1 000 MW 超超臨界機組摻燒經濟煤與磨煤機調整分析

黃 鵬

（國能徐州發(fā)電有限公司，徐州 221135）

國能徐州發(fā)電有限公司鍋爐擁有2 臺獨立的1 000 MW 等級直流爐，均為超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐、一次再熱、單爐膛單切圓燃燒方式、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構塔式鍋爐。鍋爐型號為SG3099/27.46-M545，蒸汽壓強為27.46 MPa，蒸汽溫度為605 ℃。該廠鍋爐采用中速磨煤機一次風正壓直吹式制粉系統，主要包括6 只原煤斗、6 臺EG3690 型耐壓電子稱重式給煤機、6 臺HP1163 中速磨煤機（帶動態(tài)旋轉分離器）、煤粉管以及石子煤排放裝置等設備。每臺磨煤機的保證出力為99.0 t·h-1，最小出力為27.5 t·h-1。燃燒設計煤種時，5 套制粉系統運行，1 套備用，出力儲備系數為1.1，可以滿足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（Boiler Maximum Continue Rate，BMCR）的需求。另外，每套制粉系統對應鍋爐的2 層燃燒器。每臺磨煤機引出4 根煤粉管道至爐膛四角，爐外安裝煤粉分配裝置，每根管道分配成2 根管道分別與2 個一次風噴嘴相連。共計48 個直流式燃燒器，分12 層布置于爐膛下部四角，在爐膛中呈四角切圓方式燃燒。入磨煤粒度為30 mm，出口煤粉細度R90為17%。

1 摻燒煤泥

1.1 摻燒煤泥機組概況

該發(fā)電廠自2020 年摻燒煤泥以來，在生產中出現的主要問題包括原煤倉蓬煤堵煤、磨煤機堵煤、石子煤量大以及燃燒工況改變引發(fā)的鍋爐參數超限及變化。

基于煤泥本身的特性，如含水量偏多、易黏結、發(fā)熱量低、難碾磨、灰分含量高等，在摻燒煤泥中不可避免會出現堵煤、斷煤等現象。目前，該廠只有3 臺磨煤機同時摻燒經濟煤中的煤泥，為了減少堵煤、斷煤對鍋爐燃燒的影響，結合摻燒經驗，按照從低到高的順序對A、D、E 號磨按照1 ∶1 的比例摻燒煤泥和低熱值煤，對B、C、F 號磨只供應低熱值煤，不供應煤泥。該廠作為調峰機組之一，在電網中承擔著調節(jié)電網功率和周波平衡的作用，經常面臨調峰和最高出力考核的需求。為保持機組安全運行，B、C 層磨作為鍋爐的底層磨，按照鍋爐最低穩(wěn)定運行要求供應偏高揮發(fā)分，偏高熱值的穩(wěn)燃煤種在底層起到托火穩(wěn)燃的作用。為保證機組運行需要，A 層制粉系統在鍋爐最下層，而且一般只有機組負荷需求達到600 MW 以上或有煤量需求時才會啟動[1-2]。

對于原煤倉蓬煤堵煤等已經出現的問題，運行人員的實際應對措施不多，在摻燒煤泥初期，斷煤堵煤等現象頻發(fā)。當出現多臺磨斷煤時，會嚴重影響機組帶負荷能力，威脅機組的運行參數，甚至可能影響電網系統的安全。為改變這一現狀，制定相關措施進行設備改造。

1.2 設備改造方案

設備改造方案為增加旋轉清堵機以替換舊的振達裝置，具體措施如下。當日夜班第1 遍加倉后，值長通知燃料，相應煤倉停止上煤，開始降倉位或清倉操作。降倉位或清倉過程中，按照《給煤機斷煤預防及運行調整措施》預防及處理給煤機斷煤問題。降煤位或清倉期間，保持煤倉振打連續(xù)運行，降倉位或清倉結束后及時停運振打裝置。

