浅谈火力发电厂煤炭掺烧后锅炉燃烧优化调整
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作者: 熊良成
摘 要：为了促进和推广先进的锅炉运行技术，特别是混煤燃烧优化技术，提高火电机组锅炉的运行水平，结合我厂的一些实际情况，浅谈火力发电厂如何进行煤炭掺烧以及运行值班员如何做好煤炭掺烧后的锅炉运行调整，从而达到稳定锅炉效率，降低成本，节能降耗的目的。
关键词：燃烧优化；煤炭掺烧；节能降耗
中图分类号：TK227 文献标识码：A
一、我厂锅炉制粉系统及燃用煤种介绍
1、我厂锅炉设备为DG2028-/17.57-Ⅱ5型锅炉，是东方锅炉(集团)股份有限公司制造的亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的型汽包炉，再热汽温采用烟气挡板调节，空气预热器置于锅炉主柱内。制粉系统为中速磨正压直吹式系统，磨煤机为上海重型机器厂生产的HP1003型中速磨煤机，共6台，其中一台备用。
我厂地处成都市金堂县境内，由于四川地区煤炭资源不足，特别是枯水期火电发电用煤量大，区域内电煤供应异常紧张，煤质下降。公司不断努力外拓资源，内挖潜力，以保证电煤供应及锅炉的稳定燃烧，因此不得不面对多煤种的情况。由于燃煤供应紧张，根据市场的情况，在以后相当长的一段时期，供应我厂的煤种是比较杂乱的。因此，我厂需要长期燃用大量偏离设计煤种参数的煤种，特别是需要燃用陕西烟煤为代表的低灰份、高挥发份的煤种和川内中、高灰份的煤，它们对锅炉的燃烧和设备的安全有着很大的影响，因此，结合制粉系统的调整，锅炉变煤种掺烧试验就显得非常重要。我厂从2008年开始就相继进行了煤种掺烧以及掺烧后的锅炉燃烧优化调整试验，取得了良好效果，不但降低了生产成本，又保证了锅炉的安全、经济运行。
我厂主要燃用煤炭情况：将大坝神华煤、免西煤的煤质划分为优B煤。将惠农神华、威远煤的煤质划分为B煤。将永浪、普济、三江坝的煤质划分为A煤。将格里坪、黄洋、何市坝的煤质划分为A-煤。将广安、高兴的煤质划分为C煤或C+煤。各种煤种成分介绍如下：
二、我厂入炉煤掺配方式简介
锅炉是根据给定的煤种设计制造的,设计煤种不同，锅炉的炉型、结构、燃烧器及燃烧系统的形式将不同，有的甚至影响燃料输送系统、锅炉辅机和附属设备的选型。当实际燃用煤种与设计煤种偏差较大时，对锅炉出力和效率影响较大，给设备的安全经济运行带来各种各样的问题。我厂2008年因长期燃用偏离设计煤种导致出现的问题有:
锅炉出力下降，机组不能满发。
锅炉效率降低，发电煤耗增加。(热效率↑4%-5%,节煤率达5%)。煤种多变、煤质劣化，使得锅炉助燃油量增加。
锅炉炉膛结渣，受热面超温。
燃料费用和发电成本增加。
煤炭掺烧可以调节入炉煤特性，所以合理的掺烧可以保证机组安全高效洁净运行，实现电厂节能减排。主要方面有：
均匀煤质，使煤质尽量接近设计值、保证主辅机在最佳状态运行，提高效率。降低炉内沾污、结渣趋势，降低排烟温度。提高燃烧的稳定性，减少助燃油量。
降低飞灰可燃物，提高锅炉燃烧效率。
降低硫、NOx排放。
目前我厂锅炉混煤燃烧一般采取如下三种掺烧方式:
1、间断掺烧(或周期性掺烧)，这种掺烧危害较大。我厂在2008年供煤紧张时采用的这种方式。一般对来煤随到随烧。煤种切换过程中出现新的燃烧尖峰温度，极其容易造成结渣，危及设备及机组运行的安全。
2、炉前预混掺烧，目前我厂基本采用这种方式，在入炉煤上煤过程中掺配，这种掺烧对防治结渣较为有效。引起注意的是由于掺烧煤热值等参数相差较大，应注意混合均匀性。
