李宏巖 王永 葛成用 徐漠北 蒲建業(yè) 梁辰

（1 吉林電力股份有限公司四平第一熱電公司 吉林四平 136001 2 中電投東北能源科技有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110179）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)增速放緩及電力市場(chǎng)深化改革的推進(jìn)，燃煤發(fā)電企業(yè)成本競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。為了控制燃料成本，電力系統(tǒng)內(nèi)各燃煤電廠持續(xù)推出配煤摻燒工作，配煤摻燒的能力和水平已經(jīng)成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力［1］。為了強(qiáng)化燃料成本控制、最大限度挖掘摻燒潛力、提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，需要加快深度配煤摻燒的步伐。市場(chǎng)上高硫煤（特指白音華礦高硫褐煤，霍林河高硫褐煤）相對(duì)寬松［2-3］。為了緩解燃料來(lái)源供應(yīng)緊張的問(wèn)題，希望可以通過(guò)此項(xiàng)研究，提升高硫煤摻燒比例，增強(qiáng)設(shè)備對(duì)高硫煤的適應(yīng)能力，防止大比例燃用高硫褐煤出現(xiàn)鍋爐屏過(guò)嚴(yán)重結(jié)焦，排煙SO2含量大幅升高等問(wèn)題［4-6］，在安全燃燒條件下提高高硫煤的混配比例，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

1 鍋爐概況及煤質(zhì)分析

1.1 鍋爐概況

某350 MW 機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐制造公司制造的HG-1165/17.5-HM3 型鍋爐，亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐。

1.2 煤質(zhì)分析

該機(jī)組鍋爐煤源主要為內(nèi)蒙古霍林河露天煤礦褐煤，摻燒部分遼源礦務(wù)局金保屯煤礦和東遼縣興達(dá)煤炭有限公司的燃煤。配5 臺(tái)MPS212HP-Ⅱ中速磨煤機(jī)，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，擺動(dòng)式直流燃燒器、四角布置、切向燃燒方式。設(shè)計(jì)煤質(zhì)，在最大連續(xù)蒸發(fā)量工況時(shí)，4 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，1 臺(tái)備用。煤粉細(xì)度（R90）為35%。給水調(diào)整采用汽動(dòng)泵，機(jī)組配置2 臺(tái)50%B-額定負(fù)荷容量的汽動(dòng)給水泵。

設(shè)計(jì)煤質(zhì)和校核煤質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)和校核煤質(zhì)

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速調(diào)平試驗(yàn)；

（2）磨煤機(jī)出力及煤粉細(xì)度試驗(yàn)；

（3）爐膛溫度場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)；

（4）常規(guī)煤種，75%以上穩(wěn)定負(fù)荷優(yōu)化運(yùn)行方式，燃燒調(diào)整試驗(yàn)；

（5）不同磨組合的摻燒高硫褐煤試驗(yàn)（入爐煤不同含硫量試驗(yàn)）；

（6）最優(yōu)高硫煤（入爐煤含硫量）摻燒工況的驗(yàn)證試驗(yàn)；

（7）通過(guò)脫硫增效劑進(jìn)一步提高脫硫系統(tǒng)適應(yīng)性試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

（1）一次風(fēng)速測(cè)試及調(diào)平［7］。用經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的測(cè)速管測(cè)量各一次風(fēng)管內(nèi)一次風(fēng)動(dòng)壓及靜壓，從而求得整個(gè)截面的平均動(dòng)壓值Pd（Pa），并用經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)T 型熱電偶測(cè)量風(fēng)溫。通過(guò)式（1）計(jì)算一次風(fēng)粉管管道風(fēng)速。

式中：k 為靠背管速度系數(shù)；ρ 為氣流密度，kg/m3；按式（2）計(jì)算。

式中：Pa 為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa；Ps 為所測(cè)截面靜壓，Pa；t 為所測(cè)氣流溫度，℃；ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度，取1.293 kg/m3。

（2）一次風(fēng)質(zhì)量流量Qm見(jiàn)式（3）。

式中：A 為一次風(fēng)管通流面積，m2。

（3）風(fēng)速的最大相對(duì)偏差見(jiàn)式（4）。

式中：Qmax（min）是4 根管道內(nèi)最大（最?。┑娘L(fēng)量，kg/s；Qave是4 根管道內(nèi)的平均風(fēng)量，kg/s。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

