陈家宾1 闵国江2 刘季江3
1.国家能源集团织金发电有限公司，贵州 织金 552106
2.国家能源集团织金发电有限公司，贵州 织金 552106
3.国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江 宁波 315800
摘 要;针对Ｗ型火焰燃烧锅炉的特点，充分运用烟煤挥发份高、着火温度低的特点，制订启动全过程精细化管理流程，营造掺烧烟煤磨组的提前且可靠投运条件，大幅缩短点火油枪暖炉及煤油混烧引燃的时长，较好地解决了掺烧无烟煤机组在冷态启动过程中油耗高的问题，同时也保证了启动过程的安全性，可为同类型机组在不进行设备改造的前提下，节约启动用油提供参考和借鉴。
【关键词】Ｗ型火焰锅炉;冷态启动;烟煤
国家能源集团织金发电有限公司一期建有2×660MW超临界燃煤机组，锅炉是由东方锅炉股份有限公司设计制造的DG2076/25.73-Ⅱ12 型超临界参数、W型火焰燃烧直流锅炉，燃用贵州省织金县当地煤矿供给的低挥发份无烟煤。
因W型火焰锅炉燃烧器布置特点，6台双进双出球磨机的24只煤粉燃烧器错列布置在下炉膛的前后墙炉拱上（见图1），燃烧方式为下冲式，火焰在下炉膛形成W型。煤粉着火主要靠燃烧器自身卷吸炉膛高温烟气加热煤粉着火燃烧或依靠油枪引燃煤粉，燃烧器相互之间的引燃作用较弱。且无烟煤难于着火（着火温度550～700℃），在冷态启动初期炉膛温度较低的情况下，往往不能满足无烟煤的着火和自稳燃。故机组冷态启动时间长，耗油量较大，单次冷态启动耗油平均在120吨左右，启动成本较高。
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炉前墙炉拱
图1 前后墙炉拱煤粉燃烧器布置示意图
因烟煤具有热值高、挥发份高、着火温度较低（400～550℃）等特点，且着火后能快速的实现自稳燃，在煤种工业分析指标上与本地无烟煤能形成较好的互补（见表1）。此外，本锅炉配套的球磨机可磨性强、启动时少量使用烟煤的灰熔点等燃烧特性，可以不予以考虑。故采用烟煤进行锅炉的冷态启动，降低启动时一次风煤粉的着火点，煤粉进入炉膛“提前”着火，尽早退出暖炉及引燃用油枪。本文的研究是针对设计燃烧无烟煤的W火焰锅炉，冷态启动阶段掺烧烟煤的运行相关事项的探索。
表1 锅炉原设计煤种、现掺烧无烟煤和启动用烟煤的煤质分析表
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1 启动前准备工作
1.1 停炉前煤仓准备
为保证启动过程能直接烧到烟煤，锅炉停炉前应将燃烧器位于中部的两台磨煤机（B、C或D、E磨煤机中各选一台即可）煤仓烧空并抽空磨煤机，完成启动用烟煤的替换，为启动的节能工作提供有力保障。有条件时可考虑走空上述四台磨组的原煤仓。
1.2 机组调停期间的工作
机组调停期间，锅炉所有油枪清洗完成，雾化良好，点火枪打火正常；对选定烟煤启动的磨煤机消防蒸汽、给煤机内积粉、原煤仓空气炮及气锤进行检查、清理工作，保证其可靠备用，确保启动前机组无影响启动进程的缺陷。
1.3 机组启动前的准备
冷态启动前，应提前通过邻机辅助蒸汽投入高缸预暖，预暖至缸胀满足主机冲转要求；对掺烧烟煤磨组的“磨煤机点火能量满足”及“二次风温条件”进行适度放宽；启动过程中，值长负责统一指挥，确保调度通畅，保证启动过程中各环节准备充分；根据汽温和汽压的变化情况及时调整机组高、低压旁路系统，确保汽温和汽压匹配，缩短启动烧油时间。
