350 MW机组

　　热力发电燃用烟煤锅炉掺烧褐煤的试验研究陈宝康，陈敏，王小华，薛晓垒，牛国平，杨恂西安热工研究院有限公司苏州分公司，江苏苏州以某350MW机组燃用烟煤的锅炉为研究对象，采用输煤皮带预混的方式进行了不同比例的褐煤掺烧试验，分析了不同比例褐煤掺烧工况下制粉系统和燃烧系统运行的安全性、经济性和环保特性。结果表明：（1）掺烧扎煤后制粉系统所需的干燥出力大幅增加，单台炉掺烧比例高不应超过50；（2）随着扎煤掺烧比例的增大，再热汽温上升趋势较为明显，锅炉排烟温度、灰渣可燃物含量上升，锅炉效率降低，当掺烧扎煤比例达3/8时，锅炉效率降低约1.2百分点；（3）随着扎煤掺烧比例的增加NOz排放度不断降低，当掺烧扎煤比例达3/8时，NOz排放度降低约24. 7；（4）当扎煤与大友煤掺烧时，掺烧比例低于3/8不会加剧锅炉燃烧器区域以及高温对流受热面区域的结焦问题。

　　烟煤锅炉；褐煤；掺烧；NOz排放度；锅炉效率；结焦―），男，工学博士，工程师，主要从事电站锅炉运行优化技术及电站脱硝技术研究近年来，受煤炭市场供求关系的影响，国内部分设计煤种为烟煤的电站锅炉逐渐开始掺烧褐煤。

　　由于褐煤具有高水分、高挥发分、低热值、低灰熔点等特点，烟煤锅炉掺烧褐煤对制粉系统和燃烧系统的安全性带来了很大的挑战。同时，掺烧褐煤后锅炉的运行特性将发生重大变化，需要对固有的运行方式作出相应的调整。

　　本文以某台350MW机组燃用烟煤的锅炉为研究对象，采用输煤皮带预混的方式进行了不同比例的褐煤掺烧试验，通过试验全面评估褐煤掺烧对锅炉制粉系统和燃烧系统安全性、经济性以及环保特性的影响，为同类锅炉掺烧褐煤提供。

　　1锅炉概况本文研究对象为三菱重工采用CE技术设计制造的亚临界参数、一次中间再热、单炉膛平衡通风、强制循环汽包炉，锅炉设计主、再热蒸汽温度均为541°C，设计主蒸汽压力17.15MPa，过热汽温采用过热减温水和燃烧器摆角调节，再热汽温采用燃烧器摆角调节，同时设事故喷水。

　　锅炉采用正压直吹式制粉系统，配有5台RP-903型碗速磨煤机，每台磨煤机带1层煤粉燃烧器。燃烧器为三菱-CE型直流式，自下而上呈A、B、C、D、E5层布置，共20个喷嘴。

　　锅炉设计煤种为山西晋北烟煤，试验期间主要燃用大友煤，掺烧煤为扎莱诺尔褐煤（简称扎煤），其煤质分析见表1.由表1可见，扎煤具有高水分、高挥发分、低硫分、低发热量、低灰熔点等特点，具有较强的自燃与爆炸倾向。而大友煤属于优质烟煤，灰熔点较高，不易结渣，适合与低灰熔点的扎煤掺烧。

　　表1试验煤种煤质分析煤种全水分挥发分固定碳灰分硫分低位热值灰熔点2掺烧试验由于扎煤的全水分很高，如果采用分仓掺烧方式，燃用扎煤的磨煤机出口温度很难控制，将不得不降低该磨煤机的出力运行，从而影响机组带负荷能力。受电厂当前实际配煤条件限制，并考虑掺烧的安全性与方便性，试验期间采用在上煤加仓时各煤种通过不同皮带同时落入原煤仓的预混方式。根据当前电厂的掺烧运行情况，每台掺烧磨煤机大友煤与扎煤的混配比例定为1：1，通过改变掺烧磨煤机投运数量来改变整台锅炉的掺烧比例。

　　制粉系统试验以1台典型磨煤机（B磨煤机）为对象，依据DL/T467―2004电站磨煤机及制粉系统性能试验规程进行。其主要目的是考察磨煤机在磨制大友煤和扎煤1：1配比的混煤过程中，制粉系统出力、煤粉细度、磨煤机出口温度等参数的变化情况，评估掺烧后制粉系统运行的安全性和经济性。

