將給煤機上閘板門關閉，并將給煤機皮帶上的煤走空。

7)為了防止制粉系統(tǒng)自燃事故發(fā)生，運行中應加強對制粉系統(tǒng)蒸汽滅火系統(tǒng)的檢查，開啟磨煤機消防蒸汽手動門，保證蒸汽滅火系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。

3 試驗方案

機組冷態(tài)條件下，通過燃用3種不同揮發(fā)分煤種的啟動試驗，來對比其燃料成本，表2所示為機組冷態(tài)工況劃分，表3所示為試驗煤種。

表3 試驗煤種

4 試驗結果及分析

4.1 耗油量分析

表4 所示為燃用不同煤種下冷態(tài)啟動耗油量，可以看出，在機組啟動曲線時間相同的情況下，煤種1各階段平均瞬時耗油量最大，煤種2各階段平均瞬時耗油量次之，煤種3各階段平均瞬時耗油量最小。

表4 不同煤種冷態(tài)啟動耗油量

表5 所示為不同煤種下冷態(tài)啟動的耗煤量?？梢钥闯觯跈C組啟動曲線時間相同的情況下，煤種1耗煤量最大，煤種2耗煤量次之，煤種3耗煤量最小。

表5 不同煤種冷態(tài)啟動耗煤量 t

圖1為機組冷態(tài)啟動不同揮發(fā)分煤種下燃料耗量趨勢圖。可以看出，隨著煤種揮發(fā)分的提高，機組冷態(tài)啟動時耗油量和耗煤量逐步減少。這是因為煤種揮發(fā)分提高后容易著火，隨著爐膛溫度的升高，當控制機組升溫升壓在標準范圍內時，可以逐步減少瞬時耗油量和耗煤量。

圖1 機組冷態(tài)啟動不同揮發(fā)分煤種下燃料耗量趨勢

5 經濟效益分析

表6所示為機組冷態(tài)啟動不同煤種下燃料費用(燃油、燃煤按當前市場價格測算)，可以看出，煤種1啟動費用最高，達到928 100元/次；煤種2啟動費用次之，為730 030元/次；煤種3啟動費用最低，只有590 800元/次；煤種3啟動燃料費用相較于煤種1節(jié)省337 300元/次，煤種3燃料啟動費用相較于煤種2節(jié)省198 070元/次。

表6 不同煤種機組冷態(tài)啟動燃料費用

圖2為機組冷態(tài)啟動不同揮發(fā)分煤種下燃料費用趨勢圖，可以看出，隨著煤種揮發(fā)分的提高，機組冷態(tài)啟動燃料費用逐步減少。這是因為煤種揮發(fā)分提高后容易著火，隨著爐膛溫度的升高，當控制機組升溫升壓在標準范圍內時，可以逐步減少瞬時油和耗煤量，可以降低機組冷態(tài)啟動燃料費用。

圖2 機組冷態(tài)啟動不同揮發(fā)分煤種下燃料費用趨勢

6 結語

通過燃用不同揮發(fā)分煤種的機組冷態(tài)啟動試驗，對比其經濟性，結果表明：燃用煤種的揮發(fā)分越高，耗油和耗煤費用就越低；對于燃用無煙煤啟動的機組，在保證安全的前提下，可提高燃用煤種的揮發(fā)分，降低機組啟動燃料費用。