630 MW机组贫煤锅炉掺烧神华煤应用简析

李明玉，申新峰，乔永生，吕宏彪，丁民

(1.国家电投河南电力有限公司开封发电分公司，河南 开封 475002； 2.国家电投河南电力有限公司技术信息中心，郑州 450001)

0 引言

某电厂630 MW燃煤锅炉为超临界参数、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型、变压本生型锅炉，型号为DG2020/25.4-∏1。锅炉采用按BHK技术设计的低NOx轴向旋流煤粉燃烧器(HT-NR3)，采用前后墙对冲燃烧方式，前后墙布置3层，每层各有8个燃烧器(前后墙各4个)，共24个；在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃尽风喷口，每层布置6个，共12个。采用分级燃烧和浓淡燃烧等技术，可有效降低NOx排放量和锅炉最低稳燃负荷，设计最低不投油稳燃负荷≤45%锅炉最大连续蒸发量(B-MCR)。采用正压直吹式制粉系统，配6台ZGM型中速辊式磨煤机。

燃煤电站锅炉根据特定煤质设计好后,锅炉的炉型结构、磨煤机形式、燃烧器等的选择也已定型，随着煤电市场价格波动及发电企业成本控制要求的提升，锅炉很难达到燃用设计煤种的条件，大部分时段燃用特性相似的混煤，有时也会掺烧特性相差较大的燃煤[1]。该电厂自投产以来，掺烧设计煤种占比较少，长期掺烧与其设计煤种煤质相近的煤种，且有部分与设计煤种煤质偏差较大的煤种(干燥无灰基挥发分(Vdaf)相差20%以上，灰分、灰熔点等相差也较大)，如神华煤等。本文主要分析神华煤掺烧的安全性。

1 设计与校核煤种煤质概况

锅炉设计与校核煤种煤质比较见表1。设计与校核煤种灰特性见表2。设计及校核煤种属贫煤，为中低灰、低硫、中高发热量的优质动力煤，入厂煤煤质报表见表3。神华煤属烟煤，为高挥发分、低硫、低灰、高发热量的动力煤，神华煤灰特性见表2，由表2可知神华煤灰熔点偏低。入厂煤灰成分统计见表4。

表1 设计与校核煤种工业分析

表2 设计、校核煤种及神华煤的灰特性分析 ℃

2 混煤理论特性及掺烧试验结果

一般认为，煤的燃烧特性包括着火特性和燃尽特性两方面。混煤虽是一个简单的机械混合过程，但由于各组分煤种的物理构成及物化特性不同，混合后不同煤质的颗粒在燃烧过程中相互影响、相互制约，其燃烧特性并不是组分煤种的简单叠加，难以简单地由掺混比例预知其特性[2]。

表3 入厂煤煤质报表

表4 入厂煤灰成分统计 %

图1 热重分析TG-DTG曲线

2.1 试验结果

燃料热重分析TG(thermo gravimetric analysis)，是利用同步热分析仪在控温下测量待测煤样的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组分。该电厂委托华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，对现常用煤与神华煤掺配后的几种混煤进行热重试验分析。神华煤分别与韩城、潞安、义马、黄陵煤样 1∶1掺配进行热重分析，得出热重曲线TG与热失重速率曲线DTG(differential thermal gravity)如图1所示。

根据TG-DTG曲线，确定煤的着火温度、最大燃烧速率、最大燃烧速率温度和燃尽温度，用以判断其燃烧特性。本次各混煤掺配燃烧特性指标见表5。

表5 各混煤掺配燃烧特性指标

表6 煤灰熔融性检测结果统计 ℃

表7 煤灰熔融性的结渣特性判断依据

2.2 混煤着火特性与燃尽特性分析

对比4个煤样的着火特性，发现义马神华煤着火温度最低，韩城神华煤次之，黄陵神华煤再次之，潞安神华煤最高，说明义马神华煤着火特性最好，韩城神华煤、黄陵神华煤其次，潞安神华煤最差。对比4个煤样的燃尽特性，义马神华煤最好，韩城神华煤、黄陵神华煤其次，潞安神华煤最差。

