大比例掺烧准东煤试验与探索

2014-09-11李鹏曾琦张大德

综合智慧能源 2014年10期

关键词：结渣准东磨煤机

李鹏，曾琦，张大德

(新疆新特能源股份公司自备电厂，乌鲁木齐 830011)

0 引言

准东是指我国新疆准噶尔盆地东部从阜康市到木垒哈萨克自治县的一条狭长地带，在2005年被勘探确认为地下储藏着上千亿吨的煤炭资源，预测储量达3 900亿t，目前累计探明煤炭资源储量为2 136亿t，是我国目前最大的整装煤田。

1 存在的问题

准东地区天池能源公司露天矿煤种属于“准东”系列煤种，它具有水分高、发热值偏低(与新疆地区典型烟煤比较)、煤灰中碱金属质量分数高(尤其是氧化钙、氧化钠)的特点。目前，该地区煤仅有电厂掺烧经验，掺烧结果表明，新疆地区已运行锅炉由于受制粉系统出力(该煤种水分偏高)、炉膛结渣以及受热面沾污(煤中碱金属质量分数高)的影响，只能部分掺烧该煤种，国内也无100%燃用同类型煤种的设计与运行经验。由于准东地区的煤储量大且价格低廉，火力发电厂要降低燃料成本，必须考虑大比例掺烧准东煤。若某电厂掺烧准东煤的比例很高，燃料成本就会降低，经济效益就会很好，就能在众多的电厂中脱颖而出。如何大比例掺烧准东煤是新疆北疆地区各电厂需要研究探索的课题。

2 试验过程

2013-05-15—28，某电厂对#1锅炉进行了准东煤的掺烧试验。通过优化调整，将#1锅炉的准东煤掺烧比例由40%提高至80%，甚至达到90%，在短时间条件下，验证了锅炉100%燃用准东煤的燃烧性能。试验煤种为天池能源南露天矿准东煤，井工煤为掺配煤。通过燃烧优化调整，在额定负荷条件下，经过试验验证，#1锅炉可以在80%准东煤掺烧比例下稳定运行。在合适的条件下，井工煤性能稳定，具备90%掺烧准东煤的性能，若100%燃用准东煤，锅炉易发生结渣，锅炉工况不易稳定。在80%锅炉负荷以下，具备100%燃用准东煤的性能。考虑到准东煤特殊的沾污、结渣等特性，第1阶段试验完成后，需要在#1锅炉进行长周期的运行试验，以检验长周期条件下锅炉运行的安全性及沾污变化特性。在确保安全、可靠的情况下，推进下一步的深度优化工作。

(1)试验情况。为了保证试验工作的顺利进行、试验参数准确可靠、试验煤种稳定可控，该电厂和上海发电设备成套设计研究院成立了试验工作小组。试验小组成员包括电厂高管、运行部、生产技术部、化学专业部门、输煤专业部门主管领导及专业技术人员，试验小组成员还包括上海发电设备成套设计研究院相关试验技术人员。设立试验例会，每天18:30召开试验例会，总结当天的试验情况并安排第2天的工作。加强化学监督和参数监控，每天按照上煤次数对试验用的每个煤种进行分析化验，每天3个班(次)对飞灰大渣进行跟踪分析化验，利用计算软件对锅炉受热面的换热比例进行分析监控，加强就地巡视检查的力度。试验期间每天的受热面监控情况和变化趋势如图1所示。

图1 试验期间受热面换热比例变化(2013-05)

(2)从分析数据可以看出，随着准东煤掺烧比例的增加，水冷壁换热量呈现逐渐降低的发展趋势。尤其是在5月22日和5月25日分别有一个班出现了100%准东煤燃烧工况引起炉膛沾污情况快速恶化。在长周期验证试验期间，一定要注意上煤管理，防止极端工况的出现。

(3)炉膛内沾污趋势加强时，要注意合理增加吹灰次数，优化吹灰流程。通过单日受热面换热统计看，2013年5月25日，出现了100%准东煤燃烧工况，同时也出现吹灰不到位情况，2种不利因素的叠加造成了后期炉膛结渣的快速发展。

(4)在试验过程中，经常出现炉内换热量大幅波动的情况，这些工况点多数同变负荷或磨煤机启停、切换有关。这些数据反映出在目前运行条件下变工况过程中的炉内工况变化剧烈，需要进一步细化运行调整与控制工作。

