600MW火电机组印尼煤与高硫煤混煤掺烧优化

叶华浩1蒋和定1崔烽1李文1赵俊杰1,2

(1.国电浙江北仑第一发电有限公司浙江宁波315800;

2.国电电力发展股份有限公司，国电集团北京100101)

摘要：进行600MW亚临界燃煤火力发电机组锅炉掺烧低热值、低硫分的印尼煤和高硫煤的燃烧试验，分析燃烧工况，优化锅炉燃烧和机组运行方式，提高混煤掺烧的安全性和经济性。结果表明混煤掺烧的五种方法包括码头皮带掺混、单条皮带上掺混、转运站掺混、“梅花桩”煤场掺混和分磨掺混。总煤量、单位负荷的煤量和烟囱排烟温度随掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加而增大。风煤比随掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加而降低。负荷300MW时，相比只烧平混煤的工况，掺烧1~3台印尼煤时的总煤量分别提高3.6%、8.6%和12.9%；由于灰渣量增大和排烟热损失增加，锅炉效率损失分别提高0.3%、1.7%和2.1%。

关键词：燃煤火力发电机组；配煤掺烧；梅花桩堆煤；印尼煤；风煤比

1引言

随着煤价高涨，燃煤火力发电站为了降低燃料成本，不得不掺烧低硫、低灰、低热值的印尼煤，及正常热值的高硫煤[1-3]。印尼煤的燃烧特性严重偏离设计煤种，高硫煤在600MW亚临界锅炉的结焦特性也不明确[2-4]。因此有必要进行燃烧调整试验，分析两种煤的掺烧对锅炉燃烧特性的影响规律，以优化锅炉燃烧和机组的经济安全运行[3-5]。

本研究拟进行600MW亚临界燃煤火力发电机组锅炉掺烧低热值、低硫分的印尼煤和高硫煤的燃烧试验，分析遇到的问题，优化锅炉燃烧和机组运行方式，提高混煤掺烧的安全性和经济性。本文的分析有助于了解亚临界锅炉掺烧印尼煤和高硫煤的规律，通过运行优化和燃烧调整，减少异常工况，提高机组运行安全性和经济性。

2系统结构与煤种分析

以某电厂600MW亚临界燃煤火力发电机组为例，该机组特征为亚临界、单炉膛、强制循环、单汽包П型煤粉炉，配用带中速磨煤机的直吹式制粉系统，采用四角切圆燃烧方式，固态排渣，并配置有切向燃烧摆动式煤粉燃烧器。锅炉燃烧器采用四角布置，共24只切向燃烧摆动式燃烧器，每只燃烧器最大出力为13.5t/h，分六层布置，每层设置4只燃烧器。在顶部燃烧器上方各设一层燃烬风和辅助风喷口。燃用热值5356kJ/kg的设计煤种时，锅炉燃煤量248.6t/h，五台磨煤机运行，一台备用。

燃用的煤种参数如表1所示。印尼煤与设计煤种的参数偏离较大，印尼煤灰分低，含硫量低，灰熔点较低，固碳含量低，热值低，水分高，挥发分高。平混煤、国能煤与设计煤种的参数较为接近，平混煤含硫量高于设计煤种。由于印尼煤灰分较少，即使灰熔点较低，结焦问题也不突出。印尼煤硫元素含量低，可以降低SO2排放量。印尼煤挥发分高，氧化还原反应活性强，热力型NOx生成量较少。

表1燃用煤种的特性参数

3混煤掺烧方式和试验要求

混煤掺烧的方式包括：

（1）码头皮带掺混。码头皮带掺混是指针对两艘装载不同煤种的靠岸轮船，两台不同的卸船机同时往一条输煤皮带卸煤，在皮带上混合。

（2）单条皮带上掺混，两台斗轮机单线进仓。堆印尼煤的斗轮机以50%满负荷质量流量750t/h进仓，将印尼煤送入皮带机A；堆平混煤的斗轮机也以50%满负荷质量流量750t/h进仓，将平混煤也送入皮带机A。印尼煤和平混煤在皮带机A上实现掺混。

（3）转运站掺混，两台斗轮机双线进仓。堆印尼煤的斗轮机A以100%满负荷质量流量1500t/h进仓，将印尼煤送入皮带机A；堆平混煤的斗轮机B以100%满负荷质量流量1500t/h进仓，将平混煤送入皮带机B。皮带机A的印尼煤和皮带机B的平混煤在转运站中混合，最后由统一的一条皮带C送入原煤仓。调节斗轮机A和B的电机转速，可以调节两种煤的取煤速度和配煤比例。印尼煤和平混煤一般质量掺混配比为1:1，也可根据实际需要配比为7:3或3:7。

（4）“梅花桩”煤场掺混。煤场掺混采用分堆组合掺杂堆放印尼煤和平混煤，具体实施过程是指来一船印尼煤，进行梅花堆分散堆放，如图1所示。再来一船平混煤，在印尼煤的基础上进行覆盖堆放，煤堆最终呈近似梯形。梅花桩堆法的印尼煤高度约5米，平混煤覆盖后煤堆高度约8米。此种堆法的印尼平混混煤均匀性比皮带混煤效果差，但好处是只用一台斗轮机，另外一台相邻的斗轮机可以随时安排定期检修。