2 烟煤磨组冷态启动流程
2.1 启动用煤的选择
冷态启动启动初期用的烟煤，应储备并选用不低于250吨左右的挥发份为25%～33%、低位热值不低于18MJ/kg、全水分小于10%的优质烟煤，掺烧选用的两台磨煤机燃烧器应集中于炉膛中部，这样可以使炉膛左右受热更均匀，炉宽方向煤粉更为集中，充满程度更好，以保证并网后锅炉燃烧稳定，尽早退油。
2.2 提高给水温度及避免热量流失
锅炉冷态冲洗结束后，应逐渐提高除氧器水温至100℃左右，对锅炉进行换水操作，确保锅炉点火前将水冷壁温度提升至较高水平。当通过换水无法提高水冷壁温度时，启动风烟系统，维持30%的总风量进行炉膛吹扫，吹扫结束后立即点火，避免长时间通风导致热量损失。
2.3 锅炉点火
锅炉点火应首选掺烧烟煤的两台磨煤机对应的8支油枪，根据冷启升速率按炉膛对称中心线的位置，前后墙左右交替成对投运，并逐渐增加油枪至12支左右。点火初期关闭炉底液压关断门，避免大量冷风漏入炉膛，但磨组投粉后应及时开启炉底液压关断门。锅炉点火后加强储水罐水位调整，尽量减少储水罐排水，防止大量热量随着炉水外排。
2.4 投运第一台掺烧烟煤的磨组
在炉膛出口烟温达到250℃、空预器出口二次风温达到100℃时，启动一次风机、密封风机，并对掺烧烟煤的制粉系统静态暖磨。在炉膛出口烟温达到300℃、掺烧烟煤磨煤机出口温度至60℃左右时，启动第一台烟煤磨组，磨组启动初期可根据升温升压速率，先投入前、后炉拱对称的两只煤粉燃烧器，并控制少量给煤量进行动态暖磨，同时需密切关注煤油混烧的煤粉是否充分引燃，若发现燃烧器喷口不着火的情况，应立即停止该煤粉燃烧器运行。
2.5 投运第二台掺烧烟煤的磨组
锅炉升温升压过程中，在主机冲转前启动第二台烟煤的磨机运行，暖磨结束后逐步增加磨煤机的负荷，控制烟温温升率＜1.5℃/min。炉膛出口烟温达450℃后，在保证燃烧稳定的情况下逐步减少稳燃的油枪至8支左右，退油枪过程中严密监视炉膛负压及炉膛出口烟温、火焰监视画面的变化，一旦燃烧不稳及时增投油枪。
2.6 油枪退出的条件
在炉膛出口烟温烟温达550℃，调整锅炉燃烧稳定，维持6支油枪运行；炉膛出口烟温烟温达600℃，维持4支油枪运行；炉膛出口烟温烟温达650℃，撤出全部油枪。
3 烟煤磨组启动安全性控制
3.1 点火油枪选择及定期轮换
在投运第一台烟煤制粉系统进行油煤混烧初期，因炉膛燃烧水平较低，除应保证对应燃烧器火嘴的油枪已投运且燃烧稳定，应投入该火嘴相邻油枪或对侧油枪进行稳燃；此外，应防止炉内火焰不均匀，而产生水循环停滞的问题及水冷壁受热面横向产生的不均匀热应力，需加强炉宽方向油枪的定时轮换，保证炉膛整体均匀受热。
3.2 掺烧烟煤磨组投粉时机选择
应严格控制掺烧烟煤磨组的投粉时间，炉膛烟温水平较低时且过早投粉，煤粉燃尽率较低，将极易发生尾部烟道二次燃烧，对机组安全运行造成重大风险。应及时至就地观察煤粉着火情况、同时从炉膛负压、炉膛出口烟气温度的变化来判断燃烧是否稳定充分，并作出相应调整。投粉后应严格控制炉膛总风量，避免低温的二次风量过大影响煤粉着火。
