焦偉航

（浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325600）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)火力發(fā)電產(chǎn)能的不斷提高，優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤的需求量與日俱增，這使得國(guó)內(nèi)煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)走高。與此同時(shí)，水電、風(fēng)電、核電等清潔能源的快速發(fā)展對(duì)國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)影響重大，火力發(fā)電的市場(chǎng)份額受到了空前擠壓，加之國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速放緩，社會(huì)用電需求降低，火電上網(wǎng)電價(jià)下調(diào)等因素，眾多火力發(fā)電企業(yè)面臨低利潤(rùn)甚至負(fù)利潤(rùn)的窘境。為了突破煤價(jià)、電價(jià)“兩頭承壓”的不利現(xiàn)狀，火力發(fā)電企業(yè)必須深度挖潛、降本增效。燃料成本是火力發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)成本的主要部分，因此降低燃料成本是火力發(fā)電企業(yè)突破當(dāng)前困境的重要思路[1]。

印尼煤相較國(guó)內(nèi)煤炭具有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，同時(shí)運(yùn)輸相對(duì)便利，特別適合沿海火力發(fā)電企業(yè)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性[2]。但另一方面，印尼煤具有高揮發(fā)分、高水分、低熱值等特點(diǎn)，不利于火電機(jī)組鍋爐燃用，并存在較多安全隱患。近一年來(lái)，某發(fā)電廠二期2臺(tái)660 MW超超臨界機(jī)組進(jìn)行了多次大規(guī)模印尼煤摻燒。本文針對(duì)該發(fā)電廠二期3號(hào)、4號(hào)鍋爐的印尼煤摻燒實(shí)際情況，分析總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出應(yīng)對(duì)措施，為國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組印尼煤摻燒提供參考。

1 設(shè)備概況

某發(fā)電廠二期超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，型號(hào)為SG-2031/26.15-M623，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊Π型結(jié)構(gòu)、露天布置燃煤鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤田活雞兔煤，校核煤種為晉北煙混煤。每臺(tái)鍋爐配備6臺(tái)上海重型機(jī)器廠生產(chǎn)的HP1003型中速磨煤機(jī)，燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)5用1備，磨煤機(jī)具體參數(shù)如表1所示。每臺(tái)鍋爐設(shè)24只直流式燃燒器，每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)1層的4只燃燒器，分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈切圓方式燃燒。

表1 HP1003磨煤機(jī)主要參數(shù)

2 印尼煤工業(yè)分析

2017年5月至2018年5月，該發(fā)電廠多次開(kāi)展印尼煤摻燒工作。各次印尼煤成分和該鍋爐的設(shè)計(jì)、校核、常用煤種成分對(duì)比如表2所示。相較于正常煤種，印尼煤普遍存在高揮發(fā)分、高水分、低熱值、低灰熔點(diǎn)等特點(diǎn)，這些特性都不利于燃用，以下將進(jìn)行著重分析。

另外，印尼煤可磨性與正常煤種基本持平，易于磨制；硫分明顯低于正常煤種，屬于低硫煤，有利于環(huán)保排放。這兩點(diǎn)本文不做詳細(xì)討論。

3 印尼煤特性分析及摻燒應(yīng)對(duì)措施

3.1 針對(duì)印尼煤高揮發(fā)分的應(yīng)對(duì)措施

印尼煤含有明顯高于日常動(dòng)力煤種的揮發(fā)分，一般在50%以上，這使得印尼煤呈現(xiàn)出易燃燒、易自燃、易爆炸的特性。以下分別就印尼煤各項(xiàng)特性所產(chǎn)生的摻燒不利因素進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

3.1.1 針對(duì)印尼煤易燃燒特性的應(yīng)對(duì)措施

燃用正常煤種時(shí)，制粉系統(tǒng)出力一般根據(jù)機(jī)組負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)，并控制磨煤機(jī)風(fēng)量在100 t/h左右，磨煤機(jī)出口溫度在75℃左右，磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度R90在20%以下。但由于印尼煤的揮發(fā)分過(guò)高，極易燃燒，在爐內(nèi)燃燒提前，易燒毀燃燒器[3]，可針對(duì)性地采取以下措施：

（1）通過(guò)調(diào)節(jié)磨煤機(jī)出口折向擋板至全開(kāi)位置，降低磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度，R90控制在25%～40%，使煤粉氣流燃燒滯后[4]。