（5）分磨掺烧法是指不同的磨煤机燃用不同的煤种。

图1煤场的“梅花桩”单煤种堆煤图

掺烧印尼煤的磨煤机台数由0台，逐渐增加到3台，观察掺烧过程的运行参数变化。掺烧试验要求：

（1）再热器减温水量日平均值增加不超过110%或5t/h，视为可掺烧。

（2）空预器的进口烟温增加不超过10℃或不超过375℃，视为可掺烧。

（3）锅炉掉焦频次不超过1次/天，视为可掺烧。

（4）再热器减温水异常增大，通过炉膛吹灰能得到有限抑制；吹灰结束后，再热器减温水再次很快上升，视为不可掺烧。

（5）五台磨煤机运行时，混煤掺烧煤量不超过40%；四台磨煤机运行时，混煤掺烧煤量不超过50%。

大比例掺烧印尼煤时，如果出现受热面结焦加剧，过、再热器减温水量大增，过、再热器壁温明显升高，空预器进口烟温明显上升等不正常现象，应停止印尼煤掺烧，改烧平混煤。

4混煤掺烧试验数据分析

分磨掺烧的数据如表2所示，试验取值以15分钟为最小时间间隔，用4组试验数据来对比分析0~3台磨煤机掺烧印尼煤的燃烧工况影响规律。试验数据的时间来源10月14至11月4日，以海水作为循环水的温度波动约为2℃，会对结果分析造成一定的影响，但影响较小。表2中所谓的印尼煤为印尼煤和平混煤以1:1的比例在煤场掺混后的印尼平混混合煤，混合煤的热值等特性参数近似取为两个煤种特性参数的平均值。

表2分磨掺烧不同煤种的运行参数

图2示出总煤量随机组负荷和掺烧印尼煤的台数的增加而增大。掺烧3台印尼煤时的总煤量显著大于掺烧2台印尼煤时的总煤量，尤其在低负荷阶段时对比尤其明显。因为为了燃烧工况稳定和运行安全，掺烧印尼煤的磨煤机和燃烧器一直投运，升降负荷需要切换磨煤机时，只启停掺烧平混煤的磨煤机，低负荷下印尼煤所占总煤量的比例显著增大。掺烧2台印尼煤时的总煤量略微大于掺烧1台印尼煤，与预期相符。掺烧1台印尼煤时的总煤量和未掺烧印尼煤时的总煤量差不多，原因是掺烧1台印尼煤时气温转冷，循环水温度下降1.5℃，凝汽器真空更好，机组热力循环效率提高，供电煤耗下降，所需的总煤量略有下降。

机组负荷300MW时，掺烧0~3台印尼煤的总煤量分别为140、145、152、158t/h，印尼煤的实际掺烧比例为0%、12.5%、25%和37.5%，入炉煤平均热值为5126.5、4963.7、4801和4638.2kcal/kg。相比只烧平混煤的工况，掺烧1~3台印尼煤时的总煤量分别提高3.6%、8.6%和12.9%；由于灰渣量增大和排烟热损失增加，锅炉效率损失分别提高0.3%、1.7%和2.1%。

图3示出单位负荷的总煤量随机组负荷的增加而降低，随掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加而增大。随机组负荷增加，机组燃烧效率和热力整体循环热效率提高，供电煤耗降低，单位负荷的总煤量下降。随掺烧印尼煤台数的增加，由于印尼煤的热值只有平混煤的75%，带满同样的机组负荷，需要更多的印尼煤。

图3单位负荷的总煤量随机组负荷和掺烧印尼煤的磨煤机台数的变化关系

图4示出风煤比随机组负荷的增加而降低，随掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加而降低。随机组负荷增加，锅炉燃烧的过量空气系数降低，风煤比降低。随掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加，由于印尼煤固碳含量40.52%小于平混煤固碳含量43.17%，印尼煤燃烧的风煤比也小于平混煤。

图5烟囱排烟温度随机组负荷和掺烧印尼煤的磨煤机台数的变化关系

5结论

进行600MW亚临界燃煤火力发电机组锅炉掺烧低热值、低硫分的印尼煤和高硫分平混煤的燃烧试验，分析燃烧工况，优化锅炉燃烧和机组运行方式。结果表明：

（1）印尼煤与设计煤种的参数偏离较大，印尼煤灰分低，含硫量低，灰熔点较低，固碳含量低，热值低，水分高，挥发分高。平混煤、国能煤与设计煤种的参数较为接近，平混煤含硫量高于设计煤种。由于印尼煤灰分较少，即使灰熔点较低，结焦问题也不突出。印尼煤硫元素含量低，可以降低SO2排放量。印尼煤挥发分高，氧化还原反应活性强，热力型NOx生成量较少。

（2）混煤掺烧的五种方法包括码头皮带掺混、单条皮带上掺混、转运站掺混和“梅花桩”煤场掺混和分磨掺烧。大比例掺烧印尼煤时，如果出现受热面结焦加剧，过、再热器减温水量大增，过、再热器壁温明显升高，空预器进口烟温明显上升等不正常现象，应停止印尼煤掺烧，改烧平混煤。

（3）总煤量随机组负荷和掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加而增大。单位负荷的总煤量随机组负荷的增加而降低，随掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加而增大。风煤比随机组负荷的增加而降低，随掺烧印尼煤的磨煤机台数的增加而降低。烟囱排烟温度随机组负荷和掺烧印尼煤的磨煤机的增加而增大。

（4）负荷300MW时，相比只烧平混煤的工况，掺烧1~3台印尼煤时的总煤量分别提高3.6%、8.6%和12.9%；由于灰渣量增大和排烟热损失增加，锅炉效率损失分别提高0.3%、1.7%和2.1%。

参考文献

[1]张殿平,邓坚,钟礼今,王国强,方庆艳,张成,陈刚.印尼煤掺烧方式对锅炉运行性能的影响[J].广东电力,2015,28(3):5-8,16.

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[5]易晓波.掺烧印尼煤对机组安全稳定运行的影响[J].电力安全技术,2011,13(8):8-10.