機(jī)組檢修后開(kāi)始進(jìn)行高硫煤摻燒試驗(yàn)。由于試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，期間電廠來(lái)煤煤質(zhì)有較大變化，白音華高硫褐煤的含硫量也不是很固定，部分車次的霍林河褐煤含硫量相對(duì)更高些。試驗(yàn)期間入爐煤的平均熱值13 155 kJ/kg，平均干基全硫1.03%，收到基灰分19.26%，煤的平均全水分31.65%，平均干燥基灰分28.12%，平均干燥無(wú)灰基揮發(fā)分49.124%。部分霍林河褐煤的干基硫分含量也比較高，與白音華褐煤接近。如果高硫霍林河褐煤與白音華煤同時(shí)燃用，高負(fù)荷工況脫硫系統(tǒng)壓力較大，因此上煤時(shí)需要預(yù)測(cè)機(jī)組負(fù)荷率，同時(shí)做好配煤摻燒工作，防止2 種高硫煤同時(shí)燃用。

3.1 制粉系統(tǒng)煤粉細(xì)度測(cè)試

試驗(yàn)期間保持試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，給煤量與風(fēng)量保持不變，維持磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度在60 ℃～65 ℃。煤粉取樣化驗(yàn)分2 次進(jìn)行。對(duì)比2 次取樣的煤粉細(xì)度情況。ABC 磨為白音華高硫褐煤，DE 磨為霍林河褐煤。

2 次煤粉取樣都在滿負(fù)荷工況下進(jìn)行，磨出口溫度、給煤量等參數(shù)基本一致。結(jié)果如圖1 和圖2 所示：磨煤機(jī)最大出力在43 t/h～45 t/h 出力時(shí)，2 個(gè)工況相同磨的煤粉細(xì)度相差不大。煤粉均勻性指數(shù)較檢修前均有很大好轉(zhuǎn)。D、E 磨煤機(jī)煤粉細(xì)度偏細(xì)，有利于飛灰的燃盡和降低飛灰含碳量，對(duì)于緩解折焰角積灰結(jié)焦是有利的?？傮w看煤粉細(xì)度較好，滿足當(dāng)前煤質(zhì)的燃燒情況。鑒于低負(fù)荷工況鍋爐折焰角部位有積灰的情況，本次試驗(yàn)煤粉系統(tǒng)不做調(diào)整。

圖1 各臺(tái)磨煤機(jī)平均煤粉細(xì)度（R90）

圖2 各臺(tái)磨煤機(jī)粉管煤粉均勻性指數(shù)

3.2 一次風(fēng)速測(cè)試

ABC 磨為白音華高硫褐煤，DE 磨為霍林河褐煤。各臺(tái)磨出口粉管風(fēng)速測(cè)試結(jié)果如圖3 和圖4 所示。

圖3 各臺(tái)磨煤機(jī)平均風(fēng)速

圖4 各臺(tái)磨煤機(jī)粉管風(fēng)速偏差

從測(cè)試結(jié)果看，磨煤機(jī)在40 t/h～45 t/h 左右出力的情況下，E 磨平均風(fēng)速27.71 m/s，最大偏差是4 號(hào)粉管-3.68%，磨煤機(jī)入口風(fēng)量標(biāo)定系數(shù)0.947 7；D 磨平均風(fēng)速26.28 m/s，最大偏差是2 號(hào)粉管6.55%，磨煤機(jī)入口風(fēng)量標(biāo)定系數(shù)0.987 4；C磨平均風(fēng)速27.09 m/s，最大偏差是2 號(hào)粉管7.31%，磨煤機(jī)入口風(fēng)量標(biāo)定系數(shù)0.808 0；B 磨平均風(fēng)速27.06 m/s，最大偏差是4 號(hào)粉管5.20%，磨煤機(jī)入口風(fēng)量標(biāo)定系數(shù)0.629 6；A 磨平均風(fēng)速28.06 m/s，最大偏差是4 號(hào)粉管-5.43%，磨煤機(jī)入口風(fēng)量標(biāo)定系數(shù)0.891 1。各別粉管風(fēng)速偏差超過(guò)±5%，需要通過(guò)可調(diào)縮孔調(diào)節(jié)到風(fēng)速偏差在±5%范圍。

3.3 不同摻燒比例爐膛溫度測(cè)試

試驗(yàn)測(cè)試AB 2 臺(tái)磨摻燒白音華褐煤和ABC 3 臺(tái)磨摻燒白音華褐煤時(shí)不同負(fù)荷的爐膛溫度。機(jī)組沒(méi)有供熱時(shí)，電負(fù)荷300 MW 對(duì)應(yīng)的鍋爐蒸發(fā)量在880 t/h 左右；機(jī)組帶供熱時(shí)，電負(fù)荷最高到320 MW，鍋爐蒸發(fā)量最高970 t/h。

