变煤种运行对机组锅炉影响及应对措施

袁德权,潘 晶,李彦龙

(1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

对燃煤机组锅炉而言，煤质水平偏离设计值应在合理范围[1]，煤质不宜偏离设计值过大，否则不仅影响机组运行经济性[2-3]，机组安全稳定运行也将受到严重挑战。

某电厂300 MW机组配备中速磨煤机直吹式制粉系统，设计煤种为霍林河褐煤，由于煤炭市场价格逐渐升高，为了降低标煤单价而不得不大比例掺烧低质烟煤，导致锅炉出现灰渣含碳量升高、锅炉两侧汽温烟温偏差大，低负荷下再热汽温不足、一次风管经常堵塞等问题。此外由于煤质灰分较大，除尘系统超负荷运行而导致设备被迫停运，机组设备安全均无法保证，更谈不上经济运行。

1 设备概况

锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的一次中间再热、亚临界汽包锅炉，型号为HG-1025/17.5-HM35，设计煤种为霍林河褐煤。锅炉采用四角布置切向燃烧直流燃烧器，两级喷水减温调节过热汽温，再热汽温依靠摆动的燃烧器调节。锅炉配置5套MPS200HP-Ⅱ型中速磨煤机正压直吹式制粉系统，额定负荷下4台运行，1台备用。锅炉主要设计参数见表1，设计煤质特性见表2。

表1 锅炉主要设计参数(BMCR)

表2 锅炉设计煤质特性

2 燃烧优化试验[4]

2.1 一次风速调平

对5台磨煤机出口一次风管道风速进行调平工作，由表3可见，调平前B、E磨偏差分别达到13.3%和16.8%，其中A磨偏差最大达23.1%，D磨偏差最低在5.3%。调平后偏差基本在5%左右，一次风配风均匀性得到有效改善。另外由于烟煤水分低，磨煤机通风量较低，个别粉管风速严重偏低，最低风速达不到18 m/s的低限要求，存在严重堵管倾向。调平后各管风速比较均匀，堵管几率大大下降。

表3 调整前后试验结果 %

2.2 调整煤粉细度

对于燃用混煤的锅炉来说，煤粉细度一般介于两者之间，具体应根据实际试验情况来确定。由于原煤粉细度是根据设计煤种褐煤而确定的，不适用于烧劣质烟煤的煤种，燃烧效率将会变差。调整前后结果见表4，调整后煤粉细度R90在24%～30%，炉渣可燃物含量下降2%左右，飞灰可燃物也有所下降，锅炉经济性明显好转。

表4 调整前后煤粉细度变化情况 %

2.3 运行氧量调整

过量空气系数是电厂运行的重要指标，一般随着煤种变化，其最佳运行氧量应通过试验确定，最终得出氧量控制曲线指导运行操作。氧量大小对灰渣含碳量和再热汽温均有影响，提高氧量后灰渣含碳量一般会下降，排烟温度会升高，但同时NOx生成量增大，喷氨量增大，环保指标偏高，若降低氧量又不利于再热汽温控制，在当前混煤情况下试验得出不同负荷下氧量控制参数见表5。

表5 不同负荷下最佳氧量控制

2.4 二次风配风方式调整

在机组负荷不变时，氧量维持恒定，把主燃烧器二次风门开大同时关小SOFA风门后，再热汽温有所下降。若只将最下层AA二次风门从60%关到20%，其他风门开度不变时，左右汽温偏差有增大的趋势，再热汽温变化不大。从试验总体情况来看，改变二次风配风方式对汽温偏差影响有限。

2.5 改变烟煤掺烧比例

根据当前锅炉出现的严重问题，由于煤种偏离设计值较大，为了避免问题进一步恶化，建议采用降低劣质烟煤比例，而增加褐煤掺烧量(应不低于50%)，煤种改变后试验发现灰渣含碳量下降较多，结合其他燃烧优化手段，锅炉效率得到提高，锅炉经济性明显好转。较大的褐煤掺烧量保证了磨煤机远离最低通风量运行，一次风速明显提高，粉管也未发生堵管等安全问题。试验结果见表6和表7。

