锅炉低热值煤种掺烧的可行性分析及应对措施

侯荣利

摘要：当今燃煤电厂普遍采用低热值低单价煤质作为增加发电边际利润的主要手段。从磨煤机最大出力、风机运行状态评估、锅炉金属壁温评估、SCR入口NOx浓度对比、排烟温度对比、主、再热蒸汽温度及减温水量对比、环保参数评估、对空预器的影响分析、燃用低热值煤锅炉最低稳燃负荷试验，燃煤热值对锅炉效率、厂用电率以及制粉系统磨损的影响方面出发，从而指导火电厂优化进煤结构及合理配煤掺烧，为发电企业经营决策提供依据。

关键词：锅炉;低热值煤;掺烧;可行性;措施

Feasibility and response of low heat value coat to boilter

Abstract：In todays coal-fired power plants the low thwemal value of coal is the main method to increase the marginal profit of power generation .From coal mill optput，biggeat fan running status of boiler metal wall temperature assessment of SCR inlet concentration，exhaust smoke temperature contrast，the main and reheat steam tenperature and cooling water，environmental assessment parameters，analyzing the influence of the air preheater，lowest stable-combustion load test，the boiler effciency，the xervice-power consumption rate and the impactof the coal pulverzing system，so as to guide power optimiztion into the structure and the reasonable blending coal burning，provide a basis for the power plant mangement decisions.

Key Words：boiler;low calorific coal;blending combustion;feasibility;steps

引言：

近年来，随着高参数、大容量发电机组的投产，电力市场竞争日益激烈，几乎所有火电发电厂均存在利用小时数逐年下降的趋势。在发电量一定的情况下，高参数大机组有一定的优势，但燃煤作为最大的发电成本，直接影响整个电厂的经营情况。电厂依靠降低标煤单价去增加边际利润时，往往造成燃煤偏离设计煤种甚至远低于校核煤种。因此会衍生锅炉效率、厂用电率以及制粉系统磨损的不利因素。因此电厂考虑各种因素最小化，达到电厂利润的最大化。

1.机组概况：

某发电公司一期2×600MW亚临界燃煤汽轮发电机组，二期2×600MW超臨界燃煤直接空冷汽轮发电机组。一、二期机组电力通过500kV输电线路送入华北电网。

以二期3号机组为例，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超临界直流炉、一次再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉设计燃用河曲烟煤。制粉系统采用钢球磨煤机一次风正压直吹系统，煤粉细度R90=22.5%。每台锅炉配置6台MGS3854双进双出低速钢球磨煤机，BMCR工况下6台运行，磨煤机最大出力为52t/h。锅炉采用四墙布置的煤粉燃烧器、切圆燃烧。每角燃烧器设置六层一次风喷口。锅炉点火采用等离子点火，等离子点火装置布置在A、B层喷燃器，互为备用。

2.锅炉低热值煤燃烧可行性试验

2.1磨煤机最大出力试验：

磨煤机最大出力试验在燃用低热值煤4200kcal/kg时进行，对磨煤机容量风进行手动调节，调整磨煤机出力，直至磨煤机最大出力，煤粉细度R90=22.5%，磨煤机最大出力均能达到额定出力52t/h。总煤量为292.0t/h，如果折算到额定负荷600MW背压13.0kPa时，总煤量为318.6t/h，如果折算到额定负荷600MW背压27.0kPa时，总煤量为338.2t/h。

2.2风机运行状态评估：

在燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和低热值煤种（4200kcal/kg左右）时，根据3号锅炉的运行经验，运行人员为了防止风机失速，一般一次风机开度控制在75%以内，送风机开度控制在65%以内，引风机入口负压控制在-5.5kPa以内。燃用常用煤种时，锅炉负荷为595.3MW时，B侧一次风机已经开至69%，考虑机组背压的影响，当夏季背压在27.0kPa左右时，总煤量将由304.7t/h增大至324.1t/h，即还要多增加接近20t/h的煤量，B侧一次风机动叶开度就有可能超过75%，因而有失速的风险;送风机开度也有超过65%的可能，因而也有失速的风险。

2.3锅炉金属壁温评估：

在燃用常用煤种（4500kcal/kg）和低热值煤（4200kcal/kg）时，试验期间各工况金属壁温均没有出现超温报警的现象，但由于目前燃用低热值煤不能达到额定负荷600MW，因而金属壁温不好预测，从金属壁温情况来看，末级过热器、分隔屏和垂直管随着燃用低热值煤入炉煤量的增加，也有超温报警的可能。综合上述分析，限制锅炉燃用低热值煤带额定负荷600MW的因素不能排除金属壁温会超温的可能。

