(宁夏国华宁东发电有限公司 宁夏回族自治区银川 750408)
摘要：长期以来国家对煤泥综合利用持鼓励态度，目前燃烧发电已经成为煤泥利用的重要环节，而循环流化床锅炉则是煤泥燃烧发电的主力机型。为了降低企业的燃料成本，配有循环流化床锅炉的坑口发电机组大都将掺烧煤泥作为主要燃烧方式。入炉煤质的好坏直接影响床料的品质，根据不同煤泥掺烧比例，及时进行煤泥掺烧后入炉煤质的成分分析，提前掌握实际燃煤特性，对机组大比例掺烧煤泥尤为重要。基于此，本文主要对循环流化床锅炉大比例煤泥掺烧试验进行分析探讨。
关键词：循环流化床锅炉；大比例煤泥；掺烧试验
前言
影响循环流化床锅炉煤泥掺烧的因素较多：煤泥中有大量的水分，水分蒸发过程需要吸收热量。随着煤泥掺烧量的增加，锅炉密相区床温有所下降，有可能偏离运行需要的适宜温度区间。煤泥带入炉内的水分最后都以蒸汽形态排出锅炉，引起总烟气量增加，导致引风机电流增大。同时，煤泥添加比例的增加还会影响尾部烟道传热，加速积灰过程，导致排烟温度的升高。凝聚结团是煤泥燃烧过程中一个重要的现象，大多数煤泥送入炉内后都会迅速形成具有一定强度和耐磨性的较大块团，这对于床层的流化将会产生影响。
根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)，锅炉运行期间的粉尘、SO2和NOx排放指标需要严格控制，掺烧煤泥后会引起锅炉运行参数的变化，例如石灰石消耗量增大、粉尘排放浓度升高，这对机组运行不利。国内煤泥的品质较差、杂质较多，容易影响煤泥输送系统的运行，需要根据实际情况进行一定的技术改造。添加位置也是影响煤泥掺烧的重要因素，曾经使用过的密相区喷枪给料、回料阀给料由于故障率高、机组适用性差已经很少采用，目前应用最多的是顶部给料和中部给料。
顶部给料时，煤泥由炉膛顶部呈团状下落。送入炉膛后，煤泥团表面水分先蒸发，外表形成硬壳，在进一步下落过程中，煤泥团内部水分气化产生热爆，形成更小的煤泥团后在炉内燃烧。顶部给料系统、便于安装，可靠稳定、事故率低。中部给料时，将给料点由炉膛的顶部移到炉膛中部。采用该方案后煤泥的一次停留时间有所延长，但受到现场条件影响较多，布置有一定困难。
1研究对象及煤泥输送系统布置
1.1锅炉技术参数
本锅炉是由东方锅炉（集团）股份有限公司制造的亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉。紧身封闭、平衡通风、全钢架悬吊结构、轻型金属屋盖CFB循环流化床锅炉。型号为：DG-1177/17.5-Ⅱ3。
炉膛宽30189mm，深9831mm，汽包中心线标高56700mm，锅炉炉顶采用全封闭结构，并采用大罩壳热密封。锅炉密相区设计压力不小于+20.8kPa、-8.7kPa，锅炉上部二次风区设计压力不小于±8.7kPa，水冷风室设计压力不小于+28.7kPa、-8.7kPa，容积热负荷81476W/m2，截面热负荷3068292W/m2。
1.2煤泥输送系统
煤泥输送系统由2部分组成：1部分输送提前混配合格的煤泥，将其由液压膏体泵经长距离管道从炉膛顶部注入；另1部分输送露天风干煤泥，由专用皮带输送至原煤斗进锅炉掺烧。
2、掺烧煤质特性
不同于国内其他坑口电站燃用的原煤与煤泥特性（如黑龙江佳木斯电厂原煤收到基低位热值为15.12MJ/kg，煤泥收到基低位热值为12.6MJ/kg），伊泰酸刺沟煤矿提供给京泰电厂的燃料主要为低热值原煤和高热值煤泥，结合电厂煤泥掺烧系统的实际特点，试验确定锅炉大负荷（80%以上）工况下入炉煤掺烧煤泥比例的上限为60%，其中，20%由膏体泵炉膛顶部注入，其余40%由专用皮带输送混入原煤斗中，经给煤机落煤口进入炉膛下部密相区燃烧。入炉煤掺混煤泥特性见表2。
