(华润电力（涟源）有限公司 湖南省涟源市 417100)
摘要:针对我司掺烧晋城无烟煤带来飞灰含碳量偏高的问题，对难燃的晋城无烟煤进行了煤质特性分析研究，重点从晋城无烟煤的掺烧比例和掺烧方式上进行了试验研究。结果表明由本地无烟煤与晋城无烟煤进行混煤掺烧时，随着晋城无烟煤掺混比例的增加，飞灰可燃物呈加速上升趋势。在维持晋城煤掺配比例不变的情况下进行“磨前掺混，炉内混烧”和“磨内掺混，炉内掺烧”的对比试验，“磨前掺混，炉内混烧”方式优势明显，晋城煤掺烧50%时，飞灰含碳量可控制4.5%以内。控制晋城无烟煤的掺烧比例，采用“磨前掺混，炉内混烧”的掺烧方式，有效降低飞灰含碳量。
关键词：混煤掺烧；飞灰含碳量；无烟煤；“W”火焰锅炉
受国家调控去产能影响，湖南省小煤矿全部关停，煤炭资源供应紧张、北方煤采购比例急剧升高，燃料成本急剧增加，运输压力加大等多方面因素的影响，湖南省内各火电厂实际燃用煤种严重偏离设计煤种。在现有燃煤条件下，优化掺烧方式是确保锅炉燃烧安全性和经济性的一项重要措施，而目前我司采购的燃煤中难着火、难燃尽的无烟煤占有较大比例，尤以晋城无烟煤为典型代表，省内多家火电厂如涟源电厂、今竹山电厂、鲤鱼江B厂等均掺烧不同比例的晋城无烟煤，随之带来锅炉灭火、燃烧不稳、飞灰和炉渣含碳量高、煤耗偏高等问题，在不得不燃用晋城无烟煤的情况下如何保证锅炉的安全稳定和经济运行是电厂运行人员必须解决的难题。现涟源电厂煤场中储存有大量的晋城无烟煤（占比35%），且以后晋城无烟煤是主要的煤源，在大量燃用晋城无烟煤的同时带来了飞灰可燃物偏高、锅炉燃烧稳定性变差的问题，电厂也一直在运行调整、配煤掺烧等方面进行了摸索和努力，本文主要从晋城无烟煤的掺烧比例和掺烧方式上进行了试验研究，提出了建议。
1 设备概况及掺烧方式
华润涟源电厂2×330 MW 燃煤机组，锅炉系东方锅炉厂制造的DG1025/18.2-Ⅱ15型亚临界压力，一次中间再热，自然循环，双拱形单炉膛，平衡通风，固态排渣，“Π”型露天布置，全钢构架，全悬吊结构，尾部双烟道，燃煤“Ｗ”型火焰炉。,每台炉配3台上海重型机械有限公司生产的BBD4366型双进双出球磨机，每台磨煤机配置6个双旋风煤粉燃烧器，燃烧器错列布置于炉膛下部的炉拱上，前、后各9只。上炉膛尺寸24765×7620mm，下炉膛尺寸24765×13725mm，炉内燃烧区域敷设面积为623㎡的卫燃带。锅炉设计燃用低位发热量 20930kJ/kg、干燥无灰基挥发分为 9.49%的本地无烟煤，锅炉设计效率90.75%。近年来受煤炭市场去产能影响，涟源电厂主要燃用本地低热值贫瘦煤（热值3000大卡、挥发分15%）、湘煤（热值4000大卡、挥发分7%至12%）、晋城无烟煤热值（5200大卡至5800大卡、挥发分6%至8%），晋城高硫贫瘦煤（热值5000大卡、挥发分15%），以及少量烟煤（墨龙煤热值5200大卡、挥发分36%）等，掺烧方式主要采取“分仓磨制，炉内掺烧”，而入炉煤中晋城无烟煤的比例较大，一段时间掺烧比例达到50%，飞灰可燃物高达 6.5%，炉膛负压波动大，给机组运行安全性和经济性带来严重影响。
2 晋城无烟煤的特性
我省火电厂燃用的晋城无烟煤属挥发分低、难磨、难着火、难燃尽的煤，一般我省火电厂燃用的晋
城无烟煤干燥无灰基挥发分 5%～8%，低位发热量 21000～25000 kJ/kg，可磨性系数 HGI 约 43 左右。相关研究表明：煤的着火性能与挥发分的占比有关，随碳化程度的提高，挥发分含量减小，煤发热量中挥发分的发热量的比率降低，使煤的着火变得困难；煤的岩相结构也变化，碳化作用的加深使结构紧密而稳定，孔隙率小，使煤的磨碎性能减弱，反应性降低，燃尽变差。晋城无烟煤着火与燃尽都比较困难，需要较高的着火和燃尽温度，较长的燃尽时间。晋城无烟煤化验数据见表1
表1
2.1可磨性分析