2.4 SCR入口NOx浓度对比：

在燃用常用煤种和低热值煤种时，各工况SCR入口NOx浓度对比，锅炉燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和低热值煤（4200kcal/kg左右）时，SCR入口NOx浓度变化不大，因而燃用低热值煤不会给机组脱硝带来太大影响。

2.5排烟温度对比：

在燃用常用煤种和低热值煤种时，各工况修正后排烟温度对比，锅炉燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和燃用低热值煤（4200kcal/kg）时，排烟温度变化不大，因而不会由于烟温变化而给低低温省煤器和除尘器带来太大影响。

2.6主、再热蒸汽温度及减温水量对比：

在燃用常用煤种和低热值煤种时，各工况主、再热蒸汽温度及减温水量对比，锅炉燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和燃用低热值煤（4200kcal/kg）时，在550MW电负荷，低热值煤再热汽温略有降低，减温水流量变化不大。

2.7环保参数评估：

在燃用常用煤种和低热值煤种时，环保参数对比，燃用低热值煤种（4200kcal/kg左右）与燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）相比，SO₂和NO_x浓度水平相差不大，但粉尘浓度却大幅增大，常用煤种与低热值煤种，电负荷都是550MW，而粉尘浓度却由3.04mg/Nm³增大至4.3mg/Nm³。综上所述，由于低热值煤种灰分增大，导致粉尘浓度升高而超出标准值，是限制3号锅炉带额定负荷600MW的一个因素。

2.8对空预器的影响分析：

由于燃用低热值煤，灰分增大，会增大空气预热器堵塞的风险，3号锅炉燃用低热值煤后，空气预热器差压有所增大，加强空气预热器差压的监视与统计工作。

2.9对接带负荷响应的影响：

由于热值下降，机组加减燃料变慢，AGC响应相对迟缓。夏季因环境温度升高凝汽器压力上升，机组煤耗及热耗相对增加，掺烧低热值煤时，燃煤量的增加使锅炉烟气量上升，其结果使空预器压差增加，为防止引风机失速而进行限负荷。造成因AGC响应不及时而罚款。

2.10燃用低热值煤锅炉最低稳燃负荷试验：

3号锅炉最低稳燃负荷试验，在燃用低热值煤的低位发热量为4000kcal/kg左右，进行B、C、D、E磨煤机运行锅炉最低稳燃负荷试验。试验主要结果，在锅炉稳定运行300MW工况对试验参数进行了记录和测量，期间锅炉燃烧稳定，运行参数平稳，金属壁温均在正常范围，A侧SCR入口烟温较低，距脱硝退出时SCR入口烟气温度297℃仅有7.5℃的裕量。

3.试验结论及建议

3.1 3号锅炉燃用低热值煤（4200kcal/kg左右）时，A、B、C、D、E、F磨煤机最大出力分别为57t/h、53t/h、53t/h、56t/h、55t/h、54t/h，六台磨煤机之和为328t/h。

3.2 3号锅炉燃用试验期间常用煤种（4500kcal/kg左右）时，在春、秋和冬季，机组背压按照13.0kPa左右考虑时，磨煤机出力有使锅炉达到额定负荷600MW的能力;而在夏季，机组背压按照27.0kPa左右考虑，磨煤机出力只有使锅炉勉强达到额定负荷600MW的能力。

3.3 3号锅炉在燃用试验期间的低热值煤种（4200kcal/kg左右）时，在春、秋和冬季，机组背压安照13.0kPa左右考虑时，磨煤机出力有使锅炉达到额定负荷600MW的能力;而在夏季，机组背压按照27.0kPa考虑时，磨煤机出力没有使锅炉达到额定负荷600MW的能力。

3.4对锅炉带负荷能力的判断是每台磨煤机都同时按照最大出力运行考虑的，而3号机组在实际运行中，一方面由于燃用低热值煤协调控制不好，目前不能使6台磨煤机同时达到最大出力，容易发生煤水比失调，因而建议对3号机组进行协调优化工作;另一方面，6台磨煤机同时达到最大出力如果煤质可磨度降低或者出现燃料过调现象时，有发生堵磨的危险，因而势必会给实际锅炉的带负荷能力打一定的折扣。

