电站锅炉多煤种混煤掺烧适应性研究与实践

唐斌，朱光明

(1. 大唐耒阳发电厂，湖南 耒阳421800;2. 国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙410007)

湖南省是一个少煤的内陆省份，近年来年原煤生产总量保持在5 000 万t 左右，70%为难着火、难稳燃、难燃烬、难磨的无烟煤。为满足电站锅炉燃煤供给，年采购省外燃料约2 000 万t，覆盖了褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤等多煤种。基于电站锅炉燃煤复杂多变，为安全、稳定、经济地进行多煤种掺烧，大唐湖南公司联合湖南省电力科学研究院等单位开展了一系列关于混煤掺烧方式和掺混比优化的试验研究，取得良好的经济、社会效益。

1 设备概况及设计煤质

1.1 锅炉设备概况

研究主要选择了中储式制粉系统四角切圆炉、直吹式W 型火焰锅炉、直吹式对冲燃烧锅炉等有代表的炉型，主要设备情况见下表1，2。

表1 锅炉设备情况

表2 机组BMCR 工况下主要参数

1.2 设计煤种的特征参数

表3 为各电厂设计煤种的特征参数。

表3 设计燃料特性参数

2 混煤可磨性、燃烧特性实验室研究

1)对于新进煤种，首先进行工业分析，进行混煤实验室可磨性、燃烧特性测试，摸清新进煤种、混煤的特点。湖南省近年主要燃用煤种煤质情况见下表4。

表4 主要煤质工业分析结果

2)湖南省典型燃煤多数着火温度偏高，在420 ～500 ℃之间。在难着火煤种中混入易着火贫煤(烟煤)后，混煤着火温度明显下降，着火温度降低约50 ～60 ℃。

3)通过实验室研究，发现混煤的可磨性与单煤不呈线性关系，并非2 组分煤种加权平均，而是趋向于难磨的煤;可磨性差异越大的2 种煤掺混时，混煤的可磨性越趋向于难磨煤种〔1〕。

4)实验发现，混煤成粉粒径分布呈现粗径无烟煤多、细径贫煤(烟煤)多的特征，混煤的燃尽特性接近于难燃煤种，混煤的煤粉细度不能由混煤的Vdaf决定，而是由难燃尽煤种的挥发分决定〔1〕。

3 掺烧试验思路、方案及要求

1)对于带库叉管设计的中间储仓式制粉系统，原煤可磨性或燃烧特性差异较大时可采用分磨磨制、仓内掺混、炉内混烧方式，如石门电厂#1炉。

2)对于直吹式制粉系统，设计使用无烟煤而未考虑防爆措施，在掺烧高挥发分原煤时宜采用炉前掺混、炉内混烧方式，如耒阳电厂#2 炉。高挥发分原煤的掺混由20%逐步提升到50%。

3)对于直吹式制粉系统，原设计为贫煤的可视原煤的可磨性或燃烧特性差异采用炉前掺混、炉内混烧或分磨制粉、炉内混烧方式，如湘潭电厂#2炉。

4)不同无烟煤间或无烟煤与贫煤掺烧时采用分磨掺烧，与炉前掺混方式进行对比研究。

5)试验时主要记录制粉系统安全性(如磨煤机出口风温等)，燃烧安全性(如炉膛温度、燃烧器壁温)，燃烧经济性(如主/再热汽温、飞灰含碳量等)，低负荷调峰能力(最低稳燃负荷率等)等数据，以确定不同煤种间的最佳掺烧方式和掺混比例。

6)由于掺烧的烟煤、褐煤灰熔点很低，同时部分烟煤、晋城煤硫分较高，造成炉膛结焦的趋势明显，炉膛掉大焦的概率明显增加，甚至威胁到锅炉的长期稳定运行。通过卫燃带优化布置、适时地喷入除焦剂、严格控制炉内空气动力场等手段，有效地控制结焦现状。

