大型循环流化床锅炉混煤策略及现场试验研究

幸双喜， 安　城， 刘爱平

（1.国网江西省电力科学研究院，江西南昌330096；2.江西分宜发电有限责任公司，江西新余336607）



大型循环流化床锅炉混煤策略及现场试验研究

幸双喜1， 安城2， 刘爱平2

（1.国网江西省电力科学研究院，江西南昌330096；2.江西分宜发电有限责任公司，江西新余336607）

摘要：江西分宜电厂9号机组锅炉为国产自主研发1025t/h循环流化床机组锅炉，由于混煤方式过于简单、粗犷，导致机组锅炉带负荷能力下降，锅炉燃烧效率低，严重影响机组安全经济运行。针对上述问题，本文通过研究锅炉混煤掺烧策略并结合现场试验，创造性地将煤的着火温度作为煤的重要评价指标，对该厂入炉煤，尤其是汽车煤，进行分类，从而对煤场堆放进行优化，并开展现场混煤工作。通过上述工作，机组锅炉的带负荷能力和经济性得到明显提高，同时为电厂购煤、堆煤提供了科学依据。

关键词：循环流化床锅炉； 混煤策略； 堆煤； 试验研究

0　引言

江西分宜电厂9号机组锅炉为国产自主研发1025t/h循环流化床机组锅炉（简称：CFB锅炉），受地理位置、运力等影响，该机组入炉煤多为当地汽车煤，且煤质多变，其中一个月内，锅炉入炉的汽车煤最多达30多种，混煤掺烧成为该厂必然的选择。但电厂以往只依据入炉煤的热值和挥发份两个指标来指导堆煤、混煤工作，由于混煤方式过于简单、粗犷，导致很多情况下，机组锅炉带负荷能力下降，燃烧效率低，影响机组经济运行。为此，本文首先选取15种进煤量大且有代表性的入炉煤，通过煤的热值和挥发份数据对入炉煤进行初步分类，再通过入炉煤的热重实验分析得到煤的着火温度和燃尽温度，并主要以着火温度为评价指标对入炉煤进行二次分类，以指导煤场堆煤（同一类煤集中堆放）。基于此，再确定现场混煤方案，现场混煤试验采用炉前混煤方式，共进行了4种不同的混煤配比试验，为保证试验准确可靠，每个混煤配比下均进行2个平行工况。另外，针对如何提高锅炉带负荷能力，各试验工况均选在锅炉最大连续出力下进行，通过测定锅炉效率、供电煤耗等参数，以确定锅炉最佳或较佳混煤方案，使机组锅炉的带负荷能力和经济性均得到明显提高，同时也为电厂购煤、堆煤提供科学依据。

1　锅炉概况

江西分宜电厂9#锅炉为1025t/h亚临界循环流化床锅炉，由哈尔滨锅炉厂设计生产。锅炉采用自然循环，单锅筒，整体布置为单炉膛、单布风板、一次中间再热、燃煤、固态排渣。

锅炉设计煤质参数见表1。

表1　设计煤质数据

2　入炉煤分类

确定进煤量大且具代表性的15种煤样，煤样的工业分析结果见表2。

表2　15种煤样的工业分析结果

2.1初步分类

由表2可见，从煤的挥发份和低位热值两个指标来划分，上述15种煤可初步分为两类。第1类为省外优质煤，共3种，分别为：陕西华龙、国投新集和神华煤。该类煤的空干基挥发分为30%左右、低位热值4611～5883大卡，属于高挥发份、高热值煤。

第2类为本地汽车煤，共12种，分别为：行健、众一、昌达电力、博邦、浏阳集镇、老棚里、广运、雷运、建桥、佳和、卷山、鹰翔。该类煤的挥发分7%左右、热值3900大卡左右（其中“博邦”挥发份略高，为12.27%、“浏阳集镇”热值略高，为4400大卡）。属于低挥发份、低热值煤。