煤位降至5 m 時，聯系檢修檢查是否有蓬煤現象。若有則立即組織清理，無蓬煤現象或檢修清理完畢，要求值長將煤倉攝像頭截圖發(fā)送運行工作群，通知燃料正常上煤，降倉位操作結束。

煤倉燒空，停運給煤機，關閉給煤機進出口電動門，降低磨煤機一次風量，聯系檢修檢查。若確認無蓬煤、積煤，則檢修清理完畢，要求檢修中將煤倉及旋轉煤斗檢查情況拍照發(fā)送安全生產群[3-4]。

各煤倉降倉位或清倉時間按表1 執(zhí)行，若對應煤倉未摻配煤泥，則無須降倉位或清倉。清倉操作每月1 次，在每月的第1 個完整周執(zhí)行。1 號機組周一至周四執(zhí)行清倉操作，2 號機組周一至周五執(zhí)行清倉操作，其余時間均執(zhí)行降倉位操作。

表1 每周清倉排表

在機組運行過程中，加強各倉煤位檢查，若某一煤位長時間不變動，則進行降倉位檢查；若有蓬煤則聯系檢修進行清倉處理；若因負荷、缺陷等因素導致制粉系統未運行，匯報鍋爐專業(yè)及分管經理，降倉位或清倉操作時間另行通知。

1.3 摻燒煤泥的實際現場反饋和調整

經過設備改造和定期降煤位等技術管理手段后，雖然蓬煤斷煤的現象不可避免，但是來煤較為潮濕時，效果十分明顯。摻燒煤泥初期，高峰期時曾經出現8 h 內斷煤25 次的現象。在經過一系列改造措施后，如今多為瞬時斷煤。

國能徐州發(fā)電有限公司2×1 000 MW 設計煤為不易結渣的煙煤，設計煤種的低位發(fā)熱量達到5 016 kCal·kg-1。相較于未摻燒煤泥的正常工況，鍋爐參數上的變化主要體現在主再熱蒸汽溫度偏差和鍋爐中間點溫度的頻繁變化。摻燒煤泥后的部分煤倉發(fā)熱量只能達到4 200 kCal·kg-1，而其他未摻燒煤泥的煤倉只能達到4 700 kCal·kg-1。這是因為不僅各個磨煤層發(fā)熱量不同，而且同層磨本身的煤泥也會混合不均勻，所以煤粉的發(fā)熱量會存在一定差別，進入爐膛后在管壁溫度上的反應更加明顯，經常出現主再熱蒸汽溫度大幅偏差，偏差最大時在30 ℃左右，從而在鍋爐管壁上體現為頻繁性的超溫超限[5]。煤粉的發(fā)熱量大幅變化，也會引發(fā)總煤量的變化，進而導致蒸汽溫度和機組參數出現一系列變動。

對于蒸汽溫度的變化，通常采取3 種措施。第一，在偏高側使用過熱器的出口減溫水降低偏差，偏低側盡量不用減溫水，降低蒸汽溫度偏差，確保汽輪機進汽參數滿足要求。第二，調整二次風設定，在滿足風機要求的情況下，適當提高送風機出力，增大二次風箱壓力，以提高二次風壓力，確保二次風的剛性。在該廠1 000 MW 機組的低負荷工況中，對減少氣溫偏差、再熱蒸汽溫度偏低現象有明顯效果。經過實際操作和觀察，該方法能夠將3 個出口兩側蒸汽溫度偏差控制在10 ℃以內，再熱蒸汽溫度提高9 ℃左右，同時調節(jié)了二次風的配比與燃燒器的擺角高度，對控制鍋爐中間點溫度也具有積極作用。第三，改變磨煤機出力，調整煤泥倉內煤泥的參配比例。對于運行人員來說，調整各層磨煤機煤量分布和磨煤機出口風粉溫度與風量，適當調節(jié)磨旋轉分離器的轉速等方法也能夠調節(jié)蒸汽溫度偏差，但是沒有減溫水調節(jié)方式效果好。

