何望飞
（沙角C电厂 何望飞 2008-05）
【摘 要】 近年来，煤炭资源供应紧张，燃煤电站锅炉很难稳定的燃用设计煤种，煤种多变、且偏离设计煤种对锅炉的安全运行带来许多新问题，如燃烧稳定性差、结焦、污染物排放升高等。目前，很多燃煤电厂通过混煤掺烧来解决这些问题。本文根据这一实际，结合沙角C电厂660MW机组锅炉进行混煤掺烧试验分析。
本文针对进入沙角C电厂的主力煤种进行基础性试验分析研究，重点以印尼煤、伊泰煤为单煤种及其相互之间的混煤为研究对象，首先在实验室分析研究其燃烧特性、燃尽特性、灰熔融特性并通过实验以提出适应660MW机组锅炉运行的混煤掺烧配比，再进一步通过现场试验，确定印尼煤、伊泰煤掺烧方案，对掺烧试验结果进行安全性和经济性分析，为今后锅炉掺烧工作提供科学依据。
【关键词】 燃煤锅炉 燃烧特性 混煤掺烧 配比
1．前言
沙角C电厂3´660MW机组锅炉是美国ABB-CE公司设计生产的亚临界参数、单汽包中间再热、控制循环锅炉，锅炉最大连续蒸发量为2100t/h，膜式水冷壁，单炉膛四角双切圆燃烧。炉膛尺寸（宽´深mm）为19558´16432，炉膛高57300 mm，宽深比为1.19，设计燃用国产神府东胜煤，校核煤种为澳大利亚进口煤。制粉系统为正压直吹制粉系统，配有6台HP983碗式中速磨煤机，设计煤种出力为53t/h，5台磨煤机即可满足BMCR出力。锅炉设计煤种为神华煤，但由于神华煤灰熔点低，锅炉很难长时间安全稳定运行，故投产运行以来，一直是燃用以神华煤为主的混煤；近年来因煤炭市场的影响，电厂来煤多变，各指标较大地偏离设计值，也影响了锅炉燃烧的经济性和安全性。为使锅炉在燃烧不同的非设计煤种（主要包括神华煤、伊泰煤、印尼煤等及其混煤）时均能运行在较佳状态，保证锅炉高效安全稳定运行并降低污染物排放，需要对锅炉进行一系列的计算、试验和调整，以确定最佳的运行方案。我们对进入沙角C电厂的主力煤种及其混煤首先进行基础性试验分析研究，再进一步通过现场试验，确定配煤掺烧方案，对掺烧煤种进行安全性和经济性分析，为今后掺烧工作提供科学依据。
本文重点针对以印尼煤、伊泰煤为单煤种及其相互之间的混煤，首先在实验室分析研究其燃烧特性、燃尽特性、灰熔融特性并通过试验以提出适应660MW机组锅炉运行的混煤燃烧方案，再进一步通过现场试验，确定印尼煤、伊泰煤掺烧方案，对掺烧印尼煤进行安全性和经济性分析，为锅炉掺烧工作提供依据。
2．实验室分析试验
实验室分析试验研究工作主要包括如下内容：
1）对两种单煤及按不同的掺比进行常规分析（元素分析、工业分析、发热量）；
2） 对各单一煤种及各掺比后的混煤样，得到两种单煤按不同比例掺混后的燃烧特性（如着火温度、固定碳平均燃烧速率、燃尽温度等）的变化，并结合常规分析数据，计算单煤及混煤各种燃烧过程指数，并进行等级划分；
3）对各单一煤种及各掺比后的混煤样，在滴管炉上进行燃烧试验，从而了解两煤种按不同比例掺混后的燃烬度；
4）对各单一煤种及各掺比后的混煤样，进行灰熔点分析和灰成分分析，了解其结渣特性、粘污特性指数等的变化；
5）通过上述混煤特性的试验分析研究结果，并结合电厂主力煤种的价格，运用模糊数学中的多目标决策方法提出混煤燃烧试验方案，为进一步进行现场试验奠定基础。
2.1 实验室掺比试验方案
针对沙角C电厂印尼煤、伊泰煤两个煤种的实际燃煤量制定以下四种分析掺配比例（表1）：
表1 实验室掺比试验方案
2.2常规分析结果
在实验室对印尼煤、伊泰煤两种单煤及四种不同配比混煤全部进行了工业分析、元素分析和氧弹发热量测试。测试结果如下（表2～表3）：
表2 单煤常规分析结果
表3 印尼煤与伊泰煤混配常规分析结果
2.3实验结果分析
常规分析指标是燃煤电厂最重要的选煤参数，它直接影响到电厂的安全经济运行。
全水分指标很重要。水分高，烟气比热容和烟气容积增大，致使锅炉排烟温度升高，锅炉效率降低，引风机电耗增加，同时制粉系统出力下降，直接影响锅炉负荷的稳定。水分过低，煤在堆存、取运过程中会引起扬尘。