主要入厂煤有晋城煤、潞安煤、本地劣质煤（热值3000大卡）、湘煤、神华煤等，为便于比较，部分煤质的可磨性系数测定结果见表 2。从表 2 可以看出，晋城无烟煤可磨性指数 HGI 约 43，属于难磨煤种，而其它煤种可磨性系数 HGI均大于 80，属于易磨煤种，晋城无烟煤可磨性指数与其它煤种之间存在较大差异。
表2：部分煤种可磨性测定结果
2.2 着火性能、燃尽特性分析
首先从挥发分来分析，参考发电用煤国家分类标准对挥发分的等级界限可知，晋城无烟煤挥发分 Vdaf小于 10%，属于着火难稳定区。对晋城无烟煤的着火特性、燃尽特性分析采用热重分析实验，利用几个能反映燃尽特性的特性参数来判别燃尽特性。现对晋城无烟煤进行实验。
实验一：空气气氛试验
主要做出煤在空气气氛中的燃烧分布曲线。条件如下：
样 重：50mg
空气流量：100L/h
升温速度：20℃/min煤样在热天平加热炉中与空气反应所得的燃烧分布曲线表征了煤样在空气中的燃烧过程。通过燃烧分布曲线，可以获得表征煤燃烧特性的四个参数：
(1) 反应开始温度（℃ ；
(2)反应结束温度（℃）；
(3) 最高反应速度（%/min ） ；
(4) 最高反应速度对应温度（℃）。
实验二：氧气气氛试验
主要做出煤在氧气气氛中的燃烧分布曲线、煤的反应指数RI、燃尽指数Cb。条件如下：
样 重：50mg
氧气流量：100L/h
升温速度：20℃/min
煤样在热天平加热炉中与氧气反应所得的燃烧分布曲线表征了煤样在氧气中的燃烧过程。因为气氛为纯氧，反应较为剧烈，可以比较明显地反映出煤燃烧过程的几个阶段：
（1）水分析出峰；
（2）第一燃烧峰；
（3）第二燃烧峰。
对于部分混煤，燃烧峰可能出现三次。
在氧气气氛中可以清楚的看出各燃烧峰的位置及燃烧峰下面积的大小，从而可以看出煤样易燃还是难燃。
根据煤在氧气气氛中的燃烧分布曲线，可以获得表征煤燃烧特性的两个参数：
（1）反应指数RI：反映煤着火难易程度的指数。
（2）燃尽指数Cb：反映煤燃尽难易程度的指数。
通过实验一和实验二得出的晋城无烟煤的着火性能及燃尽特性参数对比如表3所示。
表3燃尽特性参数
通过反应指数RI℃和燃尽指数Cb可以判断晋城煤着火性能、燃尽性能极难。
3 晋城无烟煤掺烧比例对飞灰可燃物的影响
由于晋城无烟煤单价低，为了降低燃料成本，公司进一步加大其采购量。由于其存煤量大、发热量相对较高，从采购成本和机组带负荷需要出发需大量燃用；但是晋城无烟煤挥发分低，着火性能和燃尽性能极度不好，深度调峰时燃烧不稳、负压波动大、飞灰含碳量高，又不得不控制其燃用的比例。一般采用炉前掺混的方式逐批送入炉膛燃烧，掺烧比例一般在30%左右。为摸清晋城无烟煤掺混比例对飞灰可燃物的影响，在不同煤种的掺混比例下进行了探索试验。根据煤场存煤结构以及计划负荷情况、燃运储煤量和上煤方式、入炉煤掺混后指标(挥发分、热值等)、带负荷能力等综合情况，分别在晋城无烟煤掺混比例16.67%、33.33%、50% 下进行了试验研究，在不同负荷、不同工况下进行，试验结果见表4。
表4 晋城煤不同掺烧比例结果
从试验结果可知，随着晋城无烟煤掺烧比例的增加，飞灰、炉渣可燃物呈上升趋势。晋城无烟煤的特点是可磨性差（可磨性系数HGI=43）、着火特性、燃尽性不好、发热量相对较高，从晋城煤不同掺混比例试验结果可知晋城无烟煤对飞灰可燃物的影响较大。在实验期间发现随着氧量的增加，炉膛负压波动明显增大，当掺配比例达到50%，机组负荷在150MW工况时，炉膛负压波动急剧增大，为确保锅炉燃烧稳定，必须不间断进行投油稳燃。主要是目前采取的“炉前掺混，炉内混烧”的方式，由于煤种之间的特性差异（尤其是可磨性差异大），导致烟煤与无烟煤同磨磨制时煤粉均匀性不好，同一台磨煤机煤粉细度偏差很大。随着晋城煤掺配比例的提高，煤粉细度R90有急剧升高，由于大跨度挥发份煤种进行掺配，导致高挥发份煤种提前着火燃烧，低挥发份煤种缺氧燃烧，飞灰含碳升高，随着掺配比例的增加磨煤机出力明显下降。
4 不同掺烧方式下飞灰可燃物的对比
