机组冷态启动燃用不同挥发分煤种的经济性对比研究

皮正仁，吕建锋，杨飞平，王 伟，谭志强

(1.国家电投重庆电力有限公司，重庆 401123；2.贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司，贵州 遵义 564611)

随着电力市场的需求与变化，大型火力发电机组参与调峰的次数越来越多，机组启停越来越频繁；大型火力发电机组的冷态启动时间长，燃料成本高，特别是大型W型火焰锅炉，因燃用无烟煤，启动初期煤粉着火困难，锅炉升温、升压速率较慢，需要投入大量的油燃烧器，燃料成本高。因此，在启停频繁的大型火力发电厂，如何降低机组启动燃料成本，成为各大型火力发电厂一直追寻的目标。

习水二郎电厂2×660 MW超临界机组出线接入重庆电网，由于重庆电网负荷受季节、天气及昼夜影响较大，该厂机组启动频繁；另外，该厂锅炉为超临界W型火焰锅炉，主要燃用无烟煤[1-2]。无烟煤挥发分低，极难着火，每次机组冷态启动耗油在100 t左右，耗煤在300 t左右；据不完全统计，该厂2台机组自2015年10月底投产以来，共启动70次余次，耗油6 500余t，其中主要是机组启动耗油；随着燃油价的上涨，机组启动成本越来越高，如何降低机组启动燃料成本成为该厂比较急迫的问题。因此，燃用高挥发分煤种进行机组启动成为主要研究的课题。

本文通过对比机组冷态启动条件下燃用不同挥发分煤种的燃料成本，对比其经济性，为大型火力发电机组启动节能降耗提供参考。

1 设备概述及燃用煤种情况

习水二郎电厂1#和2#锅炉型号为B&WB-2090/25.4-M，型式为北京巴威公司生产的660 MW超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、室内布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型W火焰锅炉[3]；燃烧设备采用双拱绝热炉膛、浓缩型EI-XCL低NOx双调风旋流燃烧器及OFA 喷口，燃烧器平行对称布置于炉膛下部的炉拱上，前、后各12只，共24只；在燃烧器的下部，与燃烧器相对应，前后墙各布置12个乏气喷口，共24只；与煤粉燃烧器对应，同时配置了24只点火油枪，1#炉A、B、E磨煤机改造成气泡油枪，出力在0.3～0.8 t/h可调，其余为机械雾化油枪，油枪耗油量根据雾化片大小分为0.5 t/h、0.8 t/h、1.1 t/h；每个燃烧器下部均设有分级风管，每个分级风管与燃烧器喷口一一对应(即喷口)，每台锅炉共有24个分级风喷口，前、后墙各12个，每台锅炉配置6套双进双出钢球磨正压直吹式制粉系统。

习水二郎电厂设计和校核煤种属低挥发分、高硫、高灰劣质贫煤，煤粉着火点870 ℃，属难着火、难燃尽煤，煤质情况如表1所示。

表1 设计煤种和校核煤种

2 燃用高挥发分煤存在的问题及采取措施

习水二郎电厂锅炉燃烧器和制粉系统是专为燃用低挥发分煤种设计[2-4]，与燃用高挥发分煤种锅炉燃烧器和制粉系统有很大差别，若燃用高挥发分煤种的煤粉提前着火，有烧坏燃烧器和制粉系统着火等安全风险，必须采取以下措施。

1)制粉系统安装防爆门，技术规范满足燃用高挥发分煤种的要求。

2)磨煤机入口混合风温控制在200 ℃以下，磨煤机出口温度必须控制于70 ℃以下，根据实际情况开启旁路风，以保证出口粉管风速任何时候均高于22 m/s运行。

3)当磨煤机给煤机断煤后，应及时开大冷风，及时关小热风，控制磨煤机动态分离器出口温度低于80 ℃运行，若10 min不下煤则应停运磨煤机。若需要打开捅煤孔，则必须停磨处理，且热风关断门必须全关。

4)调整磨煤机动态分离器频率最终控制煤粉细度R90于10%～15%。

5)磨煤机运行中，正常料位控制700 Pa左右运行。

6)磨煤机停运前，应将动态分离器出口温度降至50 ℃以下，并将磨煤机料位抽至100 Pa以下且持续10 min，这样才能停运磨煤机。停运磨煤机后，用辅助风对粉管逐一吹扫干净。停运磨煤机时，必须将给煤机上闸板门关闭，并将给煤机皮带上的煤走空。

7)为了防止制粉系统自燃事故发生，运行中应加强对制粉系统蒸汽灭火系统的检查，开启磨煤机消防蒸汽手动门，保证蒸汽灭火系统处于备用状态。

3 试验方案

机组冷态条件下，通过燃用3种不同挥发分煤种的启动试验，来对比其燃料成本，表2所示为机组冷态工况划分，表3所示为试验煤种。

表3 试验煤种

4 试验结果及分析

4.1 耗油量分析

表4 所示为燃用不同煤种下冷态启动耗油量，可以看出，在机组启动曲线时间相同的情况下，煤种1各阶段平均瞬时耗油量最大，煤种2各阶段平均瞬时耗油量次之，煤种3各阶段平均瞬时耗油量最小。

表4 不同煤种冷态启动耗油量

表5 所示为不同煤种下冷态启动的耗煤量。可以看出，在机组启动曲线时间相同的情况下，煤种1耗煤量最大，煤种2耗煤量次之，煤种3耗煤量最小。

表5 不同煤种冷态启动耗煤量 t

图1为机组冷态启动不同挥发分煤种下燃料耗量趋势图。可以看出，随着煤种挥发分的提高，机组冷态启动时耗油量和耗煤量逐步减少。这是因为煤种挥发分提高后容易着火，随着炉膛温度的升高，当控制机组升温升压在标准范围内时，可以逐步减少瞬时耗油量和耗煤量。

图1 机组冷态启动不同挥发分煤种下燃料耗量趋势

5 经济效益分析

表6所示为机组冷态启动不同煤种下燃料费用(燃油、燃煤按当前市场价格测算)，可以看出，煤种1启动费用最高，达到928 100元/次；煤种2启动费用次之，为730 030元/次；煤种3启动费用最低，只有590 800元/次；煤种3启动燃料费用相较于煤种1节省337 300元/次，煤种3燃料启动费用相较于煤种2节省198 070元/次。

表6 不同煤种机组冷态启动燃料费用

图2为机组冷态启动不同挥发分煤种下燃料费用趋势图，可以看出，随着煤种挥发分的提高，机组冷态启动燃料费用逐步减少。这是因为煤种挥发分提高后容易着火，随着炉膛温度的升高，当控制机组升温升压在标准范围内时，可以逐步减少瞬时油和耗煤量，可以降低机组冷态启动燃料费用。

图2 机组冷态启动不同挥发分煤种下燃料费用趋势

6 结语

通过燃用不同挥发分煤种的机组冷态启动试验，对比其经济性，结果表明：燃用煤种的挥发分越高，耗油和耗煤费用就越低；对于燃用无烟煤启动的机组，在保证安全的前提下，可提高燃用煤种的挥发分，降低机组启动燃料费用。