幸雙喜， 安　城， 劉愛(ài)平

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌330096；2.江西分宜發(fā)電有限責(zé)任公司，江西新余336607）

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大型循環(huán)流化床鍋爐混煤策略及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

幸雙喜1， 安城2， 劉愛(ài)平2

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌330096；2.江西分宜發(fā)電有限責(zé)任公司，江西新余336607）

摘要：江西分宜電廠9號(hào)機(jī)組鍋爐為國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)1025t/h循環(huán)流化床機(jī)組鍋爐，由于混煤方式過(guò)于簡(jiǎn)單、粗獷，導(dǎo)致機(jī)組鍋爐帶負(fù)荷能力下降，鍋爐燃燒效率低，嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。針對(duì)上述問(wèn)題，本文通過(guò)研究鍋爐混煤摻燒策略并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，創(chuàng)造性地將煤的著火溫度作為煤的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)該廠入爐煤，尤其是汽車煤，進(jìn)行分類，從而對(duì)煤場(chǎng)堆放進(jìn)行優(yōu)化，并開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)混煤工作。通過(guò)上述工作，機(jī)組鍋爐的帶負(fù)荷能力和經(jīng)濟(jì)性得到明顯提高，同時(shí)為電廠購(gòu)煤、堆煤提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐； 混煤策略； 堆煤； 試驗(yàn)研究

0　引言

江西分宜電廠9號(hào)機(jī)組鍋爐為國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)1025t/h循環(huán)流化床機(jī)組鍋爐（簡(jiǎn)稱：CFB鍋爐），受地理位置、運(yùn)力等影響，該機(jī)組入爐煤多為當(dāng)?shù)仄嚸?，且煤質(zhì)多變，其中一個(gè)月內(nèi)，鍋爐入爐的汽車煤最多達(dá)30多種，混煤摻燒成為該廠必然的選擇。但電廠以往只依據(jù)入爐煤的熱值和揮發(fā)份兩個(gè)指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)堆煤、混煤工作，由于混煤方式過(guò)于簡(jiǎn)單、粗獷，導(dǎo)致很多情況下，機(jī)組鍋爐帶負(fù)荷能力下降，燃燒效率低，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此，本文首先選取15種進(jìn)煤量大且有代表性的入爐煤，通過(guò)煤的熱值和揮發(fā)份數(shù)據(jù)對(duì)入爐煤進(jìn)行初步分類，再通過(guò)入爐煤的熱重實(shí)驗(yàn)分析得到煤的著火溫度和燃盡溫度，并主要以著火溫度為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)入爐煤進(jìn)行二次分類，以指導(dǎo)煤場(chǎng)堆煤（同一類煤集中堆放）?；诖?，再確定現(xiàn)場(chǎng)混煤方案，現(xiàn)場(chǎng)混煤試驗(yàn)采用爐前混煤方式，共進(jìn)行了4種不同的混煤配比試驗(yàn)，為保證試驗(yàn)準(zhǔn)確可靠，每個(gè)混煤配比下均進(jìn)行2個(gè)平行工況。另外，針對(duì)如何提高鍋爐帶負(fù)荷能力，各試驗(yàn)工況均選在鍋爐最大連續(xù)出力下進(jìn)行，通過(guò)測(cè)定鍋爐效率、供電煤耗等參數(shù)，以確定鍋爐最佳或較佳混煤方案，使機(jī)組鍋爐的帶負(fù)荷能力和經(jīng)濟(jì)性均得到明顯提高，同時(shí)也為電廠購(gòu)煤、堆煤提供科學(xué)依據(jù)。

1　鍋爐概況

江西分宜電廠9#鍋爐為1025t/h亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)。鍋爐采用自然循環(huán)，單鍋筒，整體布置為單爐膛、單布風(fēng)板、一次中間再熱、燃煤、固態(tài)排渣。

鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　設(shè)計(jì)煤質(zhì)數(shù)據(jù)