3.5以目前3号锅炉现有的设备状况，试验在春季进行，背压按照13.0kPa考虑，燃用常用煤种（4500kcal/kg）时，锅炉实际最大出力为600MW;燃用低热值煤（4200kcal/kg）时锅炉实际最大出力为550MW;预计在夏季工况，背压按照27.0kPa考虑，燃用常用煤种时，锅炉最大出力在570MW左右，燃用低热值煤时，锅炉最大出力在520MW左右。3号锅炉磨煤机出力不足是限制锅炉燃用低热值煤时带额定负荷600MW的一个因素。

3.6在燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和低热值煤种（4200kcal/kg左右）时，当如果按照夏季背压27.0kPa左右考虑时，一次风机、送风机和引风机都有临界或超过目前运行人员避免风机失速的控制值，因而风机有可能失速也是限制3号锅炉燃用低热值煤带额定负荷600MW的一个因素。

3.7燃用低热值煤种（4200kcal/kg左右）与燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）相比，环保参数SO₂和NO_x浓度水平相差不大，但粉尘浓度却大幅增大，常用煤种与低热值煤种在试验期间电负荷都是550MW时，粉尘浓度却由3.04mg/Nm³增大至4.3mg/Nm³。

3.8由于目前燃用低热值煤，在夏季机组背压按照27.0kPa左右考虑时，受磨煤機出力的限制，锅炉无法带至额定负荷，金属温度变化情况无法预测，因而限制锅炉燃用低热值煤带额定负荷600MW的因素不能排除金属壁温会超温的可能。

3.9锅炉燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和低热值煤（4200kcal/kg左右）时，SCR入口NO_x浓度变化不大，因而燃用低热值煤不会给机组脱硝带来太大影响。

3.10锅炉燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和燃用低热值煤（4200kcal/kg）时，排烟温度变化不大，因而不会由于烟温变化而给低低温省煤器给除尘器带来太大影响。

3.11由于燃用低热值煤，灰分增大，会增大空气预热器堵塞的风险，3号锅炉燃用低热值煤后，空气预热器差压已经有所增大。由于试验期间观察时间较短，建议：电厂加强空气预热器差压的监视与统计工作。

3.12锅炉燃用常用煤种（4500kcal/kg左右）和燃用低热值煤（4200kcal/kg）时，在550MW电负荷，燃用低热值煤再热汽温略有降低，减温水流量变化不大。

3.13 3号锅炉在550～600MW电负荷区间时，空气预热器漏风率在6%～7%之间，属于較为正常的情况。

3.14要保证3号锅炉在夏季也能带额定负荷600MW，燃煤低位发热量控制在4500～4600kcal/kg之间比较合适（协调优化好6台磨煤机能同时带最大出力为前提条件）;燃用低热值煤时（4200kcal/kg左右）锅炉的出力会受到限制，而要燃用低热值煤时达到额定负荷600MW，尤其是夏季背压高时也达到，则要对磨煤机、电除尘进行一定的技改。

3.15在燃用低热值煤（低位发热量为3800kcal/kg左右），投运B、C、D、E磨煤机，3号锅炉具有300MW电负荷的最低稳燃能力。试验期间，火检正常，环保参数达标，燃烧稳定，运行参数平稳，金属壁温均在正常范围，A侧SCR入口烟温较低，距脱硝退出时SCR入口烟气温度297℃仅有7.5℃的裕量。

4.低热值燃煤掺烧对运行经济性的影响

4.1锅炉燃煤热值变化对机组发电成本的影响

全厂燃煤费用，由于燃煤热值降低，燃煤单价降低，但AGC考核、石灰石用量、液氨用量、煤场管理费、灰渣运输费、年平均锅炉侧设备消耗等费用会增加。

4.2燃煤热值变化对锅炉效率的影响

燃煤热值降低后造成锅炉效率降低，一是燃煤变差即燃煤灰份增加，会引起固体不完全燃烧损失q4的增加，二是煤质变差时，煤粉火焰延长，燃尽时间相应增加，使得排烟温度和排烟氧量增加，从而引起排烟热损失q2的增加。燃用常用煤种时在600MW电负荷修正后锅炉效率分别为93.44%;燃用低热值煤种时在550MW电负荷修正后锅炉效率为92.96%;燃用低热值煤种时在330MW电负荷修正后锅炉效率分别为92.73%。

4.3燃煤热值变化对厂用电的影响

燃煤热值降低造成厂用电率增加的主要原因;一是煤质变化制粉系统出力增加，二是煤质变差时制粉系统阻力增加，导致所需风机的压头增加，造成锅炉风机电耗增加，三是煤质变差时锅炉产生的灰量、渣量必然增加，造成除尘、除灰电耗增加，同时因上煤量增加，造成输煤电耗增加。