（2）增大一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，并提高磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量[5]。這一方面可以提高氣流對(duì)燃燒器的冷卻效果，另一方面可以降低煤粉氣流的濃度，抑制燃燒。

（3）降低磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)溫度，控制磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度不高于65℃，即降低了煤粉氣流的溫度，從而使燃燒滯后[6]。

（4）將燃用印尼煤的磨煤機(jī)由自動(dòng)控制改為手動(dòng)控制，避免因負(fù)荷波動(dòng)而引起燃用印尼煤的磨煤機(jī)工況頻繁波動(dòng)。

表2 設(shè)計(jì)、校核、常用煤種與印尼煤的工業(yè)分析比較

3.1.2 針對(duì)印尼煤易自燃特性的應(yīng)對(duì)措施

印尼煤較高的揮發(fā)分使得該煤種在堆積處易發(fā)生緩慢氧化并放熱，還會(huì)進(jìn)一步引起自燃。因此，燃用印尼煤就必須時(shí)刻監(jiān)視原煤倉(cāng)以及其他易堆積煤粉位置（如煤粉分配器、粉管彎頭等[7]）的溫度變化，若有自燃跡象必須立即采取相應(yīng)的措施。

（1）若2 h內(nèi)，各粉管相同位置溫度偏差±5℃以上，則必須停運(yùn)該制粉系統(tǒng)。

（2）若原煤倉(cāng)溫度超過(guò)65℃，應(yīng)立即用常用煤種替換當(dāng)前煤種，并持續(xù)關(guān)注溫度變化。

3.1.3 針對(duì)印尼煤易爆炸特性的應(yīng)對(duì)措施

印尼煤較高的揮發(fā)分使得制粉系統(tǒng)易發(fā)生爆炸，特別是制粉系統(tǒng)啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中，風(fēng)量較低時(shí)，風(fēng)粉比例易達(dá)到爆炸臨界值[8]。建議采取以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）原則上不直接啟停燃用印尼煤的制粉系統(tǒng)，計(jì)劃性的啟停前應(yīng)事先將煤種切換成常用煤種。

（2）若燃用印尼煤的制粉系統(tǒng)因故必須立即停運(yùn)，則必須嚴(yán)格控制出口溫度，并進(jìn)行充分吹掃[9]。停運(yùn)后仍須持續(xù)監(jiān)視煤倉(cāng)溫度。

（3）制粉系統(tǒng)啟停前，操作人員開(kāi)啟相應(yīng)制粉系統(tǒng)的聲光報(bào)警，通知附近工作人員、石子煤排放人員、保潔人員等及時(shí)回避，禁止在制粉系統(tǒng)啟停過(guò)程中逗留在附近。

（4）制粉系統(tǒng)滅火惰化蒸汽應(yīng)保持熱備用狀態(tài)，發(fā)生磨煤機(jī)著火時(shí)必須及時(shí)投入滅火惰化蒸汽[10]。

（5）制粉系統(tǒng)發(fā)生跳閘后，立即關(guān)閉該制粉系統(tǒng)所有風(fēng)門(mén)，若磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度有升高趨勢(shì)，立即投入滅火蒸汽。

3.2 針對(duì)印尼煤熱值偏低的應(yīng)對(duì)措施

印尼煤發(fā)熱量一般在3 500～3 800 kcal/kg，遠(yuǎn)低于正常動(dòng)力煤5 200～5 500 kcal/kg的發(fā)熱量。因此，燃用印尼煤會(huì)造成機(jī)組帶負(fù)荷能力不足。該發(fā)電廠作為所在電網(wǎng)的重要負(fù)荷支撐點(diǎn)，AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）調(diào)峰任務(wù)至關(guān)重要，一般在每日上午、下午、晚間為高峰負(fù)荷，在午間和凌晨為低谷負(fù)荷。單機(jī)單日負(fù)荷峰谷差值最高至50%機(jī)組技術(shù)出力。

為保障機(jī)組帶負(fù)荷能力，對(duì)應(yīng)采取如下措施：

（1）在5臺(tái)運(yùn)行磨煤機(jī)中最多選取2臺(tái)燃用印尼煤，其他磨煤機(jī)燃用熱值較高的正常煤種。基于一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的考慮，不采用啟動(dòng)6套制粉系統(tǒng)以提高機(jī)組出力的運(yùn)行方式。

