烟煤锅炉混煤掺烧低挥发分煤种经济性评估

赵永国，刘 龙，刘卫东，王广兵，刘新坤

（国家能源菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032）

0 引言

2017 年煤炭价格上涨，大部分火力发电厂出现亏损。为了适应严峻的煤炭市场行情，降低综合入炉煤价格［1-5］，电厂三期2×330 MW 机组采用高低挥发分煤种混烧的思路，以最大限度降低燃料采购成本，提升企业经济效益。

在混煤掺烧方案选择和混煤掺烧经济性评估研究中，传统的方法是根据试验结果直接计算经济煤种混烧的经济效益，但煤价实时变化，经济效益也是一个实时变化值，不好判定当前煤价下混煤掺烧是否有经济效益［6-8］。因此，电厂热试组提出了混煤掺烧边界这个概念，混煤掺烧方案只要确定，混煤掺烧边界值就是一个定值，判定混煤掺烧经济性就变得简单便捷，即设计煤种价格与经济煤种价格的差值大于混煤掺烧边界，混煤掺烧就可产生经济效益，反之则会亏损。相对于传统的经济性评估方法，是对混煤掺烧方案选择和混煤掺烧经济性评估的一种创新［6-8］。

1 发电机组概况

电厂三期2×330 MW 锅炉为亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环汽包炉，锅炉型号为DG1025／18.2-Ⅱ4。单炉膛п 型露天布置，燃用烟煤，一次中间再热，平衡通风、固态排渣，全钢架、全悬吊结构，炉顶带金属防雨罩。制粉系统为正压直吹式，配3 台双进双出钢球磨。燃烧设备为四角布置，切向燃烧，百叶窗式水平浓淡直流摆动式燃烧器，风、粉气流从炉膛四角喷进炉膛，喷口中心线与炉膛中心两个假想切园相切，切圆直径分别为D681 mm 和D772 mm；每角燃烧器共布置15 层喷口，包括有6层一次风喷口，其中，A11、A12、A13、A14 为等离子燃烧器喷口，1 层顶二次风（OFA）喷口，8 层二次风喷口（其中3 层布置有燃油装置）。一次风喷口四周布置有可调节偏置周界风。设计煤种是干燥无灰基挥发分为37.22%的烟煤，2017 年1 月份燃料供应部提供的采购价格，标准烟煤（设计煤种）：959 元／t，贫瘦煤：812 元／t，价格差：147 元／t；贫瘦煤价格优势明显，干燥无灰基挥发分在15%左右，考虑到硫份对受热面高温腐蚀的影响，经过济煤种掺烧专项工作小组调研和讨论，阳泉煤为品质比较好的贫瘦煤，供应量充足，最后确定干燥无灰基挥发分在15%左右、硫份1%左右的阳泉煤作为混烧的主要经济煤种进行混烧方案制定。

2 混煤掺烧低挥发分煤种方案

为圆满完成全年经济煤种掺烧任务，在保证机组安全、环保前提下，进一步加大经济煤种掺烧力度，降低燃煤成本，实现效益最大化，结合机组运行实际，制定方案。

2.1 经济煤种

经济煤种一般指性价比高的煤种，月度入厂煤不含税标煤单价低于当月平均价格70 元／t 的煤种，一般热值较低，如褐煤、劣质煤（中煤、型煤、煤泥）等。根据目前实际进煤情况，主要包括低热值煤、高硫煤、型煤以及阳泉煤等经济煤种。

2.2 掺烧方案

燃用烟煤的锅炉，以混烧阳泉矿点燃煤（Vdaf约为10%～15%）为主，型煤和高硫煤为辅。阳泉煤实施分磨分仓掺配方式。5 号炉、6 号炉B 磨B2 原煤仓全部上阳泉煤，掺烧量20 t／h，5 号炉、6 号炉其余各仓均保持正常燃用烟煤，保证煤质干燥无灰基挥发分Vdaf＞30%。

型煤含水量较高，黏性较大，为避免原煤仓发生蓬、堵煤，型煤入厂后要充分晾晒，并在皮带前均匀掺配。燃料管理部严格按照三期入炉煤掺配方案做好燃煤掺配，制定配煤措施保证掺配煤质各项化验指标合格稳定，合理控制硫份以防水冷壁发生高温腐蚀，任何情况下A 磨两端不得掺烧阳泉煤。燃料管理部应将当班入炉煤的掺配预案和掺配结果及时发送至发电部集控运行，并对每天经济煤种掺烧量进行统计。发电部制定掺烧经济煤种的运行方式、燃烧调整方案和确保机组安全运行的措施，合理控制飞灰、炉渣可燃物含量，确保经济高效地完成掺烧任务。计划部负责给燃料供应部上报下个月经济煤种掺配计划并负责制定经济煤种掺配奖惩办法。燃料供应部按照计划和要求采购所需经济煤种。生技部负责掺烧边界的试验、计算、经济效益分析和技术指导。各部门协同配合，共同完成全年经济煤种掺烧任务。

