◎陈朝勇1 / ◎颜毅2/
1中电建元豪电厂运维项目部 2贵州元豪投资有限公司
【摘 要】文章介绍了350MW超临界循环流化床锅炉进行无烟煤掺烧的具体方案，分析了掺烧无烟煤对锅炉燃烧的影响，摸索出了掺烧无烟煤的可行性，为同类型机组提供借鉴。
【关键词】循环硫化床锅炉、燃煤掺烧、无烟煤、可行性
1引言
循环硫化床锅炉煤种适应性较广泛，几乎可以燃用所有煤种，但认识上存在一定的误差，
如果对一台既定的循环流化床锅炉而言，炉型与煤种的匹配关系依然存在，燃用煤种适应性范围比煤粉炉宽，但也存在一定的范围要求，忽略这种关系会导致循环流化床锅炉的安全性和经济性下降，燃用过差或者过好的煤种均不适宜，循环硫化床的优势得不到很好的发挥。
燃用过差的煤种尽管燃料成本较低，但是由于磨损、灰渣冷却等方面问题会增加机组的检修成本，带来可靠性下降等负面影响，如果燃用过好煤种容易出现循环灰量不足问题。循环流化床锅炉燃用2500-5000kCal/kg（10.5~20.9MJ/kg）的燃料较为适宜。为了尽最大限度发挥循环硫化床煤质适应强的优势，扩大发电用煤采购范围，降低燃煤成本，决定进行无烟煤掺烧，通过掺烧，摸清机组掺烧无烟煤后对机组运行参数的影响，总结燃烧调整经验，摸索掺烧无烟煤的可行性。
2设备简介
锅炉型号为DG1127/25.4-Ⅱ1,采用单布风板、单炉膛、M型布置、平衡通风、一次中间再热、循环流化床燃烧方式，露天布置，采用高温冷却式旋风分离器进行气固分离；锅炉整体支吊在锅炉钢架上。锅炉的燃用设计煤质为混煤，配比为：80%王家寨原煤+20%振兴矿煤矸石，校核煤质配比为：60%顺发矿原煤+40%振兴矿煤矸石。设计煤质与校核煤质均相当于低热值、低挥发分、高硫分、高灰分的贫煤。
3无烟煤特性介绍
无烟煤是具有最长的地质年龄和最高的碳化程度煤种，其表面颜色为黑色，断口面有金属光泽，用手指摩擦无烟煤不致染污且不易破碎，燃烧时火焰短而少烟，便于运输和贮存，固定碳的含量高达90%以上，挥发分、水分、灰分含量低，掺烧无烟煤工业分析见表1
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通过以上分析，可以看出无烟煤的发热量高，意味着C 含量高而其它元素如H、O、N、S 等含量相对较小，在受热裂解时，就会放出较少的挥发份，着火困难不易燃尽，燃烧效率低。
4设计煤种和掺烧煤质分析
锅炉设计煤种为贫煤，贫煤是煤化程度最高的一种烟煤，加热时不产生胶质体，因此称为贫煤。贫煤挥发分低，一般无粘结性，因此不结焦。挥发份一般大于10%～20%，含碳量高达90%，含氢量一般在4%～4.5%。我厂的煤种的挥发份为15.59%，掺烧煤种为无烟煤，挥发份为9.74%，收到基低位热值4494 Kcal/kg。对比分析无烟煤固定碳含量较贫煤相差无几，但是挥发分较贫煤更低，在10%以下，直接燃用存在很大的安全风险，经济性也较差，进行燃煤掺烧可行性分析非常有必要。
5煤质对循环硫化床锅炉的影响
煤质对循环硫化床锅炉的影响主要有两方面：一是煤质对锅炉热力工作的影响，二是入炉煤颗粒对锅炉的影响。这里重点从煤种的挥发分、灰分、水分、硫分、发热量这几方面进行分析。
5.1挥发分
煤中挥发分越高，越容易着火，投煤温度点低；挥发份越低，越不容易着火，投煤温度点高；低挥发分燃料会使燃烧份额下移，高挥发分煤密相区燃烧份额会降低。挥发分过高导致无法燃尽，造成化学不完全燃烧损失增加，降低锅炉效率造。
5.2灰分
灰分越高用煤量越大，燃烧生产的烟气量增加、灰浓度增大分离回料量增加，炉内物料浓度增加，使传热效果增强；但受热面的磨损也随之增加，易造成返料器堵灰或不畅。运行时还应注意不要使炉温超过灰的软化温度，要低100~150℃，以免造成结焦。
