锅炉掺烧褐煤安全性和经济性分析

李前胜，李正文，许 静

（1.华能大连电厂，辽宁 大连 116100；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

锅炉掺烧褐煤安全性和经济性分析

李前胜1，李正文2，许 静3

（1.华能大连电厂，辽宁 大连 116100；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

分析了在设计煤种为优质烟煤的锅炉中掺烧褐煤的安全性和经济性，由于褐煤相对于优质煤种容易爆炸，且外在水分高、低位发热量低，会对磨煤机甚至整台机组的满出力运行造成影响。同时，对掺烧褐煤后机组供电煤耗的影响因素，即锅炉排烟损失、锅炉飞灰含碳量和辅机电耗进行探究。

烟煤；褐煤；掺烧；安全性；经济性

近年来，电煤价格极不稳定，受经济环境、煤炭产量、运力等因素影响，电煤价格波动较大。在电厂发电成本中，燃煤成本占其生产成本的大部分，因此燃煤价格波动对发电厂的经济效益影响较大。掺烧非设计经济煤种，提高经济效益，一直是各电厂不断探索的课题。某电厂为应对燃料市场价格较高，对燃用优质烟煤的锅炉掺烧褐煤，并积累了一定经验供参考。

1 掺烧褐煤安全性分析

1.1 电厂锅炉与褐煤锅炉的比较

某电厂共有4台350 MW发电机组，1、2号锅炉为亚临界参数、单汽包、一次再热、平衡通风、控制循环煤粉炉，配备5台RP903型中速直吹式磨煤机，燃烧器为直流型式，四角切圆布置，4台磨煤机运行可满足机组额定出力。3、4号锅炉为亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、自然循环煤粉炉，安装4台MPS89G型中速磨煤机，4层低NOχ旋流燃烧器前后墙对冲布置，3台磨煤机运行可满足机组额定出力。

a.炉膛容积热负荷

炉膛容积热负荷反映了一定的炉膛流场和温度场下燃煤和其燃烧生成物停留的时间。在锅炉出力相同的条件下，炉膛容积热负荷越大，说明炉膛容积越小，滞留时间越短，对煤粉燃尽越不利，锅炉越容易结焦［1］。

1、2号锅炉的容积热负荷为117.13 kW／m3，同型式的褐煤锅炉推荐值为80～90 kW／m3，高出推荐值上限30.1%。3、4号锅炉的容积热负荷为118.15 kW／m3，同型式的褐煤锅炉推荐值为75～100 kW／m3，高出推荐值上限18.6%。过高的容积热负荷将使锅炉容易结焦。

b.炉膛断面热负荷

炉膛断面热负荷反映了炉膛水平断面上燃烧产物的平均流动速度。炉膛断面热负荷越大，说明断面平均流速越大，煤粉流的紊流和混合条件可能增加，有利于提高燃烧强度和增加稳定性，但会相应增加水冷壁表面的结焦和高温腐蚀现象。

1、2号锅炉炉膛断面热负荷为4.93 MW／m2，同型式的褐煤锅炉推荐值为3.7～4.7 MW／m2，高出推荐值上限4.9%。3、4号锅炉炉膛断面热负荷为3.94 MW／m2，同型式的褐煤锅炉推荐值为3.5～4.5 MW／m2，3、4号锅炉炉膛断面热负荷在推荐值范围内。因此，1、2号锅炉炉膛结焦可能性较大［2］。

c.燃烧器区壁面热负荷

从燃烧器区壁面热负荷数值可看出炉膛内着火强烈区的火焰温度高低。燃烧器区壁面热负荷越小，说明该区域温度越低，结焦的可能性越小。

1、2号锅炉燃烧器区壁面热负荷为1.62 MW／m2，同型式的褐煤锅炉推荐值为1.0～1.6 MW／m2，基本与推荐最大值一致，结焦可能性不大。3、4号锅炉燃烧器区壁面热负荷为2.38 MW／m2，同型式的褐煤锅炉推荐值为1.1～1.7 MW／m2，高出推荐值上限40%，使燃烧器区壁面结焦可能性增大。

1.2 褐煤与设计烟煤的比较

电厂4台锅炉原设计煤种为优质晋北烟煤，掺烧的褐煤主要为扎莱诺尔褐煤，褐煤与设计煤种对比如下。

a.爆炸性

根据《电站磨煤机及制粉系统选型导则》规定，煤粉爆炸性指数大于3.0属易爆煤种，掺烧的2批褐煤爆炸性指数都远高于3.0，属极易爆炸煤种，显示燃用褐煤将有较强的爆炸风险。

b.水分

中速磨煤机适宜研磨外在水分为19%以下的褐煤，2批褐煤的外在水分远高于设计煤种，且其中1批褐煤的外在水分高于19%，在利用原有磨煤机研磨褐煤时，磨煤机干燥出力可能达不到褐煤的要求，磨煤机出口温度将偏低，需限制出力运行。

c.低位发热量

设计煤种低位发热量低限值为22 431.6 kJ／kg，2批褐煤的低位发热量分别低于设计煤种低位发热量低限值的16.5%和12.7%，可见掺烧褐煤可能影响机组的满出力运行。

