燃煤机组掺烧劣质褐煤制粉系统试验及分析

田俊义（天津大唐国际盘山发电有限责任公司，天津`301900）

燃煤机组掺烧劣质褐煤制粉系统试验及分析

田俊义
（天津大唐国际盘山发电有限责任公司，天津`301900）

摘`要：介绍盘山发电有限责任公司选择高水分、高硫分、低发热量的内蒙古劣质褐煤进行掺烧的燃烧试验，证明了劣质褐煤掺烧技术实际应用的可行性，同时对掺烧劣质褐煤的经济性进行了分析。

发电成本；劣质煤；掺烧比例；经济性分析

2010年，中国大唐发电集团要求将掺烧劣质煤作为双增双节的一项重要措施，为此，天津大唐国际盘山发电有限责任公司（以下简称“盘山发电公司”）积极开展了褐煤掺烧工作试点。

一、设备简介

盘山发电公司2×600MW火电机组是我国华北地区建设投产最早的600MW等级火电机组，工程于1998年10月开工，其中3号机组于2001-12-18正式投产，4号机组于2002-06-05日正式投产。盘山发电公司选用哈尔滨锅炉有限责任公司制造HG-2023/17.6-YM4型锅炉。锅炉为亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、Π型布置、全钢构架悬吊结构、半露天布置、控制循环汽包炉。采用三分仓回转式空气预热器，平衡通风，摆动式燃烧器四角切圆燃烧。设计燃料为准格尔烟煤。6套制粉系统为正压直吹式制粉系统，配置ZGM-123型中速磨煤机。

盘山发电公司设计上采用铁路专线运输燃煤，以高发热量、低硫分的准格尔优质烟煤为设计煤种，以准格尔—黑岱沟煤和晋北煤为校核煤种。其燃料特性及参数如表1、表2所示。

盘山发电公司多年来所使用的燃煤煤质基本稳定，热值平均在20MJ/kg以上，燃烧工况稳定，没有发生过因为燃煤煤质问题引发的锅炉灭火、制粉系统自燃等事故。2010年5月实际使用的煤种特性及参数见表3。

二、劣质褐煤的实际情况

盘山发电公司进行劣质煤掺烧的煤种为内蒙古东胜利二号矿的褐煤。该褐煤具有水分高、硫分高、发热量低等特性，掺烧后给机组的效率和安全带来一定问题。东胜利二号矿褐煤收到基水分在38%左右，低位发热量约11.8MJ/kg，含硫量1.91%，具有高水分、高含硫量、高灰分、低热量、灰熔点低等特点。盘山发电公司首批购入准备进行掺烧试验的褐煤特性参数以及和实际燃用煤种参数的对比情况如表4所示。

表1　设计及校核煤种参数特性

表2　设计煤种的灰渣特性

表3　盘山发电公司2010年5月实际燃煤特性参数

表4　首批购入褐煤与近期实际燃煤化验数据对比

从表4对比可以看出：褐煤的各项指标与盘山发电公司设计煤种、目前实际煤种都存在着较大的差距。掺烧褐煤后对机组的效率、经济指标、环保指标以及机组运行安全、设备安全等都带来一定影响，尤其是加大了制粉系统自燃的可能性。为保证掺烧褐煤工作的正常进行，必须先进行慎重的实际燃烧试验。

三、褐煤掺烧试验及分析

掺烧试验按照褐煤和其他煤种掺配比例的不同分为3个阶段进行。由于褐煤的水分大、挥发分高，属于不易干燥但又容易自燃的煤种。因此掺烧期间磨煤机出口温度是否能够维持在最低允许温度55℃以上，是整个试验比例是否继续增大的关键制约因素。

1.褐煤和其他煤种按照1：3比例掺烧

28日上午1：3比例掺烧试验期间，4号炉D磨出口温度设定值70℃，热风偏置3。煤量逐步由40t/h增至60t/h。试验期间，磨煤机煤量和出口温度曲线见图1。

图1　褐煤和其他煤种按1∶3掺烧时煤量和磨出口温度曲线

由图1可以看出：在煤量由40t/h逐渐增加到60t/h的过程中，磨煤机出口温度基本能保持在设定值70℃。试验过程中燃烧情况稳定，脱硫参数变化不大，锅炉渣量、渣块颗粒度均无明显变化、汽温及壁温处于可控。可初步认为此比例掺烧对锅炉燃烧影响不大、磨煤机干燥能力余量较大、从渣量及渣块颗粒上看炉膛结焦情况不明显。可以进行下一阶段即按1∶1比例掺烧的试验。

2.褐煤和其他煤种按照1：1比例掺烧

5月28日下午16∶00～19∶00进行了1∶1比例掺烧试验。试验期间，4号炉D磨出口温度设定值70℃，热风偏置3，煤量逐步由45t/h增加到60t/h。试验期间，磨煤机煤量和出口温度曲线见图2。

由图2可以看出，在1∶1掺烧比例下，磨煤机出口温度反应明显。煤量45t/h时，将热风偏置逐渐提高至10，出口温度最低66℃，无法维持设定温度（70℃）。试验煤量最高60t/h时磨煤机出口温度最低能维持在59℃，热风调门开度最大为41%，一次风量89.7m3/ h，从出口温度上看（经验数据认为最低不能低于55℃），磨的干燥出力还有一定余量，但余量不大。

