300MW亚临界锅炉混煤掺烧的研究.pdf

第 5期 2 0 1 1 年 9月 锅炉制造 BOI LER MANUF ACTURI NC No ． 5 S e p ． 2 01 1 文章编号 C N 2 3 1 2 4 9 2 0 1 1 0 50 0 0 1 0 3 3 0 0 M W 亚临界锅炉混煤掺烧 的研究 马 盟 ， 刘 向东 1 ． 河北省电力勘测设计研究院， 河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ； 2 ． 武汉凯迪电力环保有限公司， 湖北 武汉4 3 0 2 2 3 摘要 众所周知， 设计煤种时针对具体锅炉选择的， 是锅炉的最佳燃用煤种。但实际上 ， 由于煤炭资源紧张， 导致 目前越来越多的电厂在实际运行中很难一直燃用设计煤种， 在加上节省成本的考虑， 混煤掺烧已经成了 多数电厂的选择。分析了混煤掺烧对制粉系统的影响、 混煤掺烧对锅炉运行性能的影响、 混煤掺烧对经济性 的影 响等 ， 为锅 炉运行 的安全性和经济性提供参考 。 关键词 锅炉 ； 混煤掺烧； 设计煤种 中图分类号 T K 2 2 7 文献标识码 A Re s e a r c h O i l M i x e d Co a l Co fir i n g o f 3 0 0 M W S u bc r i t i c a l Bo i l e r Ma Me n g ， Li u Xi a n g d o n g 1 ． H e b e i E l e c t ri c I n v e s t i g a t i o n a n d D e s i g n I n s t i t u t e ， S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 3 1 ， C h i n a ； 2 ． Wu h a n K a i d i E l e c t r i c P o w e r E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n C o ．L t d ． ， Wu h a n 4 3 0 2 2 3 ， C h i n a Ab s t r a c t As we a l l k n o w， t h e d e s i g n c o a l i s c h o s e n a s p e r t h e s p e c i a l b o i l e r a s t h e b e s t c o a l f o r b o i l e r c o mb u s t i o n ．B u t i n f a c t ， d u e t o s h o r t a g e o f c o a l r e s o u r c e， a n u mb e r o f p o we r p l a n t s a r e d i ffic u l t t o f i r e t h e d e s i g n c o a l d u r i n g a c t u a l o p e r a t i o n， a n d c o n s i d e r o f s a v i n g c o s t ， mi x e d c o a l C Of i ri n g h a s b e c o me t h e c h o i c e o f mo s t p l a n t s ．T he i mpa c t s o f mi x e d c o a l C Ofirin g O ff c o a l s y s t e m ， b o i l e r o p e r a t i o n p e rfo r ma n c e a n d e c o n o my a r e a n a l y z e d， whi c h p r o v i d e r e f e r e n c e for b o i l e r o pe r a t i o n s a f e t y a n d e c o n o m y Ke y wor ds b o i l e r mi x e d c o a l C Of i rin g； d e s i g n c o a l l 混煤掺烧技术概述 混煤是一个广泛的概念， 包括煤与其它成分的 煤 、 煤与添加剂 、 煤与生物质、 煤与垃圾等组分 的混 合。