(5)在试验期间，在280 MW负荷以上、80%准东煤掺烧比例条件下，炉内工况可以保持稳定，但需要对E磨煤机的煤质和上煤方式严格管理，否则，有可能出现严重结渣，影响锅炉的安全运行。负荷在280 MW以下，4台磨煤机运行工况下可以满足100%准东煤燃烧要求，但是对二次风挡板的调整控制要求相对较为严格，不宜随意调整；但在随后的几天内，炉内开始有不同程度的结焦，采取了减负荷措施，开展了除焦工作。

(6)在试验过程中，省煤器灰斗内出现了渣块，这一点应引起发电厂的足够重视，该现象说明，锅炉在特殊工况下很可能出现炉膛和对流受热面同时结渣的问题。这一现象的出现对未来的准东煤掺烧影响重大，同时需要对目前的试验结果进行长周期验证，因为对流受热面的结渣速度一般来说相对较慢，神华米东电厂就是由于尾部受热面堵塞而发生停炉的。在长周期验证试验过程中，需要对受热面的安全性进行长期监视以确认目前调整结构的长周期安全性。

(7)在捞渣机故障处理过程中，由于炉底大量漏风加重了炉内结渣的发展趋势，在今后的运行过程中，要注意防止衍生性异常情况发生，做好异常处理预案，提高特殊工况条件下的运行安全性。

3 验证试验调整控制方案

在锅炉受热面换热比例恢复正常后，将上煤方式调整为A，B，C，D磨煤机上准东煤，E，F磨煤机上井工煤，随着负荷降低，应逐渐减小上层磨煤机出力，在低负荷情况下保持A，B，C，D磨煤机运行。在这种上煤方式下，上层磨煤机启动后准东煤的掺烧比例为80%～90%,低负荷时准东煤的燃用比例为100%。

长周期验证试验的目的主要是判断在大比例燃烧准东煤条件下是否会出现缓慢结渣或积灰的情况，是否会导致锅炉出现影响安全运行的工况，在长周期运行过程中，如果出现意外工况会对锅炉产生一定程度的影响。

在长周期验证试验期间，需要对入厂煤质、磨煤机上煤方式、炉膛出口烟温、各段受热面换热比例重点进行监控，以确保试验期间的安全稳定运行。长周期验证试验期间的调整、控制方案如下。

3.1 A，B，C，D磨煤机运行(燃用100%准东煤)

调整方案：(1)运行磨煤机周界风开度45%固定，停运磨煤机周界风开度10%～15%。(2)磨煤机出口温度：A磨煤机65 ℃，B磨煤机60 ℃，C磨煤机55～58 ℃，D磨煤机65 ℃，E，F磨煤机停运。(3)磨煤机入口热风流量不能太大，估计风煤比在2左右较为适宜，当流量测量的准确性影响判断时，可将冷风挡板开度作为参考依据，以冷风挡板开度不大于30%为宜，尽量不超过50%。(4)总风量控制参照氧量进行调整，注意控制不要使风量过大。(5)分离燃尽风(SOFA)挡板控制下风箱风压(右侧)在0.4～0.8 kPa，随负荷降低风箱风压适当降低。(6)AA层挡板开度30%～50%，AB层挡板开度30%～50%，BA层挡板开度10%，BC层挡板开度40%～50%，CD层挡板开度40%～50%，DE层挡板开度10%左右，ED层挡板开度30%～50%，EF层挡板开度50%～70%，FF层挡板开度100%。各层二次风挡板根据负荷变化酌情调整。(7)各台磨煤机要尽量保持煤量均匀。(8)监视炉膛出口烟温(如发现炉膛出口烟温超过1 150 ℃可适当加强吹灰，同时在二次风量、挡板调整过程中注意观察相关调整手段对炉膛烟温的影响)。(9)在条件允许情况下，应尽量保持冷风挡板自动控制。