2 掺烧褐煤经济性分析

2.1 影响经济性的主要因素

a.锅炉排烟损失

由于褐煤的发热量较低，相同锅炉蒸汽负荷下，锅炉总煤量和总风量增加，再加上掺烧褐煤后锅炉受热面结焦加剧，导致锅炉排烟温度升高，使锅炉排烟热损失增加。

b.锅炉飞灰含碳量

为提高掺烧褐煤的磨煤机出口温度，增加磨煤机一次风偏置，使磨煤机一次风量增加，导致褐煤燃烧滞后，炉膛火焰中心上移，但由于褐煤煤化程度低，燃尽性较好，掺烧褐煤后，锅炉飞灰含碳量有所下降，锅炉固体未完全燃烧热损失减小。

c.辅机电耗

送风机、引风机、一次风机、磨煤机及增压风机的电耗和锅炉总煤量及总风量有关。掺烧褐煤后，由于入炉煤发热量降低，锅炉总煤量和总风量增加。随着褐煤掺烧比例增大，辅机电耗呈增加趋势，机组厂用电率增大［3-4］。

2.2 机组供电煤耗计算

掺烧褐煤后，虽然锅炉机械未完全燃烧热损失减小，但由于排烟损失和厂用电率增加，机组供电煤耗随之增加。根据实际掺烧褐煤后锅炉运行参数，得出机组掺烧褐煤比例、负荷及供电煤耗的关系如下［5］。

机组实际供电煤耗等于100%ECR工况下机组供电煤耗加上不同负荷下与100%ECR工况的供电煤耗差：

式中 bgt——机组实际供电煤耗，g／kWh；

bgtECR——100%ECR工况下供电煤耗，g／kWh；

ΔbgtN——不同负荷下与100%ECR工况的供电煤耗差，g／kWh。

根据实际运行数据拟合：

式中：N为机组负荷，MW。

因100%ECR工况下机组供电煤耗等于100% ECR工况下全烧烟煤的供电煤耗加上100%ECR工况下燃用不同烟煤比例下与全烧烟煤的供电煤耗差：

式中 bgtECRY——100%ECR工况下全烧烟煤的供电煤耗，g／kWh；

Δbgtλ——100%ECR工况下燃用不同烟煤比例下与全烧烟煤的供电煤耗差，g／kWh。

根据实际运行数据拟合：

式中：λ为锅炉燃用烟煤比例，%。

将公式（6）代入公式（3）中，得机组供电煤耗：

bgtECR可通过性能试验和统计数据确定，λ和Ν可通过机组运行数据获取，因此，可得不同负荷、不同褐煤掺烧比例下的机组供电煤耗。

2.3 单位供电燃料成本计算

机组单位供电燃料成本是入炉煤标煤单价和供电煤耗的函数［6］：

式中 C——机组单位供电燃料成本，元／kWh；

bgt——机组供电煤耗，g／kWh；

B入炉煤——入炉煤的标煤单价，元／t。

式中 B烟煤、B褐煤——入炉烟煤、褐煤的标煤单价，元／t；

λ烟煤、λ褐煤——入炉烟煤、褐煤的重量比例，%；

Q烟煤、Q褐煤——入炉烟煤、褐煤的低位发热量，kJ／kg。

bgt可由式（7）求出，烟煤和褐煤标煤单价、重量比例和低位发热量可知，代入式（9）可求B入炉煤，因此，通过式（8）可求出不同负荷、不同掺烧比例、不同标煤单价、不同煤质下的单位燃料成本。

3 结束语

当前煤炭价格波动较大，掺烧经济煤种应从安全性和经济性2个方面综合考虑。煤种的低位发热量、水分等参数对机组运行的影响主要体现在锅炉排烟损失、锅炉飞灰含碳量和辅机电耗。本文通过试验数据和计算分析，为电厂掺烧非设计经济煤种、提高经济效益提供借鉴。

［1］ 陈立军，文孝强，王 恭，等.燃煤锅炉结渣特性预测方法综述［J］.热力发电，2006，35（6）：1-5.

［2］ 李 超，刘建民，吕 晶.湿法脱硫系统增效节能研究［J］.东北电力技术，2012，33（5）：4-7.

［3］ 王文生，尚海军，祝志福，等.1 021 t／h烟煤锅炉提高运行经济性的调整试验研究［J］.东北电力技术，2014，35（6）：20-22.

［4］ 张 峰.燃煤电厂循环经济与能值分析［D］.北京：华北电力大学，2011.

［5］ 薛 恺，李 强.300 MW机组发电煤耗影响因素分析［J］.洁净煤技术，2012，18（1）：98-101.

［6］ 刘福国，蒋学霞，李 志.燃煤发电机组负荷率影响供电煤耗的研究［J］.电站系统工程，2008，38（4）：47-49.

Safety and Economy Analysis on Lignite Burning

LI Qian⁃sheng1，LI Zheng⁃wen2，XU Jing3（1.Huaneng Dalian Power Plan，Dalian，Liaoning 116100，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper analyzes the safety and economics of mixed coal burning boiler design for high quality bituminous coal.Since the lignite itself has thoses features such as high risks of explosion，external high moisture，how calorific at low level，which would impact full output of the mill and even the units.At the same time，analysis is made on coal consumption influce after mix coal burning，which refers to boiler flue gas losses，unburned carbon and auxilary electrical energy consumption.

Bituminous；Coal；Lignite；Safety；Economy

TK229.6；TK227.1

A

1004-7913（2015）01-0049-03

李前胜（1971—），男，学士，高级工程师，主要从事燃煤电厂锅炉运行工作。

2014-11-04）