摻燒試驗(yàn)主要測(cè)試爐膛出口位置、火焰中心位置、燃燒器下部區(qū)域和冷灰斗區(qū)域。從測(cè)試結(jié)果看，同層標(biāo)高爐膛溫度分布比較平均，偏差較小，E 層燃燒器上部附近，測(cè)試#3 角和#4角爐膛溫度比同層#1 和#2 角稍高，高負(fù)荷工況主燃燒器上部觀火孔均有少量結(jié)焦。

爐膛溫度測(cè)試結(jié)果如圖5 和圖6 所示，AB 磨摻燒白音華高硫褐煤最高負(fù)荷下?tīng)t膛出口1 230 ℃，鍋爐火焰中心位置測(cè)試最高溫度1 460 ℃，冷灰斗溫度920 ℃，爐膛溫度最高的區(qū)域在主燃燒器區(qū)域上部到燃盡風(fēng)噴口附近，普遍在1 400 ℃左右。不同的配風(fēng)方式和煤種對(duì)鍋爐爐膛溫度最高的區(qū)域影響較大。從煤質(zhì)分析看，白音華褐煤的灰熔點(diǎn)T2 在1 300 ℃左右，霍林河褐煤灰熔點(diǎn)T2 在1 260 ℃～1 420 ℃，扎哈褐煤的灰熔點(diǎn)T2 在1 120 ℃左右，因此，除非大量燃用扎哈褐煤，否則在爐膛出口屏區(qū)基本不會(huì)結(jié)焦。在鍋爐主燃燒區(qū)域上部到燃盡風(fēng)噴口位置容易出現(xiàn)結(jié)焦情況，測(cè)試期間鍋爐觀火孔的結(jié)焦情況也說(shuō)明這一點(diǎn)。其中，鍋爐E4、E3 燃燒器上部觀火孔結(jié)焦的情況相對(duì)多些，但是不影響鍋爐運(yùn)行。

圖5 AB 磨白音華高硫煤不同負(fù)荷爐膛溫度測(cè)試

圖6 ABC 磨白音華高硫煤不同負(fù)荷爐膛溫度測(cè)試

ABC 3 臺(tái)磨摻燒白音華褐煤爐膛溫度分布和AB 2 臺(tái)磨摻燒白音華褐煤比較變化不大。從長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷深調(diào)看，在折焰角部位有積灰現(xiàn)象發(fā)生。隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，積灰有緩慢增加的趨勢(shì)。因此，不建議4 臺(tái)制粉系統(tǒng)摻燒低熱值、高灰分的白音華褐煤。

3.4 鍋爐配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

由于鍋爐送風(fēng)機(jī)選型偏大，在鍋爐800 t/h 蒸發(fā)量出力時(shí)，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度為0。此時(shí)運(yùn)行氧量2.5%～3.5%，排煙中一氧化碳小于200 μg/g，飛灰含碳量小于0.6%，主燃燒器區(qū)域二次風(fēng)門開(kāi)度小于10%，燃盡風(fēng)用于調(diào)整煙溫偏差和汽溫偏差，開(kāi)度較小，多數(shù)處于關(guān)閉狀態(tài)，SCR 脫硝系統(tǒng)入口NOx 在400 mg/Nm3左右。

在鍋爐800 t/h 蒸發(fā)量以下出力時(shí)，送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度為0，只能通過(guò)關(guān)小燃燒器區(qū)二次風(fēng)擋板開(kāi)度和關(guān)小燃盡風(fēng)區(qū)風(fēng)門擋板開(kāi)度來(lái)降低運(yùn)行氧量，盡量減少NOx 的生產(chǎn)，降低排煙熱損失，此時(shí)，缺少送風(fēng)的調(diào)節(jié)手段。一次風(fēng)調(diào)節(jié)，根據(jù)煤量和入爐煤質(zhì)情況，選擇最少的制粉系統(tǒng)運(yùn)行，在不堵磨的情況下，降低一次風(fēng)壓力。

本次配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)主要在滿負(fù)荷工況進(jìn)行，重點(diǎn)考察鍋爐爐膛煙氣溫度分布，試驗(yàn)在300 MW 負(fù)荷、鍋爐蒸發(fā)量940 t/h下進(jìn)行。試驗(yàn)測(cè)試不同配風(fēng)方式下的具體煙氣溫度如圖7 所示。預(yù)熱器入口氧量如圖8 所示，預(yù)熱器出口煙氣溫度如圖9 所示。