7)受脱硫装置设计容量的限制，为防止排放超标，尽可能控制入炉煤全硫St.ad以防止排放超标。

4 多煤种混煤掺烧适应性试验研究

4.1 石门电厂#1 锅炉劣质无烟煤、高硫煤掺烧

1)石门电厂#1 锅炉原设计煤种设计燃用山西晋东南无烟煤和黄陵烟煤的混煤，由于攸县无烟煤价格低、产量较大，电厂易于获得。石门电厂#1锅炉采用分磨磨制、仓内掺混、炉内混烧方式掺烧攸县煤和潞安煤，攸县煤磨制时煤粉细度R90控制在4%以内。攸县煤掺烧比例低于50%时，炉膛温度水平在1 200 ℃以上，燃烧稳定;飞灰含碳量可以控制在3%以内，锅炉效率90.2%以上。

2)石门电厂#1 锅炉以潞安煤掺烧含硫高达4.3%的高硫煤时，25%的掺烧比例可控制SO2不超标，但当高硫煤掺烧比达到33%时，SO2浓度难以控制。三次风作用对SO2浓度影响迅速、显著，一般延迟5 ～6 min，SO2浓度会出现1 个突升的现象，升高幅度可达33% ～60%;运行中当发现SOx排放超标时，减少高硫煤制粉系统的出力可以迅速的控制排放超标。

4.2 耒阳电厂#2 锅炉多煤种掺烧

耒阳电厂#2 锅炉设计燃用本地无烟煤，受矿难、煤矿整合等多种因素影响，本地煤矿大范围停产整顿，原煤产量大幅度减产。为了生产经营的需要，电厂被迫采购印尼褐煤、陕西烟煤、晋城无烟煤、越南无烟煤等外省煤种。电厂与国网湖南省电力公司电力科学研究院进行如下多煤种掺烧优化试验。

4.2.1 陕西烟煤与本地煤掺烧优化试验

烟煤与本地煤掺烧，烟煤比例从20%逐步增加到50%时，炉膛温度维持在1 500 ℃以上，炉膛结焦稍有增加但基本可以受控;在入炉煤挥发分Vad控制在14% 以下时，磨煤机出口温度控制在120 ℃以下，制粉系统未出现自燃和自爆现象，燃烧器壁温基本控制在500 ℃以下，机组安全存在一定的余度。在入炉煤挥发分Vad在14%以上时，通过调整冷风门开度，磨煤机出口风温可控制在100℃以内，制粉系统安全性得到保证，燃烧器壁温也在500 ℃左右。

随烟煤掺烧比例从20%逐步增加到50%时，飞灰含碳量从5.5%左右下降到3.5%左右，当烟煤掺烧比例超过35%以上时，机组不投油最低稳燃负荷从55%BMCR 下降到35%BMCR 工况。

4.2.2 印尼褐煤与本地煤掺烧优化试验

褐煤与本地煤掺烧，褐煤比例从20%逐步增加到40%时，炉膛温度维持在1 500 ℃以上，炉膛结焦增加但通过适时的负荷变化、每天适当喷入除焦剂基本可以受控;在入炉煤挥发分Vad控制在15%以下时，制粉系统出口温度控制在100 ℃以下，制粉系统未出现自燃和自爆现象，燃烧器壁温基本控制在500 ℃以下，机组安全存在一定的余度;但在雨季，由于褐煤本身的全水分很高，当褐煤的掺烧比例超过35%以上时磨煤机出口温度很难超过80 ℃，磨煤机的干燥出力明显不够。

随褐煤掺烧比例从20%逐步增加到40%时，飞灰含碳量从5.5%左右下降到4.5%左右。飞灰含碳量下降不明显，这是由于褐煤的水分较大，煤粉气流着火点较掺烧烟煤时有明显的推迟。

掺烧褐煤达到40%时，机组不投油最低稳燃负荷从55%BMCR 下降到35%BMCR 工况。

对于此炉型掺烧烟煤、褐煤时，必须保证掺混的均匀性，杜绝短时烟煤单独入仓。保证制粉系统惰化系统可靠，必要时需增设防爆装置。运行中严格控制磨煤机出口温度在120 ℃以下且无异常的快速升温现象，当温度上升较快时，应立即停止磨煤机运行，全关热风门，开启冷风门以防止制粉系统自爆。

