350MW超临界直流前后墙对冲燃烧煤粉炉广汇煤大比例掺烧研究

摘  要：煤炭成本占火电企业70%生产成本，入炉标准煤价格高低，决定企业的经营收益和质量。武威热电有限责任公司2×350MW超临界机组双投后面临电力市场不景气，煤炭市场煤价居高不下，企业生产经营面临着多重因素的考验。公司提出多项“提质增效”战略，在煤炭采购、入炉掺烧方面多措并举，降低入炉煤标煤单价。公司物料采购方面多寻找经济煤种，推进煤炭采购长协机制;运行技术不断适应市场发展的要求持续进行技术攻关。新疆广汇煤因量大、供应稳定，价格优势保障公司煤炭供应稳定和应急有诸多效益，但新疆广汇煤因其高钠性质、易结焦，带来的安全隐患是运行技术不断攻克的难题。加强调整相关掺烧措施拓展锅炉煤种适应性，并合理加大掺烧比例，创新掺烧奖励机制，为降低入炉煤标煤单价，为此公司瞄准新疆广汇集团广汇煤的市场潜力，技术人员对广汇煤掺配进行精细控制研究，以实现大比例掺烧广汇煤的目的。

关键词：广汇煤;旋流燃烧器;高钠;结焦

中图分类号：TM621.2    文献标识码：A     文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

锅炉设计煤种60%哈密、20%天祝、20%红沙岗，按照设计煤种入炉将导致生产成本居高不下，公司各级部门、生产、采购、经营各岗位人员排除种种困难，积极响应公司“提质增效”战略，落实各项政策和措施，扎实钻研入炉掺烧技术，作为机组主烧煤种有两种，一种广汇原煤、另一种广汇提质煤，其中提质煤为广汇集团通过低温干馏法去除了煤炭中部分挥发分后剩余的兰炭与原煤以一定比例混合形成。广汇提质煤灰熔点有所提高，结焦性较原煤有所缓解。广汇原煤收到基低位发热量为4859Kcal/kg、软化温度为1115℃，广汇提质煤收到基低位发热量为5143Kcal/kg、软化温度1278℃，根据软化温度判别指标软化温度小于1350℃且发热量高于3000Kcal/kg原煤为易结焦煤种^[1]。

1掺烧方案研究

1.1广汇煤的煤质特性

1.1.1广汇煤的结焦性

广汇原煤的特种分析结果：氧化钠、氧化钾含量占3.41%，其中氧化钠占3.1%与准东地区准东煤一样，属于典型的高钠煤种，通过煤种特种分析结果计算结渣指数为0.834，根据成分结渣指数Ras在0.6-2.0之间为中等易结焦煤种。广汇提质煤氧化钠、氧化钾含量占3.11%，其中氧化钠含量2.76%，较原煤有一定的降低，但成分结渣指数Ras仍在0.704，为中等易结焦煤种。结合以上两种分析法可以看出广汇煤本身性质属于结焦煤种^[3]。

1.1.2广汇煤可磨性系数

根据测量华辰检测中心煤质检测结果广汇原煤哈氏可磨指数为47，广汇提质煤哈氏可磨指数为58，在所有入厂煤种中广汇原煤及提质煤哈氏可磨系数均比较低，设计煤种可磨性指数65，从哈氏可磨系数看出广汇煤较设计煤种难磨制^[2]。

1.1.3与设计煤种特性区别

与公司设计煤种相对比，广汇煤结焦性、易自燃爆炸性、氧化钙、三氧化二铁、挥发分含量，远远偏离设计煤种，无论是制粉系统运行还是锅炉燃烧工况、结焦方面都带来极大的运行调整困难。根据相关分析得出广汇煤因其灰中钠钾元素的原因，导致其低熔点易结焦，氧化鈣与三氧化二铁形成的共晶体会促进结焦加剧;相关论文及分析，广汇煤燃烧后形成的硫酸钠、硫酸钾在锅炉屏过、高过以及后竖井区域凝结形成高温粘结灰，且易导致积灰搭桥的现象，但鉴于广汇煤掺烧后带来的经济效益，公司从各个层面及其重视广汇煤掺烧方面的技术措施。

1.2广汇煤大比例掺烧试验调整

甘肃电投武威热电公司配煤方式为“分仓上煤、分磨制粉、炉内混烧”的配煤方式。此种方式优点是上煤方式及配煤比例较为明确，制粉系统运行方式组合灵活可控，出现结焦性问题易于进行分析和总结，可加大经济煤种掺配比例。

