蔡笑，王小军

(中国华电集团贵港发电有限公司，广西 贵港 537138)

0 引言

某电厂装机2×630MW，#1，#2机组为上海电气集团生产的630MW超临界火力发电机组，锅炉设计燃料为贵州省生产的优质烟煤。由于贵州优质烟煤产量低，加之2011年实行封关政策以满足本省需求，为避免缺煤停机的局面，某电厂将目光瞄准国内、国际煤炭市场，大量采购哥伦比亚煤、印尼煤、澳大利亚煤和南非煤以满足发电需要，海外煤量的增加使得燃料成本大幅增加。入厂煤质的变化和机组带高负荷的要求，使入炉煤掺配掺烧成为必须进行的工作，如何掺配好褐煤、烟煤、贫煤，多烧低价印尼褐煤降低燃煤采购成本，成为2011年面临的主要课题。

在掺配掺烧过程中，出现了锅炉严重结焦、煤灰中碳的质量分数高、带不满负荷等多种问题。经过反复试验、不断总结和优化，通过掺配方式、掺配比例的调整以及燃烧优化调整，较好地解决了这些问题。

1 锅炉设备概况

某电厂锅炉为超临界变压螺旋管圈直流锅炉，型号为SG－1913/25.4－M965，单炉膛，四角切圆燃烧，一次中间再热，平衡通风，露天布置，固态排渣，全钢结构，全悬吊∏形布置，锅炉最大连续蒸发量BMCR(Boiler Maximum Continuous Rating)为1913 t/h，额定主蒸汽压力为25.4 MPa，额定主蒸汽温度为571℃，再热蒸汽温度为569℃，额定蒸发量(BRL)下的锅炉热效率为92.8%。采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台锅炉配备6台北京电力设备总厂生产的液压变加载ZGM113N型中速磨煤机，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。每台磨煤机带锅炉的1层燃烧器。

锅炉燃烧方式采用上海锅炉厂从美国阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。某电厂采用了低NOx同轴燃烧系统(LNCFS)，LNCFS在炉膛的不同高度布置了紧凑型燃尽风(CCOFA)和远离型燃尽风(SOFA)，将炉膛分成3个相对独立的部分:初始燃烧区、NOx还原区和燃料燃尽区。在每个区域的过量空气系数由3个因素控制:总的燃尽风(OFA)风量，CCOFA和SOFA风量的分配以及总的过量空气系数，这种改进的空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系数，可有效降低NOx排放。

2 煤质特性分析

2.1 设计煤质特性

设计煤质见表1和表2。从表1和表2中可以看出，设计煤质和校核煤质属烟煤，挥发分较高，煤粉易燃尽，灰软化温度较高，碱金属含量较低，受热面不易粘污和结焦。实际运行中燃烧设计煤种时，锅炉运行稳定，飞灰中碳的质量分数在4%左右，可带满负荷，受热面结焦不严重，通过吹灰可吹除焦块。

表1 煤质分析

2.2 实际入炉煤特性

2011年实际入炉煤特性见表3，主要特性有以下4项。

(1)贵州煤为贫煤特性，挥发分低、难燃尽、灰分高、不易结焦、热值偏低、易磨细。贵州煤本身是贵州多个矿点的无烟煤、贫煤和烟煤的混煤，采购时并不能保证其煤质稳定，入厂堆放时由于采样单元较多，一般混合堆放，取料上仓时煤质波动大，取到烟煤成分多时，燃烧经济性相对较好，取到无烟煤成分多时，燃烧经济性相对较差。

(2)印尼煤为褐煤，其挥发分和水分较高，磨煤机出力受限、易燃尽、灰分低且碱金属含量高，受热面极易粘污结焦，热值偏低，煤粉难磨细，大量烧该煤时锅炉带不满负荷。

(3)澳大利亚煤、神华煤和南非煤为优质烟煤，其挥发分高，水分比贵州煤稍高，灰分比贵州煤稍低，易燃尽、不易结焦，热值可带满负荷，煤粉较难磨细。

(4)哥伦比亚煤特性接近褐煤，为高挥发分、高水分和高热值煤，其灰分低，易结焦，煤粉较难磨细，燃烧该煤种时可带满负荷。

表2 煤灰成分分析 %

3 入炉煤比例和掺配方式

2011年1—11月，入炉煤共300多万 t，其中:采用分仓上煤，炉内混烧方式燃用的贵州煤占入炉煤总量的35.4%，印尼煤占总量的24.3%，南非煤占总量的5.3%，哥伦比亚煤占总量的4.0%，澳大利亚煤占总量的3.9%，神华煤占总量的2.3%;采用炉前预混掺配方式燃用印尼、贵州混煤占总量的15.9%，哥伦比亚、贵州混煤占总量的4.0%，贵州低硫煤、越南无烟煤和各种混煤占总量的4.9%。各月入炉煤掺配比例见表4。

随着各种煤质掺配比例的变化，入炉煤中水分、灰分、挥发分、发热量等指标均发生相应变化(见表5)，尤其7月份后印尼煤掺配比例大幅增加，出现明显的水分增加、灰分下降、挥发分升高、发热量下降的趋势，锅炉随之出现带不满负荷、制粉系统干燥出力不足、制粉出力下降、排烟温度升高、锅炉结焦严重等问题。