表2 入炉煤掺混煤泥特性
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3、掺烧试验分析
3.1掺烧煤泥启动试验
锅炉启动过程中，虽然停运了炉膛顶部管道煤泥系统，但输煤皮带和给煤机煤斗内仍留有掺混煤泥的入炉煤，使得锅炉启动时不可避免地掺烧煤泥。以入炉煤掺烧40%煤泥为例，启动过程中总一次风量一直保持最小临界流化风量，水冷风室压力稳定在8400Pa。从A风道燃烧器开始点火，根据风室燃烧器温度，依次投入其他点火风道燃烧器油枪，保持床温变化率在0~3℃/min；床温达到460℃时，开始启动给煤机向炉膛投煤。DCS画面显示炉膛出口氧量下降、床温变化率提升，表明煤泥投入成功。
3.2高负荷工况下煤泥掺烧比例变动试验
300MW负荷下，煤泥掺烧比例分别为0、30%、60%时锅炉运行参数见表3所示。
表3 不同煤泥掺烧比例时锅炉运行参数对比
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3.2.1床温
锅炉带300MW负荷工况下，伴随着高热值煤泥掺烧比例的增大，不同于掺烧低热值煤泥，炉膛密相区和稀相区温度均有升高：掺烧比例＜30%时，床温增幅为3~5℃；掺烧比例增大至60%时，床温的增幅跃升为20~30℃。总体分析认为，大比例掺烧煤泥才会对床温造成显著影响。此外，旋风分离器出口、尾部烟道和排烟温度等也呈明显的上升趋势。
3.2.2床压
由于细颗粒煤泥比例大，进入炉膛燃烧后生成的细灰分较多，不利于床料的积累，床层压力会下降。大比例掺烧煤泥运行中，当床压过低时（＜6kPa），需及时下调煤泥掺烧比例，防止床压继续下行，造成燃烧不稳定。灰量的增加还会加剧尾部受热面的磨损，增加运行过程中的吹灰频次，也会增大气力除灰系统压力。另外，受掺烧煤泥水分高的影响，大比例掺烧煤泥后水分的蒸发会引起烟气量的增加，使得引风机电流增大，耗电率增加。
3.2.3燃烧状况
煤泥输送系统会对燃烧产生不利影响。炉膛顶部注入煤泥的输送系统管道长1100m左右，沿程阻力大，同时因煤泥水分对膏体泵出力有较大影响，会造成泵出力不均甚至会频繁堵塞，引起炉膛负压或床温的剧烈波动。
3.2.4汽水系统
无论煤泥是从炉膛顶部通过膏体泵注入还是下部皮带送入，煤泥掺烧对汽水系统的影响均不明显，主蒸汽和再热蒸汽温度、压力的波动幅度均在锅炉减温水能够调节控制的范围之内。
3.3综合指标分析
在锅炉各项热损失计算中，排烟热损失和固体未完全燃烧热损失是其中最大的2项。掺烧煤泥后，锅炉排烟温度升高和总烟气量增加导致排烟热损失增大。虽然在实测中，受飞灰和大渣可燃物质量分数影响的固体未完全燃烧热损失略有减少，但锅炉热效率会随煤泥掺烧比例的增加而降低，但在掺烧比例为60%时，锅炉的热效率（90.88%）仍高于设计值（90%）。电厂锅炉大比例掺烧煤泥之后，由于煤泥中水分蒸发引起机组烟气量大幅增加，引风机耗电率大约上升了0.4%；一次风机、二次风机及流化风机耗电率略有增加；除灰和输煤系统耗电率也有小幅上升；总厂用电率增加了0.65%（由7.46%升高至8.11%）。
结论
循环流化床锅炉通过顶部和中部同时给料可以实现70%的大比例掺烧煤泥，大比例掺烧煤泥后锅炉整体运行稳定，煤泥中部给料的经济性略优于顶部给料。大比例掺烧煤泥后风机电流和排烟温度显著增加，应及时进行燃烧优化调整，将配风调整至合理范围并增加尾部烟道吹灰频次。循环流化床锅炉大比例煤泥掺烧有效利用了低热值燃料，节约了原煤、保护了环境，符合国家产业政策，有利于实现节能减排，应予以大力倡导。
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