（2）根據(jù)當(dāng)前社會(huì)用電趨勢(shì)和全省外購(gòu)電的形勢(shì)，提前預(yù)估機(jī)組的發(fā)電量，并適當(dāng)安排燃用印尼煤制粉系統(tǒng)的臺(tái)數(shù)。如在白天可安排4套正常煤種制粉系統(tǒng)加1套印尼煤制粉系統(tǒng)，在夜間可安排3套正常煤種制粉系統(tǒng)加2套印尼煤制粉系統(tǒng)。

（3）燃用印尼煤制粉系統(tǒng)的原煤倉(cāng)應(yīng)保持較低煤位運(yùn)行，如此可以根據(jù)負(fù)荷需要快速切換至其他煤種。同時(shí)低煤位運(yùn)行也有利于印尼煤制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行和事故處理。

3.3 針對(duì)印尼煤高水分的應(yīng)對(duì)措施

印尼煤的全水分達(dá)到了正常煤種的2~3倍，這使得印尼煤在制粉系統(tǒng)中易粘結(jié)、易堵塞，特別是在原煤倉(cāng)、給煤機(jī)、落煤管等部位。同時(shí)，印尼煤對(duì)磨煤機(jī)干燥出力的要求也更加嚴(yán)苛，其煤粉干燥效果明顯低于正常煤種，必須嚴(yán)格控制磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度高于露點(diǎn)溫度，否則煤粉極易粘結(jié)成團(tuán)，造成堆積和堵管，甚至自燃[11]。印尼煤和正常煤種對(duì)應(yīng)的制粉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如表3所示。對(duì)應(yīng)措施如下：

（1）燃用印尼煤制粉系統(tǒng)的原煤倉(cāng)空氣炮、給煤機(jī)進(jìn)口振打裝置、落煤管振打裝置必須保持熱備用狀態(tài)，一旦對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，立即投入空氣炮和振打裝置。

（2）控制制粉系統(tǒng)煤量在 35～45 t/h，保持手動(dòng)控制方式，并根據(jù)磨煤機(jī)的干燥出力情況調(diào)整制粉系統(tǒng)總出力[12]。

（3）控制磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合溫度在58℃以上，不得低于55℃且必須高于對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度[13]。

表3 燃用印尼煤和正常煤種制粉系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比

3.4 針對(duì)印尼煤低灰熔點(diǎn)的應(yīng)對(duì)措施

印尼煤的灰分較正常煤種偏低，但灰熔點(diǎn)也較低，屬于易結(jié)焦煤種，所以在燃用印尼煤時(shí)仍需注意爐膛結(jié)焦情況，并加強(qiáng)吹灰[14]。

4 印尼煤對(duì)機(jī)組系統(tǒng)的影響及對(duì)策

針對(duì)印尼煤的主要特性，建議采取上述一系列措施來(lái)保障其安全燃用。但上述調(diào)整措施也會(huì)對(duì)其他主設(shè)備甚至整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響，具體分析和處理對(duì)策如下。

4.1 快速加減負(fù)荷時(shí)對(duì)其他磨煤機(jī)和爐內(nèi)熱負(fù)荷的影響分析及對(duì)策

在機(jī)組加負(fù)荷過(guò)程中，為提高負(fù)荷響應(yīng)速度，協(xié)調(diào)系統(tǒng)會(huì)先根據(jù)負(fù)荷設(shè)定和負(fù)荷指令的差值輸出一個(gè)前饋指令，作用于鍋爐的風(fēng)、水、煤的調(diào)節(jié)模塊，隨后通過(guò)PID（比例-積分-微分）控制器逐漸調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷至實(shí)際負(fù)荷。其間，煤的前饋指令將平均分配至每臺(tái)投入煤量自動(dòng)的制粉系統(tǒng)上。

以5套制粉系統(tǒng)運(yùn)行為例，全爐燃燒正常煤種時(shí)，所有制粉系統(tǒng)均投入煤量自動(dòng)，煤前饋指令均勻分配至5套制粉系統(tǒng)，各制粉系統(tǒng)出力變化幅度較小，進(jìn)而爐膛整體熱負(fù)荷變化均勻。但如上文所述，為保證制粉系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定、干燥出力穩(wěn)定，燃用印尼煤的制粉系統(tǒng)煤量控制采用手動(dòng)方式，即2套制粉系統(tǒng)燃用印尼煤時(shí)，僅3套制粉系統(tǒng)投入煤量自動(dòng)，煤前饋僅分配給這3套制粉系統(tǒng)，從而使這3套制粉系統(tǒng)出力變化劇烈、參數(shù)擾動(dòng)幅度大，甚至造成參數(shù)超限；爐內(nèi)熱負(fù)荷變化也不均勻，局部熱負(fù)荷變化幅度大。