此外，燃用烟煤的制粉系统应严格控制磨煤机出口温度＜70℃，同时控制磨煤机入口温度小于150℃，只有磨煤机出口温度＜60℃的情况下，可适当提高磨煤机入口风温，但不能超过200℃。
3.3 启动用烟煤至无烟煤切换
启动过程中应随时关注原煤仓的烟煤料位，应及时补充无烟煤避免因原煤挂壁造成返粉。根据无烟煤上煤量和磨机运行小时、耗量确认烟煤消耗完毕，方可解除磨煤机出口温度小于70℃，磨煤机入口温度小于150℃的限制。确认燃用煤种已完全切换后，应检查磨煤机风道、大罐不严密处是否有强烈的热辐射、冒火花等现象，观察给煤机是否有返粉现象，发现异常及时采取措施处理，防止制粉系统着火。
4 掺烧烟煤启动经济性评价
对织金电厂1号机组的历次掺烧无烟煤/烟煤进行冷态启动情况，进行了汇总统计（见表2）。从下表看出，采用烟煤冷态启动后，点火至投运第一台磨煤机时的炉膛温度，较无烟煤启动时降低80℃左右；点火至第一台投磨时长由无煤煤启动平均时长5.67小时，缩短至2.5小时，冷态启动时长大幅缩短，平均启动用油下降幅度达56.17%。
表2 冷态启动投运掺烧无烟煤/烟煤磨煤机的参数对比
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4.1 直接经济效益
在机组冷态烟煤启动方案后，机组冷态烟煤启动用油量从120t降至52.6t，平均单次节约燃油成本为76.86t，单次启动节约资金=节约柴油数量×柴油单价－原煤数量×（烟煤单价-无烟煤单价）=76.86t×6980元/t-240t×（900元/t-390元/t）=338723元。
4.2 间接经济效益
（1）将机组冷态启动用煤由原来的无烟煤改为烟煤后，减少了燃料成本消耗。
（2）解决了机组冷态启动过程中，低温再热器管壁超温、主汽温超温问题，提高了设备的使用寿命，确保机组安全运行。
（3）缩短机组启动时间，使得启动电耗降低，进一步提升经济效益。
（4）采用烟煤启动时，启动油耗的降低以及煤粉燃尽率的提高，也使得不完全燃烧油、煤颗粒对尾部烟道和电除尘安全运行、脱硫浆液品质的影响程度降低，提升机组安全环保水平。
5 结论及后续改进措施
（1）随着火力发电厂燃料成本的增加，降低燃料/燃油成本已成为公司减亏控亏的重要手段。因此，燃用无烟煤机组在冷态启动过程中，采用烟煤启动后，使得启动油耗大幅降低，启动时长大幅缩短，不仅能满足电厂冷态启动降低消耗性指标的要求，也能确保受热面的安全，带来较大的经济效益。
（2）采用烟煤启动过程中，存在制粉系统着火爆炸的风险。为保障机组采用烟煤点火时制粉系统的安全运行，应从设备上完善安全措施，后续将对启动过程中燃用烟煤的磨煤机出口煤粉管加装防爆门。
（3）在冷态启动锅炉点火后，一、二次风温达到100℃所需要的时间仍较长，推后了投运第一台烟煤磨煤机时间。后续将采取临炉加热技术改造，对烟煤启动磨组一次风系统增装临炉加热暖风器装置。
参考文献
[1]国家能源集团织金发电有限公司660MW超临界W型火焰锅炉设备说明书.东方锅炉股份有限公司，2015.4
[2]国家能源集团织金发电有限公司. 烟煤冷态启动节油方案[S].2019.3
[3]龚柏云，彭敏，熊蔚立，西山烟煤与阳泉无烟煤及其混煤的燃烧性研究 [J].热力发电,2003(4):17-20.
[4]袁光欣, 顾大康.“W”型火焰锅炉燃烧调整. 贵州电力技术，2005.2