圖7 不同配風(fēng)方式下?tīng)t膛溫度測(cè)試

圖8 配風(fēng)方式調(diào)整前后預(yù)熱器入口氧量變化

圖9 配風(fēng)方式調(diào)整前后預(yù)熱器出口溫度變化

配風(fēng)調(diào)整前后爐膛溫度變化情況：下?tīng)t膛出口位置，煙氣溫度降低明顯。主燃燒器區(qū)域上部，煙氣溫度變化不明顯。A 層噴口下煙氣溫度有所升高。再熱蒸汽溫度呈下降趨勢(shì)。這種配風(fēng)方式下，對(duì)于灰熔點(diǎn)偏低的褐煤有防止結(jié)焦的作用。對(duì)于灰熔點(diǎn)較高的煤建議按原始配風(fēng)方式運(yùn)行。

3.5 不同負(fù)荷鍋爐燃燒優(yōu)化運(yùn)行指導(dǎo)

通過(guò)不同負(fù)荷工況和不同煤種變化的鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)測(cè)試，鍋爐AB 鍋爐磨摻燒白音華高硫褐煤和ABC 磨摻燒白音華高硫褐煤均不會(huì)對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生太大的影響，配煤摻燒的原則是分磨摻燒，不建議在煤場(chǎng)混煤摻燒。另外，摻燒白音華褐煤時(shí)把入廠煤的灰熔點(diǎn)作為混煤摻燒的依據(jù)，防止摻燒導(dǎo)致?tīng)t膛結(jié)焦。低負(fù)荷工況，灰分含量較大的褐煤不宜多摻燒，防止鍋爐折焰角斜坡積灰。推薦不同負(fù)荷工況鍋爐運(yùn)行氧量及風(fēng)門開(kāi)度調(diào)整如圖10 所示。其中II、HH、GG 開(kāi)度始終為0，EE 風(fēng)門開(kāi)度在10%～20%，根據(jù)具體負(fù)荷而定，負(fù)荷高取上限值，SOFA 擺角始終保持50%。

圖10 不同負(fù)荷工況鍋爐運(yùn)行氧量及風(fēng)門開(kāi)度調(diào)整

3.6 高硫煤摻燒工況NOx 排放

AB 磨摻燒白音華褐煤，試驗(yàn)期間沒(méi)有供熱，機(jī)組最高帶300 MW 負(fù)荷，鍋爐880 t/h 出力，測(cè)試不同負(fù)荷下NOx 排放情況。試驗(yàn)結(jié)果如圖11 所示，鍋爐860 t/h 蒸發(fā)量以下負(fù)荷，SCR脫硝系統(tǒng)入口NOx 排放值相差不大，排放值較高，低氮燃燒的效果不明顯，運(yùn)行氧量偏高，燃盡風(fēng)開(kāi)度較小，只有調(diào)整氣溫偏差時(shí)#2 角和#3 角燃盡風(fēng)開(kāi)度在20%左右。

圖11 AB 磨摻燒白音華褐煤NOx 排放情況

脫硝催化劑不變的情況下，高硫煤摻燒SO2/SO3轉(zhuǎn)化率基本沒(méi)有增加，轉(zhuǎn)化量會(huì)有所增大。脫硝劑用量沒(méi)有明顯變化，氨逃逸沒(méi)有明顯變化。

ABC 磨摻燒白音華褐煤，試驗(yàn)期間機(jī)組帶有供熱，機(jī)組最高帶320 MW 負(fù)荷、鍋爐980 t/h 出力，測(cè)試不同負(fù)荷下SCR脫硝系統(tǒng)入口NOx 排放情況。試驗(yàn)結(jié)果如圖12 所示，與AB磨摻燒白音華褐煤相比，鍋爐出力相差不大的工況，SCR 脫硝系統(tǒng)入口NOx 排放相差不大，最大負(fù)荷工況，運(yùn)行氧量相對(duì)低些，NOx 排放相對(duì)減少。同樣，燃盡風(fēng)開(kāi)度較小，低氮燃燒的效果不明顯，運(yùn)行氧量偏高。