2.3 经济煤种掺烧运行调整措施

发电部应加强与燃料的沟通，了解掌握各仓掺配煤情况和煤质挥发分、热值等指标；根据煤质变化做好燃烧调整。阳泉煤挥发分偏低、热值较高，可适当提高掺烧阳泉煤的5 号炉、6 号炉B 磨煤机出口温度至95 ℃（然后根据实际情况可逐步提高）；其他磨组出口温度按正常控制。

根据机组负荷和燃烧情况，通过采取调整5 号炉、6 号炉B 磨料位和容量风等方法适当提高磨出力；负荷240 MW 以上可保持B 磨容量风门开度比A、C 磨大10%以上，以增加B 磨阳泉煤量；同时保持磨两端出口温度基本一致。根据机组负荷、燃烧状况、主再热汽温及NOx质量浓度合理调节二次风和周界风，周界风开度一般维持在30%～50%，氧量维持2.5%～3.5%（高负荷取低限，低负荷取高限），主燃烧器摆角一般保持50%左右（水平位置）。5 号炉、6号炉B 磨掺烧阳泉煤，可适当关小B 层燃烧器对应的中间DC 层二次风门30%～50%，开大BC、DE 层二次风门至80%左右，以利于煤粉着火燃烧。

根据机组负荷和煤质情况合理控制磨煤机料位，5 号炉、6 号炉B 磨差压料位一般维持550 Pa 左右，其他磨料位维持650～750 Pa，以保证煤粉细度，提高机组带负荷能力。5 号炉、6 号炉制粉系统运行中，当发生原煤仓蓬、堵煤时，应立即进行敲打、振打、疏通，尽快恢复给煤机出力，否则及时汇报值长，联系燃料处理。同时密切关注锅炉燃烧状况，必要时投入等离子稳燃。5 号、6 号机组低负荷具备停磨条件时，可根据燃烧情况停运B 磨；若一台制粉系统停运检修，两台磨运行暂停掺烧阳泉煤，以保持锅炉燃烧稳定。两台制粉系统运行期间，若发生原煤仓蓬、堵煤等异常情况影响锅炉燃烧稳定时，及时启动备用磨煤机。加强锅炉看火。掺烧低挥发分经济煤种应特别注意炉内着火情况，每4 h 对各层燃烧器全面检查一次，发现喷口结焦及时清理。各班组切实提高对飞灰、炉渣指标的关切度，机组长、主值应经常检查渣样、渣量情况，发现炉渣异常，认真分析原因，并采取针对性调整措施。掺烧经济煤种应密切关注烟气SO2、NOx、烟尘浓度的变化，防止环保指标超标排放。密切注意炉膛出口各段烟温、受热面壁温及排烟温度的变化，防止发生锅炉结焦、高温腐蚀和管壁温度超限。根据制粉出力和煤粉细度定期对磨煤机补加钢球，维持磨电流125～130 A，并根据飞灰、炉渣含碳量对煤粉细度适时调整。加强炉膛负压和煤火检强度等参数的监视，做好事故预想；发现锅炉燃烧不稳及时调整燃烧，必要时投入等离子稳燃。

2.4 燃料配煤调整措施

燃料管理部加强与发电部的联系沟通，及时了解掌握磨煤机开启情况，各仓掺配煤情况和煤质挥发分、热值等指标。掺配煤球及阳泉煤时，保持该煤种原煤仓半仓以下低料位运行。

掺配煤球时，发生原煤仓因粘仓仓容变小、蓬煤及堵煤时，停止煤球的掺配；雨天停止煤球的掺配；当主掺配煤种黏性较大时，停止煤球的掺配。当相应的主掺配煤种量不足或指标变化差异较大时，停止三期阳泉煤、煤球的掺配。

2.5 经济煤种掺烧技术要求

根据混煤燃烧试验结果，燃烧调整要求如下：

制粉系统B、C 磨煤粉细度保持10%，A 磨15%，需增加B、C 磨钢球量，保持B、C 磨电流130 A以上，A 磨120 A 以上。喷燃器摆角调整幅度偏大，习惯偏上，要求控制摆角40%～60%，尽量保持水平。磨煤机料位偏高，要求B 磨的料位尽量保持在550 Pa 左右，A、C 磨料位保持在650 Pa 左右。B 磨出口温度太低，单仓掺烧适当调高至90 ℃以上，双仓掺烧适当调高至110 ℃以上。掺烧期间适当减小B 磨一次风速，B 磨一次风口上的二次风量适当加大。根据负荷要及时调整氧量，高负荷保持低一些，低负荷高一些。制定200 MW 以下负荷时保证安全运行的措施。制定低负荷时B 磨启停的措施。增加对炉膛燃烧情况的检查次数。制定堵煤、蓬煤紧急处理措施。加强对环保数据的检查和记录。

