利用小煤斗降低无烟煤锅炉油耗

胡昌斌，张涤宇，王新，段学农

(1.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007 2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

利用小煤斗降低无烟煤锅炉油耗

A new optimized design scheme of blending bituminous coal scheme for anthracite－fired boiler

胡昌斌1，张涤宇1，王新1，段学农2

(1.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007 2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

本文给出一种无烟煤锅炉掺烧烟煤的设计方案，通过设置专用的烟煤小煤斗，使得无烟煤锅炉掺烧烟煤变得相对简单。尤其适合无烟煤锅炉采用烟煤启动或低负荷采用烟煤助燃工况，可以大大降低燃用无烟煤锅炉启动或低负荷助燃用油，对于改善燃用无烟煤电厂的经济性和安全性，都有参考价值。

无烟煤；掺烧；烟煤；小煤斗；油耗；优化设计

1 概述

我国火电厂燃用的无烟煤约占全国发电用煤的3%～4%(折合成标准煤)，加上低挥发份贫煤可达10%左右〔1〕。湖南省虽然煤炭储量居全国第18位，但煤炭资源中无烟煤的保有量占68%〔2〕，如何保证无烟煤在电厂锅炉的稳定、经济、安全燃烧，制造厂、设计单位、设备调试单位、电厂运行人员进行了针对性的探索，取得了显著成绩。

首先是设备制造厂家，针对无烟煤研发了适用于无烟煤燃烧的 “W”型火焰锅炉、CFB循环流化床、四角切圆燃烧锅炉〔3－4〕。3种炉型目前都有大型锅炉的运行业绩，尤其以 “W”型火焰锅炉燃用无烟煤应用最为广泛。

设计、调试、运行人员则针对无烟煤燃烧，采取了以无烟煤掺烧烟煤为主的方式来提高无烟煤燃烧的稳定性、经济性。

1.1 目前混煤掺烧有2种主要方式

1) “炉前掺配，炉内混烧”方式:即在煤进入磨煤机之前，将无烟煤和烟煤按比例混合后进入磨煤机一起制粉，然后进入锅炉燃烧。该方式主要存在以下问题:无烟煤和烟煤在同一磨煤机内磨制，无烟煤煤粉粗、烟煤煤粉细，即煤粉粗细不匀；粗细不匀的煤粉进入炉内燃烧，以烟煤为主的细粉 “抢风”，影响无烟煤为主的粗粉燃烧；混煤比例难以控制，容易引起制粉系统爆炸、回火〔5〕。

2) “分磨制粉，炉内掺烧”方式:即烟煤和无烟煤分别进入不同的磨煤机磨制，研磨无烟煤的磨煤机可以控制煤粉较细，研磨烟煤的磨煤机可以控制煤粉较粗.不同磨煤机磨制的煤粉通过各自的送粉管道进入炉内燃烧。该方式较好的解决了炉前混煤掺烧存在的问题，目前应用越来越多〔2〕。

1.2 “分磨制粉”存在的新问题

1)由于每个煤斗容量有五百多吨，非正常停机时，分磨制粉中如果烟煤煤斗剩余的烟煤较多，为防止烟煤在煤斗中自然，在停机期间需要将烟煤煤斗中的剩余烟煤从给煤机处放空，该放空工作量很大，而且对电厂的文明生产极为不利。

2)如果煤斗内同时存有无烟煤和烟煤，运行过程中，2种煤的切换过程难以准确控制，对运行安全存有隐患。

3)磨制烟煤的制粉系统出现故障时，机组将纯烧无烟煤，机组启动期间点火耗油量较大，且没有完全燃烬的油烟粘附会影响炉后脱硝装置和除尘器的投运。

为解决上述问题，电厂运行人员对设计院提出了增加小煤斗的要求，即在燃用无烟煤的锅炉制粉系统中，适当设置几个小煤斗，专门存储煤质较好的烟煤，用来满足无烟煤锅炉点火或低负荷助燃需求，在降低燃油消耗的同时，也改善脱硝装置和除尘器的运行条件。

2 小煤斗设计方案

2.1 小煤斗容量选择

燃用无烟煤的锅炉，目前以配置 “W”型火焰锅炉较多，而 “W”型火焰锅炉则以配双进双出钢球磨煤机的直吹式制粉系统为常规配置。

如图1所示，600 MW机组一般配置6台双进双出钢球磨煤机，每台磨煤机设置2个大煤斗，分别向双进双出磨煤机两端进煤。布置600 MW机组双进双出球磨机的厂房柱距一般采用12.0 m，2个大煤斗 (每个538 m3)约占用6.5 m即可满足规程规定的储煤量，剩余5.5 m宽度完全可以满足设置小煤斗的空间要求。工程实际设计中，小煤斗设计容积取120 m3左右，按有效容积率85%计算，可储煤102 t。

根据湖南某燃用无烟煤的电厂掺烧烟煤的启动经验，600 MW级机组锅炉从冷态点火至机组达到30%负荷 (此时切换至正常煤种)，一次启动烟煤消耗在120～200 t左右，即使不考虑启动过程中的皮带连续补充给煤，2台小煤斗储满204 t烟煤也基本可以满足锅炉点火启动的需求。