3、分磨入炉掺烧,这种掺烧方式不需要专用混煤设备,易实现,掺烧比例控制灵活,煤种性能差异较大时燃烧稳定性易掌握.这种方式的应用在我厂启停机过程中常用。在停机过程中,下层磨(A,C磨)上优B煤,中上层磨上掺烧煤（优B+A,C;3:1:1）,能很好的控制燃烧,节约燃油，当时工况下，将各煤斗煤粉烧空停炉，只用了燃油2T多.在正常运行中这种方式掺烧方式对前后墙对冲燃烧方式作用有限。掺烧需要注意的是煤种主要成分接近可以掺烧，相差太大时就不宜掺烧，这可采取分仓上煤的掺烧方式。
三、煤炭掺烧后锅炉的燃烧优化调整
1、对锅炉氧量的合理控制
运行中氧量(总风量)的变化直接影响排烟热损失Q2与机械未完全燃烧热损失Q4，排烟热损失Q2是锅炉各项热损失中最大的（占5%～7%），排烟温度每升高10℃排烟损失约增加0.5％～0.7％，机组发电煤耗升高1.7 ～2.2 g/kWh。过高的排烟温度对锅炉电除尘及脱硫设备的安全运行也构成威胁。氧量的确定主要取决于锅炉燃烧的经济性。氧量过大，使排烟热损失增加，过小又会使机械未完全燃烧热损失增加。排烟热损失和机械不完全燃烧热损失之和为最小时的安全运行氧量即为最佳氧量。从辅机电耗方面考虑，在满足炉内燃烧的前提下，降低总风量,可以大幅降低引、送风机电耗，增加风机裕量，降低厂用电率。从污染物排放方面考虑，采用较小的总风量，保证炉内燃烧前期的还原性气氛，可以有效抑制热力型NOx的生成，减少烟气中NOx排放，减轻尾部烟气脱硫脱硝装置的运行压力，得到良好的经济效益和环保效益。
2、控制入炉煤煤粉细度
煤粉越细，表面积越大，在其它条件相同的情况下，加热时温升越快，挥发份的析出、着火及化学反应速度也就越快，因而越容易着火。煤粉细度越细，所需燃烧时间越短，燃烧也就越完全。运行中煤粉经济细度的定义为：锅炉不完全燃烧损失和制粉系统电耗之和及（q4＋qzf）为最小的煤粉细度。根据中华人民共和国电力行业标准《大容量煤粉锅炉选型导则》（DL/T831―2002），煤粉细度按下列公式选取：
R90＝K＋0.5nVdaf
式中：K――系数，对于Vdaf＞25%的煤质，K＝4；对于Vdaf＝15%～25%的煤质，K＝2；对于Vdaf＜15%的煤质，K＝0。
运行中煤粉细度的变化直接影响机械未完全燃烧热损失Q4。机械不完全燃烧热损失是燃煤锅炉的主要损失之一，通常仅次排烟热损失，一般约占0.5%~5%。当燃煤灰分含量约20%、低位发热量约22 MJ/kg时，通常飞灰可燃物含量每增加11个百分点，机械不完全燃烧损失增加约0.3~0.4个百分点，锅炉热效率降低约0.3~0.4个百分点，机组发电煤耗升高约1.0~1.3 g/kWh。煤粉细度不但影响煤粉的着火和燃烧条件，而且对燃烧的经济性也将产生直接的影响。此外还对NOx的生成有一定程度的影响。煤粉越细，燃烧越快越完全，不完全燃烧损失越低。燃烧细的煤粉时还可降低炉膛过剩空气系数，使排烟热损失减少，但磨制细的煤粉需要消耗较多的电能，增加制粉系统的磨损。反之煤粉越粗，制粉电耗和制粉系统磨损可降低，但不完全燃烧损失就会增大。如何达到经济细度，煤中挥发份的含量是决定煤粉细度的主要因素。当燃煤挥发份含量较大时，由于相对容易燃烧，故煤粉可适当粗一些。当煤粉中灰分含量较高时，由于灰分会阻碍燃烧，此时就要求煤粉能适当细一些。
3、合理控制空预器出口一次风热风母管压力
在保证磨机通风量的前提下，降低一次风压在混合风门开度保持不变的情况下，热风调门自动开大，冷风调门自动关小，可以有效的降低一次风系统的节流阻力，能够大幅度的降低一次风电耗，加大一次风机裕量以及减小空预器一次风侧漏风率。由于一次风压的设置应有效保证整个制粉系统中所有运行磨煤机所需要克服的最大系统阻力为原则，所以一次风压的控制，应该取决于整个制粉系统的最大阻力的那台运行磨机，也就是说一次风压的设定应为所有运行磨机中当前最大出力磨机的给煤量函数关系，这样的一次风压设置能够有效保证所有运行磨机所需要克服的最大系统阻力。而我厂关于一次风的控制中，基本上为以机组负荷为函数关系或是在不同负荷下采用恒定的一次风压粗犷的控制模式，给整个制粉系统带来较大的浪费。合理的一次风压控制曲线应该根据合理的一次风煤比下，不同磨机出力下通过试验方式获得，然后根据实验结果，修改一次风压控制模式以及曲线，长期应用取得良好的节能效果。