在摻燒煤泥時，石子煤量的增加是一個相對嚴重的問題。石子煤排出裝置在磨盤以下，減速箱以上。磨煤機的混合風從石子煤腔室進入，通過磨煤機風環(huán)將煤粉吹起，無法磨碎的石子煤通過風環(huán)掉入石子煤腔室。在磨碗的下部安裝有石子煤刮板隨磨碗一起轉動，將石子煤刮入石子煤排放口，石子煤從排放口掉入石子煤斗。在摻燒經濟煤期間，經常有不易碾碎的煤顆粒和石子進入石子煤斗。經統計：未摻燒經濟煤前，每臺磨1 ～2 h 可排一車石子煤；在摻燒經濟煤后，每臺磨高峰期間每10 ～15 min 排一次石子煤，對石子煤排放人員的體力提出了一定要求。如果石子煤排放人員排放不及時，堵磨、石子煤排放口積熱發(fā)紅、積渣等現象就不可避免，石子煤排放不及時導致的停磨時有發(fā)生。

針對上述問題，采取的措施包括及時聯系就地石子煤排放人員，加強排放和聯系；及時更換大石子煤斗車，根據情況直接將石子煤排放至地上，然后聯系鏟車清理；運行人員及時調整給煤量、磨煤機風量、磨煤機旋轉分離器轉速、一次風壓等；及時調整煤種。其中，調整給煤量的效果強于降低磨煤機旋轉分離器的轉速，提高磨煤機風量效果最次。但是，調整磨煤機煤量需要考慮是否滿足總煤量的需求，在節(jié)能降耗的要求下，降低磨煤機旋轉分離器的轉速是更優(yōu)的調整方式。

旋轉分離器轉速的控制邏輯，如圖1 所示。在自動控制方式下，給煤量與分離器轉速函數曲線，如圖2所示。

圖1 磨煤機分離器轉速控制邏輯

圖2 給煤量與分離器轉速函數曲線

由圖2 可以看出，原設計的用意是隨著給煤量的提高，旋轉分離器的轉速會相應降低，在高負荷工況下，爐膛溫度和火焰強度仍能保證較粗的煤粉得到較好的燃燒。在摻燒經濟煤的工況下，特別是在煤泥含量較大時，面對75 t·h-1至滿負載90 t·h-1的煤量時，磨煤機的負載電流會明顯上升。正常電流為60 ～70 A，而此時電流會緩慢增長為80 ～90 A，磨煤機磨碗差壓也會緩慢增長并超過報警值3.2 kPa，體現在石子煤處的現象就是排放量明顯增多，磨煤機堵煤、石子煤排放口結渣堵塞等異常出現的概率明顯增高。

對此，常用的調節(jié)方法為手動降低分離器轉速。根據實際需求，可降低至500 r·min-1或400 r·min-1。根據鍋爐專業(yè)規(guī)定，為保證煤粉燃燒完全，同時保障下游電除塵設備的安全及脫硫塔的漿液品質，一般不允許將分離器轉速降至低于400 r·min-1。降低分離器轉速在實際操作中效果明顯，磨煤機的電流和磨碗差壓一般能夠迅速降至正常值，石子煤排放量也會減少。但是，煤粉未完全碾磨就輸送至爐內，相當于延遲了煤粉的燃燒時機，會導致鍋爐不完全燃燒率和排煙溫度上升，對鍋爐主再熱蒸汽溫度也有影響，還會造成下游煙道內集聚未完全燃燒的粉塵，存在一定的安全風險，因此降低旋轉分離器轉速應根據實際需求操作。

