段彥明,孫久啟

(1.國電鞍山熱電有限公司,遼寧鞍山 114011;2.國電科學(xué)技術(shù)研究院,江蘇南京 210031)

提高火電廠設(shè)計(jì)和校核煤質(zhì)重要性的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

段彥明1,孫久啟2

(1.國電鞍山熱電有限公司,遼寧鞍山 114011;2.國電科學(xué)技術(shù)研究院,江蘇南京 210031)

分析鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)在電廠建設(shè)各方面的重要性,闡述了燃用煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)要求對火電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響。結(jié)合工程實(shí)際分析燃用煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)的原因,并提出了解決措施。

鍋爐;設(shè)計(jì)煤質(zhì);校核煤質(zhì);環(huán)境保護(hù)

1 確定設(shè)計(jì)煤質(zhì)的重要性

(1)設(shè)計(jì)煤質(zhì)是擬建火電廠項(xiàng)目決策的依據(jù)?；痣婍?xiàng)目前期,建設(shè)單位協(xié)同設(shè)計(jì)單位針對煤源、水源、電力需求以及煤炭運(yùn)輸條件等方面深入調(diào)研。其中,煤源情況落實(shí)是一項(xiàng)重要內(nèi)容,一定要針對煤源、運(yùn)輸、煤質(zhì)與煤價(jià)等編制專題調(diào)研報(bào)告,與煤礦簽訂供煤協(xié)議。設(shè)計(jì)煤質(zhì)是編制火電廠建設(shè)項(xiàng)目初步可行性研究報(bào)告的重要依據(jù)。

(2)設(shè)計(jì)煤種硫分是環(huán)境影響評價(jià)的重要指標(biāo)。環(huán)境保護(hù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)基本國策,火電項(xiàng)目對環(huán)境影響較大,新建或擴(kuò)建項(xiàng)目,從項(xiàng)目批復(fù)到投產(chǎn)前環(huán)保設(shè)施驗(yàn)收,以及生產(chǎn)階段污染物排放等環(huán)節(jié),均在國家環(huán)保部門的嚴(yán)格監(jiān)管之下。能否通過環(huán)評評價(jià),直接關(guān)系到項(xiàng)目能否批復(fù);脫硫裝置出力大小,直接影響到投產(chǎn)后 SO2的排放量。近幾年,部分火電項(xiàng)目投運(yùn)后,相繼出現(xiàn)一些問題,如燃煤硫分高于設(shè)計(jì)值,使脫硫島出力不能滿足排放要求,而被環(huán)保部門罰款和限期整改。

(3)設(shè)計(jì)煤質(zhì)是電廠設(shè)計(jì)和爐型選擇、燃燒制粉系統(tǒng)及輔助設(shè)備選型的主要依據(jù)。

一般在初步設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)院根據(jù)煤種和煤質(zhì)等條件,確定了火電廠項(xiàng)目的主要設(shè)計(jì)原則,三大主機(jī)已經(jīng)訂貨。鍋爐設(shè)計(jì)之初,根據(jù)設(shè)計(jì)煤質(zhì)選定適宜的燃燒方式和相應(yīng)的爐膛關(guān)鍵特征參數(shù)值,使新裝鍋爐達(dá)到較好的燃燒效果,即較高的燃燒效率、較大的負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度和較低的 NOx生成濃度值,將爐膛結(jié)渣傾向降低至保證鍋爐長期安全運(yùn)行而不致影響其可靠性指標(biāo)的程度。煤質(zhì)特性與鍋爐型式匹配,對鍋爐機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要,因此設(shè)計(jì)單位在鍋爐選型時(shí),一定要重視煤質(zhì)特性,避免出現(xiàn)爐型與煤質(zhì)不匹配的情況,尤其是大容量鍋爐爐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一旦設(shè)計(jì)制造完畢,很難就爐膛容積和形狀做實(shí)質(zhì)性修改,使電廠投產(chǎn)后無法正常運(yùn)行,給國家或投資方帶來嚴(yán)重?fù)p失。部分電廠投產(chǎn)后,不能達(dá)到技術(shù)協(xié)議約定的性能參數(shù),其中有鍋爐設(shè)計(jì)方面的原因,由電廠經(jīng)設(shè)計(jì)院向鍋爐廠提供的設(shè)計(jì)煤質(zhì)也會(huì)成為雙方爭論的焦點(diǎn)問題。

火電廠煤質(zhì)特性通常包括煤特性與灰特性兩部分。煤特性指標(biāo)有工業(yè)分析、元素分析、發(fā)熱量、可磨性系數(shù)和煤的磨損性指數(shù)等?；姨匦灾笜?biāo)有煤灰化學(xué)成分和飛灰比電阻等。