4、合理控制空预器出口二次风母管压力
在保持总风量不变的前提下，通过改变燃烧器二次风箱两侧风门的开度，来降低炉膛风箱压差，其目的是保证炉内燃烧的前提下降低风机电耗以及增强二次风配风的均匀性，控制原则是:在保证各层风量配比大致相等的前提下，将各层风门同比开大，保证各层燃烧器理论进风量不变的前提下尽量开大风门挡板开度，以降低节流损失。一般来说，对于我厂这种墙式旋流燃烧器的助燃二次风为燃烧区域风量的主要来源，由于旋流燃烧器采用风箱两侧进风的分布方式，造成二次风箱内压力场分布的不均匀，所以在每只燃烧器的旋流叶片以及风量套筒开度一致的情况下，进入每一层燃烧器的风量以及旋流强度是不一致的。燃烧器的旋流强度以及风量沿炉膛宽度方向的差异化分布对燃烧器区域的热负荷以及燃烧状况沿炉膛宽度方向分配影响较大，在较低氧量运行方式下，容易产生局部缺氧导致燃烧恶化，而在富氧区域的燃烧又容易产生较高的热力型NOx。所以对旋流燃烧器的旋流强度以及风量开度的调节，对于均匀炉内燃烧所需的二次风量和优化燃烧以及降低污染物排放有着积极的意义。通过我厂的实践表明，经过长期的热态运行后的旋流燃烧器的旋流强度以及套筒开度往往较难调节，尤其是它对负荷和煤种的适应性较差，而且操作控制都在就地，热态下参与燃烧调节极其不方便，所以一般情况下，根据特定煤种下燃烧优化调整结果对其调整设置后在平时的运行中一般不对其进行调节。每层两侧的二次风入口风箱挡板为控制该层燃烧器燃烧所需要的二次风量，该风量的精确测量和控制对解决燃烧器区域高度方向上的风量分布精确控制有重要的意义。在各层二次风能够精确测量的基础上，将每层二次风量加入对应的磨煤机出力的控制逻辑，使得每台磨对应的二次风量精确可控。
5、合理控制空预器进口烟温
由于我厂锅炉设计时，对炉膛沾污系数估算不准，使得受热面布置不合理，导致空预器入口烟温偏高，从而使得排烟温度升高，虽然通过采取增加省煤器管排的方式，来增加省煤器的吸热量，降低空预器入口烟温，从而降低排烟温度，取得了一定的效果。针对我厂目前设备的状况，正常投入和及时维护锅炉吹灰系统，减少受热面积灰对锅炉经济性、安全性的影响。锅炉受热面定期吹灰不仅能避免受热面积灰引起的受热面超温爆管，同时使各受热面可减少换热温差，所以在运行中应格外重视吹灰系统的正常投入和及时维护。有统计表明，锅炉事故的70%为四管泄露事故，所以应该引起高度的重视。一方面保证受热面的及时定期吹灰，尽量避免受热面的超温爆管，另外加强受热面防磨工作，对易磨损部位受热面采取防磨措施或更换耐磨金属材料，利用停炉的机会加强对受热面的检查，及时对薄弱环节采取措施，以免锅炉在运行中因受热面泄露被迫停炉。
结束语
在能源日益紧张燃料价格不断上涨的情况下，火电厂的配煤掺烧工作显得特别重要，为了保证火力发电厂的运行安全，只有采用科学的配煤掺烧方式才能保证最大的安全经济效益，通过近几年来的掺烧我们积累了大量的经验，并不断拓宽掺烧范围，因此在设计煤种供应紧张的情况下有效地缓解了燃料的压力，进而最大限度地保证了机组的连续安全运行，没有发生因燃料紧缺而被迫停机的现象。因此通过对各煤种的科学论证并采取适当的掺配方案火力发电厂掺烧非设计煤种是完全可行的。我厂通过不同煤种的参烧，大大降低了燃煤成本，通过合理的燃烧调整，既保证了锅炉的安全运行又保证了机组运行的经济性。
参考文献
[1]李恩辰.锅炉设备运行[M].北京：水力电力出版社, 1991.
[2]陈学俊.锅炉原理[M].北京:机械工业出版社,1981.1
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