4 在掺配掺烧试验过程中出现的问题

表3 实际入炉煤煤质特性

(1)锅炉煤粉燃烧经济性受贵州煤的成分和掺配比例影响较大，飞灰中碳的质量分数在3% ～11%之间波动。贵州煤中无烟煤成分较多时，飞灰中碳的质量分数较高，烟煤成分较少时，飞灰中碳的质量分数较低。其他高挥发分煤比例较高时，飞灰中碳的质量分数较低，高挥发分煤比例较低时，飞灰中碳的质量分数较高。锅炉排烟温度受入炉煤印尼煤高水分的影响，7月份后迅速升高，锅炉经济性相应受到影响，具体见表6。

(2)受可磨系数较低的印尼煤、神华煤和南非煤的影响，随着掺配比例的增加，煤粉逐步变粗，具体见表6。

(3)大量掺配低热值煤时，入炉煤热值降低锅炉带不满负荷，3—9月大量掺配低热印尼煤和贵州煤，入炉煤热值偏低带不满负荷，损失电量尤为明显，达到45.67 GW·h，10月由于印尼煤结焦，损失电量达50 GW·h。

表4 2011年1—11月入炉煤比例 %

表5 2011年1—11月入炉煤指标

表6 2011年1—11月掺配掺烧指标

(4)9—10月，广西进入枯水期，水电出力持续下降，火电出力升高，电网下达发电计划日益升高，此时贵州煤炭封关政策进一步收紧，采购高热值印尼煤入厂以保证入炉煤热值能带较高负荷。印尼煤具有极强的结焦性(见表7)，由于没有贵州煤和澳大利亚煤高灰熔点低结焦性煤种进行掺配，锅炉带550 MW以上负荷结焦严重，如图1所示，较高负荷时结焦呈熔融状态，很难通过蒸汽吹灰、喷除焦剂等方式减缓结焦，导致#2锅炉被迫停炉打焦。

(5)在入炉煤掺配试验中，在煤种变化较大时，机组协调控制系统出现控制参数不适应煤质变化的情况，导致机组负荷、煤量、给水、汽温等参数波动，协调控制品质变差。

表7 高、低热值印尼煤结焦性判断对比

图1 锅炉过热器结焦图

5 入炉煤掺配方式与燃烧调整试验分析

5.1 煤质偏差大时炉前预混转方式变到分磨掺配方式

(1)2011年1—2月，哥伦比亚煤与贵州煤按炉前预混方式上仓，出现了屏式过热器结焦、再热器汽温高、飞灰中碳的质量分数高的问题。主要原因是哥伦比亚煤与贵州煤煤质偏差过大，煤粉入炉煤后哥伦比亚煤首先着火耗氧，贵州煤着火推迟，燃尽困难。哥伦比亚煤水分较高，燃烧后烟气量增加，再热器吸热增加。哥伦比亚煤灰熔点低，易结焦。协调控制系统调节品质变差，负荷、煤量等出现较大波动。

掺配方式调整。哥伦比亚煤单烧，不与贵州煤混合，哥伦比亚煤放在下层燃烧器，贵州煤放在上层燃烧器，改变上仓方式后，飞灰中碳的质量分数下降到5%，结焦得到控制，通过吹灰可以吹除，再热汽温降低到正常值。

(2)印尼煤挥发分很高，为防止制粉系统爆炸和烧损燃烧器，2—7月一直进行印尼煤与贵州煤的炉前预混方式掺配，特别是6—7月基本上全烧印尼煤和贵州煤的混煤，混配比例从1∶1调整到2∶1，这种方式保证了制粉系统的安全，但印尼煤和贵州煤煤质特性相差较大，入炉煤粉中的印尼煤首先着火耗氧，贵州煤着火推迟，燃尽困难，飞灰中碳的质量分数高达8%左右;混煤热值低，机组带不满负荷，产生大量损失电量。

掺配方式调整。从8月开始，印尼煤与贵州煤不在炉前混合，而是印尼煤、贵州煤分磨掺配，印尼煤大量单烧后，锅炉飞灰中碳的质量分数下降到5%～6%，贵州煤量少时可达到4%以下。单烧印尼煤后，在磨煤机上加装防爆门，专门制订了防止制粉系统爆炸和防止输煤皮带着火的安全技术措施，以保证制粉系统和输煤系统安全运行。

5.2 煤质相近时采用炉前预混方式

贵州方向来煤较杂，包括无烟煤、贫煤、烟煤等，煤质基本接近。采取炉前预混的方式进行掺配，提高了火车来煤卸车效率，也可满足贵州煤与其他高挥发分煤的分磨掺配。从10月开始，高、低热值印尼煤进行炉前预混，可降低高热值印尼煤的碱金属含量，降低结焦性，对防止结焦有一定效果。存在的问题是受煤场面积小的限制，预混煤质不均匀，热值不稳定。

