660MW“W”火焰锅炉经济煤种掺烧应用实践及效益分析

河北邯峰发电有限责任公司 邹加文 赵晓杰 吕俊鹏 胡书红 吴云召

煤炭一直是我国重要的基础能源，我国50%的煤炭用于发电，近年来煤炭市场紧张，煤炭价格持续上涨，导致火电厂煤炭缺口增大，火电厂发电成本持续走高[1]，为摊薄燃煤成本，火力发电厂逐步偏离设计煤种，出现燃煤种类多样化情况，因此煤种多样化掺烧逐步成为各煤电企业的重点工作之一。邯峰电厂为适应当前煤炭市场现状，提升机组运行效益，进行了掺烧经济煤种的生产实践，通过配煤掺烧和燃料采购的协同优化，深入结合煤炭市场与安全生产，统筹优化生产和经营关系，在降低发电成本的基础上实现企业利润最大化。

一般经济煤种普遍存在难燃、高灰分、高水分、低发热量、易结焦等缺点，经济煤种的精细化掺烧是根据锅炉燃烧对煤质的要求，将若干不同种类、不同性质的煤按照一定比例掺配后送入炉膛燃烧[2]。通过锅炉燃烧调整，优化掺烧配比，确保锅炉掺烧经济煤种时经济安全运行。

1 设备概况

邯峰电厂为2×660MW“W”型火焰煤粉炉，亚临界压力、一次中间再热、平衡通风、单炉膛、П 型布置、固态排渣。机组额定功率为660MW，其最大连续处理（BMCR）为717MW。每台锅炉装配6台低速钢球磨，每台磨煤机对应两个原煤仓，每个原煤仓下口有两台给煤机，分别从磨煤机两端给煤，磨制好的煤粉通过一次风经燃烧器直吹至炉膛内。锅炉的设计煤种为万年矿无烟煤和王庄矿贫煤的混煤，当前制粉系统的最大出力为300t/h。

2 经济煤种的煤质特性

根据燃烧调整试验，煤质对锅炉效率起主导作用[3]，邯峰电厂掺烧的经济煤种并非单一煤种，而是根据煤炭市场价格选择的多产地、多品类煤种，不同产地煤种煤质特性差别较大，为满足锅炉燃烧稳定的需求，把不同煤种进行掺混后形成各种参数稳定，满足锅炉燃烧要求的经济混煤。以邯峰电厂设计煤种和经济煤种1（高硫低热煤）、经济煤种2作为研究对象，进行对比工业分析，煤质特性见表1。

表1 不同煤种的煤质特性

3 经济煤种的精细化掺烧实施方案

3.1 经济煤种的三级掺配

邯峰电厂通过三级掺配的方式最终实现经济煤种的稳定掺配，在稳定掺配的同时能够实时变更掺配比例，满足锅炉运行中的不同煤质需求，三级掺配的工艺简图如图1所示。

图1 邯峰电厂配煤掺烧工艺图

一级掺配，煤场存煤中的各个煤种按比例混成初级混煤，最终掺配成初级混煤1和初级混煤2，两种混煤存至两个筒仓内，完成一级掺配，一级掺配完成后筒仓混煤的热值、硫分和挥发分以各煤种算数平均值方法计算。

二级掺配，两个筒仓内的混煤，通过皮带运至给煤机煤仓，通过调整两个筒仓的皮带转速，实现二级掺配，二级掺配后混煤的热值、硫分和挥发分以两个筒仓煤质参数与皮带转速用算数平均值计算。

三级掺配，邯峰电厂采用双进双出低速钢球磨，每台磨煤机配有4台给煤机，四台给煤机中两台给煤机上经济混煤，两台给煤机上设计煤种或烟煤，在锅炉运行燃烧中可以实时调整给煤机进磨比例，实现三级掺配，最终实现整个掺配工作的精细化调整。

3.2 磨煤机煤仓上煤方式

双进双出低速钢球磨具有煤质适应性广、对煤质不敏感的特点，保证了每台磨煤机可以根据燃烧实际情况，选用不同的上煤方式。邯峰电厂共有6台磨煤机，每台磨煤机配有两个煤仓，每个煤仓提供两台给煤机是进煤需求，煤仓上煤方式的多样性满足了不同燃烧工况的煤质要求，如为保证低负荷燃烧的稳定性，选取两台磨煤机煤仓上烟煤，低负荷或深调阶段保留烟煤磨煤机运行，磨煤机煤仓上煤方式见表2。