本文是对燃煤电厂混煤掺烧进行技术研究， 以 下仅对煤与煤的混烧的技术与发展进行介绍 。 煤与其它成分的煤混烧最初应 用在炼焦行 业 ， 通过掺混不同粘结性的煤种 ， 改变混煤的热塑 性从而改善焦 的粘结性 ， 达到资源的最 大利用 。 混煤本身是一种物理掺混过程， 就是燃料生产流 通部门根据用户对煤质 的要求 ， 将若干种不同类 别 、 不同性质的煤根据一定 比例掺配加工成混合 煤 ， 这种混合煤虽然具有掺配单煤 的某些特性 ， 但 其综合性质 已有所改变 ， 实际上是人为加工而成 的一个新的煤种。 因此 ， 混煤过程就是利用各种煤在性质上的 收稿 日期 2 0 1 1 0 62 3 作者简介 马 盟， 硕 士学历 ， 河北省电力勘测设计研究院， 主要从事火力发 电厂设计研 究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 锅炉制造 总第 2 2 9 期 差异 ， 通过“ 取长补短” ， 发挥各 自掺配煤种 的优 点， 最终使配 出的混合煤 在综合性能上达到 “ 最 佳性能状态” ， 以达到用户的需求 。 研究混煤燃烧具有很高的社会和经济效益 ， 国内外都对混煤燃烧方面做了大量的研究工作。 很多研究者在不同尺度开展 了混煤热解 、 着火 、 燃 尽 、 结渣及污染物排放特性和最佳混煤配 比等大 量 的研究工作 ， 为混煤的工业化应用提供 了科学 可靠的指导依据。 然而由于燃烧等过程中的的化学作用使得混 煤的性质与单煤相 比发生了变化， 在一定程度上 这种变化难于预测。混煤燃烧的实例表明， 由混 煤 中的单煤预测的燃烧运行变化和实际混煤燃烧 情况并不相符 ， 这为混煤的使用带来 了一定的困 难 。现在的混煤 的燃烧更多依赖于操作者 的经 验 ， 所以需要对混煤 的各种特性进行广泛深入的 研究 ， 以便提高理论知识更好的指导实际运行。 2 混煤掺烧对机组的影响 煤质是设计与选型电厂锅炉 、 制粉系统 、 电除 尘器等主要设备 的前提 ， 电厂使用的煤质确定之 后 ， 其主要设备的结构参数、 型号 、 规格和技术性 能指标也就随之而定。当用设计煤的锅炉机组采 用混煤掺烧时 ， 其运行情况会发生变化， 这些变化 将影响机组整体运行 的经济性和安全性 ， 应引起 电厂筹建者和经营管理者的高度重视。 原电力工业部依据电站锅炉的特点 ， 对电厂 燃煤允许 的煤质参数变化范 围作 出了明确 的规 定 ， 其参数以锅炉设计煤为基准。 表 1 电厂燃煤允许变化范 围 注 挥发分 、 灰分 、 水 分与设计值 的绝 对偏差 ； 发热量 、 s T为 与设计值 的相对偏差 。 该规定是在当时某些电厂因煤种变化原因出 现重大事故后作出的， 主要为保障机组安全地经济 运行， 规定偏于严格 ， 所 以当前大多数电厂难以满 足其要求。表 1也是保证锅炉额定出力及 出口蒸 汽参数允许的燃煤特性变化范围。目前大型机组 燃烧调节方法增多， 其实际范围已有较大的提高。 2 ． 1 混煤掺烧对制粉 系统的影响 煤质 发热量 、 可磨性系数、 水份和粘度等 发生变化时 ， 磨煤机出力、 煤粉细度 、 磨煤功耗、 磨 煤机磨损件寿命 、 石子煤量等也将相应发生变化 ， 当发热量降低 可磨性系数不变 时 ， 为保证锅炉 出力不变， 磨煤机出力就要增加 ， 此时煤粉细度就 会变粗 ； 当可磨性系数降低时， 如要磨煤机及煤粉 细度不变 ， 此时磨煤机电耗增加、 磨煤机磨损件寿 命将减少。从电厂的运行真实情况来看 ， 大部分 电厂煤质变化 的范 围对制粉 系统 的影 响也就如 此 ， 但有一些特例需引起注意。