圖12 ABC 磨摻燒白音華褐煤NOx 排放情況

3.7 高硫煤摻燒工況SO2 排放

本次試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行。機(jī)組檢修前主要是少量摻燒，煤場(chǎng)混煤，摻燒比例在30%左右，運(yùn)行歷史曲線表明，此時(shí)脫硫入口SO2濃度最高2 500 mg/Nm3。機(jī)組檢修后，通過(guò)分磨摻燒的方式進(jìn)行大比例高硫煤摻燒試驗(yàn)，首先進(jìn)行AB 磨摻燒白音華高硫褐煤試驗(yàn)，然后進(jìn)行ABC 磨摻燒白音華高硫褐煤試驗(yàn)，結(jié)果表明300 MW 負(fù)荷工況白音華高硫褐煤摻燒比例最高達(dá)到60%。如果ABCD 4 臺(tái)磨運(yùn)行，摻燒比例可以達(dá)到75%，不推薦ABC 3 臺(tái)磨運(yùn)行的100%摻燒模式。試驗(yàn)期間機(jī)組300 MW 負(fù)荷工況，脫硫入口SO2濃度最高達(dá)到3 400 mg/Nm3，在不投入脫硫增效劑的情況下，已經(jīng)超出脫硫塔的最大設(shè)計(jì)上限，此時(shí)，脫硫塔出口SO2濃度接近環(huán)保排放的上限值。試驗(yàn)期間的運(yùn)行歷史曲線表明：隨著入爐煤含硫量的不同，脫硫塔入口SO2濃度相差較大。

4 結(jié)論

（1）AB 2 臺(tái)磨和ABC 3 臺(tái)磨摻燒高硫煤的效果較好，在氧量控制合適、配風(fēng)合理的情況下，沒(méi)有結(jié)焦。最佳的摻燒方式是ABC 3 臺(tái)磨摻燒白音華高硫煤，這種磨組合方式運(yùn)行比較靈活，滿負(fù)荷或者大負(fù)荷工況4 臺(tái)～5 臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，ABC 3 臺(tái)磨可以全燒白音華高硫煤；中間負(fù)荷工況4 臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，可以采用ABCD、ABDE、BCDE、ABCE 等磨組合方式；低負(fù)荷工況，3 臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，兼顧再熱蒸汽溫度偏低的問(wèn)題，可以停A、B、C 任何一個(gè)制粉系統(tǒng)，磨組合方式靈活，有調(diào)整的余地。

（2）不建議4 臺(tái)制粉系統(tǒng)摻燒高硫煤運(yùn)行，另外不推薦DE 磨摻燒高硫煤，尤其是灰熔點(diǎn)較低、灰分含量較大的白音華高硫褐煤。從試驗(yàn)結(jié)果看，在3 臺(tái)磨摻燒高硫煤的時(shí)候，到脫硫塔入口SO2濃度達(dá)到3 400 mg/Nm3，雖然這個(gè)時(shí)候還有1臺(tái)漿液泵備用（故障），但是引風(fēng)機(jī)全壓已經(jīng)接近失速區(qū)，系統(tǒng)阻力的任何擾動(dòng)都可能導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)失速。

（3）白音華高硫褐煤摻燒試驗(yàn)結(jié)果表明滿負(fù)荷工況白音華高硫褐煤摻燒比例達(dá)到60%。如果ABCD 4 臺(tái)磨運(yùn)行，摻燒比例達(dá)到75%，不推薦ABC 3 臺(tái)磨運(yùn)行的100%摻燒模式。3臺(tái)磨摻燒試驗(yàn)期間脫硫入口SO2濃度最高達(dá)到3 400 mg/Nm3，在不投入脫硫增效劑的情況下，已經(jīng)超出脫硫塔的最大設(shè)計(jì)上限，脫硫塔出口SO2濃度在環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的上限運(yùn)行。

（4）爐膛溫度測(cè)試表明2 臺(tái)磨摻燒高硫褐煤和3 臺(tái)磨摻燒高硫褐煤差別不大。滿負(fù)荷工況下?tīng)t膛出口1 240 ℃左右，爐膛火焰中心測(cè)試最高溫度1 440 ℃左右，冷灰斗溫度970 ℃左右。鍋爐爐膛溫度最高的區(qū)域在主燃燒器區(qū)域上部到燃盡風(fēng)噴口附近，普遍在1 400 ℃左右。從長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷深調(diào)看，在折焰角部位有積灰現(xiàn)象發(fā)生，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，積灰有緩慢增加的趨勢(shì)。因此，不建議4 臺(tái)制粉系統(tǒng)摻燒低熱值、高灰分的白音華褐煤。

（5）試驗(yàn)表明不同比例摻燒白音華高硫褐煤對(duì)SCR 脫硝系統(tǒng)出口NOx 排放影響不大，脫硝催化劑不變的情況下，高硫煤摻燒SO2/SO3轉(zhuǎn)化率基本沒(méi)有增加，轉(zhuǎn)化量會(huì)有所增加。