2.2二次分类

同一类煤的燃烧特性仍然可能相差很大，因此需使用同步热分析仪分别对15个煤样进行单煤种的燃烧特性热重分析，研究不同煤种在燃烧特性方面的差异。限于篇幅，仅介绍陕西华龙煤的热重分析结果，如图1所示。

从图1可见，陕西华龙煤样的燃烧主要分为两个阶段。第一阶段，从环境温度加热到350℃，煤样在开始着火燃烧之前有一个比较明显的增重阶段，这是因为煤粉外表面和孔隙内表面吸附气体发生物理和化学吸附[1]；第二阶段，从350～633℃，该阶段主要包括挥发份的释放和绝大部分焦炭的燃烧过程。

2.2.1煤燃烧特性评价指标

本文将影响煤粉燃烧特性的因素分解为两个指标来讨论：着火温度和燃尽温度。前者评价煤粉着火燃烧的安全性和稳定性，后者评价煤粉燃烧的经济性。

着火温度的定义为：过DTG曲线的峰值点作垂线与TG曲线相交于一点，过这点作TG曲线的切线与TG曲线的平行线交于一点，该点所对应的温度即为通常所说的着火温度[2~4]。

燃尽温度的定义为：煤样可燃部分燃掉98%燃料量时所对应的温度[2~4]。

基于多个煤种燃烧特性试验的统计数据，本文提出煤评价分类标准如下：

将煤的着火难易情况划分成3类：1）着火温度≤450℃的为容易着火；2）着火温度在450℃~500℃间的为较易着火；3）着火温度≥500℃的为不易着火。

将煤的燃尽难易情况划分成3类：1）燃尽温度≤650℃的为容易燃尽；2）燃尽温度在650℃~700℃间的为较易燃尽；3）燃尽温度≥700℃的为不易燃尽。

2.2.2单煤着火温度和燃尽温度分析

15种煤样的着火温度和燃尽温度见表3。

从表3可见，博邦的着火温度和燃尽温度均最低，这表明博邦的燃烧特性最好（这与博邦煤的挥发份最高相对应），分为第1类；

行健、浏阳集镇、老棚里、广运、建桥、卷山、鹰翔7种煤的着火温度均低于600℃，燃烧特性较好，分为第2类；

众一、昌达电力、雷运、佳和4种煤的着火温度均高于600℃，这4种煤属于同一类，燃烧特性最差，分为第3类。

表3　15种煤样着火温度和燃尽温度一览表

3　煤场堆煤优化方案

该厂原有的堆煤方式比较简单，只是将省外优质煤和本地汽车煤分开堆放，而本地汽车煤则不加区分的一块堆放。根据上述煤质的分类，将煤的着火温度指标引入煤场堆放后，建议煤场堆煤如下：

（1）3种省外优质煤分两块堆放。其中华龙煤单独堆放；国投新集和神华煤一块堆放。

（2）12种汽车煤分3块堆放。博邦单独堆放；着火温度低于600℃的行健、浏阳集镇、老棚里、广运、建桥、卷山、鹰翔7种煤可一块堆放；着火温度高于600℃的众一、昌达电力、雷运、佳和4种煤可一块堆放。

4　混煤掺烧试验

4.1混煤掺烧方式的选择

CFB锅炉由于没有制粉系统，故选择“炉前掺混、炉内混烧”（简称“炉前掺混”）方式。如果掺混煤种过多，可能导致成本上升、燃烧情况更复杂[2]。综上，本次现场混煤试验选择2种煤进行掺混，即省外优质煤配比本地汽车煤。

4.2混煤掺烧试验概况

受锅炉分离器出口烟温超温限制，该炉经常无法带满负荷，即330MW负荷运行，为此，各混煤工况都选在锅炉最大连续出力下进行，以检验锅炉带负荷能力，为保证每种混煤配比的准确可靠，在每种混煤配比下，进行2个平行工况，取其平均值进行分析。混煤掺烧试验工况安排见表4。