4.4燃煤热值变化对制粉系统磨损的影响

燃煤热值降低时燃煤灰份增加，造成受热面磨损、吹灰频次增加、磨煤机本体、制粉输送设备磨损加剧。

4.5对维护费用的影响

锅炉四管防磨装置费用、锅炉平均每年换管费用、锅炉制粉、风烟设备更换以及防磨施工费用、空预器冲洗费用、灰场建设费、磨煤机钢球消耗及大齿轮喷射油消耗费用、输煤系统等费用会增加。

5.掺烧安全措施

由于低热值煤煤质存在发热量低、灰分高等特点，容易引起锅炉燃烧不稳，锅炉受热面积灰，各受热面管壁磨损严重，另外容易引起锅炉飞灰、大渣含碳量增大、锅炉效率降低等问题，给机组运行调整带来很大难度，为保证机组安全运行下发关于入炉煤煤质变化安全运行的措施。

5.1每天燃料运行人员将本班煤质情况向值长、单元长汇报，便于值长、单元长随时掌握入炉煤煤质情况。

5.2每次巡检时检查看火孔燃烧及锅炉结焦情况，及时发现锅炉结焦情况，以保持锅炉燃烧正常。

5.3低热值煤灰分大，加强对空预器差压监视，每周五统计空预器差压变化趋势，发现同负荷下空预器差压有增大趋势及时汇报，运行部及时对空预器吹灰方式进行调整防止空预器差压进一步增大，严格执行防止风机失速风机及失速后处理的技术措施。

5.4加强等离子系统的检查保证等离子的完好备用，尽量保证有等离子助燃的磨煤机正常运行，当有等离子层磨煤机有检修工作时工作结束后要及时启动，以便燃烧不稳能及时投入等离子助燃。

5.5严密监视磨煤机容量风及燃料主控变化情况，防止磨煤机出力大幅度波动，当磨煤机出力接近最大时及时启动备用磨煤机。

5.6在机组负荷较低320MW时，尽量避免磨煤机切换，如工作需要进行启、停磨煤机时，要求操作尽量缓慢，并密切监视炉膛压力、给水流量、锅炉主控、主汽压力等参数的变化。

5.7加强制粉系统检查，每次巡检时对磨煤机电机轴承、减速箱、小牙轮轴承、绞龙进行测温，发现异常及时汇报值长、单元长并联系维护处理。

5.8由于煤质热值低造成机组带满负荷需更多的煤量，造成磨煤机、给煤机、一次风机出力均将增加，总煤量控制在320t/h以下，一次风机动叶开度控制≤85%以下。

5.9由于低热值燃煤灰分大，造成锅炉受热面磨损较高高热值煤严重各班组加强锅炉本体检查，每班检查一次炉膛泄漏装置，并将最大泄漏能量值做好记录。

5.10由于低热值煤灰分大，造成渣量大，尤其高负荷、炉膛吹灰、掉大焦时，加强对捞渣机、斗提机和干渣机的检查防止堵塞捞渣机和干渣机，并及时检查渣仓渣位，防止放渣不及时造成渣仓满仓，引起斗提机、捞渣机卡涩。

5.11针对低热值煤对受热面易积灰的特性，白班和中班按要求进行炉膛和烟道吹灰，后夜负荷允许时根据主、再热汽温和减温水情况，进行炉膛吹灰。

5.12由于低热值煤灰分大，燃料完全燃烧滞后造成主再热汽温偏高，需进行燃烧器摆角、烟气挡板和减温水进行调整，防止受热面超温。

5.13 3号炉正常运行投入INFIT协调控制系统，当发生水煤比失调、受热面超温严重、汽温调节困难时，需切除INFIT协调，切回原协调控制系统进行调节，参数稳定后再切回INFIT协调。

6.结论

在目前煤价较高、电力用煤供需紧张的情况下，电厂采用掺烧的方法，燃用部分低热值煤，分机组、分时段、分仓进行掺配，达到机组不限负荷、环保不超标、同时最大限度燃烧低热值煤。通过加强对锅炉设备的维护、调整，发挥燃烧设备的最佳效能，提高运行人员的技能，使低热值煤燃烧规范化、标准化、制度化，未发生燃烧不稳的现象，通过系列措施，降低公司发电成本，为电厂带来良好的经济效益。

参考文献

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[2]DL/T 904-2004，火力发电厂技术经济指标计算方法[S]。

[3]范从振，锅炉原理[M]，北京：中国电力出版社，1986。