4套制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，變化對(duì)比更加明顯。減負(fù)荷過(guò)程同理。

通過(guò)上述分析可知，燃用印尼煤的機(jī)組在快速加減負(fù)荷時(shí)將產(chǎn)生更大的擾動(dòng)，主要表現(xiàn)為各磨煤機(jī)出口溫度波動(dòng)、爐內(nèi)受熱面壁溫波動(dòng)等。因此在機(jī)組快速加減負(fù)荷時(shí)，應(yīng)及時(shí)手動(dòng)調(diào)整燃用印尼煤制粉系統(tǒng)的出力，減少其他制粉系統(tǒng)的調(diào)節(jié)壓力，降低爐內(nèi)熱負(fù)荷變化的不均勻程度。

4.2 對(duì)煤水比控制的影響分析及對(duì)策

燃用不同的煤種時(shí)，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的BTU（燃料校正）控制模塊會(huì)根據(jù)煤種發(fā)熱量自動(dòng)進(jìn)行修正，從而匹配對(duì)應(yīng)的給水量。當(dāng)燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，BTU校正系數(shù)為1；當(dāng)燃用發(fā)熱量高于設(shè)計(jì)煤種的煤時(shí)，BTU校正系數(shù)大于1，此時(shí)將適當(dāng)增大水煤比，增加給水量；當(dāng)燃用發(fā)熱量低于設(shè)計(jì)煤種的煤時(shí)，BTU校正系數(shù)小于1，此時(shí)將適當(dāng)降低水煤比，減少給水量。

不同印尼煤配煤方式下，BTU和水煤比、給水量、最高負(fù)荷等參數(shù)對(duì)比如表4所示。

表4 不同印尼煤制粉系統(tǒng)臺(tái)數(shù)的參數(shù)對(duì)比

印尼煤的發(fā)熱量和設(shè)計(jì)煤種的發(fā)熱量存在較大偏差，在僅投運(yùn)2套印尼煤制粉系統(tǒng)時(shí)，機(jī)組BTU仍然遠(yuǎn)低于燃用正常煤種時(shí)的機(jī)組BTU，同時(shí)水煤比也相應(yīng)降低。但協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中水煤比自動(dòng)調(diào)節(jié)有下限值，當(dāng)目標(biāo)水煤比低于下限時(shí)，水煤比無(wú)法進(jìn)一步下降，造成實(shí)際給水量高于機(jī)組需求給水量，進(jìn)一步造成中間點(diǎn)過(guò)熱度下降。若出現(xiàn)此種情況，必須撤出水煤比自動(dòng)調(diào)節(jié)，手動(dòng)降低給水量。

4.3 降低機(jī)組的帶負(fù)荷能力并間接導(dǎo)致機(jī)組RB的分析及對(duì)策

機(jī)組RB（輔機(jī)故障減負(fù)荷）是機(jī)組在突然失去重要輔機(jī)（制粉系統(tǒng)、給水泵等）后快速降低負(fù)荷的保護(hù)措施，其觸發(fā)條件為“當(dāng)前負(fù)荷指令-剩余輔機(jī)帶負(fù)荷能力＞20 MW且對(duì)應(yīng)輔機(jī)停運(yùn)或跳閘”。

燃用印尼煤時(shí)，機(jī)組BTU校正系數(shù)降低，進(jìn)一步導(dǎo)致機(jī)組帶負(fù)荷能力降低，并有可能達(dá)到觸發(fā)RB的限值。該廠每臺(tái)鍋爐的制粉系統(tǒng)配置為5用1備，即至少1套制粉系統(tǒng)是停運(yùn)狀態(tài)，此情況極易觸發(fā)機(jī)組RB保護(hù)。