3 混煤掺烧经济性评估

3.1 混煤掺烧经济性评估理论

在混煤掺烧经济性计算时，传统的方法是根据试验结果直接计算经济煤种混煤燃烧的经济效益，但煤价实时变化，经济效益也是一个实时变化值，不好判定当前煤价下混煤燃烧是否有经济效益［9-12］。为了更加简单便捷地进行混煤掺烧方案选择和混煤掺烧经济性评估研究，提出了混煤掺烧边界这个概念。混煤掺烧边界是指经济煤种价格与设计煤种价格差的边界值；在混煤燃烧经济煤种时，当经济煤种价格与设计煤种价格差产生的经济效益刚好抵消混煤燃烧经济煤种导致供电煤耗的增加而降低的经济效益时的差值便是混煤掺烧边界［13-15］。最优的混煤燃烧方案只要确定，混煤燃烧边界值就是一个定值，判定混煤燃烧经济性就变得简单便捷，即（设计煤种价格-经济煤种价格）＞混煤掺烧边界，混煤掺烧就可产生经济效益，反之则会亏损。混煤掺烧边界的计算方法为

式中：a 为混煤掺烧边界，元／t；bhs为混烧经济煤种时供电煤耗，g／kWh；bsj为燃烧设计煤种时供电煤耗，g／kWh；p 为机组供电量，kWh；j 为入炉煤价格，元／t；w 为经济煤种掺烧量。

式中：￡为混煤掺烧经济效益，元／日；jsj为设计煤种价格，元／t；jhs为混烧经济煤种价格，元／t。

因此，设计入炉标煤价格与掺配经济煤种价格的差值大于掺烧边界，进行经济煤种掺烧可以产生经济效益；差值越大，经济效益越好，反之则不能产生经济效益；煤炭价格变化较大，有了这个边界值，就可以通过简单对比煤价随时评估混煤掺烧的经济性。

3.2 试验结果

按照试验要求，从2017-02-20—2017-03-03 燃料对5 号炉B2 仓上阳泉煤（贫瘦煤）的工况中选取符合要求的5 个进行掺配煤经济效益计算。工况化验结果报告如表1 所示。

表1 工况化验结果

表2 试验结果汇总

试验计算经济效益的煤价来自燃料供应部提供的1 月份采购价格，标准烟煤为959 元／t，贫瘦煤为812 元／t，价格差为147 元／t。由于送风投入暖风器，暖风器投入量的不同对锅炉效率有一定影响，对锅炉效率的影响均修正到与掺煤前状态一致。原煤样由运行采集送检，炉渣与飞灰由生技部热试组采集送检。为了方便效益对比，掺配煤量均按照20 t／h 进行计算，实际上给煤量略有偏差。测算的经济效益和掺烧边界结果汇总表，如表2 所示。

3.3 试验结果分析

从试验结果看，5 个工况产生的日经济效益分别为：53 433 元、34 297 元、46 576 元、60 193 元 和60 839 元，均有较好的经济效益，平均日经济效益为51067 元，5 个试验工况的平均负荷为239.5 MW，每发一度电产生的经济效益为0.008 884 3 元，按照三期年发电量33 亿kWh 计算，年经济效益为2 932 万元。由于煤价变化较大，为了便于确定烟煤价格与贫瘦煤价格差在多少时进行掺配可以产生经济效益，对于掺配边界进行了计算，5 个工况的掺配边界分别为35.68 元、75.55 元、49.97 元、21.60 元和20.25 元，平均掺配边界为40.61 元。从煤掺烧5 个工况来看，同样掺配20 t 左右经济煤种，产生的经济效益差别还是比较大的；主要原因有两个方面：首先煤质影响，这5 个工况入炉煤低位发热量差别比较大直接影响燃烧状况和锅炉效率；另外还与运行调整情况也有一定关系，最后两个工况对B2 粗粉分离器的出粉细度进行了调整，B 磨分离器挡板开度由35%逐步调至25%；A、C 磨分离器挡板由40%调至30%，适当提高了煤粉细度，飞灰可燃物和炉渣可燃物明显降低，所以2017-03-02 和2017-03-03 经济效益最好。

通过此次试验，确定三期2 台300 MW 机组经济煤种参配边界为40.61 元，当煤价差大于40.61 元时进行经济煤种掺烧就会产生经济效益。

4 结语

依据近一年的实验数据，三期2×330 MW 机组在混烧低挥发分煤种的情况下年经济效益2 127.8 万元，经济效益显著，为行业内的混煤掺烧问题提供经验和参考。同时，在混煤掺烧研究中，提出了混煤掺烧边界这个概念，并给出了混煤掺烧边界的计算公式，是对混煤掺烧方案选择和混煤掺烧经济性评估的一个创新，减少了人力物力的重复投入。煤炭价格变化较大，有了这个边界值，就可以通过简单对比煤价随时评估混煤掺烧的经济性，可供同行业借鉴和参考。