无论采取多少比例、什么样的掺烧方式，都要确保入炉煤质的相对稳定和均匀性，避免入炉煤煤质大幅度波动，以锅炉安全稳定性为前提，进一步提高掺烧的经济运性。按照入炉煤的常规运行方式，在保持晋城无烟煤掺混比例33.33%不变的情况下，掺烧方式采取“磨内掺混，炉内混烧”和“磨前掺混，炉内掺烧”两种方案进行对比试验。
4.1 “磨内掺混，炉内混烧”方式
燃煤在进入磨煤机之前，利用双进双出制粉系统两边可分仓进煤的方式，上煤方式采取同一台磨煤机的驱动端与非驱动端分别进不同煤种的“磨内掺混”方案。入炉煤掺混比例为晋城煤33.33%，本地劣质煤33.33%，湘煤33.34%。针对不同的挥发份煤种对分离器折向挡板进行调节，选择不同的煤粉细度，加仓方式如表5
表5入炉煤加仓方式
4.2 “磨前掺混，炉内掺烧”方式
“磨前掺混、炉内掺烧”方式就是利用两条不同的输煤皮带按照相同流量的原煤，把不同的煤种送人同一个输煤转运站混合后，再通过输煤皮带送到同一台磨煤机的两个原煤仓“磨前掺混”。入炉煤掺配方式如表6
表6入炉煤加仓方式
4.3 试验结果与分析
试验期间分别对 A、B、C、3 台磨驱动端/非驱动端进行取样分析，混合样和分磨取样结果见表7。从煤粉样的热值、挥发分等数据来看，“磨内掺混，炉内混烧”与“磨前掺混，炉内掺烧”混合样的工业分析数据相差不大，“磨前掺混”的煤粉细度更好。“磨内掺混”的煤粉样细度驱动端和非驱动端相差较大。
表7实验煤质工业分析
表8锅炉效率对比
晋城煤掺配比例在33.33%的时，在两种掺烧方式下机组在50%-100%负荷锅炉都能够稳定燃烧，各参数控制正常，负压平稳。从飞灰取样结果和试验数据来看，“磨前掺混”比“磨内掺混”方式飞灰可燃物更优，300MW 负荷下飞灰可燃物含量降低了1.86%，锅炉效率提高了1.56%。 在“磨前掺混，炉内掺烧”方式下，煤粉细度更加均匀、难燃尽的晋城无烟煤的煤粉细度更能得到有效的降低（R90控制在3%以内），为煤粉的完全燃烧提供了良好的条件，通过配风优化调整采用分级配风的方式有效的提高了，晋城无烟煤的燃尽度。双进双出直吹式制粉系统，机组负荷较低时一次风分管压力较低，进入炉内煤粉多为细颗粒，在机组负荷150WM时，两种掺烧方式下飞灰可燃物相差较小。当机组负荷高于240WM需要启动第三台磨煤机时，与“磨内掺混，炉内混烧”方式相比，“磨前掺混”方式飞灰降低1.94%，切随着负荷的升高飞灰含碳量升高，300MW负荷飞灰含碳偏差达到2.06%。当机组负荷大于80%时，燃料量增加， “磨内掺混”方式无法保证煤粉细度，“磨前掺混，炉内掺烧”方式优势明显，飞灰可燃物明显降低（300 MW 负荷下飞灰可燃物含量降低2.06%），经济性显著。
5 结束语
1、晋城无烟煤属于低挥发分、难磨、着火特性、燃尽特性很差的煤种。
2、晋城无烟煤的掺混比例对锅炉运行安全性和经济性有一定的影响，当掺混比例增大时入炉煤挥发分降低，增大风量时炉膛负压波动变大；随着晋城无烟煤掺混比例的增加，飞灰可燃物呈加速上升趋势。晋城无烟煤与其它掺混煤种之间可磨性、着火和燃尽特性差异较大、晋城无烟煤所占比例大导致飞灰可燃物较高。
3、对于“W”火焰锅炉直吹式制粉系统，在保证晋城无烟煤掺烧比例不变的情况下，采用“磨前掺混、炉内混烧”的掺烧方式，控制良好的煤粉细度（R90＜3%），利用分级配风的方式，为不同煤种不同阶段的燃烧提供足够的氧量，煤粉的燃尽更加充分，飞灰含碳量可以得到有效的控制。
参考文献:
[1] 房凡. 华润电力（涟源）有限公司1号锅炉燃烧优化调整试验报告[R]. 西安热工研究院有限公司, 2015.
[2] 混煤掺烧中晋城无烟煤对飞灰含碳量的影响及控制措施 电站系统工程，2010.7
论文作者:周鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/19
标签：晋城论文; 无烟煤论文; 可燃物论文; 方式论文; 比例论文; 燃尽论文; 锅炉论文; 《电力设备》2018年第23期论文;