火電廠燃用煤種和煤質(zhì)的煤、灰特性直接決定了鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)、輸煤、除灰系統(tǒng)以及除塵器等鍋爐輔助系統(tǒng)及其設(shè)備的選擇。

(4)設(shè)計(jì)煤質(zhì)直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟(jì)效益。燃煤是火電廠的物質(zhì)基礎(chǔ),它不僅關(guān)系到鍋爐機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,也是火電廠生產(chǎn)管理和經(jīng)濟(jì)核算的中心環(huán)節(jié)。特別是近幾年煤價(jià)大幅度上升,燃煤費(fèi)用達(dá)到 70%以上;電廠越來越重視燃煤成本管理,它對于電廠經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。實(shí)踐證明,燃煤特性和設(shè)備匹配性能良好,才能使電廠在燃煤采購方面主動(dòng)靈活,有利于控制燃煤成本。

2 確定設(shè)計(jì)煤質(zhì)的影響因素

(1)宏觀政策缺乏剛性。由于我國煤炭生產(chǎn)和電力生產(chǎn)缺乏剛性宏觀調(diào)控,新建或擴(kuò)建火電項(xiàng)目沒有相對穩(wěn)定的煤源,火電項(xiàng)目核準(zhǔn)時(shí)建設(shè)單位與煤礦簽訂的供煤協(xié)議約束力不強(qiáng),國內(nèi)某些坑口電廠也不得舍近求遠(yuǎn)外購煤炭。

(2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確?；痣姍C(jī)組設(shè)計(jì)壽命一般為 30年,要針對選定的礦點(diǎn)結(jié)合其煤種、煤質(zhì)、儲(chǔ)量、建設(shè)規(guī)模及進(jìn)度、使用年限、供應(yīng)數(shù)量、煤價(jià)乃至運(yùn)輸條件等進(jìn)行大量的調(diào)查落實(shí)工作,并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證,如果調(diào)研工作不深入細(xì)致,就容易出現(xiàn)這樣或那樣的問題。

(3)建設(shè)單位缺乏重視。《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL 5000-2000)總則中規(guī)定:“新建或擴(kuò)建的燃煤發(fā)電廠的設(shè)計(jì)和校核煤種及其分析數(shù)值是設(shè)計(jì)的基本依據(jù),它們將影響設(shè)備和系統(tǒng)的選擇、工程造價(jià)、發(fā)電廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,主管部門和項(xiàng)目法人對此應(yīng)充分重視,進(jìn)行必要的調(diào)查和研究后,合理確定,使其能代表長期實(shí)際燃用煤種?！睂?shí)踐證明,由于各方面的原因,在初步可行性研究階段,上述要求沒有引起某些建設(shè)單位的足夠重視。在實(shí)際操作過程中,一般設(shè)計(jì)院要建設(shè)單位提供書面設(shè)計(jì)煤質(zhì)報(bào)告,建設(shè)單位從組織措施和技術(shù)措施缺乏有效控制,結(jié)果是擬定的煤質(zhì)報(bào)告不能經(jīng)得起煤炭市場、時(shí)間和設(shè)備系統(tǒng)等方面的檢驗(yàn)。

(4)燃煤硫分與實(shí)際不符。近年來,由于國家環(huán)保部門對新上火電項(xiàng)目環(huán)境評價(jià)的嚴(yán)格控制,在燃用煤種硫分≥1%時(shí),新建電廠要配套建設(shè)脫硫裝置,對電廠投資和運(yùn)行影響很大。同時(shí)有的建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位在確定硫分量時(shí)不夠準(zhǔn)確,致使脫硫裝置出力無法滿足實(shí)際要求等。

3 煤質(zhì)變化對電廠生產(chǎn)運(yùn)行的影響

3.1 影響電廠安全運(yùn)行

鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)擬定不當(dāng),電廠投運(yùn)后易出現(xiàn)一系列問題,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:煤質(zhì)揮發(fā)分偏低,導(dǎo)致鍋爐頻繁滅火;灰熔點(diǎn)偏低,造成鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦被迫停爐;發(fā)熱量大幅度下降,造成對流受熱面超溫;燃煤硫分高引起預(yù)熱器低溫腐蝕和水冷壁區(qū)高溫腐蝕等。煤質(zhì)變化會(huì)造成大型鍋爐出現(xiàn)腐蝕、磨損、爆管等問題較為突出,甚至釀成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞及人身傷亡事故。

3.2 影響電廠經(jīng)濟(jì)性

燃煤煤質(zhì)變化對機(jī)組出力、供電煤耗和可用率以及發(fā)電成本等的影響較大。

(1)設(shè)備出力受限。燃用煤質(zhì)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種時(shí),可能會(huì)限制鍋爐負(fù)荷。例如煤的水分或可磨指數(shù)的變化可使磨煤機(jī)達(dá)不到額定出力;煤的灰分增加可能造成除灰系統(tǒng)超負(fù)荷;灰熔點(diǎn)偏低引起爐膛結(jié)渣,鍋爐只能維持低負(fù)荷運(yùn)行等。