4.2.3 晋城煤与本地煤掺烧优化试验

由于晋城煤的工业特性除含硫较高外与本地煤十分接近，无论采用分磨掺烧还是炉前掺混，在180 MW 负荷下炉膛温度均维持在1 500 ℃以上，燃烧稳定性没有问题，但低于170 MW 负荷时，炉膛负压波动明显增加，炉膛温度下降明显，燃烧稳定性变差。晋城无烟煤燃尽特性较本地无烟煤较差，其可磨性也低于本地汽车煤，当晋城煤与本地煤1∶ 1 掺烧时，进行分磨掺烧与炉前掺混对比试验，分磨掺烧方式下，一般锅炉效率可提高1%以上，降低晋城无烟煤掺混比，锅炉效率略有升高。

4.2.4 越南煤与其他煤的掺烧优化试验

当越南煤与烟煤1∶ 1 掺烧时，由于越南煤挥发分更低，可磨性更差，飞灰含碳量严重偏离设计值，极限达到了20%以上;通过严格控制煤粉细度、优化配风等方式，飞灰含碳量还是超过13%，锅炉燃烧效率严重下降。后在保持烟煤掺烧份额在30%以上，不断降低越南煤的掺烧比例，增加本地煤掺烧量时，飞灰含碳量不断下降;当越南煤、本地煤和烟煤按2∶ 4∶ 4 掺烧时，飞灰含碳量可以控制在8%以下。

从测量燃烧器喷口出口处温度梯度来看，即使越南煤与其它煤种煤粉细度相近时，此煤的内在水分相对较高，其着火点明显滞后，造成飞灰含碳量偏高。

4.3 湘潭电厂#2 锅炉无烟煤掺烧研究

1)湘潭电厂#2 锅炉设计燃用山西省晋城贫煤与河南省平顶山烟煤的混煤。当采用烟煤(贫煤)中分磨掺烧30%的以下无烟煤时，严格控制无烟煤煤粉细度，炉膛负压平稳、汽温汽压平稳，各投运燃烧器火检强较高度，燃烧稳定。

2)无烟煤掺烧比例在15%以内时，飞灰含碳量可以控制在5%左右，锅炉效率下降不明显;无烟煤掺烧比例超过20%以上时，飞灰含碳量上升明显，达到8%左右，锅炉效率下降明显。

5 结论

1)对于原设计煤种为贫煤、烟煤等高挥发分的锅炉，掺烧无烟煤时宜采用分磨制粉的掺烧方式，如能严格控制煤粉细度，同时保证掺烧比例不宜过高，锅炉燃烧稳定，炉效不会有明显的下降。掺烧无烟煤的比例应根据试验和长期运行的结论及时调整。

2)对于设计燃用无烟煤的直吹式制粉系统、W 型火焰锅炉，在掺烧烟煤、褐煤时，宜采用炉前掺混方式。通过炉前掺混方式，控制混煤综合挥发分、磨煤机出口风温等措施，在安全上是可靠的。但烟煤、褐煤的掺混比例不宜超过50%，入炉煤挥发分Vad不宜超过15%;掺烧高挥发分正常水分的原煤后，锅炉的燃烧效率能够得到明显的提高。通过少量的技术改造，并通过不断试验和实践摸索，W 型火焰锅炉较其它型式的锅炉具备更宽泛的煤种适应性。

6 说明

本文部分结论引用了大唐华银电力股份有限公司、国网湖南省电力公司电力科学研究院等单位合作的科研项目《电站锅炉多煤种混煤掺烧技术与管理研究》课题的成果，特此说明。

〔1〕段学农，朱光明，等。混煤可磨性与掺烧方式实验研究〔J〕.热能动力工程，2010 (4):410-413.