比如， 某电厂原设 计锅炉额定出力 时， 3台磨煤机运行 ， 1台磨煤机 备用 ， 但 由于燃用煤质 的可磨性 系数 比设计煤质 的可磨性系数降低较多， 以致 4台磨煤机运行时 设计煤粉细度 仍难以保证锅炉带额定 出力 ； 另 一 电厂 ， 由于燃用煤质的可磨性系数 、 内在水份及 全水份与设计时所取煤质分析结果相差较 多， 以 致造成将采用风扇磨煤机直吹系统更合理的制粉 系统设计成采用钢球磨煤机中储制粉系统。 2 ． 2 混煤掺烧对锅炉效率的影响 锅炉效率与煤质及运行条件都有关 ， 但 主要 取决于煤质。判断煤质对燃烧情况 的影响， 不能 仅以煤的常规分析来判断， 即工业分析和元素分 析结果作为依据， 必要时也应进行非 常规分析。 煤质是设计电厂锅炉的基础 ， 锅炉只有在燃用接 近设计煤种时 ， 才能取得较好效益 ， 大范围改变煤 种 ， 其运行特性也将发生较大变化 ； 西安热工院在 这方面做 了详尽的研究 ， 其建立 了如下燃尽性能 模型来分析煤质变化对燃烧经济性的影响 q f B 、 Q v d a f 、 Qw 1 式中 q 4 对 应实 际锅 炉碳 未完 全燃烧 热损 失， ％ ； B 一维火焰炉 T P R I 燃尽率 J ， 为燃烧 掉的可燃质 占初始可燃质的百分数， ％。 2 ． 3混煤掺烧对经济性的影响 煤质下降会对 电厂经济性产生很大影响， 根 据国内一些燃烧劣质煤的中高压机组统计结果估 算 ， 燃烧煤的低位发热量每降低 1 MJ ／ k g ， 发电煤 耗量 约 上 升 2 0 g ／ K W／ h ， 厂 用 电率 上 升 约 0 ． 5 ％ 。 图34 是美 国对一座1 0 0 0 MW燃煤 电站 [ 下转第 9页】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 吴英， 等 6 6 0 MW超超临界直流锅炉降压法吹管汽温控制分析 ‘ 9 吹管 3次的要求 ， 因此要控制一个合适 的煤量范 围， 开临冲门前先减一定煤量 ， 等临冲门关闭后 ， 根据升压速度情况再加上相应的煤量 ， 完成一次 吹管。 3 ． 5 分离器 水位 直流锅炉的分离器水位尽管都是 由3 6 1阀自 动控制在某个值 ， 但在吹管过程 中应特别注意对 3 6 1阀进行一些手动操作 ， 具体操作如下 开临冲 门前将 3 6 1阀自动切手动并全关 ， 将分离器水位 从 自动控制时 1 2 m憋至 2 4 m 水位具体多少视 分离器液位量程和 开门时虚假水 位上涨幅度而 定 ， 此时分 离器压力也 达到 冲管参 数， 开 I 临冲 门， 等临冲门全关后 ， 分离器水位会先下降然后上 涨 ， 等到开始上涨时 ， 开启 3 6 1阀到 3 0 ％左右 ， 待 水位下降至 1 2 m左右投水位 自动。在吹管时， 分 离器控制高水位 ， 这样做有三个好处 一是临冲打 开后 ， 主汽压下降， 大量饱和水 由于闪蒸作用变为 蒸汽 ， 使得主汽压下降趋势减慢 ， 并增长高冲管系 数持续的时间， 增强单次冲管效果 ； 二是大量饱和 水闪蒸为蒸汽的同时汽水急剧膨胀 ， 使得蒸 汽带 水加剧 ， 从而起到减温水 的效果 ， 降低主汽温度 ； 三是分离器水位从 1 2 m憋至 2 4 m过程 中， 分离 器出口压力可迅速增加 0 ． 2 MP a 左 右， 这样节省 了升 0 ． 2 MP a 压力所需 的煤量 ， 间接的起到降低 主汽温度的作用。 3 ． 6临冲 门开 关 时间 临冲门开关时间越短， 吹管期 间临冲门节流 损失越小 ， 蒸汽瞬时动量越大 ， 吹管效果越好 ， 从 而减少吹管次数 ， 也间接 的起到降低主汽温度 的 作用。按照 火电机组启动蒸汽吹管导则 1 9 9 8 年版规定 ， 临冲 门开关 全行程 时间要求 不大于 6 0 S ， 个人认 为 应要 求 l临冲门开 关 时 间不 大于 3 0 s ， 新 昌电厂吹管临冲门开关时间 2 3 s 。 