煤中所含灰分及灰成分对炉膛和对流受热面的运行都有重要影响。灰分高，尾部受热面磨损加剧，电除尘器效率降低，也可能导致受热面结渣、积灰、高温腐蚀,还会导致发热量降低, 锅炉耗煤量增加，制粉系统出力下降，炉内着火条件变差。灰分过高，超过锅炉灰处理系统设计容量时，将迫使锅炉降负荷。灰分控制过低，优质煤掺混比例增加，燃料成本升高。
干燥无灰基挥发分Vdaf作为电厂用煤燃烧特性主要表征指标，为电厂运行人员所广泛应用。一般地，Vdaf高，煤的着火温度低，炉内易着火、燃尽。
发热量高低决定了锅炉每小时的燃煤量，也影响到制粉系统出力。发热量高，耗煤量小,制粉系统出力裕度大，制粉电耗也可降低些。混燃煤含硫量的多少直接决定了锅炉SO2排放量。
鉴于电站锅炉是按设计煤种设计，因此混煤煤质指标原则上应按锅炉设计煤质指标而定。沙角C电厂660MW锅炉机组设计煤种为国内神府东胜烟煤，校核煤种为进口澳大利亚烟煤。该厂煤质验收的主要常规分析标准要求挥发分大于23%，含硫量小于0.7%，发热量大于20.62MJ/kg。
我们通过常规分析实验，发现2种单煤和4种不同掺混比例混煤的挥发分含量、含硫量基本符合该厂这两个指标的验收标准。各单煤中印尼煤的发热量较低，未达到验收标准。受其影响，印尼煤为组分煤种的混煤的发热量也普遍较低。
从着火温度来看，印尼煤着火温度低，容易着火。4种不同掺混比例的混煤的着火温度均为于组分单煤着火温度之间，印尼煤与伊泰煤的混煤的着火温度随着印尼煤掺混比例的增加而降低，且降低幅度较大。但是通过着火稳燃特性判别指数的计算判断，我们发现单煤和混煤均处于易燃稳定区。
总体来说，2种单煤和4种不同掺混比例的混煤着火稳燃特性都很好。
从结渣特性实验可以看出，印尼煤和伊泰煤灰熔点较低，易结渣，由于组分煤种灰熔点较低，印尼煤和伊泰煤的混煤从判别结果来看全部易结渣，但3:2（印尼:伊泰）比例时，灰熔点略有上升，结渣性能略有改善。
2.4现场掺比试验方案推荐
通过实验室分析试验研究结果，运用模糊数学中的多目标决策方法推荐了现场混煤掺比燃烧试验方案。根据计算结果，综合考虑电厂实际中的各因素，推荐以下2个混煤方案为现场试验方案（表4）。
表4 现场试验配比方案
3.现场实际掺烧试验
鉴于掺配煤种印尼煤与原设计煤种成分差别较大，具有发热量低、水分大、灰份低、挥发份高的特点，因此在掺烧该煤种时可能出现给煤率高、磨煤机容易着火等问题。为了试验燃烧印尼煤时对机组运行参数的影响，特别是对制粉系统和燃烧系统的影响，为今后锅炉燃烧该煤种的可行性、安全性及经济性提供科学的依据，我们分别在3台锅炉上进行了掺印尼煤的燃烧试验。在掺烧印尼煤种试验中，主要考察下列方面：
1）在伊泰煤和印尼煤掺烧时，磨煤机是否能正常安全运行。
2）在掺烧印尼煤时，锅炉汽温、汽压、主汽流量、煤量等重要机组运行参数能否控制在规定范围内。
3）在掺烧印尼煤时，锅炉送、引风机、一次风机等重要辅机运行是否正常，机组满负荷运行时上述是否过负荷。
4）在掺烧印尼煤时，空预器入口烟温、空预器马达电流有何变化，能否控制在正常范围。
5）在掺烧印尼煤时，锅炉结焦情况变化以及捞渣机运行情况变化。
6）分析煤粉细度，测试锅炉热效率、NOx排放。
3.1掺烧方法及步骤
3.1.1掺烧前的准备
3.1.2掺烧工况
根据现场掺比试验方案，掺烧计划分三种工况进行：
第一工况：C磨煤机只烧印尼煤（只安排C磨烧印尼煤，其余磨上伊泰煤）
第二工况：C、E两台磨煤机烧印尼煤（C、E磨烧印尼煤，其它磨上伊泰煤）
第三工况：C、E、B磨煤机烧印尼煤（C、E、B磨烧印尼煤，其它磨上伊泰煤）
3.2掺烧试验操作有关事项
3.2.1运行人员加强对锅炉本体、磨煤机、捞渣机、送引风机、一次风机、空预器等设备就地巡视，发现异常及时处理。
3.2.2加强对煤种变化后锅炉运行的事故预想，并做好防范措施，确保机组安全运行。
3.2.3当磨煤机出口温度不正常急剧上升时，经调整无效时，手动跳闸给煤机，关闭热风闸板、冷风调节档板、密封风档板，当磨煤机出口温度不正常地上升到75度时，按磨煤机着火有关规定处理。