根据煤种收到基低位发热量大于4300Kcal/kg、收到基挥发分大于25%，煤种稳燃性能较好，适合作为等离子点火煤种，入炉煤挥发分大于25%，墙式燃烧方式最低稳燃负荷可达到35-30%。公司多次启炉点火试验，证明广汇煤、柳树泉煤种适合作为点火煤种，深度调峰期间根据炉膛测量温度及火检情况，燃烧核心区域在50%负荷基础上只降低了50℃，因此认为广汇煤、柳树泉煤种在锅炉稳燃性方面不存在问题^[4]。

1.2.1掺烧广汇煤试验方案

煤种掺配试验起初对各煤种特性和锅炉燃烧特性方面要做全面的评估，考虑深度调峰阶段配煤方式，以煤种稳燃性、结焦性预测，制粉系统出力和负荷响应程度作为配煤方式的综合限制边界条件，考虑氯离子、限制高硫煤入炉比例预防高温腐蚀等方面作为单一煤种入炉比例限制条件。

配煤掺烧试验分别在100%负荷工况下进行。进行广汇煤15%、30%、50%掺配试验，以下只针对结焦性方面做分析，对汽温指标方面超临界直流炉控制水煤比和过热度暂不做分析。确定广汇煤、柳树泉煤、花草滩煤种进行配煤掺烧试验，制定以下比例掺配：配煤方式1广汇、柳树泉、花草滩以1：3：2;配煤方式2广汇、柳树泉、花草滩1：1：1;配煤方式3广汇、花草滩1：1。

以表1掺烧方式为进行初步掺配探索试验，配煤方式1偶尔有掉大焦现象，部位为燃烧器区域处，质地较坚硬;方式2捞渣机渣量明显增加，焦块变小但是量大，结焦部位燃烧器区域至下层燃尽风;方式3无大焦块，吹灰时屏过区域掉渣量非常大，导致炉膛负压波动大±600Pa。针对上述掺配工况选择较为典型的广汇煤33%掺配方式下，进行理论分析和运行燃烧调整技术攻关。

1.2.2优化配风调整

100%负荷情况下，广汇煤入炉掺配比例为33%，在原调试、动力场试验结果基础上对我厂燃烧器双调风低氮旋流燃烧器进行了另外三种不同方式配风调整，通过调整内外二次风挡板角度改变锅炉内外二次风配比和外二次风旋流强度^[4]，以热试测量结果进行分析，解决广汇煤结焦和大比例掺烧进行技术攻关，相关试验数据见表2满负荷情况下不同配风方式燃烧器层温度及炉膛侧墙氧量测试数据表。

调整数据分析：

（1）由表2看出随着内外二次风开度逐渐增加核心区域温度出现一定下降趋势，侧墙氧量增加且升高，氮氧化物浓度增加，实际观察锅炉掉焦情况得到缓解。

（2）通过逐渐增加内外二次风配比：通过结焦性原理分析认为广汇煤、柳树泉煤种在炉膛部位结焦主要原因内二次风比例较小，煤粉燃烧初期缺风，外二次风区域不能够使得煤粉充分燃烧完毕，因灰熔点较低在靠近燃烧核心高温区域侧墙、前后墙水冷壁部位时熔融状态导致起初的结焦发生，结焦后期的发展还因外二次风旋流强度过大，导致部分灰渣在熔融状态时被被旋流甩至侧墙受热面积累导致掉焦情况发生。通过逐渐增加内外二次风配比炉膛四角部位积渣现象逐渐消除。

（3）增加燃烧核心区氧量：不同煤种在炉膛部位结焦后形成的现象不一致，广汇煤三氧化二铁含量在14.16%，柳树泉也属于高氧化铁煤种含量为19.16%，高于设计煤种8.85%，同时氧化钙含量也较高均在23%以上，按照掺配方案进行掺配后含量在18.3%，分析认为结焦的另一种原因为氧化钙与三氧化二铁形成共熔体，导致结焦加剧形成质地坚硬的黑色焦块^[2]。

燃烧核心区必须具备足够的氧量或至少在靠近受热面部位保证充足氧量，而我厂超临界前后墙对冲燃烧锅炉炉膛部位燃烧器区域温度在34.2%负荷时温度为1270℃，因此若炉膛部位局部缺风一氧化碳会将三氧化二铁还原为四氧化三铁导致导致结焦加剧现象的发生。同时在保证了燃烧核心区域受热面附近的氧量后使得硫化氢气体含量降低，降低了硫化物型高温腐蚀程度^[2]。

