叠加配煤法在火电厂燃煤掺烧中的应用分析

钟艳斌

（云南能投曲靖发电有限公司，云南 曲靖 655000）

随着电力体制改革的不断深化，电网系统装机容量不断增加，尤其是大型水电厂的集中投产发电，新能源装机大幅增加，燃煤电厂的生产经营压力剧增，配煤掺烧成为火电厂降低发电成本的重要手段之一。文献[1-2]分析了云南复杂煤质的复杂性以及云南大多数火电厂是非集中供煤模式较多采用典型的“小煤保大电”模式。文献[3]阐述了云南某火电厂由于煤炭市场变化复杂，掺烧煤种多样，研究燃煤掺烧调度，文献[4-6]分析火电厂不同配煤掺烧方式及应用情况，文献[7-8]针对不同配煤掺烧方式及锅炉煤质配比情况提出相关优化方案，但是该电厂由于入厂煤价格比批复上网电价对应的煤价高，政府为维持火电企业的生产采取强制行政命令要求煤矿向该电厂供煤，为此也就出现燃煤掺杂使假的现象，经过该电厂燃煤掺烧小组相关人员研究把不同热值、挥发分、硫分及其他需求指标的煤种进行叠加配煤，让各种不同煤质品种进行优化掺烧，能够同时满足该电厂机组安全、环保、经济性的需求。

1 现状概述

1.1 机组特性

（1）一期机组为中储式设计，共布置有6层24个燃烧器，原煤仓棚煤对机组稳定运行影响小，煤种适应性强；二期机组为直吹式制粉系统机组，共5层20个燃烧器，掺烧含煤泥重的燃煤时易棚煤，燃烧波动大、耗油量大、煤种适应能力差。

（2）一期机组制粉系统超负荷运行能力差，煤种可磨系数大时，机组负荷受制于制粉系统出力；二期制粉系统超负荷能力强，采用相同煤种掺烧，机组带负荷能力高于一期，但制粉系统磨损大。

1.2 煤场情况

该电厂煤场管理实行分类堆放、定置管理，定期盘煤；煤场管理制度健全，盘煤组织机构合理。燃煤储存点按区域分为：露天煤场、干煤棚及小煤场、汽车卸煤沟和3#岗外备用煤场，存储时考虑能保障机组最低安全、稳燃要求的燃煤在露天煤场及干煤棚能互为备用。

2 煤质分析

2.1 入厂煤质分析

该火电厂供煤方式是典型的“小煤保大电”模式，由于供应商较多（高峰时达400家），近年来供煤结构主要以4000体系及以上为稳燃煤，3000体系（煤泥或褐煤、政府任务煤）为主燃掺烧煤，其中各体系煤种主要特性如表1所示。

由于当地火电上网电价偏低，煤炭价格比批复上网电价对应的煤价高，政府为维持火电企业的生产采取强制行政命令要求煤矿向该电厂供煤，其中政府任务煤有以下特点：

（1）煤质掺杂较为严重。煤种综合热值约为3000kcal/kg，比设计煤种热值低1500kcal/kg（设计煤种热值为4544kcal/kg），由于热值偏低，锅炉难于单独使用；

（2）政府任务煤供煤范围包含当地几乎全部煤矿（无烟煤矿井除外），供煤煤矿超过300家，约占该电厂入煤量的50%左右。

2.2 入炉煤质分析

该厂2#炉稳燃煤以4000体系为主进入A煤仓，其他煤仓进3000体系政府任务煤；4#炉A仓4000体系，B仓4000体系，C仓5000体系，D仓4000体系，E仓政府任务煤。文中针对该电厂2次具有代表性的锅炉熄火煤质进行了取样分析，其煤样情况如表2所示。

表2 锅炉熄火煤样情况

由2#炉熄火煤质报告得出：2#炉A粉仓发热量最低仅为12.19MJ/kg（2910kcal），严重偏离19.01MJ/kg，此外从当天负荷、炉膛负压波动情况看，负荷、炉膛负压较大（负荷在20MW波动、负压多次波至－120Pa以下），经分析2A仓进的是4000体系稳燃煤，严重偏离实际发热量，导致炉内抗干扰能力差，炉膛燃烧脆弱是造成此次2#锅炉熄火的主要原因。

由4#炉煤质化验数据表明：整体发热量约14MJ/kg，原烟气二氧化硫较高约6400mg/m3以上（熄火前为6488 mg/Nm3），由于高硫分煤的易结焦性还原气体与高焦渣指数的煤种同时加剧炉膛结焦，最终因为结焦的逐步增多造成此次锅炉燃烧不稳熄火。

综上所述，2台炉入炉煤质的全水分和挥发分接近设计煤种，但是收到基低位发热量严重偏离锅炉设计煤种，1#炉因为入炉煤的不均匀性造成燃烧稳定性差导致熄火，4#炉因为入炉煤的硫分较高造成机组结焦加剧导致熄火，为此得出结论：该电厂2次具有代表性的锅炉熄火主要原因为入炉煤煤质的不均匀所导致。

3 叠加配煤法的应用

为解决某电厂入炉煤的不均匀性问题，技术人员考证了抓斗掺配法、筒仓掺混法、分仓进煤法等燃煤掺配，具体如下：

（1）抓斗混配法。该电厂桥抓生产率为700~800t/h，日作业量约1万t/d，进行混配后再满足供煤最高供煤量0.5万t，完全无法满足某电厂高峰供煤量1.5万t/d以上的掺烧需求。