3.2.4烧印尼煤的磨煤机停运过程中，当煤量降低到40T/H，控制入口风温尽可能低后，手动停运给煤机，再进行磨煤机吹扫。
3.3掺烧结果分析
沙角C电厂采取分仓掺烧方式，与印尼煤掺烧的煤种主要是伊泰煤或神华煤，掺烧比例一般为1：4或2：3（印尼煤：伊泰煤），主要视伊泰煤或神混煤的热值确定掺烧比例。第三种工况（3：2掺配）在试验中出现炉膛负压波动较大，涉及到机组的安全运行，该方案不可行。在掺烧过程中，锅炉的燃烧情况及各运行参数都都比较正常。从辅机的运行工况分析，磨煤机的功率偏大，磨碗差压偏高。这与印尼煤本身高水分相关，这是影响磨煤机出力及机组带负荷的主要原因之一。另，从大小修的磨煤机、燃烧器检查情况来看，除部分喷然器出现轻微灼烧的痕迹，其他方面基本正常。从效率来看，锅炉的排烟温度无明显的变化，但从灰份的燃烬物分析，可燃物增加了。从锅炉结焦分析，锅炉的渣性结构没有明显的改变，受热面挂焦情况没有变化，但渣量明显的减少。
4.结论及建议
4.1 结论
沙角C电厂三台锅炉伊泰煤或神华煤与印尼煤掺烧结果表明，每台锅炉在C、E磨上烧印尼煤，其它磨上伊泰煤或神华煤时，机组能满负荷运行，锅炉主汽压力和主汽温度、再热蒸汽压力和温度、主汽流量均能控制在正常范围内,因此掺烧印尼煤是可行的。
为防止煤粉和个别煤矸石颗粒达到自燃的温度，在掺烧印尼煤时，注意加强磨煤机的监护，并确保防爆装置和自动保护正常投入。三台锅炉在C、E磨烧印尼煤时，其粉管出口处的平均炉膛温度比掺煤前高62℃~131℃，各粉管出口温度升高说明烧印尼煤时着火提前，这主要是印尼煤挥发份高而使煤粉容易着火。
从测试结果看，掺烧印尼煤时，NOx排放浓度没有特别异常的变化，掺烧印尼煤后飞灰可燃物含量有所下降，但排烟温度明显提高，锅炉热效率下降了0.50%。
4.2 建议
a) 印尼煤作为一种煤炭资源，在煤炭市场紧张的情况下，对我厂保证发电任务的顺利完成起到了一定的作用。但就印尼煤本身来说，因其与设计煤种的巨大差距，以及独特的成分，使印尼煤无论在锅炉运行的经济性、还是在锅炉运行的安全性方面，都不具有优势。作为一种资源的战略选择，印尼煤在我厂锅炉上燃烧是可以的，但同时必须为此做更多的工作，以保证机组的安全运行。
b) 应加强燃料质量的管理和采用先进的煤质监测及配煤设备。力争做到煤质多变，亦能保证入炉煤维持在一个相对稳定的水平。
c) 电厂煤场存煤要按不同煤质进行分堆，根据实际煤质情况配制入炉煤。有条件时，可掺烧其它不易结渣的煤种（但也要符合设计煤质要求）。每天应及时准确地提供入炉煤的工业分析和灰熔点，供锅炉运行人员参考，以利锅炉燃烧调整。燃料与设计燃料有较大差异时，应进行燃烧调整试验，以确定一、二次风量、风速、合理的过剩空气量、风煤比、煤粉细度、燃烧器倾角或旋流强度及不投油最低稳燃负荷等。
d) 在目前煤炭供应紧张的形势下，混煤掺烧将在一定程度上要长期实施。因此，需要对典型不同煤种混煤的燃烧特性（如着火、燃烬、结焦特性等）作更深入的研究(包括实验室研究和现场试验等)，以便更好地为锅炉燃烧调整服务，保证锅炉的安全经济运行。
【作者简介】
何望飞，男，1967年10月出生，现任沙角C电厂生产经营部锅炉主任工程师。1988年7月参加工作，本科学历，工程硕士学位，锅炉高级工程师。作者长期从事火电厂锅炉生产维修管理、技术管理和技术监督等工作，有较丰富的实践经验。
【参考文献】
[1] 郭嘉，曾汉才。电厂燃用混煤时掺烧比例的模糊最优化。电站系统工程。1994，1：46～48。
[2] 容銮恩，袁镇福等。电站锅炉原理。中国电力出版社，北京，1997。
[3] 胡伟锋等。配煤掺烧试验及分析。华东电力。1997，5：17～20
[4] GB19184-88《电站锅炉性能试验规程》
[5] 沈跃良等。沙角C电厂掺烧印尼煤试验报告。2005，4
[6] 陈刚等。 660MW机组锅炉非设计煤种高效低污染燃烧的研究与优化调整。2007，5