3 煤灰熔融性与结渣特性分析

3.1 煤灰熔融性检测

对神华、郑煤、韩城、黄陵、义马典型煤样分别以单煤与不同比例混煤形式进行检测，煤灰熔融性检测结果见表6。

3.2 煤灰熔融性与结渣特性的相关性

煤灰熔融性与结渣特性具有相关性，基于煤灰熔融性的结渣特性判断依据见表7。

3.3 分析结果

(1)从灰熔点来说，神华煤和韩城煤适宜掺烧，灰熔点较大，不易结渣，其次是神华煤和郑煤掺配。

(2)神华煤和义马煤，神华煤和黄陵煤混掺，灰熔点较低，有严重结渣倾向，不易混掺。

4 掺烧方案

该电厂根据以上试验数据，制定了神华煤的掺烧方案。

4.1 掺配煤要求

神华煤不得直接上仓，须与其他煤种掺配后方能上仓。根据电厂实际来煤情况及实验室数据，用韩城与神华自产煤按 1∶1的比例经2台斗轮机取煤同上一条皮带掺配后上仓。

4.2 掺烧技术措施

4.2.1 燃烧调整

(1)掺配后的混煤上底层仓，前期按照上2 d停2 d的原则上掺配煤，且底层2个仓每周互换一次(以下均为上神华煤的磨煤机及燃烧器调整)，如果有结渣现象，停止混煤上仓后，通过负荷变动、配风调整等手段使疏松渣掉落，不至于形成大的焦块而损坏设备。

(2)磨煤机出口风粉混合物温度70～75 ℃，严密监视磨煤机参数，控制磨煤机差压在正常范围内，并记录磨煤机出力情况，防止粉管内煤粉自燃及磨煤机爆燃。

(3)一次风煤配比按烟煤风煤比2.0以上控制，燃烧器外二次风开度至最大65%/35%/35%/65%，防止烧坏燃烧器喷口。

(4)燃烧器层二次风按偏置+20%设置，满负荷氧量不低于3.4%，以降低还原性气氛。

(5)机组负荷300～350 MW，前、后墙燃尽风活动分别进行，机组负荷350～550 MW，前、后墙燃尽风活动同时进行，全开后再调整至正常位置，每2 h进行一次，使疏松渣块及时掉落。

(6)煤粉细度R90≤16%，防止煤粉细度过大使火焰中心上移而导致屏式过热器区域结焦。

4.2.2 记录内容

(1)试烧期间加强排渣管理，每2 h检查一次石子煤排放情况。

(2)更换煤种后，每2 h检查一次捞渣机内渣量及掉焦情况，查看有无较硬渣块。

(3)燃烧神华煤期间，每班通过就地看火孔观察燃烧器燃烧情况，避免烧坏火嘴。

(4)掺烧时段，每班化验一次煤粉细度，并单独记录。

(5)每班化验渣样一次。

4.2.3 注意事项

(1)磨煤机消防蒸汽保证在备用状态，防止神华煤在磨煤机内着火及爆燃。

(2)燃油系统保证正常备用，燃烧不稳及时投油，保证锅炉安全运行。

(3)加、减负荷时要平稳进行，避免锅炉热负荷大幅波动导致炉膛掉大焦。

(4)严密监视磨煤机振动情况，发现磨煤机振动立即调整，防止设备损坏。

(5)原则上停运的制粉系统对应的原煤仓内不存神华煤，如果启停的制粉系统对应的原煤仓内有神华煤，按照干燥无灰基挥发分(Vdaf)≥20%制粉系统启停操作票严格执行。运行中加强制粉系统的检查，发现磨煤机着火，立即停止给煤机、磨煤机运行，关闭冷、热风门，关闭热风隔绝门，开启磨煤机蒸汽消防气动门，对磨煤机进行吹扫灭火。

(6)避免在捞渣机区域长时间逗留。

(7)锅炉吹灰频次视汽温、烟温、排烟温度、掉焦情况改变。

5 掺烧试验结果及风险点

自2017年6月16日掺烧试验方案确定后，开始实施。入厂神华煤共17 800 t，每天掺烧量不超过400 t，且上煤2 d停2 d，期间共掉焦8次，设备无损坏。具体掺烧参数见表8(表中SCR为选择性催化还原法)，#1，#2锅炉捞渣机处渣样如图2所示。

表8 锅炉掺烧参数记录

图2 #1，#2锅炉捞渣机处渣样

5.1 磨煤机

神华煤入厂化验哈氏可磨系数(HGI：55～75)偏低，未达到磨煤机设计值(80)，磨煤机适应性较差。从上仓情况看，共有1B，1C，1F，2C，2F，2E计6台磨煤机用过神华煤，其中1C磨烧神华煤时磨振动较大，不适应，无法继续上，其余磨煤机未见异常，但是初始燃烧时，煤粉细度(R90)较大。

5.2 燃烧及燃尽情况

神华煤与韩城煤混后入仓，由于干燥无灰基挥发分(Vdaf)偏差较大(20%左右)，其热重试验数据表明，其燃烧特性趋于神华煤，着火点低，煤火检充满度较好，但燃尽率趋于韩城煤，表现就是飞灰含碳量、炉渣含碳量倾向于贫煤而偏高。

6 结束语

经过掺烧试验验证，该电厂锅炉掉焦情况可控，磨煤机出力可调，后续可加大掺烧力度，掺烧比例可提到15%左右。630 MW贫煤锅炉掺烧神华烟煤，在安全性、环保、长周期、经济等方面均可行。