3.2 A，B，C，D磨煤机运行(燃用准东煤)/E，F磨煤机运行(燃用井工煤)

调整方案：(1)运行磨煤机周界风开度45%固定，停运磨煤机周界风开度10%～15%。(2)磨煤机出口温度：A磨煤机65 ℃，B磨煤机60 ℃，C磨煤机55～58 ℃，D磨煤机65 ℃，E，F磨煤机运行时，磨煤机出口温度控制在70 ℃左右。(3)磨煤机入口热风流量不宜太大，估计风煤比为2较为适宜，在流量测量的准确性影响判断时，可将冷风挡板开度作为参考依据，以冷风挡板开度不大于30%为宜，尽量不超过50%。(4)总风量控制参照氧量控制进行调整，但要注意控制不要使风量过大，1 100 t/h主汽流量时总风量控制在1 180～1 200 t/h，锅炉出力降低总风量相应减少。(5)SOFA挡板控制下风箱风压(右侧)在0.7～0.9 kPa，随负荷降低风箱风压适当降低。(6)AA层挡板挡板开度50%～70%，AB层挡板开度30～50%，BA层挡板开度10%，BC层挡板开度40～50%，CD层挡板开度40%～50%，DE层挡板开度10%左右，ED层挡板开度30%～50%，EF层挡板开度50%～70%，FF层挡板开度100%。各层二次风挡板根据负荷变化酌情调整。(7)各台磨煤机应尽量保持煤量均匀控制。(8)监视炉膛出口烟温，若发现炉膛出口烟温超过1 150 ℃，可适当加强吹灰，同时在二次风量、挡板调整过程中注意观察相关调整手段对炉膛烟温的影响。(9)在条件允许的情况下，尽量保持冷风挡板自动控制。(10)注意判断E，F磨煤机原煤中水的质量分数，若发现磨煤机出口温度偏低且水的质量分数偏高，应及时联系相关专业技术人员调整。

3.3 此次试验中出现的问题

3.3.1 煤质监督和分析

从试验过程中煤质化验的情况来看，井工煤的煤质变化较大，有2种典型特征：(1)井工煤水分偏高，不少井工煤的全水分为17%～19%，灰分低至12%～15%，无灰干燥基挥发分低至32%～34%，这一类井工煤多数是掺配了准东煤的井工煤。(2)井工煤中灰的质量分数在20%左右甚至更高，焦渣特征达到3以上，这类井工煤多数属于掺混杂质后的半焦煤(配焦煤)，该类煤质若掺混不匀容易在炉膛内发生结焦。在下一步的长周期试验过程中，应当加强对井工煤煤质的监督和分析化验，以保障试验、生产用煤的可靠性。

3.3.2 上煤方式和控制

在此次试验过程中，每天下午都会召开试验小组工作例会。会上专门强调、安排第2天试验工程中的上煤要求。在后期的长周期验证试验中，应当加强这方面的管理工作,以确保上煤工作的准确性。随着准东煤掺烧比例的提高，锅炉的运行控制裕度逐渐减小，上煤方式的失误可能会导致非常严重的后果。由于准东煤具有结渣速度快、黏结强度高的特点，一些极端工况的出现会成为后期不良工况的起点或者发端，这一问题应引起高度的重视。

3.3.3 异常工况处理

在异常工况条件下，需要根据实际情况采取一些特殊的控制策略和手段来保障锅炉的安全运行。例如：在捞渣机卡涩、水封破坏的情况下，应适当降低锅炉负压，减少炉膛冷风漏量，尽量减少由于冷风泄漏对炉膛燃烧工况产生的不利影响。在此次捞渣机故障处理过程中，出现了对流受热面加剧结渣的不利工况，在故障处理过程中，分隔屏、末级过热器、末级再热器的换热量呈现出平行线快速下降的趋势，反映出这部分受热面结渣快速发展的程度。在以后的处理过程中，应对异常工况下的处理操作进行规范，尽量减轻异常状态的负面影响，防止出现“次生事故”。

3.3.4 热工测量准确性

热工测量准确性是实现精确控制的基本保证，在试验过程中发现，磨煤机入口一次风量测量装置的准确性和可靠性较差，在供风挡板关小的过程中，持续性地出现了一次风流量增加的测量特性，由此也导致了磨煤机热风挡板无法投入自动的问题，从而制约了进一步提高准东煤的掺烧比例。氧量表和测量磨煤机出口风压的关键仪表均存在问题，对于这些问题，在生产稳定以后，要开展相应的整改工作。