5.3 燃烧调整试验分析

(1)全部单烧印尼煤时，必须根据炉膛温度和结焦情况控制机组负荷，防止结焦严重恶化。根据9—10月单烧印尼煤时进行的调整试验和分析，全部单烧印尼煤时，必须控制机组负荷不超过480 MW，加强炉膛结焦检查，每天测量屏式过热器区域烟气温度，控制烟气温度不超过印尼煤灰软化温度(约1100℃)。

(2)印尼煤隔层燃烧，分散炉膛热负荷，与贵州煤掺配控制结焦，增加高热值煤带满负荷。

印尼煤必须与成煤年代久远的高熔点、低结焦性石炭煤(如贵州煤)进行分磨掺配，才可控制结焦，11月进行印尼煤、贵州煤和澳大利亚煤的分磨掺配，至此锅炉结焦基本得到控制，加入澳大利亚煤后热值得以保证，锅炉可连续带满负荷运行。贵州煤放在中下部燃烧器，可有效防止结焦。

(3)其他的高挥发分煤种(如南非煤、神华煤和贵州低硫煤)一般不和其他煤种掺配，单独上仓燃尽效果较好。

(4)各磨煤机根据煤质情况调整煤粉细度。贵州煤煤粉细度R90调整到14% ～16%，澳大利亚煤煤粉细度R90调整到21%，印尼煤煤粉细度R90调整到24%～26%，可取得较好的燃尽效果并降低制粉系统磨损和耗电量。

(5)各层燃烧器根据煤质情况进行配风调整，总的原则是增加主燃烧区风量，高挥发分煤种燃烧器增加偏置风到30%以上、直吹风到40%以上，一方面增加主燃烧供氧，提高煤粉燃尽度，另一方面较好的氧化气氛可减轻水冷壁高温腐蚀，提高煤灰熔点减轻结焦，此时应注意NOx的排放量不超标。

(6)加强蒸汽吹灰，吹灰蒸汽压力从0.8MPa提高到1.5 MPa，在较低的吹灰压力时，吹灰效果不明显，提高吹灰压力后吹灰效果改善明显。根据结焦和烟温情况，调整吹灰周期和吹灰位置，在吹灰时，应观察跌落焦块情况和各受热面吸热温度变化，分析结焦位置。加强吹灰和提高吹灰压力后，应注意及时消除吹灰器卡涩等缺陷，防止受热面被吹损而爆管。

(7)锅炉结焦部位投用除焦剂对锅炉减轻结焦有一定作用，特别是结焦为硬化状态时，除焦剂可使焦块变得疏松而分成小块跌落，防止跌落大焦块堵塞捞渣机或结焦恶化，当单烧印尼煤且在高负荷下结焦为熔融状态时，除焦剂效果不明显。

(8)A仓(最下层仓)坚持上高挥发分煤以控制炉渣含碳量。2台锅炉的A磨煤机一直采用高挥发分煤种，保持AA层直吹风80%以上开度，一方面对稳燃有较好的效果，另一方面有效降低了炉渣中碳的质量分数，2011年炉渣中碳的质量分数比2010年下降了3%～4%。

6 结论

(1)多煤种入厂时，可通过合理的掺配掺烧方式消耗掉这些煤，解决或减缓多煤种掺烧来的各种问题，特别是大量消耗低价印尼煤后，降低了电厂燃料成本，取得很好的经济效益。

(2)煤质偏差大时，实行分磨掺配，较好地解决了飞灰中碳的质量分数高、锅炉结焦和带不满负荷的问题，在分磨掺烧时，应根据煤质分磨控制煤粉细度和燃烧配风。较好的掺配方式为(燃烧器从下到上):澳大利亚煤+贵州煤+印尼煤(2∶2∶2)。自2011年11月23日开始按此掺配方式，2台机组连续高负荷运行，12月创下机组平均负荷615 MW，月发电量912 GW·h的最好纪录，锅炉运行中各项参数稳定，结焦可控，飞灰中碳的质量分数低于5%。

(3)掺配煤种变化较大时，应进行掺配试验，逐步积累经验后改变掺配煤种，防止未试烧即大幅度改变煤种引起结焦和经济性下降等问题。逐步改变掺配比例，加强炉膛结焦检查、烟温测量、配风调整和煤粉细度调整等工作。

(4)煤种改变后，对机组协调控制系统参数进行优化调整，适应不同煤种的燃烧和结焦特性，协调控制时负荷、煤量、给水和汽温等参数的波动幅度减小。

(5)由于#1锅炉连续运行400多d，燃烧器喷口不可避免地出现烧损、变形，风门也有卡涩等问题，炉内空气动力场已变得较差，对锅炉进一步降低飞灰中碳的质量分数有较大的影响。待机组检修时，应彻底检查处理锅炉燃烧器缺陷并进行空气动力场试验，保证炉内较好的空气动力场。

(6)由于印尼煤水分较高，燃烧后烟气量增加，锅炉排烟温度较高，虽经过加强受热面吹灰等方式进行控制，但效果并不明显。待机组检修时，应对空气预热器换热元件进行清洗，提高换热效率，降低排烟温度。