掺烧低热值劣质煤对机组运行的影响分析

掺烧低热值劣质煤对机组运行的影响分析

王卫波

天津国投津能发电有限公司

摘要：为降低燃煤火电厂运营成本，提高经济收益，需要降低燃煤成本。加大低热值煤掺烧量，降低入炉煤热值，在一定程度上可以降低燃煤的成本，提高全厂经济效益。本文就掺烧低热劣质煤对机组运行的影响做出分析，探索锅炉对入炉煤煤质的要求。

关键字：燃煤 低热值 劣质煤 掺烧 锅炉

引言：燃煤作为火电厂最大的运营成本，需要在发电锅炉运行时掺烧价格较低的劣质煤。掺烧劣质煤会导致入炉煤的煤质与锅炉设计煤种偏差较大,导致机组不能达到额定出力，甚至会出现锅炉及各辅机系统超负荷运行产生影响运行安全的问题。本文以某电厂为例，针对掺烧劣质煤过程中对锅炉设备产生的影响和出现从问题进行分析，并为锅炉掺烧劣质煤及燃煤采购提供建议。

一、某电厂锅炉及设计煤种介绍

某电厂装机4台1000MW超超临界发电机组，4台锅炉均为上海锅炉厂引进美国ALSTOM技术生产的超超临界变压直流煤粉锅炉，型式为单炉膛、双切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型煤粉锅炉。

配备锅炉设计煤种燃煤成分及特性：

二、某电厂采购低热值劣质煤情况简介

电厂燃煤的成分非常复杂，它是由多种无机物和有机物的混合组成，要想了解燃煤的燃烧特性，必须先对燃煤进行分析。

影响煤热值的因素主要有水份和灰份两方面，依据这两种成分对该电厂采购的低热值煤可分为二种：一种为低热值蒙煤为主，另一种为低热值山西煤为主。各自具体特点如下：①低热值蒙煤，全水含量一般≥19%，收到基灰分10～20%，为高水份，中灰份煤；②低热值晋煤，收到基灰份一般＞30%（个别煤种＞40%），水份小于15%，为低水、高灰份煤；③低热值煤的发热量Qnet.ar在3500～4500kcal/kg。但目前该电厂低热值劣质煤主要以高灰份的晋煤为主。

三、掺烧低热值劣质煤对设备和系统的影响

1、 对制粉系统出力影响

某电厂每台锅炉设计6套制粉系统，根据目前磨煤机实际运行情况（实际风量偏低、磨煤机研磨部件磨损情况），所有磨煤机出力基本≤80t/h。如果磨煤机继续增加出力，会造成煤粉细度变粗，锅炉飞灰可燃物增加，飞灰颗粒度变粗，电除尘输灰困难、干排渣系统易堵塞。

2、 掺烧低热值劣质煤对干排渣系统的影响

某电厂来煤比较复杂，新煤种不断增加，不可预测因素增多，个别煤种收到基灰份Aar＞30%，煤的灰熔点可能也高低不一，锅炉掺烧低灰熔点煤种时，造成锅炉灰渣比例降低，锅炉渣量大增加，超过干排渣系统设计额定出力。因此，目前掺烧高灰份的低热值晋煤时，高负荷阶段干排渣故障率将大幅增加。

3、掺烧低热值劣质煤对厂用电率的影响

入炉煤平均热值偏离设计煤种时，同等负荷所耗原煤量将会大量增加。煤量增加且煤质较差，需要启动磨煤机的数量就会增加，导致制粉系统电耗增加，导致一次风机电耗增加。低热值劣质煤的灰分较高，燃烧后产生的飞灰增加，导致电除尘的电耗增加，输灰空压机的电耗增加。

三、大量掺烧低热值煤可能带来的问题分析

某电厂锅炉设计煤种为高热值烟煤，当大量掺烧发热量劣质煤时，引起入炉煤平均热值的大幅度降低，会出现一系列问题，如：

1、锅炉配备6台磨煤机，按照设计煤种，锅炉额定燃煤量为392t/h，5台磨煤机可以带满负荷，平均每台磨煤机煤量<80t>入炉煤热值平均偏低，总煤量大于420t/h，需要6台磨煤机运行才能带满负荷。当有一台磨煤机故障时，会导致机组不能带满负荷。

2、入炉煤平均热值变化大，机组协调调整和减温水调节特性适应性差，影响机组升降负荷速率，汽温和汽压变化大，威胁机组运行安全。

3、掺烧低热值煤，磨煤机出力下降，可磨性系数低，入炉煤煤粉细度低，煤粉燃烧不充分，锅炉不完全燃烧损失增加，锅炉效率下降。

4、低负荷时，锅炉炉膛温度低，尤其是制粉系统隔层运行时，燃烧低热值劣质煤，挥发分偏低，可能造成锅炉燃烧不稳，锅炉灭火。

5、掺烧大量高灰份低热值煤时，飞灰量增加，对锅炉受热面冲刷严重，容易造成锅炉受热面爆管，影响锅炉运行安全。

四、机组安全运行对入炉煤煤质的要求

1、对入炉煤热值的要求

锅炉燃用设计煤种（5250大卡），机组满负荷需要燃煤392t/h；根据制粉系统、风烟系统的极限安全出力情况，目前可承受的最大燃料量约467t/h，折算满负荷阶段最低入炉煤平均热值约4500大卡。

2、对入炉煤挥发分要求

如果燃煤挥发份过高，会使煤粉着火距离变短，着火处靠近燃烧器出口，可能造成燃烧器烧损，也可能因为火焰中心位置偏斜使火焰充满炉膛的程度恶化，造成汽水系统热偏差增大，同时增加制粉系统着火爆炸的可能性。如果燃煤挥发份过低，会使煤粉燃着火距离长，影响锅炉燃烧的稳定性，同时使锅炉效率下降。结合近期几起机组启动过程中因燃烧不稳发生MFT的实际情况，建议该电厂采购燃煤挥发份（Vdaf）范围为30～40%。机组启动过程中，为保证燃烧稳定性，A/B/C下层制粉系统取用挥发份（Vdaf）范围为35～40%的稳定性煤种。

五、对燃煤采购的建议

根据以上分析，某电厂的锅炉运行薄弱点在制粉系统、输灰系统和干排渣系统，所以要掺烧低热值煤，需要掺烧灰分低但水分高的煤种。针对电厂的来煤种类，建议增加低热值蒙煤的采购比列，入炉前与低热值晋煤进行掺烧，好处如下：

1、同样为低热值煤种，标煤单价较低。

2、该煤种特性为高水份、中低灰份，对干排渣系统、电除尘系统的压力大幅降低，可减少因这两个系统故障造成的出力受阻考核，避免出现灰斗渣仓坍塌的事故风险。

3、该煤种表现出来的高水份特性，可以减少磨煤机的冷风调门开度，减少锅炉冷风掺入量，一定程度上可以降低锅炉排烟温度。

参考文献：

[1]刘安明.火力发电厂主要燃煤特性分析［J］.工业技术，2015.

[2]黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整［M］.中国电力出版社，2007.