分磨掺烧蒙煤对300 MW机组运行的影响研究

2014-11-15 08:25曹御风

浙江电力 2014年4期

曹御风

（浙江浙能温州发电有限公司，浙江乐清 325602）

温州发电厂300 MW机组设计煤种为高灰熔点优混煤，常用煤种为优混和富动24，其中富动24属于蒙煤类与优混类的预混配煤，其中蒙煤的掺配比例约为60%～67%。为保障发电厂供煤的灵活性和安全性，本文探讨300 MW机组分磨掺烧蒙煤的可行性，以及分磨掺烧蒙煤对NOX排放、锅炉结渣倾向性、燃烧经济性等方面的影响，提出锅炉分磨掺烧蒙煤的合理方案。

1 蒙煤及其配煤的基本特性

试验选择蒙煤作为研究对象，同时选择发电厂常用煤种优混和富动24作为对比煤种，3个煤种的煤质分析如表1所示。

利用德国NETZSCH公司STA449C型热天平对3个原煤和配煤样品进行热重分析（TG）试验，配煤为优混与蒙煤掺配，掺配比例为1:3，1:1和3:1。试验气氛为空气；升温速率20℃/min；升温范围0～800℃。通过热分析得到各煤种的TG曲线和DTG曲线（TG的一次微分曲线）分别如图1和图2所示，各煤种的着火温度（切线法）和燃尽温度（可燃物燃尽98%）如表2所示。

在着火性能方面，与优混煤相比，蒙煤有更好的着火特性，着火温度比优混煤低32.5℃，配煤的着火温度介于两者之间，略倾向于易着火煤。在保证安全性的前提下，煤的着火温度降低将使炉膛火焰中心下移，更有利于空气分级燃烧，降低NOX浓度，并具有更低的灰渣含碳量，同时也有利于降低减温水量。从图1和图2所示的燃烧过程来看，蒙煤与优混煤也具有良好的燃烧匹配性，其配煤呈现稳定的连续燃烧特性，没有出现燃烧分级现象。

图1 各原煤和配煤的TG曲线

图2 各原煤和配煤的DTG曲线

表1 试验煤种的主要煤质

表2 各煤种着火和燃尽温度

在燃尽性能方面，与优混煤相比，蒙煤具有优越的燃尽性能，燃尽温度比优混煤低46.9℃，配煤的燃尽温度介于两者之间，更接近于相对难燃的优混煤。

从表3中不同单煤及配煤后的灰熔融特性数据可知，直接燃用蒙煤时灰熔点偏低，具有明显的结渣倾向性。配煤后，随着优混煤掺配比例的增加，煤的灰熔点逐渐升高，即使掺混优混煤比例为25%，软化温度也达到1 350℃，这对于锅炉防止结渣具有重要意义。

表3 还原性气氛下单煤及混煤灰熔融特性

2 蒙煤的入炉分磨掺烧试验

2.1 机组概况

试验机组为300 MW亚临界、一次再热控制循环锅炉，配用5台HP-863中速磨正压直吹式制粉系统、单炉膛Π型露天布置、四角切向燃烧，摆动喷嘴调温，平衡通风，全钢架悬吊结构，固态排渣，锅炉设计煤种为山西优混煤，校核煤种为山西大混煤，设计煤种下锅炉主要运行参数如表4所示。额定负荷下，磨煤机投运方式为5磨4运行。锅炉已进行了空气分级低氮燃烧与SCR（选择性催化还原法）烟气脱硝改造。

表4 设计煤种锅炉主要运行参数

2.2 试验标准与方法

锅炉效率试验按照GB 10184-88《电站锅炉性能试验规程》中相关内容进行。SCR进/出口、空预器进/出口烟气组分和温度采用网格法进行测试，烟气组分采用德国ECOM烟气分析仪分析，烟气温度利用K型热电偶测量。