3.3.5 部分设备功能的缺失

部分设备功能缺失的主要表现是炉膛现有的吹灰器不能将炉膛所有地方都吹到。#1，#2锅炉燃烧器火焰四角切圆过大，造成火焰燃烧不集中并出现煤粉扫边的现象。

3.3.6 关键参数的控制

在试验过程中，从作者目前了解到的情况来看，该电厂的运行操作人员对关键参数的控制差异性较大，对关键参数的精确性控制认识不足，往往会因某些原因单方面增加关键参数的控制范围。比较典型的事例是为了防止磨煤机堵磨而增加一次风量，在使用准东煤的情况下，当热风挡板达到100%开度时，热风流量仍然无法达到磨煤机出口温度的控制要求。在大比例掺烧准东煤的情况下，会由此产生炉内结渣的负面效应，这一点需要引起高度注意。二次风量的调整也有类似问题，为了加快风量调整效果，在20～30 t/h甚至更大的范围内大幅度调整总风量偏置，由此可能会出现明显的过调。在长周期验证试验过程中，要求运行人员能够本着勤调、微调的原则进行调整操作。

3.3.7 喷燃器结焦

由于某电厂#1，#2锅炉喷燃器口处有不同程度的结焦，运行中无法彻底清除，出现了火焰中心切圆过大、火焰发散、火焰扫边的问题。由于炉膛各处烟气温度测点、炉膛氧量表等标记显示不准确及热工二次门等自动不能有效投入，给监盘和试验人员调整带来一些不便。由于存在以上问题，某电厂#1，#2锅炉A，B，C磨煤机燃用天池能源露天矿煤；D磨煤机燃用井工煤；E，F磨煤机燃用井工煤。在5台磨煤机正常运行的情况下，准东煤掺配比例达到60%。

4 产生的经济效益

该电厂机组利用小时数按照7 000 h进行计算，设计单台炉满负荷煤耗为179 t/h，2台锅炉消耗的原煤量(7 000×179×2)÷10 000=250.6(万t)。该厂井工煤入厂价为213元/t，天池能源露天煤为120.5元/t，中间差价为213-120.5=92.5(元/t)。该厂掺烧准东煤比例由40%提高到60%，使井工煤少消耗量为(60%-40%)×250.6=50.12(万t)。

通过大比例掺烧准东煤，该电厂2013年节约的燃料成本为50.12×92.5=4636.1(万元)。

5 下阶段的打算

(1)在机组大小修时，需要增设吹灰器，将所有的结焦受热面都能够覆盖。同时增加声波吹灰器，此项工作目前处于讨论和可行性研究阶段。

(2)在机组停炉时，要进行空气动力场试验，对喷燃器进行调整，保证燃烧时有一个合适的燃烧切圆。要合理配风，以保证火焰中心达到设计值。同时彻底清除喷燃器口处的结焦。

(3)加强对燃煤各项指标的监控，对入厂煤要进行车车采样，要与供应商提供的煤质分析报告进行比对，保证能够有效监控。若煤质出现大幅变化，应及时汇报并进行减量或者停煤。对于煤场来煤(井工煤、天池能源露天煤等)进行分堆组放，并在煤种之间设明显的标示，严禁混放，要尽量避免由于煤质发生变化而导致易结焦煤的比例失控和炉膛结焦不可修复的现象发生。

(4)购入10 000 t热值小于18 MJ/kg、灰分在20%以上的高灰劣质煤，单独堆放在东煤场北侧，以备事故时用。将入炉煤加权平均热值降至20 MJ/kg以下，有效降低炉膛温度，便于接近设计值。将各台锅炉F磨煤机内上劣质煤，发现炉内结焦严重时，启动F磨煤机刷焦。

(5)锅炉炉膛的对流受热面有结渣的现象。每周定期开人孔检查2次，防止尾部受热面堵塞而发生停炉。

(6)保证关键参数热工测点正常，尤其是炉膛温度测点的测量值与实际保证偏差在10 ℃以内。参照各处受热面测点温度，以及查看捞渣机刮板上是否有渣，来摸索出正常运行时各受热面烟温的安全值。

(7)若发现锅炉炉膛左右侧偏差大，应及时查找原因并予以消除。采取变负荷和改变磨煤机的组合形式进行掉焦。以上问题解决后，A，B，C，D磨煤机进行掺烧露天矿煤，D磨煤机掺烧不易结焦的井工煤，F磨煤机掺烧高灰分的煤。最终达到该厂低负荷A，B，C，D磨煤机运行时100%燃用准东煤，高负荷运行时5台磨煤机80%掺烧准东煤。