2　入爐煤分類

確定進(jìn)煤量大且具代表性的15種煤樣，煤樣的工業(yè)分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　15種煤樣的工業(yè)分析結(jié)果

2.1初步分類

由表2可見(jiàn)，從煤的揮發(fā)份和低位熱值兩個(gè)指標(biāo)來(lái)劃分，上述15種煤可初步分為兩類。第1類為省外優(yōu)質(zhì)煤，共3種，分別為：陜西華龍、國(guó)投新集和神華煤。該類煤的空干基揮發(fā)分為30%左右、低位熱值4611～5883大卡，屬于高揮發(fā)份、高熱值煤。

第2類為本地汽車煤，共12種，分別為：行健、眾一、昌達(dá)電力、博邦、瀏陽(yáng)集鎮(zhèn)、老棚里、廣運(yùn)、雷運(yùn)、建橋、佳和、卷山、鷹翔。該類煤的揮發(fā)分7%左右、熱值3900大卡左右（其中“博邦”揮發(fā)份略高，為12.27%、“瀏陽(yáng)集鎮(zhèn)”熱值略高，為4400大卡）。屬于低揮發(fā)份、低熱值煤。

2.2二次分類

同一類煤的燃燒特性仍然可能相差很大，因此需使用同步熱分析儀分別對(duì)15個(gè)煤樣進(jìn)行單煤種的燃燒特性熱重分析，研究不同煤種在燃燒特性方面的差異。限于篇幅，僅介紹陜西華龍煤的熱重分析結(jié)果，如圖1所示。

從圖1可見(jiàn)，陜西華龍煤樣的燃燒主要分為兩個(gè)階段。第一階段，從環(huán)境溫度加熱到350℃，煤樣在開(kāi)始著火燃燒之前有一個(gè)比較明顯的增重階段，這是因?yàn)槊悍弁獗砻婧涂紫秲?nèi)表面吸附氣體發(fā)生物理和化學(xué)吸附[1]；第二階段，從350～633℃，該階段主要包括揮發(fā)份的釋放和絕大部分焦炭的燃燒過(guò)程。

2.2.1煤燃燒特性評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文將影響煤粉燃燒特性的因素分解為兩個(gè)指標(biāo)來(lái)討論：著火溫度和燃盡溫度。前者評(píng)價(jià)煤粉著火燃燒的安全性和穩(wěn)定性，后者評(píng)價(jià)煤粉燃燒的經(jīng)濟(jì)性。

著火溫度的定義為：過(guò)DTG曲線的峰值點(diǎn)作垂線與TG曲線相交于一點(diǎn)，過(guò)這點(diǎn)作TG曲線的切線與TG曲線的平行線交于一點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為通常所說(shuō)的著火溫度[2~4]。

燃盡溫度的定義為：煤樣可燃部分燃掉98%燃料量時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度[2~4]。

基于多個(gè)煤種燃燒特性試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本文提出煤評(píng)價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)如下：