5.3水分
燃料水分与黏着性有很大关系。水分在8%以下时，基本上相当于干料；而当水分超过10%时，黏着性就会有较大的增长；在水分超过12%时，黏着性很大，堆积角也很大，这时，煤斗自然堆积角角要大于80℃才能保证畅流。特别是高水分细颗粒燃料流动性不好，用常规方法给料很容易导致碎煤机和给料机中的堵塞。 燃料水分增加时，由于蒸汽所吸收的汽化潜热增加，床温将下降，但水分的存在对燃烧效率没有不利影响，因为水分可以同时促进挥发分析出和焦炭燃烧，而扣除添加水分造成的排烟热损失后，总的锅炉效率的变化取决于水分总量和所采用的燃烧方式。
5.4硫分
采用炉内脱硫的循环流化床锅炉，硫分的高低对锅炉燃烧主要体现为，硫分增加，炉内投粉量增大，锅炉床温下降，影响锅炉燃烧，降低锅炉经济性。随着进入锅炉的物料增加，锅炉的磨损加大，威胁锅炉的安全稳定运行。
5.5发热量
煤的发热量是锅炉设计时的一个重要指标，煤的发热量低于设计值，炉内温度水平降低，影响煤的燃点和燃尽，锅炉的热效率下降。当发热量低到一定程度时，将会导致燃烧不稳，必须投油助燃，对带负荷能力影响很大。反之，煤的发热量高于设计水平，炉膛温度升高，燃烧完全，带负荷能力强，但是煤灰软化熔融，容易形成结渣。
6无烟煤掺烧方案
掺烧共5个原煤仓，按照分仓掺烧、炉内混合的掺烧方式进行。按照20%比例掺烧无烟煤，#3原煤仓上无烟煤，通过给煤机转速控制入炉煤量，控制其所占比例不超过20%，即无烟煤与现烧煤种1:4比例。试验共计掺烧无烟煤4362吨。
7无烟煤掺烧模型
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8掺烧情况简析
本次掺烧时间负荷较高，平均负荷约为330MW，按20%比例掺烧，通过掺烧期间对参数进行记录分析如下：
8.1总体掺烧对锅炉燃烧汽温等各项主参数影响较小，平均主蒸汽温度567℃，再热汽温度566℃，床温保持在850--890℃，调整方式未出现明显改变。
8.2环保参数NOx变化较为明显，平均排放值达到75mg/Nm3与掺配前47mg/Nm3对比升高了接近30mg/Nm3，特别是1月31日00--12:00平均排放值达到85mg/Nm3，期间为防止环保参数超标投入了尿素系统3小时。
8.3掺烧无烟煤后，炉内石灰石粉投入量对NOx生成变化较为敏感，成正比例关系，符合CaO促进NOx生成原理。
8.4掺烧无烟煤后，飞灰含碳量平均值为6.35% ，炉渣2.89%，环比分别升高0.47%和0.35%，略有升高，变化不明显。
8.5掺烧无烟煤后，由于煤质水分偏高，堵煤情况较为突出，特别是对输煤系统，环锤式碎煤机落煤管堵塞严重，影响机组正常上煤。（见图1）
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9掺烧结论
9.1依据掺烧情况，可将无烟煤按20%比例进行掺配燃烧，对机组参数影响不大。
9.2进厂无烟煤水分、粘性较大，容易堵落煤管，需要对源头进行水分控制或者将无烟煤卸至临时煤场进行堆放晾晒后掺烧。
9.3如需扩大掺烧比例，NOx将明显升高（增加5.4%），需投入尿素脱硝系统进行控制，进而影响到空预器的安全运行（脱硝投入后空预器易发生堵塞）和尿素的消耗。
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9.4需要对输煤系统、给煤系统进行防堵改造。
作者简介
陈朝勇 本科，工程师。主要从事火力发电生产运行管理。
颜毅 本科，工程师。主要从事火力发电生产运营管理。