（2）筒仓混配法。该方法需建设能存储4.5万t（满足3天）筒仓，受某电厂场地限制及投资资金限制，配套基础设施投资巨大，整个掺混工作量较大，且无法根据不同负荷满足不同掺混需求，暂无法采用。

（3）分仓进煤掺配法。该电厂前期采用了双皮带机同时加仓的运行方式，在原煤仓中实现入炉煤的掺配。2台取煤设备分别从不同煤场取煤加仓，经过原煤仓内掺配，该掺配方法受锥形煤仓落煤影响，掺配极不均匀，入炉煤成分波动较大。

综合上述方法后该电厂开展叠加配煤法掺烧试验。试验保证某一取煤点煤质相对均匀且各成分也相对稳定。

试验一：A2取煤点的煤种满足需求前提下，改变A1取煤点煤质情况。具体操作为A1取煤点为4000体系原煤，按600t/h取煤，进行叠加混配。为验证混配效果，安排人员在取煤点跟随取煤设备动态取样，叠加混配后的样品在入炉煤采样机进行三者对比。其对比结果如表3所示。

表3 A取煤点叠加配煤法掺配前后采样对比

从上3表可以看出：未混配前A1、A2单独采样后加权平均与单独采混合样对比，分别为2687.97kcal、2723.84kcal，相差35.87kcal；A3（A1A2混配叠加）人工采样2642kcal，A4（A1A2混配叠加）采样机采样2769.27kcal，混配后，相差126.75kcal。叠加配煤法操作后机组入炉热值平均2705.9kcal，该热值远低于机组设计煤种要求，经试验运行月余，验证结果为：机组燃烧稳定，能满足低负荷稳燃运行，且期间未发生熄火事件。

试验二：在此试验的基础上，采用B2取煤点的煤种满足需求前提下，改变B1取煤点煤质情况。具体操作为B2取煤点为2500褐煤，按600t/h取煤。为实现大量掺烧比例，采用叠加配煤法后在入炉煤通过采样机进行取样后，对机组的上层燃烧器对应原煤仓大量进低价煤，三者再进行对比，其对比结果如表4所示。

表4 B取煤点叠加配煤法掺配前后采样对比

从表4可以看出：未混配前B1、B2单独采样后加权平均与单独采混合样对比，分别为2420.12kcal和2525.35kcal，相差105.23kcal；B3（B1B2混配叠加）人工采样2611.44kcal，B4（B1B2混配叠加）采样机采2664.05kcal，混配后，相差53kcal。叠加配煤法操作后机组入炉热值平均2627.75kcal，较之前热值下降78.15kcal；但是混配后热值偏差由126.75kcal降至53kcal。得出结论：此种混配叠加入炉煤质均匀性得到大幅提升。

该电厂采用混配叠加法进一步开展掺烧不同煤种试验，试验结论得出：不同粒度特性煤质配比后机组的用油量大幅下降，不同硫分煤质配比后机组不同负荷工况段环保指标值均达标，为此证明混配叠加法能有效保证机组燃烧稳定，同时满足实现大量掺烧低价劣质煤比例的要求。

4 经济性分析

4.1 输煤系统厂用电

未采用叠加配煤法前，输煤系统设计出力为1200t/h，实际运行情况为800t/h左右，以单机低负荷为例，输煤系统厂用电量为800~1000kw·h/d。采用叠加配煤法后，输煤系统实际运行出力为1100t/h，虽然增加煤源点取煤，但总体运行时间缩短，输煤系统厂用电量为900~1100kw·h/d，能耗增加较小。机组运行增多，单班运行时间增加后，叠加配煤法大幅提高了输煤系统实际运行效率，输煤系统能耗降低明显。

4.2 燃料成本控制

采用叠加配煤法后，机组安全、稳定性明显增强，掺烧低质低价煤比例大幅提升，当年全年掺烧低质低价煤约98万t，按煤低质低价煤价与其他煤种标煤价差价最小120元/t左右估算，当年降低燃料成本6048万元。次年上半年掺烧低质低价煤约60万t测算，次年上半年降低燃料成本3703万元。

5 结语

综上所述该电厂在燃煤掺烧中应用叠加配煤法后取得以下效果：（1）在掺烧上述同样煤质情况下，采用叠加配煤法后，管理上通过辅助制定定期烧空清仓措施、输煤专业精准煤位控制等措施，机组熄火次数从前期3个月共计18次，降低到其后3个月4次。机组棚煤用油从之前1981t降至370t。随着逐步的经验积累，机组燃烧稳定，熄火次数大幅减少，机组熄火间隔时长达到46个月，达到该火电厂历史最长不熄火记录。（2）由于实行了以叠加配煤法为基础的燃煤掺烧及精准调度，在保障机组安全情况下，对高硫煤进行配比掺烧，机组结焦大幅降低，锅炉熄火、机组跳闸次数明显减少，避免大起大落工况对锅炉机组设备的影响，起到了明显的保护作用。锅炉少用油对锅炉尾部受热面尤其是空预器和电除尘起到了明显的保护作用，确保了安全，延长了检修使用周期。