　　1锅炉性能试验规程进行，主要考察在不同扎煤掺烧比例下，炉内烟气温度分布、排烟温度及锅炉效率、NO排放浓度、汽温特性等指标的变化规律，对掺烧扎煤后锅炉本体的安全性、经济性和环保特性作出定性评估和量化分析。

　　试验通过反平衡法计算锅炉效率，煤的热值取低位发热量，灰渣平衡比率取飞灰90，炉底大渣为10，并按空气预热器进口温度24C对锅炉效率进行修正。

　　3试验结果3.1制粉系统保持B磨煤机出力不变，磨煤机通风量基本致，分别在单烧大友煤和掺烧扎煤的条件下对B磨煤机制粉单耗以及煤粉细度进行测试，结果见表2.由表2可见，掺烧扎煤后B磨煤机所需干燥出力明显增大，在冷风门全关，热风门几乎全开的状态下，磨煤机出口温度仅能控制在不足60C，说明单台磨煤机1：1的扎煤掺烧比例已经接近磨煤机所能承受的安全上限。若进一步增大单台磨煤机扎煤掺混比例，则可能导致磨煤机出口温度过低，出口粉管结露堵塞等问题。

　　表2 B磨煤机制粉单耗与煤粉细度项目全部大友煤大友+扎煤（1：1）磨煤机出力八h-1磨煤机通风量八/h-1冷风门开度/热风门开度/磨煤机入口风温/°C磨煤机出口风温/°C磨煤机电流/A此外，由于扎煤全水分含量高，可磨性系数较小，掺烧扎煤后的磨煤机电流增大，煤粉细度略有增加。在相近的磨煤机通风量（由于风量测量系统的原因，试验期间磨煤机通风量很难保持完全一致）、同样的磨辊加载力和折向门挡板开度下，掺烧扎煤后煤粉颗粒变粗，将对锅炉燃烧产生定的影响。

　　2锅炉本体锅炉本体试验全部在350MW电负荷、BCDE磨煤机组合方式下进行，分别对不掺烧、1台磨煤机掺烧、2台磨煤机掺烧和3台磨煤机掺烧4个典型工况（编号为T-01T-04）进行试验。试验期间尽可能控制各工况下的运行氧量在同水平，燃烧器的小风门开度（尤其是燃尽风门）保持不变。各典型工况下机组主要运行参数与测试结果见表3.由表3可见，随着扎煤掺烧比例的逐步提高，总给煤量不断增加，在3/8掺烧比例时已比无掺烧工况提高了15t/h以上，制粉系统运行压力较大。

　　汽温特性各工况下锅炉主、再热汽温度及压力正常，均能接近设计要求，过热器减温水量为零。该锅炉长期以来存在主、再热汽温匹配性不佳问题，在高负荷下必须开启一定量的事故喷水来控制再热汽温。随着扎煤掺烧比例的增大，烟气量增加，对流热比例增大，再热汽温逐步上升。为控制再热蒸汽温度，在燃烧器摆角逐渐下摆的前提下，增大事故喷水量，机组运行的经济性受定的影响。

　　锅炉效率特性掺烧扎煤后，一方面，锅炉的对流热比例增大，经环境温度修正后的排烟温度升高；另方面，入炉工况掺烧扎煤的磨煤机无扎煤掺烧比例/总给煤量八h-1主蒸汽温度/C主蒸汽压力/MPa过热减温水量八h-1再热汽温/C事故喷水量八h-1燃烧器倾角/飞灰可燃物/炉渣可燃物/运行氧量/修正后排烟温度/°C排烟热损失/未燃碳损失/修正后锅炉效率/煤平均含水量明显上升，烟气中水蒸气带走的热损失增大。这些因素均造成锅炉排烟热损失随着扎煤掺烧比例的增加而不断增大。由于扎煤的磨制较大友煤困难，在磨煤机磨辊加载力和折向门挡板未作调整的情况下，煤粉颗粒会变粗。但由于扎煤的燃尽性较好，煤粉变粗对灰渣可燃物的影响很小；而大友煤的燃尽性稍差，煤粉变粗后，灰、渣可燃物含量增大。从表3的试验数据也可以看出，随着扎煤掺烧比例的增大，灰、渣可燃物含量逐步上升，锅炉未燃碳热损失不断增大。

　　经环境温度修正后的锅炉效率随扎煤掺烧比例的变化趋势如所示。由可见，随着掺烧比例的逐步增加，修正后的锅炉效率不断降低，相对于无掺烧基准工况，扎煤掺烧比例为3/8时锅炉效率降低了约1.2百分点，扎煤掺烧对锅炉效率的影响比较明显。