此種情況觸發(fā)的RB保護(hù)，雖然對(duì)主設(shè)備沒(méi)有太大影響，但會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)、協(xié)調(diào)系統(tǒng)退出、一次調(diào)頻和AGC負(fù)荷遠(yuǎn)控退出等情況，對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行造成干擾。對(duì)此，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況修改帶負(fù)荷能力的計(jì)算值以避免觸發(fā)此類(lèi)RB，但同時(shí)必須保證機(jī)組真正發(fā)生重要輔機(jī)跳閘時(shí)，RB保護(hù)能夠可靠動(dòng)作。

4.4 對(duì)鍋爐二次風(fēng)調(diào)節(jié)的影響分析及對(duì)策

鍋爐總風(fēng)量為一次風(fēng)量和二次風(fēng)量的總和。如上文所述，為保障燃用印尼煤制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須增大磨煤機(jī)的通風(fēng)量，即增加了一次風(fēng)總量。在負(fù)荷一定時(shí)，鍋爐總風(fēng)量維持一定，增大了一次風(fēng)量就必然會(huì)降低二次風(fēng)總量，從而進(jìn)一步降低送風(fēng)機(jī)的出力。這將導(dǎo)致?tīng)t膛和二次風(fēng)大風(fēng)箱的差壓降低，二次風(fēng)的剛性降低。這一方面會(huì)導(dǎo)致燃燒器噴口周界風(fēng)冷卻效果不足，另一方面也會(huì)對(duì)爐內(nèi)燃燒情況造成較大影響。

對(duì)此，必須合理適當(dāng)?shù)卦龃笕加糜∧崦褐品巯到y(tǒng)的通風(fēng)量，并適當(dāng)降低其他磨煤機(jī)的通風(fēng)量以控制一次風(fēng)總量，保證二次風(fēng)量和送風(fēng)機(jī)出力不受影響。

4.5 對(duì)飛灰含碳量的影響分析及對(duì)策

如上文所述，燃用印尼煤的制粉系統(tǒng)控制煤粉細(xì)度R90在25%～40%，燃用正常煤種控制煤粉細(xì)度R90在20%以下，而細(xì)度調(diào)節(jié)是通過(guò)在煤種切換時(shí)人為就地操作實(shí)現(xiàn)。另外，為滿(mǎn)足機(jī)組調(diào)峰要求，對(duì)應(yīng)制粉系統(tǒng)在早晨和夜間需要頻繁切換煤種。其次，從煤倉(cāng)更換煤種到磨煤機(jī)內(nèi)切換煤種至少要3～4 h，只能通過(guò)預(yù)估和參數(shù)變化判斷磨煤機(jī)內(nèi)煤種切換的時(shí)間。

由此，人為調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度的時(shí)間和磨煤機(jī)內(nèi)煤種切換的時(shí)間難以完全匹配，從而出現(xiàn)正常煤種的煤粉細(xì)度R90在25%～40%的情況，煤粉較粗。進(jìn)而導(dǎo)致此類(lèi)煤粉在爐膛內(nèi)難以燃盡，增大了飛灰的含碳量。加之為滿(mǎn)足機(jī)組調(diào)峰的需要，磨煤機(jī)需頻繁切換煤種，更進(jìn)一步加重了飛灰含碳量偏高的情況。

飛灰含碳量偏高一方面增加了鍋爐的機(jī)械不完全燃燒熱損失，降低了鍋爐效率，另一方面此類(lèi)飛灰易引發(fā)鍋爐尾部煙道的二次燃燒。對(duì)此，應(yīng)盡量協(xié)調(diào)好人為調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度的時(shí)間，將印尼煤布置在爐膛下層[15]，并加強(qiáng)尾部煙道的吹灰，防止未燃盡的飛灰堆積。

5 結(jié)語(yǔ)

印尼煤存在高揮發(fā)分、高水分、低熱值、低灰熔點(diǎn)等不利特性，燃用存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，但采取對(duì)應(yīng)措施后，在超超臨界機(jī)組鍋爐內(nèi)燃用是可行的。結(jié)合某發(fā)電廠多次燃用印尼煤的實(shí)際情況，總結(jié)出相應(yīng)的摻燒經(jīng)驗(yàn)并提出一系列應(yīng)對(duì)措施，既可保證摻燒過(guò)程中機(jī)組的安全和穩(wěn)定，同時(shí)也增強(qiáng)了鍋爐的煤種適應(yīng)能力，提高了劣質(zhì)煤的使用率，降低了燃料成本，擴(kuò)大了煤種供應(yīng)范圍，兼具安全性和經(jīng)濟(jì)性。