王泉
(华能渑池热电有限责任公司，河南三门峡 472400）
摘要：以350MW超临界煤粉锅炉为例，开展了煤泥等经济煤种的掺烧试验研究，分析了煤泥煤质特性及与试验煤粉锅炉的适应性，结合现场条件选取合理的掺配方式，研究了掺烧比例对锅炉热效率、炉内结渣、壁温特性及水冷壁高温腐蚀的影响，进行了发电煤耗、供电煤耗及燃煤成本等经济性分析，结果表明：掺烧25%比例煤泥，发电煤耗提高1.2 g/kwh，但综合燃料费用节约0.016元/kwh，效益可观。
关键词：经济煤种；煤泥；掺烧；结渣；经济性；高温腐蚀
0引言
随着社会用电量增速大幅放缓、新能源发电比例不断上升，火力发电设备年利用小时数逐年降低，燃煤价格不断上涨，燃煤企业经营形势严峻，寻求经济煤种掺烧降低燃煤成本成为燃煤电厂的必然选择。以煤泥为代表的经济煤种价格低廉，成为电厂降本增效的首要选择，然而煤泥等经济煤种与机组设计煤种存在较大差异，主要表现在热值低、硫分高、灰分高、灰熔点低等方面[1]，掺烧过程中存在棚煤、燃烧稳定性差、结渣、高温腐蚀等风险，严重制约燃煤锅炉大比例、规模化燃用煤泥等经济煤种。煤泥掺烧技术在循环流化床锅炉及W火焰炉上研究较多[2][3]，但在煤粉锅炉中掺烧煤泥等经济煤种的技术研究鲜有报道，本文针对煤泥掺烧特性、存在问题及相应措施进行研究，为同类机组大比例燃用经济煤种提供技术参考，具有较强的研究意义。
1锅炉设备概况
2×350MW锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主开发设计、制造的具有自主知识产权的超临界350MW锅炉。锅炉炉型是HG-1164/25.4-YM1型，锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，共布置5层燃烧器（前3后2），每层布置4只，共20只低NOx轴向旋流燃烧器。
制粉系统采用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，每炉配5台磨煤机，四运一备，设计煤粉细度R90=24%，校核煤粉细度R90=14%，煤粉均匀系数n=1.1。
2燃料特性与锅炉适应性分析
2.1煤质特性分析
设计煤种与实际燃用煤种耿村煤、市场煤、煤泥对比分析如表1所示，耿村煤与设计煤较为接近；市场煤热值及含硫量偏高；煤泥水分高、灰分高、硫分高、发热量低。
煤泥泛指煤粉含水形成的半固体物，是煤炭生产过程中的一种副产品。它的特点一是粒度细，微粒含量多。二是水分含量高。三是灰分含量高，发热量较低。四是黏性较大，由于煤泥中一般含有较多的黏土类矿物，加之水分含量较高，粒度组成细，所以大多数煤泥黏性大[4]。煤泥等经济煤种掺烧过程中容易出现给煤机断煤、炉温降低、燃烧不稳定、锅炉效率降低、高温腐蚀倾向升高、除灰脱硫等设备出力不足等问题。
2.2炉膛适应性分析
一般来说，锅炉容积热负荷qV、截面热负荷qF、燃烧器区壁面热负荷qB以及最上层燃烧器中心至屏底距离h1这些参数与锅炉的着火、燃尽和结渣性能直接相关。锅炉主要技术参数与国内典型烟煤锅炉的对比：
?锅炉容积热负荷选取了较低值，截面热负荷选取了中等偏低值，锅炉炉膛较大，适合于燃用高挥发分烟煤，对燃用低热值煤泥存在炉膛温度低，燃烧稳定性差的问题；
?燃烧器区壁面热负荷选取了中等偏低值，水冷壁防结渣能力较强；
?最上燃烧器中心距屏底距离选取了较高值，保证了煤粉充分燃尽以及屏区具有较好的防结渣性能。
3经济煤种掺烧试验研究
3.1掺配方式选取
在经济煤种煤质特性研究的基础上进行了实炉掺烧，由于耿村煤、煤泥、高热值市场煤发热量差异超过10%，不同煤种着火、燃尽、结渣等指标差异较大，且煤场场地有限，依据《电站煤粉锅炉燃煤掺烧技术导则》DL/T 1445-2015，试验采取“分磨制粉、炉内混烧”的掺烧方式。