　　修正后锅炉效率随扎煤掺烧比例的变化趋势3.2.3NC排放特性该锅炉的燃烧系统基于上世纪80年代初的理念设计，虽然布置有燃尽风（OFA）系统，但燃尽风量占锅炉总风量的比例非常小，试验期间各工况下的NO排放浓度（干基，折算到62）约为600（标准状态，下同）左右，远高于当前先进低NO燃烧系统的平均排放水平。

　　扎煤中氮元素成分的含量与大友煤基本相当，而干燥无灰基挥发分明显高于大友煤，因此，扎煤煤粉进入炉膛后，挥发分析出较早，NO的还原效果较好。在同一氧量水平和燃尽风门开度条件下，随着扎煤掺烧比例的增大，NO排放浓度逐渐下降，从不掺烧时的781mg/m3下降到3/8掺烧比例时的588mg/m3，下降巾幅度达24. 3.2.4结焦特性试验期间通过炉膛看火孔测试炉内燃烧温度，同时观察并记录燃烧器区域和屏区结焦情况。

　　为锅炉看火孔分布示意。由于看火孔分布位置限制，试验仅能通过炉膛燃烧器下部区域、BC层燃烧器之间区域以及燃尽风上方屏区位置的看火孔观察炉内燃烧状态并测量火焰温度。

　　看火孔分布示意表4为各典型掺烧工况下通过红外高温测量仪在118号看火孔测得的火焰峰值温度分布，其数据分布曲线如所示。由表4及可见，由于试验工况均采用BCDE磨煤机运行方式，随着底层B磨煤机开始加仓扎煤掺烧，煤粉的着火提前，在燃烧器下方区域（测点3测点10）的火焰温度随之明显升高。

　　表4炉膛火焰温度工况不掺烧D磨煤机BE磨煤机磨煤机掺烧扎煤掺烧比例炉膛底部测点1测点2测点3测点4测点5测点6燃烧器下方温度测点7测点8测点9测点10测点11 BC层燃烧器间温度测点12测点13测点14燃尽风上方测点15测点16屏区温度测点17测点18 3种掺烧比例下，C磨煤机均全部加仓大友煤，BC层燃烧器区域（测点11测点14）温度水平基本相当，该燃烧器区域烟气温度并没有因锅炉整体掺烧低灰熔点、易结焦扎煤而出现大幅度的上升。

　　全部燃用大友煤时，燃烧器上方区域温度水平较高。掺烧定比例扎煤后，火焰峰值和屏区烟温逐渐下降，至燃用3/8扎煤时，已相对无掺烧工况下降低近90°C.从对受热面结焦的影响来看，火焰峰值温度和屏区烟温的下降对控制炉膛上部区域的结焦较为有利。

　　由于扎煤的灰熔点较低，在掺烧扎煤时炉内整体结焦情况有加重的倾向，排渣中偶有较大块的片状渣，但硬度不大，容易破碎，吹灰时大块渣增多，但渣型和渣量尚不足以影响到除渣设备的安全运行。因此从试验情况可以判断，该锅炉对掺烧扎煤的适应能力较强，在配烧高灰熔点大友煤的条件下，掺烧3/8比例的扎煤不会出现影响运行安全性的问题。

　　4结论（1）掺烧扎煤后制粉系统所需的干燥出力大幅增加，单台炉掺烧比例高不应超过50.（2）随着扎煤掺烧比例的增大，再热汽温上升趋势较为明显，虽然燃烧器摆角已相应下调，但再热减温水流量仍逐渐增加。）掺烧扎煤后，锅炉排烟温度、灰渣可燃物含量均随着掺烧扎煤比例的增加而上升，锅炉效率则相应不断降低，掺烧扎煤比例达3/8时，锅炉效率降低了约1. 2百分点。

　　NO排放浓度随着扎煤掺烧比例的增加而不断降低，掺烧3/8比例的扎煤后，NO排放浓度降低了约24.7.当扎煤与大友煤掺烧时，掺烧比例在3/8以下不会加剧锅炉燃烧器区域以及高温对流受热面区域的结焦问题。

　　王春昌，阮士周，宋太纪，等，烟煤锅炉两种方式掺烧褐煤的工程应用。中国电力，2010（10）：35-38.宁新宇，梁绍华，张希光，等。1025t/h烟煤锅炉掺烧褐煤的可行性试验研究。热力发电，2010（12）：张国平。火力发电厂劣质煤掺烧技术探讨及应用。陕西电力，2013，41（3）：3-85.