(2)煤耗及廠用電率上升。煤質(zhì)下降,煤粉著火困難,不僅易滅火放炮,危及鍋爐安全,而且由于著火延遲,燃燒不穩(wěn)和不完全,使鍋爐機(jī)械未完全燃燒損失增大;同時(shí),由于排煙溫度和燃燒過?？諝獾脑龈?又使排煙熱損失增大。這兩項(xiàng)都使鍋爐效率下降和發(fā)電煤耗上升。劣質(zhì)煤灰分高、熱值低,同樣出力條件下鍋爐燃煤量增加,上煤、除灰、制粉以及引風(fēng)機(jī)等輔機(jī)耗電量都要增加,廠用電率上升。根據(jù)對國內(nèi)部分燒劣質(zhì)煤的中壓和次高壓小機(jī)組統(tǒng)計(jì)結(jié)果估算,燃煤低位熱值每下降 1MJ/kg,發(fā)電煤耗上升 20 g/(kW·h),廠用電率上升 0.5%。

3.3 燃煤可用率下降

部分煙煤灰分高熱值低,而無煙煤熱值雖高,但揮發(fā)分很低,兩者都會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定,容易滅火;灰分高,燃煤量大,使鍋爐受熱面、煙道堵灰和磨損加劇,制粉系統(tǒng)和送引風(fēng)機(jī)的故障增加;著火延遲,火焰中心上移,使過熱器超溫爆管。所有這些都使發(fā)電機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率上升,臨修次數(shù)增加,可用率和設(shè)備利用率下降。

3.4 檢修及技改費(fèi)用上升

煤質(zhì)下降、灰分增大、可磨指數(shù)降低或灰的磨蝕性增強(qiáng)等,將使鍋爐各部分受熱面、輸煤皮帶、制粉系統(tǒng)和除灰、除渣系統(tǒng)等經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)行,致使磨損加劇;部分電廠因高溫腐蝕,造成水冷壁區(qū)大批管子受損,被迫停爐后更換。這些問題使電廠檢修維護(hù)費(fèi)用大幅度增加。

3.5 影響電廠環(huán)保性能

燃煤硫分偏高,脫硫島出力不能確保煙氣中的SO2達(dá)標(biāo)排放;由于揮發(fā)分降低,尤其是低揮發(fā)分劣煤,為了確保燃燒穩(wěn)定,改變了配風(fēng)方式、提高了燃燒區(qū)域的溫度水平,造成 NOx排放量升高;由于煤質(zhì)降低或波動(dòng)較大,造成鍋爐燃燒不穩(wěn),效率下降,最終也導(dǎo)致電廠污染物排放增加等。

4 節(jié)能減排措施

將燃煤化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中,人們在關(guān)注轉(zhuǎn)化效率提高的同時(shí),越來越重視火力發(fā)電廠對周圍環(huán)境的影響。實(shí)踐證明,對于常規(guī)火電廠,以下措施在節(jié)能減排方面值得參考:

(1)輸煤系統(tǒng)。應(yīng)采用穩(wěn)定煤質(zhì)的手段,如設(shè)置混煤筒倉或干煤棚以及在入廠煤和入爐煤內(nèi)安裝機(jī)械采樣裝置等;在原煤倉內(nèi)安裝智能空氣炮、疏松機(jī)、振打裝置 (或新型對輥給料機(jī)),材料采用雙曲線型、摩擦阻力較小的不銹鋼。

(2)除灰及脫硫、脫硝系統(tǒng)。燃煤輸送系統(tǒng)、鍋爐設(shè)備、除渣、除灰及脫硫、脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)等必須考慮一定的裕量。設(shè)計(jì)氣力除灰系統(tǒng)時(shí),第一電場輸灰管應(yīng)采用 2根,第一電場灰斗安裝臨時(shí)放灰管;脫硫系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)時(shí),燃煤硫分比鍋爐設(shè)計(jì)的硫分適當(dāng)大一點(diǎn)等。

(3)蒸汽溫度調(diào)節(jié)。鍋爐蒸汽溫度調(diào)節(jié)裝置應(yīng)性能優(yōu)良,設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮適應(yīng)煤種變化的可調(diào)節(jié)幅度,有較好的操控性,確保燃燒器上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、再熱器煙溫調(diào)節(jié)擋板機(jī)構(gòu)靈活可靠、合理的噴水減溫設(shè)置、爐內(nèi)配風(fēng)燃燒的組織靈活性,以及超 (超)臨界鍋爐煤水比靈活調(diào)節(jié)特性等。