2 摻燒高硫煤

2.1 高硫煤摻燒面臨的問題

該廠自摻燒煤泥以來，會根據負荷情況摻燒高硫煤。煤中含硫雖然對著火和燃燒過程沒有明顯的影響，但是隨著含硫量的增加，煤粉的自燃傾向加大，常常會引起煤粉倉內煤粉溫度自行升高，甚至會在進入空氣時出現自燃。因此，在燃用高硫煤時，倉內煤粉不宜久存。燃煤含硫對鍋爐的最大影響，便是灰分產生煙氣對低溫受熱面的酸腐蝕和隨之而來的煙道積灰于堵塞問題。此外，由于煤質中的硫將以H2S 的形式析出，隨著CO 的大量生成，H2S 的濃度也會迅速升高。特別在水冷壁管的溫度達到300 ℃后，硫化氫的腐蝕程度與內壁溫度呈指數型變化，硫化氫可輕易穿過疏密Fe2O3層和磁性氧化鐵層，對水冷壁高溫區(qū)域造成嚴重腐蝕。同時，過熱器和爐膛受熱面的高溫腐蝕和污染也與含硫有直接關系。燃煤中的可燃硫在燃燒過程中被氧化，生成SO2及微量的SO3，硫酸鹽受熱也會分解出SO3。煙氣中SO2對受熱面的腐蝕和污染沒有明顯的影響，SO3含量雖然很少，但是它與煙氣中的水蒸氣化合形成硫酸蒸汽，會明顯提高煙氣的酸露點溫度，從而在低溫受熱面凝聚，造成酸腐蝕和污染。

2.2 調整方法和現場效果

面對摻燒高硫煤所產生的問題，應分情況采取相應措施。在發(fā)生高溫腐蝕運行時，開大周界風，增強一次風剛度。減少一次風量，降低著火熱，有利于煤粉完全燃燒。適當降低磨煤機入口風壓，必要時減少參配高硫煤磨的給煤量，一次風速盡量維持偏低值（18 ～20 m·s-1），提高二次風箱壓力，增大二次風速。噴燃器下擺，減弱水平切圓動能。由于煤的灰熔點低，應及時聯系燃料調度加強配煤，提高灰熔點。入爐煤中可以考慮摻入石灰石或白云石，減少SO3生成。如果燃燒不完全，生成的還原性氣體CO 過多，會導致灰熔點降低，應開大上層二次風，減少爐膛底部漏風，關閉不需要的底部干渣機進風門，同時提高二次風速及風量，改善水冷壁附近的補氣條件，使煤粉燃燒完全，減少CO 生成。在高負荷運行期間，適當開大上部分離燃盡風，運行中維持偏低氧量。

在出現低溫腐蝕時，運行調整措施包括及時聯系燃料調度減少入爐煤水分，加強配煤工作；運行中維持低氧量，減少SO3生成；入爐煤中可以考慮摻入石灰石或白云石，減少SO3生成；如果排煙溫度低于105 ℃，則應保證空氣預熱器不吹灰；空氣預熱器吹灰前要完全疏水，防止帶水；正常運行期間，投用冷端吹灰程控，不投用熱端吹灰程控，避免出現低溫腐蝕的環(huán)境[6]。

由于降低SO2排放量與鍋爐高、低溫腐蝕對立，為了滿足環(huán)保排放要求，當SO2排放量高時，可以按照應急運行調整措施進行反向調整。一旦SO2排放量降低，立即恢復原來的調整方式，避免造成鍋爐的高、低溫腐蝕，并在BFS++交接班系統記錄。

參配高硫煤期間，不僅對機組設備的壽命產生了挑戰(zhàn)，而且需要加強對環(huán)保參數的監(jiān)視。該廠在原煙氣含硫量超過2 000 mg·m-3時，特別是在脫硫塔漿液品質較差時，凈煙氣SO2會有明顯上升。運行人員通過降低參配高硫煤磨的煤量、及時倒換磨以及降低磨煤機一次風量等措施，有效降低了SO2排放量，確保機組安全穩(wěn)定運行。

3 結語

摻燒經濟煤能夠明顯提高火力發(fā)電廠的效益，但是會影響輸煤系統、制粉系統、鍋爐爐膛及附屬設備、排渣系統等設備的安全和使用壽命，同時對機組的運行安全提出挑戰(zhàn)。因此，應針對這些出現的問題實時跟蹤設備狀況，進行相關設備的改造和措施整改。運行人員通過調整磨煤機的運行方式，輔以其他相關手段，在一定程度上保持機組安全高效運行，延長了設備壽命，使得摻燒經濟煤能夠產生更高的經濟效益。