表6 配烧烟煤和褐煤试验结果

表7 不同工况下锅炉效率测试结果

相同负荷下当燃用100%烟煤时，飞灰和炉渣可燃物分别为1.42%和5.1%，而全烧褐煤时，飞灰和炉渣可燃物仅为0.83%和3.2%，下降较为明显，配烧烟煤时锅炉排烟温度升高5 ℃左右，虽节省了风机电耗，但锅炉效率相对偏低，而全烧褐煤较全烧烟煤时锅炉效率升高0.45%，总体经济性变好。

当锅炉燃用混煤时也进行了针对性试验，分别在高中低负荷下了解锅炉经济性水平。从结果来看，在295 MW和240 MW负荷时劣质烟煤配比均达到60%以上，中高负荷下排烟温度偏高，由于煤粉细度对于燃烧烟煤来说偏粗，且烟煤配比较多，导致炉渣含碳量升高，锅炉效率必然较低。在这2种负荷下磨煤机石子煤排量也偏大，试验得出分别占总燃煤量的1.45%和0.85%，偏离设计值较大，从而分别增加了固体未完全燃烧热损失为0.28%和0.19%，锅炉效率偏低。在165 MW低负荷运行时，采用100%全烧褐煤，锅炉排烟损失和固体未完全燃烧热损失均相对较低，锅炉呈现较高的运行经济性。

3 问题分析

3.1 煤种偏离设计值较多

对任何1台锅炉而言，适用燃烧煤种均有一定适用范围，不宜偏离设计过大，对本锅炉烟煤掺烧量过多，导致了燃用煤种发生重大变化，本身设计煤种为褐煤的锅炉来掺烧烟煤，对锅炉及其辅机设备都会带来诸多不利的影响。当前掺烧的烟煤灰分甚至达到50%以上，而热值又低于褐煤，属于劣质烟煤，水分不到褐煤水分的50%，造成磨出口温度偏高且控制较难，特别是劣质烟煤过多导致除尘器除灰能力已不能满足运行需求，除尘系统严重超负荷运行，给设备的安全运行带来严重隐患，因此综合来看，煤种是锅炉问题产生的主要原因，建议合理控制烟煤量，不超过50%且比例越低越好。

3.2 煤粉细度不合理

虽燃用煤种发生改变，但磨煤机分离器挡板开度未做相应调整，仍然按照燃用褐煤的煤粉细度(R90=35%)运行，煤粉严重偏粗，必然导致煤粉燃尽度变差，锅炉灰渣含碳量升高。通过控制合适的煤粉细度后，锅炉燃尽状况明显好转，经济性得到提升。

3.3 一次风配风不均匀

锅炉长时间运行未进行相应的燃烧调整试验，管道上的可调缩孔大小已严重偏离原有位置，导致一次风管道风速出现严重偏差，3层一次风速偏差严重，其中最大达到23%，一次风配风不均容易导致炉内动力场混乱，破坏炉内切圆导致产生偏斜，燃烧工况恶化，以致两侧汽温和烟温出现偏差。

3.4 氧量控制不合理

煤粉的燃烧及燃尽受锅炉运行氧量影响很大，而氧量变化也会间接影响再热汽温，氧量提高能促进煤粉燃烧，降低灰渣含碳量，但排烟温度也会相应提高，NOx生成量增大。若降低氧量虽有利于环保指标但对再热汽温控制不利，实际运行中建议应兼顾锅炉效率和环保指标，控制合理运行氧量。

4 结束语

对于褐煤锅炉大比例掺烧劣质烟煤，通过燃烧优化调整等措施，可以缓解锅炉出现的灰渣含碳量高、汽温烟温偏差大、再热汽温不足以及一次风管堵塞等问题，但更为重要的是不能忽视燃料本身的特性，实践证明，合理的燃料特性能够保证机组安全、高效运行。