將煤的著火難易情況劃分成3類：1）著火溫度≤450℃的為容易著火；2）著火溫度在450℃~500℃間的為較易著火；3）著火溫度≥500℃的為不易著火。

將煤的燃盡難易情況劃分成3類：1）燃盡溫度≤650℃的為容易燃盡；2）燃盡溫度在650℃~700℃間的為較易燃盡；3）燃盡溫度≥700℃的為不易燃盡。

2.2.2單煤著火溫度和燃盡溫度分析

15種煤樣的著火溫度和燃盡溫度見(jiàn)表3。

從表3可見(jiàn)，博邦的著火溫度和燃盡溫度均最低，這表明博邦的燃燒特性最好（這與博邦煤的揮發(fā)份最高相對(duì)應(yīng)），分為第1類；

行健、瀏陽(yáng)集鎮(zhèn)、老棚里、廣運(yùn)、建橋、卷山、鷹翔7種煤的著火溫度均低于600℃，燃燒特性較好，分為第2類；

眾一、昌達(dá)電力、雷運(yùn)、佳和4種煤的著火溫度均高于600℃，這4種煤屬于同一類，燃燒特性最差，分為第3類。

表3　15種煤樣著火溫度和燃盡溫度一覽表

3　煤場(chǎng)堆煤優(yōu)化方案

該廠原有的堆煤方式比較簡(jiǎn)單，只是將省外優(yōu)質(zhì)煤和本地汽車煤分開(kāi)堆放，而本地汽車煤則不加區(qū)分的一塊堆放。根據(jù)上述煤質(zhì)的分類，將煤的著火溫度指標(biāo)引入煤場(chǎng)堆放后，建議煤場(chǎng)堆煤如下：

（1）3種省外優(yōu)質(zhì)煤分兩塊堆放。其中華龍煤?jiǎn)为?dú)堆放；國(guó)投新集和神華煤一塊堆放。

（2）12種汽車煤分3塊堆放。博邦單獨(dú)堆放；著火溫度低于600℃的行健、瀏陽(yáng)集鎮(zhèn)、老棚里、廣運(yùn)、建橋、卷山、鷹翔7種煤可一塊堆放；著火溫度高于600℃的眾一、昌達(dá)電力、雷運(yùn)、佳和4種煤可一塊堆放。

4　混煤摻燒試驗(yàn)

4.1混煤摻燒方式的選擇

CFB鍋爐由于沒(méi)有制粉系統(tǒng)，故選擇“爐前摻混、爐內(nèi)混燒”（簡(jiǎn)稱“爐前摻混”）方式。如果摻混煤種過(guò)多，可能導(dǎo)致成本上升、燃燒情況更復(fù)雜[2]。綜上，本次現(xiàn)場(chǎng)混煤試驗(yàn)選擇2種煤進(jìn)行摻混，即省外優(yōu)質(zhì)煤配比本地汽車煤。

4.2混煤摻燒試驗(yàn)概況

受鍋爐分離器出口煙溫超溫限制，該爐經(jīng)常無(wú)法帶滿負(fù)荷，即330MW負(fù)荷運(yùn)行，為此，各混煤工況都選在鍋爐最大連續(xù)出力下進(jìn)行，以檢驗(yàn)鍋爐帶負(fù)荷能力，為保證每種混煤配比的準(zhǔn)確可靠，在每種混煤配比下，進(jìn)行2個(gè)平行工況，取其平均值進(jìn)行分析?；烀簱綗囼?yàn)工況安排見(jiàn)表4。

表4　現(xiàn)場(chǎng)混煤摻燒試驗(yàn)方案

4.3混煤摻燒試驗(yàn)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)混煤摻燒試驗(yàn)主要結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　現(xiàn)場(chǎng)混煤摻燒試驗(yàn)結(jié)果

由表5可見(jiàn)：

（1）修正后鍋爐效率最低為89.03%，最高為91.97%，兩者相差2.94%。鍋爐效率最低時(shí)，對(duì)應(yīng)的混煤方式為華龍與眾一配比，鍋爐效率最高時(shí)對(duì)應(yīng)的混煤方式為華龍與永明加鷹翔配比。

（2）供電煤耗最低為334.01g/kWh，最高為346.60 g/kWh，兩者相差12.59g/kWh。供電煤耗最高時(shí)對(duì)應(yīng)的混煤方式為華龍與眾一配比，供電煤耗最低時(shí)對(duì)應(yīng)的混煤方式為配煤為華龍與永明加鷹翔配比。

（3）鍋爐帶負(fù)荷能力最強(qiáng)的是華龍與行健+鷹翔+永明這四種煤摻配，能帶到325MW左右，帶負(fù)荷能力最弱是華龍與眾一+佳和三種煤摻配，只能帶300MW，最高最低差25MW負(fù)荷。