4 结束语 江西新昌电厂新建工程 26 6 0 M W 超超临 界直流锅炉起动调试 阶段不熄火 降压法吹管 ， 取 得 了预期 的效果 ， 主、 再热汽温都在允许范围内。 通过对影响汽温的一些关键因素 的合理控制 ， 可 防止超超临界直流锅炉降压法吹管过程中出现主 汽超温问题 。 参考文献 [ 1 ] 段永成．国产6 0 0 MW超临界机组直流锅炉启动系 统 ， 热能动力工程 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 胡志宏．邹县电厂 1 0 0 0 MW超超临界锅炉启动调 试 ， 百万千万超超 临界机组调试技术研讨会 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 岑可法 ， 周吴 ， 池作 和．大 型电站 锅炉安 全及 优 化运行技术， P 1 7 3 ， 中国电力出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 4 ] 岑可法 ， 周吴， 池作和．大型电站锅炉安全及优 化运行技术 ， P 4 7 ， 中国电力出版社 ， 2 0 0 7 ． ．‘ | L． S t ． S I L． L． L． S 屯 ． S 舢 舢． ‘ t舢 ． 驰 ． S | L． S ． 址 ． S _ L． ； I L． 址 ． 址 ． S t舢舢 [ 上接第 2页] 因燃煤变劣对发电成本影响的评估。评估时假设机 组负荷系数为 6 5 ％， 热耗基 准值为 1 0 5 5 0 k J ／ k g ， 燃煤发热量为 2 7 ． 9 M ／ k g ， 灰分 为 1 0 ％ ， 水 分 为 1 0 ％ ， 含碳量为 7 7 ％ ， 煤价为 3 5 U S D ／ t 。由图 3 4看出 ， 煤灰分增加 1 0 ％ ， 水分增加 5 ％ ， 发 热量 下降 1 5 ％ ， 热 耗增 加 ， 这 导致 每 年损 失 4 4 6万 U S D， 相 当于可用率降低 5 ％。 3 结束语 一 般来说， 通过煤质互补从而实现 了燃料的 优化 ， 对 电厂的运行优化有重大的意义。 1 对于煤炭供应不稳定 的企业而言 ， 通过 混煤掺烧保证了人炉煤质， 确保燃煤质量 的均衡 化 ， 稳定人炉煤与人厂煤热差值 ， 对人炉煤 的煤质 更好的进行稳定调控 ， 进而稳定 了整体机组 的运 行情况 ， 有助于提高锅炉效率 、 降低锅炉事故率 ， 保证锅炉运行 的安全性和经济性 。 2 混煤掺烧 可以控制入 炉煤 的含硫量 ， 降 低 了 S O 排放量 ， 减少未燃烬粉尘及其它有害成 分的排放量 ， 有利于防止环境污染， 同时混煤掺烧 可以进一步调节燃煤的灰分 、 挥发分等。 3 混煤掺烧强化 了电厂对来煤煤种的适应 性 ， 从而有利于扩大购煤主动权 ， 拓宽煤源管道 ， 使锅炉对煤质范围有更宽 的选择 ， 并通过市场竞 争降低来煤费用。 4 提高劣质煤的利用率 ， 降低燃料成本 ， 减 少 发电成本 参考文献 [ 1 ] 电安生[ 1 9 9 3 ] 5 4 0号． 加强大型燃煤锅炉燃烧管理 的若干规定． [ 2 ] B ． H a r i ， V u t h a l u r u ， D o n gk e Z h a n g ．E f f e c t o f c o a l b l e n d i n g o n p a r t i c l e a g g l o me r a t i o n a n d d e fl u i d i s a t i o n d u r i n g s p o u t e d b e d c o mb u s t i o n o f l o w r a n k c o a l s ． F ue l Pr o c es s i n g Te c hn o l o g y， 2 001， 7 0 415 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m