图2　褐煤和其他煤种按1∶1掺烧时煤量和磨出口温度曲线

在整个试验过程中，脱硫出口SO2参数基本正常能保证在60mg/m3以下，但是烟气出口氮氧化物NOX含量明显增大，第一阶段3∶1掺配时能维持300mg/m3以下，1∶1掺配时，一直在300mg/m3以上，29日下午15∶15～18∶45超标1.5h，最高达710mg/m3（标准为小于450mg/m3）。掺烧过程中，除灰专业检查锅炉排渣量、渣块颗粒度无明显变化，汽温超温趋势没有增加，初步认为水冷壁结焦情况应该不严重。

综合第二阶段1∶1试验分析结论，提出了如下建议：可以继续进行第3阶段即百分百褐煤掺烧试验，但对试验前景需持谨慎态度；在4号机停机检修前完成全部3个阶段的掺烧试验，检修时对锅炉受热面结焦情况进行实际检查，以完善整个掺烧试验分析。

3.百分百纯褐煤掺烧

从6月19日02∶00～8∶00期间，在3号炉C磨进行了百分百纯烧褐煤试验。试验开始，磨煤机煤量保持33t/h，最低减至30t/h。试验期间，磨煤机煤量和出口温度曲线见图3。

图3　百分百纯褐煤燃烧时煤量和磨出口温度曲线

从图3可以看出，百分百烧纯褐煤对磨煤机出口问题影响很大，煤量只能在30～33t/h范围内运行。33t/h煤量对应磨出口温度只能维持在57℃左右，对磨煤机的出力有了较大限制。试验期间，从汽温、渣量及渣块颗粒大小等方面情况看，受热面结焦情况应该不严重；环保参数方面，出口SO2基本在合格可控范围内，NOX含量还是比较高（最高427mg/m3），需要从运行调整上加强调整。

如果采取单台磨百分百纯烧褐煤，每天烧褐煤600 ～700t，单台炉的掺烧比例最大为20%，对燃烧情况以及锅炉的稳定运行目前看来影响不大，从技术和安全上来说，单台炉单台磨纯烧褐煤是可行的。但是由于百分百烧褐煤严重限制了磨煤机的出力，磨煤机的一次风量大且煤量低导致高负荷时有可能6台磨运行、低负荷4台磨运行，使一次风机耗电量每天增加2万多kW·h，同时磨煤机单耗增大，增加运行成本。

4.褐煤掺烧试验结论

（1）由于掺烧褐煤导致磨煤机出口温度降低，影响锅炉效率降低，对机组的经济性产生一定影响；由于褐煤水分大对磨煤机出力有一定限制，增加了磨煤机的运行台数，磨煤机单耗升高；

（2）由于烧纯褐煤导致单台磨的一次风量加大，使一次风机单耗升高；使厂用电率升高，有必要对掺烧方式做进一步调整；

（3）据3种比例的试验结果，以下几个备选掺烧方案从安全和技术角度来讲是可行的：一是单台磨白天烧褐煤，晚上烧其他煤种，保证低负荷时3台磨运行；二是一台炉两台磨烧1∶1的混煤，提高每台磨的出口温度，提高锅炉效率；三是两台炉各一台磨进行1：1掺烧。

盘山发电公司经过3个阶段的掺烧试验，综合掺烧的实际情况，最终采取的掺配方式以“分磨上煤，炉内掺烧”为主，以煤场褐煤与低硫煤按1∶1比例混煤为辅的掺配方式进行掺烧，全年掺烧褐煤6.27万t，较好的完成了年度劣质褐煤的掺烧任务。

四、经济性分析

掺烧褐煤达到了降低燃料成本的目的，但是同时也使一些成本费用增加和机组经济性降低，需通过总体分析确定掺烧所产生的综合经济效益。

以7月为例，简单进行褐煤掺烧的经济性分析。

（1）盘山发电公司7月全月耗煤约25万t，掺烧褐煤1.9万t，折合标煤0.7万t，褐煤掺烧带来综合标煤单价降低约131.8元/t，该月燃料成本共降低92.34万元；

（2）褐煤影响入炉煤热量降低0.74MJ/kg，影响锅炉效率降低0.21%；褐煤影响入炉煤水分升高2.02%，影响锅炉效率降低0.04%，合计引起锅炉效率降低0.25%，影响供电煤耗升高0.75g/kW·h，增加燃料成本26.84万元；

（3）褐煤影响入炉煤全水分升高2.02个百分点，引起送、引风机和制粉系统耗电率升高，厂用电率升高0.01%，入炉煤硫分升高0.06个百分点，引起脱硫耗电率升高，厂用电率升高0.01%，合计影响厂用电率升高0.02%，减少上网电量10.4万kW·h，减少电费3.99万元；

（4）7月燃烧褐煤1.9万t，硫分1.3%，SO2排放量19.86t，排污费12543元；不掺烧褐煤状态下煤的硫分为0.51%，SO2排放量是4.03t，排污费2545元。燃烧褐煤比燃烧正常煤多排SO215.83t，多缴费9998元。即由于煤质含硫量增加，造成SO2排放量增加，相应排污费增加9998元，为保证脱硫效率石灰石增加570t，相应增加材料费用85500元，以上两项增加费用合计环保成本增加9.55万元，未考虑氮氧化物排放量的增加。

综上所述，在不考虑设备磨损以及人工费增加的情况下，7月褐煤掺烧综合效益约为51.96元。

五、结语

盘山发电公司2010年成功掺烧劣质褐煤6.27万t，节约燃料费用150多万元，为完成全年的各项经营指标做出贡献。

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