（4）鍋爐配煤摻燒方式對(duì)鍋爐排煙損失、廠用電率影響很小，對(duì)機(jī)械未完全燃燒損失影響較大。鍋爐效率最低時(shí)主要是固體未完全燃燒損失比其他工況都高，而鍋爐效率最高時(shí)主要是由于固體未完全燃燒損失比其他工況都低。

（5）華龍與第二類汽車煤即著火溫度低于600℃的煤種配比時(shí)，鍋爐帶負(fù)荷能力與鍋爐效率均高于華龍與第三類汽車煤即著火溫度高于600℃的煤種配比。

綜上，著火溫度低于600℃的汽車煤（第二類汽車煤）與省外優(yōu)質(zhì)煤以8：2的配比時(shí)，鍋爐帶負(fù)荷能力基本可以達(dá)到滿出力（325MW穩(wěn)定運(yùn)行），同時(shí)鍋爐效率均能高于設(shè)計(jì)效率；著火溫度高于600℃的汽車煤（第三類汽車煤）與省外優(yōu)質(zhì)煤以8∶2的配比時(shí)，鍋爐帶負(fù)荷能力較差，試驗(yàn)期間最高只能帶315MW左右穩(wěn)定運(yùn)行，但鍋爐效率基本能高于設(shè)計(jì)效率。因此，建議該廠優(yōu)先購(gòu)買著火溫度低于600℃的煤種，并以8：2的比例與省外優(yōu)質(zhì)煤進(jìn)行混摻。

5　結(jié)語(yǔ)

江西分宜電廠的CFB鍋爐入爐煤來(lái)源復(fù)雜，種類雜多。之前由于混煤方式過(guò)于簡(jiǎn)單、粗獷，導(dǎo)致機(jī)組鍋爐帶負(fù)荷能力下降，燃燒效率低，嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。針對(duì)上述問(wèn)題，本文通過(guò)研究鍋爐混煤摻燒策略并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，創(chuàng)造性地將煤的著火溫度作為煤的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)該廠入爐煤進(jìn)行分類，進(jìn)而

開(kāi)展有科學(xué)依據(jù)的混煤工作。通過(guò)上述工作，該機(jī)組鍋爐的帶負(fù)荷能力和經(jīng)濟(jì)性得到明顯提高。同時(shí)，本文中采用的煤種分類和混煤方案也能為其他電廠的實(shí)際堆煤、混煤?jiǎn)栴}提供參考借鑒。

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修回日期：2016-03-22

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.003

中圖分類號(hào)：TK227

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-3429（2016）02-0013-04

作者簡(jiǎn)介：幸雙喜（1984-），男，江西高安人，本科，工程師，從事火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化方面的試驗(yàn)、研究工作。

收稿日期：2016-01-11

Study on Blended Coal Strategy and Field Test of Large Circulating Fluidized Bed Boiler

XING Shuang-xi1， AN Cheng2， LIU Ai-ping2
（1.JiangXi Province Electric Power Test Research Institute，Nanchang 330096，China；2.JiangXi Fenyi Electric Power Generation Co.，Ltd，Xinyu 336607，China）

Abstract：Unit 9 boiler in JiangXi Fenyi electric power plant is the owning Chinese intellectual property right 1025 t/h circulating fluidized bed boiler，due to the mixed coal way is too simple，resulting in a decline in boiler load capacity and at the same time also bring the boiler combustion efficiency is low，seriously affecting the safe and economic operation.According to the above problem，this paper through studies the boiler blended coal strategy and combined with field test，creatively to the ignition temperature of coal，as an important evaluation indexes to the coal as fired，especially auto coal，by classification，so as to optimize the coal pile up，and the mixed coal work.Through the above work，the boiler load capacity and efficiency be improved obviously，at the same time for the power plant can provide a scientific basis to buy coal and coal pile.

Key words：CFB boiler； blended coal strategy； piles of coal； experimental study