通过改变内外二次风挡板，广汇煤满负荷时掺配比例能够安全达到30%。

（4）屏式过热器区域结渣：广汇煤掺配比例再次增加至40%后，现场观察屏过受热面出现明显挂渣现象，局部受热面挂渣厚度达到5cm，锅炉吹灰至屏式过热器部位，出现大量落渣的情况且炉膛负压波动较为剧烈在±600Pa左右波动，给机组运行带来极大威胁^[4]。

屏式过热器区域结渣原理分析认为高钠、高钾煤主要在于挥发性碱金属硫酸盐凝结温度低，在屏过区域管束温度为500℃左右部位凝结，屏区积渣后发展较为迅速，与高灰分煤种混合后导致屏区积渣发展壮大严重时导致积灰搭桥，突然间塌灰对锅炉负压影响较大^[6]。运行过程中每天在屏式过热器区域进行三次吹灰防止屏式过热器区域积渣壮大，同时为保证受热面寿命次数再未增加，根据吹灰过程中捞渣机渣量增加情况，在满负荷情况下最终确定广汇煤掺配比例不大于40%。在50%负荷情况下广汇煤掺配比例可达到50%。

1.3广汇煤配煤比例精细控制

如表3所示，不同配煤方式在不同负荷段，通过给煤机偏置对广汇煤入炉掺配比例进行相应调整，配煤方式2可以在120MW至240MW之间掺配比例达到55-50%，240MW-350MW达到50-35%;配煤方式1可以在120MW至240MW之间掺配比例达到40-35%，240MW-350MW达到35-15%。体现分仓上煤调整的灵活和优越性，以实现在保证机组安全基础上大比例掺烧广汇煤。

2不同比例广汇煤掺配各项指标单耗

（1）由表4看出，对广汇煤不同配煤比例下的系统运行单耗进行对比，发现广汇煤入炉比例对制粉及风烟系统单耗影响不大，未出现明显上升或下降的规律对机组运行的指标单耗方面不产生影响。

（2）炉渣、飞灰含碳虽广汇煤比例增加出现微量降低，广汇煤燃尽性好，保证锅炉效率不降低。

（3）排除结焦情况影响排烟温度随着广汇煤掺配比例增加排烟温度略微降低，炉膛火焰中心下移，广汇煤燃烧较为提前，保证了锅炉效率。

（4）全年钢球单耗75g/t原煤，设计钢球单耗为80g/t原煤，钢球单耗从全年运行情况分析在合理水平，未超过设计煤种，在合理范围内。

3结语

（1）通过掺配试验观察和精细化控制，广汇煤结焦问题得到解决，通过随着广汇煤掺配比例增加，逐步开大内、外二次挡板直至全开，降低旋流强度，避免煤粉刷墙和结焦。

（2）未进行燃烧器改造，通过既有条件的调整，选取合适掺配方式，提高了广汇煤掺配比例，有利的保障了机组安全运行，提高了经营效益。

（3）不同负荷段广汇煤比例精细调整手段，武威热电成功实现了广汇煤大比例掺烧的技术要求和条件，解决了广汇煤在超临界前后墙对冲燃烧方式锅炉易结焦的问题，各系统指标单耗未超过设计要求，局部负荷段广汇煤掺配比例可达到55%，2018年广汇煤入厂总量达到32万吨，占总入厂煤的32%。

参考文献

[1] 段学农，朱光明，姚斌，焦庆丰.混煤可磨特性与掺烧方式试验研究[J].热能动力工程，2010，25（04）：410-413+468.

[2] 朱光明.电站锅炉劣质煤掺烧及优化技术[M].中国电力出版社，2015.

[3] 王军，罗文庆，刘忠文，等.国产600MW超临界锅炉LNASB燃烧器试验研究[J].黑龙江电力，2009，31（04）：249-252.

[4] 靖剑平. 燃用烟煤中心给粉旋流燃烧器流动及燃烧特性研究[D].哈尔滨工业大学，2010.

[5] 曾漢才，韩才源，燃烧技术[M].武汉：华中理工大学出版社，1990.

[6] 潘亚娣，司风琪，徐治皋.电站锅炉受热面灰污沉积模型[J].中国电机工程学报，2010，30（08）：63-67.

收稿日期：2019-07-12

作者简介：杜新丰（1967—），男，汉族，甘肃灵台人，本科，工程师，研究方向：锅炉燃烧调整优化。