2.2 小煤斗给煤管道解决方案

为防止给煤管道堵煤，文献〔6〕第4.5.2条规定:给、落煤管道宜垂直布置。受条件限制时，则与水平面的倾斜角不宜小于60°。

根据600 MW燃煤火力发电机组典型布置，小煤斗出口与最近的大煤斗出口水平距离约6.0 m，小煤斗出口到给煤机入口高度差约4.0 m，落煤管要满足60°的最小倾斜角度要求常规布置是不可能做到的。如果采用提高小煤斗出口标高，以满足落煤管道60°的角度，则小煤斗出口标高要高出给煤机进口10.4 m以上，由于小煤斗上标高受给煤皮带机层标高 (38.0 m)限制，无法抬高，这样小煤斗容积将大大减小，失去了实际意义，所以要满足小煤斗的给煤管道角度要求，需要另找解决办法。

实际工程设计中，通过在小煤斗下方设置专用的小煤斗给煤机，来保证小煤斗给煤管道垂直布置，小煤斗与磨煤机之间的水平给煤距离通过给煤机的二次转运来实现，解决了上述落煤管角度问题。

对应小煤斗的给煤机有并联布置或串联布置2种设置方式。工程设计方案系统如图1所示。

2.2.1 大、小煤斗给煤机串联设置方案

图1 增加小煤斗方案系统图

该方案是将需要串接的大煤斗给煤机进煤端设置2个进煤口，近端进煤口接大煤斗出口，远端进煤口接小煤斗给煤机出口来煤，小煤斗给煤机布置在大煤斗给煤机上方。小煤斗来煤通过小煤斗给煤机和大煤斗给煤机串联后进入磨煤机。

该方案小煤斗给煤时，大、小煤斗给煤机需要同时运行，但这种布置方式相对比较容易实现，尤其适用于已有电厂的改造工程。

由于大、小煤斗给煤机串联运行，大煤斗给煤机已经有称重设施，故小煤斗给煤机可以简化称重系统，以降低设备费用。

条件具备时，建议采用串联布置为宜，主要是可以节省设备费用。

攸县660 MW超临界参数 “W”型火焰锅炉建设工程采用的就是串联布置方案。

2.2.2 大、小煤斗给煤机并联设置方案

该方案是将小煤斗给煤机出口接在大煤斗给煤机出口的正上方，大、小煤斗给煤机共用一个磨煤机进煤口。

该方案在采用小煤斗给煤时，大煤斗给煤机可以停运，但由于给煤机层布置紧张，该方案实施起来难度较大。

对于新建工程，在设计之初需要统筹规划主厂房给煤机层的布置，才容易实施，由于小煤斗给煤机是可以单独运行，所以必须设置称重装置，设备费用较高。

2.3 小煤斗给煤机接入磨煤机位置

无论小煤斗给煤机是采用串联布置还是并联布置，小煤斗给煤机均布置在大煤斗给煤机的上方。

工程实际中，靠C列柱侧 (汽机侧)给煤机进出口距离只有1.8 m左右，布置位置紧张，而靠D列柱侧 (锅炉侧)给煤机进出口距离则有7.5 m左右，空间相对宽裕。由于小煤斗给煤机与大煤斗给煤机需要一定的连接空间，所以小煤斗给煤机一般接入磨煤机D列柱侧 (锅炉侧)入口，对设备布置比较方便。

图2 增加小煤斗方案布置图

工程设计方案布置如图2所示。

2.4 小煤斗与给煤皮带机的连接

为便于小煤斗给煤，小煤斗最好能与同一给煤皮带机下方大煤斗共中心线。由于小煤斗只能接受一条皮带给煤，在锅炉启动前，向小煤斗给煤的皮带必须保证能够正常运行。

为简化小煤斗的给煤程序，同一个厂房的小煤斗宜接入同一条皮带。

3 增设小煤斗方案注意事项

3.1 煤斗防爆措施

由于存在无烟煤和烟煤2种性质极端的煤种，无论上煤过程如何控制，都难免有煤斗混入其它煤种的可能。小煤斗混入无烟煤只是增加运行难度，但大煤斗混入烟煤，则有可能发生烟煤爆炸、自燃的可能。所以设计上需要在大、小煤斗上设置钝化和灭火系统。

另外，运行人员要注意严格控制上煤过程，保证无烟煤或烟煤能分别进入相应的煤斗。

3.2 制粉系统

制粉系统要配合煤斗进煤的不确定性，大煤斗对应的磨煤机不能完全按无烟煤进行设计。由于无烟煤设计磨煤机出口一次风温度按120℃设计，而烟煤一般是按75℃设计，考虑大煤斗混入烟煤的可能，要适当加大磨煤机冷风调节能力，控制磨煤机内的制粉风温。