表4　现场混煤掺烧试验方案

4.3混煤掺烧试验结果分析

现场混煤掺烧试验主要结果见表5。

表5　现场混煤掺烧试验结果

由表5可见：

（1）修正后锅炉效率最低为89.03%，最高为91.97%，两者相差2.94%。锅炉效率最低时，对应的混煤方式为华龙与众一配比，锅炉效率最高时对应的混煤方式为华龙与永明加鹰翔配比。

（2）供电煤耗最低为334.01g/kWh，最高为346.60 g/kWh，两者相差12.59g/kWh。供电煤耗最高时对应的混煤方式为华龙与众一配比，供电煤耗最低时对应的混煤方式为配煤为华龙与永明加鹰翔配比。

（3）锅炉带负荷能力最强的是华龙与行健+鹰翔+永明这四种煤掺配，能带到325MW左右，带负荷能力最弱是华龙与众一+佳和三种煤掺配，只能带300MW，最高最低差25MW负荷。

（4）锅炉配煤掺烧方式对锅炉排烟损失、厂用电率影响很小，对机械未完全燃烧损失影响较大。锅炉效率最低时主要是固体未完全燃烧损失比其他工况都高，而锅炉效率最高时主要是由于固体未完全燃烧损失比其他工况都低。

（5）华龙与第二类汽车煤即着火温度低于600℃的煤种配比时，锅炉带负荷能力与锅炉效率均高于华龙与第三类汽车煤即着火温度高于600℃的煤种配比。

综上，着火温度低于600℃的汽车煤（第二类汽车煤）与省外优质煤以8：2的配比时，锅炉带负荷能力基本可以达到满出力（325MW稳定运行），同时锅炉效率均能高于设计效率；着火温度高于600℃的汽车煤（第三类汽车煤）与省外优质煤以8∶2的配比时，锅炉带负荷能力较差，试验期间最高只能带315MW左右稳定运行，但锅炉效率基本能高于设计效率。因此，建议该厂优先购买着火温度低于600℃的煤种，并以8：2的比例与省外优质煤进行混掺。

5　结语

江西分宜电厂的CFB锅炉入炉煤来源复杂，种类杂多。之前由于混煤方式过于简单、粗犷，导致机组锅炉带负荷能力下降，燃烧效率低，严重影响机组安全经济运行。针对上述问题，本文通过研究锅炉混煤掺烧策略并结合现场试验，创造性地将煤的着火温度作为煤的重要评价指标，对该厂入炉煤进行分类，进而

开展有科学依据的混煤工作。通过上述工作，该机组锅炉的带负荷能力和经济性得到明显提高。同时，本文中采用的煤种分类和混煤方案也能为其他电厂的实际堆煤、混煤问题提供参考借鉴。

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修回日期：2016-03-22

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.003

中图分类号：TK227

文献标识码：B

文章编号：2095-3429（2016）02-0013-04

作者简介：幸双喜（1984-），男，江西高安人，本科，工程师，从事火电厂锅炉燃烧优化方面的试验、研究工作。

收稿日期：2016-01-11

Study on Blended Coal Strategy and Field Test of Large Circulating Fluidized Bed Boiler

XING Shuang-xi1， AN Cheng2， LIU Ai-ping2
（1.JiangXi Province Electric Power Test Research Institute，Nanchang 330096，China；2.JiangXi Fenyi Electric Power Generation Co.，Ltd，Xinyu 336607，China）

Abstract：Unit 9 boiler in JiangXi Fenyi electric power plant is the owning Chinese intellectual property right 1025 t/h circulating fluidized bed boiler，due to the mixed coal way is too simple，resulting in a decline in boiler load capacity and at the same time also bring the boiler combustion efficiency is low，seriously affecting the safe and economic operation.According to the above problem，this paper through studies the boiler blended coal strategy and combined with field test，creatively to the ignition temperature of coal，as an important evaluation indexes to the coal as fired，especially auto coal，by classification，so as to optimize the coal pile up，and the mixed coal work.Through the above work，the boiler load capacity and efficiency be improved obviously，at the same time for the power plant can provide a scientific basis to buy coal and coal pile.

Key words：CFB boiler； blended coal strategy； piles of coal； experimental study