(4)爐型選擇。合理選擇爐型、新型燃燒器和點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置,提高鍋爐穩(wěn)燃能力及環(huán)保性能。如采用循環(huán)流化床鍋爐、W火焰布置方式、等離子點(diǎn)火、微油點(diǎn)火裝置等。

(5)防磨損、腐蝕。提高鍋爐受熱面的防磨特性,如保持合理的煙速,確保不會(huì)形成煙氣走廊;防磨瓦材質(zhì)要規(guī)格高、安裝合理;如設(shè)置暖風(fēng)器或熱風(fēng)再循環(huán)裝置采用 H型省煤器等,以提高鍋爐抗低、高溫腐蝕的能力。

(6)防結(jié)焦。針對煤質(zhì)燃燒特性和結(jié)焦特性采取防結(jié)焦措施,同時(shí),在爐膛底部設(shè)計(jì)人孔門,便于觀察冷灰斗附近的結(jié)焦情況及實(shí)施打焦。爐膛內(nèi)吹灰器的合理布置,也有助于減輕爐膛內(nèi)部結(jié)焦。

(7)NOx控制。揮發(fā)份較低的劣質(zhì)煤,在解決燃燒穩(wěn)定和 NOx控制方面有一定困難,應(yīng)優(yōu)先采用新型低NOx燃燒器,在結(jié)構(gòu)布置方面要充分考慮脫硝裝置預(yù)留空間。

(8)除灰。盡量配備省煤器灰斗連續(xù)除灰裝置,并防止異物進(jìn)入輸灰管道。一方面有助于系統(tǒng)安全運(yùn)行,如某電廠曾因灰量大,積灰嚴(yán)重導(dǎo)致大灰斗墜落,尤其在省煤器泄漏的情況下,更易于發(fā)生事故。另一方面,也可減小電除塵器的運(yùn)行出力。

(9)在線檢測系統(tǒng)。當(dāng)前在線檢測系統(tǒng)中,煤質(zhì)在線監(jiān)測裝置較為成熟,特別是MJA型煤質(zhì)成分在線檢測系統(tǒng),運(yùn)行性能優(yōu)越,可及時(shí)向運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確的煤質(zhì)數(shù)據(jù),對提高鍋爐機(jī)組運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮了巨大作用。同時(shí),實(shí)現(xiàn)分倉上煤、通過爐內(nèi)摻燒來控制入爐煤含硫量,使優(yōu)化脫硫島運(yùn)行方式成為可能。

(10)制粉系統(tǒng)。選擇合理的制粉系統(tǒng),尤其是磨煤機(jī)的選型,是鍋爐安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。某電廠 2×600 MW燃煤機(jī)組,原設(shè)計(jì) 6臺(tái)磨煤機(jī),五運(yùn)一備;由于煤質(zhì)差和中速磨煤機(jī)選型方面的原因,投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)設(shè)備出力明顯不足,必須保持 6臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行才能保證鍋爐出力。

(11)過熱器選型。主要是防止過熱器、再熱器選材偏低,確保壁溫有足夠的安全系數(shù)。

(12)引風(fēng)機(jī)選型。在一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)選型時(shí),應(yīng)充分考慮煤質(zhì)變化可能帶來的影響。

[1]華北電力科學(xué)院.閻維平譯.Sanford_AS ME PTC 4-1998鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程[M].北京:中國電力出版社,2004.

[2]曹長武.電廠鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)的確定與分析[J].煤質(zhì)技術(shù),1999,(6):11-14.

[3]周桂萍.合理確定新擴(kuò)建火電廠鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)的方法[J].山東電力技術(shù),2006,(5):7-8.

[4]李青,公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2006.

[5]沈文生,馬曉茜,陳烈強(qiáng).煤質(zhì)與鍋爐的相關(guān)性及其對電廠運(yùn)行的影響[J].電站系統(tǒng)工程,2000,l6(1):42-45.

[6]曹長武,楊愛東,劉穎琳,等.山東電網(wǎng)發(fā)電用煤煤質(zhì)資料匯編(1990-1994)[M].北京:電力工業(yè)部發(fā)電用煤質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心,1994.

Analysis of importance to enhance boiler design and check coal quality in ther mal power plants

The important influences of design coal quality to construct ion of thermalpower p lants were analyzed.The affect ion of burning coal quality deviated from design coal quality on boiler safe and econom icaloperation,environmentalp rotection requests were elaborated briefly.The reasons of coal quality deviation from design requestwere analyzed based on actual engineering project.Some countermeasures to solve the problem in therm alpower plants were enumerated.

bo iler;design coal quality;check coal quality;environmentalpro tection

TK227.1

B

1674-8069(2010)01-053-03

2009-11-16;

2010-01-04

段彥明 (1963-),男,山西省平順縣人,研究生,工程師,從事火電廠項(xiàng)目建設(shè)及供熱管理等工作。E-mail:syduanyanming@163.com