2.3 试验工况

试验期间保持300 MW额定负荷，控制炉膛出口氧量为3%，其余燃烧控制参数保持不变。试验煤种包括3个煤种：优混、富动24、蒙煤，其中优混、富动24单烧，优混、蒙煤分磨入炉掺烧（共4磨运行，掺烧比例分别为1:3，1:1，3:1）。文中5个试验工况分别命名为优混、富动24及B蒙煤、BD蒙煤、BCD蒙煤。

3 试验结果与分析

3.1 NOX生成浓度

不同入炉煤的省煤器出口NOX生成浓度如图3所示。在燃烧控制参数基本一致的情况下，燃用优混煤时的NOX生成浓度为264 mg/Nm3，燃用富动24比其低95 mg/Nm3（降低36%），故燃用富动24具有明显的低NOX优势。采用优混与蒙煤分磨入炉掺烧时，随着蒙煤掺烧比例改变，磨煤机由1台增加至3台，NOX生成浓度逐渐降低，和4台磨煤机全部采用优混煤相比，NOX生成浓度分别降低18%，30%和41%。根据图3中曲线走势，若燃用蒙煤，无论采用预混配煤还是分磨入炉掺烧，均具有明显的低NOX排放效果和相近的变化规律。

图3 不同入炉煤的省煤器出口NOX浓度

3.2 主/再热蒸汽温度

燃用不同入炉煤时，主/再热蒸汽温度如图4所示。燃用优混煤时，主蒸汽温度基本保持在540℃，随着蒙煤掺烧比例的增加，主蒸汽温度和减温水量总体呈降低趋势，不过考虑减温水余量的存在，掺烧蒙煤对主蒸汽参数影响不大。但不论燃用何种单煤还是掺烧蒙煤，锅炉再热蒸汽温度均不能达到设计值540℃，且温度变化无明显规律。

图4 不同入炉煤的主/再热蒸汽温度

3.3 锅炉结渣情况

不同入炉煤试验期间，对锅炉的结渣情况主要通过2个方面进行分析判断：

（1）通过锅炉不同位置观火孔对炉内大屏、折焰角、燃烧器喷口等位置的结渣情况进行观察比较。试验发现除优混煤结渣较少外，其它入炉煤试验期间，前屏位置均存在约3～4 cm结渣，后屏下沿存在少量不规则锯齿形渣。掺烧BCD蒙煤时，透过A侧折焰角处的观火孔观察，发现折焰角上部有堆积渣。

（2）从捞渣机渣量和渣的形态分析，优混煤排渣量最小，富动24及B蒙煤、BD蒙煤的渣量变化不大，渣的形状多以粉末状为主。BCD蒙煤燃烧试验期间的排渣量最大，渣量增加约1倍，且块状渣较多，少量渣块有明显的管子印记，且颜色发黑，断口呈现明显的熔融烧结形态，充分说明3台磨掺烧蒙煤时，炉内有严重的结渣现象。

3.4 锅炉运行经济性

燃用不同入炉煤时的灰渣含碳量如图5所示，燃用富动24或掺烧蒙煤比全部燃用优混煤具有明显的降低灰渣含碳量的优势。低NOX燃烧改造后，锅炉飞灰含碳量较正常水平整体偏高，导致燃用设计煤种时锅炉效率降低2%以上。不同入炉煤主要热损失如图6所示，燃用优混煤的飞灰含碳量为9.52%，固体不完全燃烧损失达到3.34%，而燃用富动24或掺烧2台及以上磨煤机的蒙煤时，飞灰含碳量降至5.54%～1.41%，固体不完全燃烧损失下降到1.24%～0.33%，即不论配烧（富动24）或分磨掺烧蒙煤，随着蒙煤比例的增加，固体不完全燃烧损失几乎呈线性下降。而各入炉煤之间的排烟损失（修正后）相差并不大，因此锅炉效率相差2%以上的主要原因是固体不完全燃烧损失的差异。