与小煤斗连接的两台磨煤机则要按磨制全烟煤进行设计。

另外制粉系统要按烟煤增加相应惰化、防爆、灭火系统。

运行过程中，特别是有烟煤参与混烧时，要加强对一次风管燃烧器侧的监控，防止发生回火。

3.3 机组启动过程中磨煤机运行方式

由于小煤斗给煤是单侧进入双进双出磨煤机，所以对于双进双出磨煤机的运行方式有3种:

1)对侧单进单出方式:进煤和出粉不在同一侧，类似常规单进单出磨煤机，由于煤的流向是贯通整个磨煤机，所以磨制的煤粉均匀性和磨煤机出力都比较好，不足之处是磨煤机单进单出，启动过程中投运的一次风管数量为双进双出的一半，炉内火焰充满度稍差。

2)同侧单进单出方式:进煤和出粉在同一侧，由于在磨煤机的远侧是个盲端，煤粉流动性差，气流速度相对进出口侧要低，煤粉细度相对较高，所以磨制的煤粉均匀性和磨煤机出力较对侧单进单出要差，启动过程中投运的一次风管数量也为双进双出的一半，炉内火焰均匀性稍差。

3)单进双出方式:单侧进煤，两侧出煤，两端出来的煤粉均匀性差异较大。但投运相同的磨煤机数量时，能够投入的一次风管数量比单进单出多一倍，炉内火焰的充满度较好。

本方案考虑设置2个小煤斗，锅炉点火可以启动2台磨煤机，即便是采用单进单出运行方式，也能保证有足够的一次风管数量。

4 增设小煤斗方案效益分析

每台600 MW级机组需要增设2个120 m3钢制小煤斗，需要增加钢材约56 t，约需费用35万元；增加2台小煤斗给煤机，费用55万元；2台犁煤器，费用8万元；还有相应的监控系统，费用220万元。上述费用合计约318万元。

根据某燃用无烟煤的电厂运行经验，常规600 MW级 “W”锅炉燃用无烟煤启动一次平均耗油约90～120 t。改用烟煤启动后，一次耗油8～10 t。增加小煤斗后，启动一次可节省燃油80 t以上，机组启动一次可节省费用约60万元。

按电厂每台机组每年启动2～3次，增加小煤斗的费用约2～3年即可回收。

燃用无烟煤锅炉的最低稳燃负荷为45%～50% BMCR，在低负荷时，还可以将小煤斗的烟煤代替助燃油起稳燃作用，以节省助燃油，这样电厂的节油效益将更为可观。

另外，锅炉启动和助燃燃油如果燃烧不充分，其油烟附着在脱硝催化剂或布袋除尘器滤袋上，难以清除，对烟气脱硝和布袋除尘器运行效果不利，采用小煤斗烟煤取代燃油，则可避免上述问题。

增设小煤斗改善无烟煤锅炉运行条件的设计方案，已经运用在攸县电厂的施工图设计中，小煤斗给煤机采用的是串联方式。

目前该方案正在工地进行施工。

5 结论

燃用无烟煤锅炉设置烟煤小煤斗，可带来以下几个方面的收益:

1)当锅炉主燃料为无烟煤时，可以用小煤斗的烟煤启动锅炉，节省启动燃油消耗。也可以用小煤斗的烟煤作为锅炉低负荷稳燃，节省稳燃燃油消耗。

2)锅炉启动和低负荷助燃减少燃油消耗的同时，也改善了脱硝催化剂和布袋除尘器的运行条件。

3)在无烟煤、烟煤混烧时，减少非计划停机时大煤斗烟煤放空的工作量。

本方案虽然是针对燃用无烟煤的 “W”锅炉设计的，但对采用直吹制粉系统的对冲炉、四角切圆燃烧锅炉的机组，同样具有参考价值。

〔1〕王汉强，卢益，刘进波.无烟煤混烧与锅炉选型〔J〕.发电设备，2008，22(3):191-193.

〔2〕段学农，朱光明，宾谊沅，等.湖南省电厂锅炉混煤掺烧技术应用〔J〕.中国电力，2010，43(2):48-51.

〔3〕杨震，庄恩如，张建文，等.大型电站锅炉采用切向燃烧方式燃用无烟煤的研究〔J〕.动力工程，2006，26(6):766-772.

〔4〕孙献斌.600 MW无烟煤超临界锅炉选型分析〔J〕.电力建设，2014(1):74-77.

〔5〕雷霖，段学农，朱光明，等.电站锅炉混煤掺烧事故原因分析与预防〔J〕.湖南电力，2009，29(2):31-33.

〔6〕中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T5121—2000火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规定〔S〕.北京:中国电力出版社，2001.

TK227.1

B

1008-0198(2015)06-0077-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.022

胡昌斌 (1963)，男，汉族，湖北人，高级工程师，主要从事热力发电厂设计工作。

张涤宇 (1986)，男，汉族，湖南人，工程师，主要从事热力发电厂设计工作。

王新(1975)，女，汉族，湖南人，高级工程师，主要从事热力发电厂设计工作。

段学农 (1963)，男，汉族，湖南人，高级工程师，主要从事电厂调试研究工作。

2015-05-28 改回日期:2015-07-01