原煤仓上煤方式：A、B原煤仓上与设计煤种接近的耿村煤，保证机组稳燃，DE仓上市场高硫煤，最上层C仓上煤泥，中低负荷时主要以BCE磨运行，高负荷时运行BCDE或ABCE磨，保证机组正常出力同时，最大限度掺烧经济煤种。
3.2掺烧比例的影响
试验采用分磨掺烧的方式，中高负荷四台磨煤机运行时煤泥掺烧比例为25%，低负荷BCE磨组运行时煤泥掺烧比例为33%，不同煤泥掺烧比例下机组运行特性如表3所示。
315MW负荷，煤泥掺烧比例由0提高至25%，主再热汽温变化较小，基本能够达到设计值，但SCR入口NOx浓度升高明显，由266mg/m3升高至283 mg/m3，飞灰、大渣含碳量升高、排烟温度升高，排烟温度升高0.5℃，排烟热损失增加，锅炉热效率由93.81%降低至93.48%，发电煤耗由271.9g/kwh升高至272.9g/kwh；178MW负荷，煤泥掺烧比例提高至33%，再热器减温水量高至32.2t/h，锅炉效率93.69%。
3.3结渣特性
178MW负荷BCE磨组运行时，A、D层燃烧器结焦情况如图6、7所示，燃烧器喷口结有少量焦块，分析原因为喷口外侧的防磨浇注料成为结渣源，导致喷口周围结焦严重，但长期运行观察发现焦块未大面积增长，并随负荷升降而减少，C层燃烧器周围结焦量较少，综合分析，A、D层燃烧器结焦与掺烧煤泥关系较小，不影响机组正常运行。
3.4炉温分布
高中低负荷下炉膛温度分布如图8所示，315MW负荷掺烧25%煤泥时炉膛整体温度较高，观火孔测量最高温度为1273℃，但C层燃烧器同层烟温较掺烧前有所降低，与煤泥水分高、灰分高、发热量低的特性有一定关系，178MW负荷上3层燃烧器BCE运行，火焰中心较高，高温区位于下层SOFA风区域。
3.5水冷壁壁温特性
不同负荷不同磨组运行条件下垂直水冷壁壁温分布情况如图9~11所示，315MW负荷BCDE磨组运行时右墙第5~10测点壁温较高， 250MW负荷ABCE磨组运行时右墙第5~10测点壁温偏高，178MW负荷BCE磨组运行时两测量壁温偏差较小，但均呈现右墙第5~10及左墙12~15测点壁温较高的现象，分析炉膛结构特点，其壁温分布特性与无前屏有较大关系。
3.6水冷壁高温腐蚀特性
315MW负荷炉膛两侧墙贴壁还原性气氛测试结果如图12所示，煤泥掺烧比例提高至25%后，两侧墙各区域H2S浓度均不同程度升高，其中左墙还原区H2S浓度达到859ppm，水冷壁高温腐蚀风险增加。
3.7经济性分析
主要对比下煤泥标煤单价，市场煤标煤单价，2019年掺烧煤泥比例，节约燃料成本约1500万元。
4结束语
（1）通过分磨掺烧的方式掺烧25%以上比例煤泥，锅炉运行参数良好，但减温水量升高，锅炉效率降低明显，发电煤耗提高1.2g/kwh。
（2）煤泥掺烧比例提高至25%，贴壁H2S浓度升高明显，最高达859ppm，高温腐蚀风险较高，若长期燃用煤泥，需采取水冷壁喷涂、或贴壁风改造等措施。
（3）大比例掺烧煤泥等经济煤种，可有效节约燃料采购成本，效益可观。
（4）在煤场条件允许的条件下，可探索通过预混进一步提高煤泥等经济煤种的掺烧比例。
参考文献：
[1] 刘文统.红柳洗煤厂煤泥特性与产品结构研究［J］.选煤技术,2016(3):85-91。
[2] 陈国胜.大比例煤泥掺烧对ＣＦＢ锅炉设备性能影响分析［J］.锅炉技术,2020,51(2):41-45。
[3] 周安鹂,马仑,方庆艳,等.煤泥在一台600MWW火焰锅炉上的掺烧试验与数值模拟[J]. 动力工程学报,2019,39(3):175-183。
[4] 程川,何屏.煤泥利用现状及分析[J].新技术新工艺,2012,(9):66-69。