表2 磨煤机煤仓上煤方式

4 经济煤种掺烧风险控制与边界条件

4.1 经济煤种掺烧对锅炉燃烧安全的影响

经济煤种掺烧比例越高，入炉煤质越差，煤质波动越大，锅炉燃烧安全的隐患越大，对锅炉燃烧安全形成威胁的主要因素有：机组出力受阻、锅炉受热面结焦、锅炉塌灰、低负荷燃烧不稳定、锅炉灭火。为保证锅炉燃烧安全，邯峰电厂根据锅炉实际燃烧经验，制定了入炉煤耗不高于500g/kWh 的掺烧标准，在该掺烧标准之上长周期运行锅炉燃烧存在灭火风险，邯峰电厂制定了多重保证安全的技术措施，具体如下。

第一，运行人员接到经济煤种换煤通知后，记录上煤时间和仓位，便于计算烧到时间。

第二，经济煤种掺烧后入炉煤热值降低且波动性增大，密切关注原煤耗数据，根据原煤耗变化及时调整掺烧比例。

第三，通过监视锅炉负压、火检、火焰电视，综合判断锅炉的燃烧状况。

第四，每班进行看火、看焦、测温工作1次，结合测温情况判断炉膛着火稳定性。

第五，保证有两组油枪自动投油连锁块投入，所有油枪点火枪进入，两组油枪进入备用（油阀不开），监视锅炉燃烧状态，发现燃油不稳立即投油稳燃。

4.2 经济煤种掺烧对机组出力的影响

2022年邯峰电厂全年的标煤煤耗为310g/kWh，结合邯峰电厂锅炉制粉系统的最大出力限制，经济煤种的掺烧比例越高，机组的最大出力会受到限制，以3500大卡热值经济煤种和3000大卡热值经济煤种进行机组出力分析，3500大卡经济煤种掺烧比例超过36%后，机组最大出力开始受限，3000大卡经济煤种掺烧比例超过29%后，机组最大出力开始受限。

4.3 经济煤种掺烧对SO2排放的影响

邯峰电厂脱硫系统采用石灰石—石膏就地强制氧化湿法脱硫工艺，脱硫系统设计SO2最大处理量为12000kg/h，以含硫1.5%和3%的经济煤种进行掺烧分析，不同负荷下经济煤种的最大掺烧量如图2所示。

图2 不同经济煤种在各负荷下的最大掺烧量

4.4 约束条件下经济煤种掺烧方案的确定

在锅炉燃烧的过程中，综合环保、锅炉出力、锅炉燃烧安全等因素的影响，在约束条件限制下，掺烧经济煤种比例越高，经济性能越好，环保制约余量越低，经济煤种掺烧方案的确定要兼顾各制约因素，在燃烧安全的基础上实现经济煤种的最大掺烧量，邯峰电厂经济煤种三级掺配方案可以完美实现安全经济掺烧。

5 经济煤种掺烧的经济性分析

经济煤种掺烧后，掺烧经济性评价的模型如下：

式中，Q为配煤掺烧收益（元/kWh），P为设计煤种标煤单价，bg为掺烧前供电煤耗（g/kWh），bzq为掺烧前主汽减温水影响的供电煤耗（g/kWh），bzr为掺烧前再热汽减温水影响的供电煤耗（g/kWh），Ps为经济煤种标煤单价，Ⅰ为总煤量（t），bg＇为掺烧后供电煤耗（g/kWh），bzq＇为掺烧后主汽减温水影响的供电煤耗（g/kWh），bzr＇为掺烧后再热汽减温水影响的供电煤耗（g/kWh），Qs为脱硫系统增加物料成本（元/kWh）。

随着掺烧经济煤种比例的不断扩大，发电成本逐步降低，掺烧经济煤收益逐渐增加，锅炉效率小幅度降低，但由于经济煤种价格低廉，标煤单价降低幅度大于全厂供电煤耗的增加幅度，故总发电成本依然降低，最终实现全厂收益增加。

2022年，邯峰电厂累计入炉煤耗274万t（约标煤178.5万t），其中经济煤种掺烧51.7万t，占比18.88%，全年标煤单价为953.7元/t，较2021年全年标煤单价降低15.3元/t，全年节约燃料成本2731万元。

6 结论

掺烧经济煤种的重点是硫分不超设计出力，热值稳定无大幅波动，出力避免受阻。邯峰电厂一、二级掺配实现硫分、热值稳定，三级掺配实现全负荷段硫分满足设计要求、热值满足稳燃要求，使锅炉保证在长周期安全燃烧的基础上最大限度掺烧经济煤种。最终实现燃料成本显著下降，全厂经济效益显著增加。