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    • 掺配劣质煤对机组安全经济的分析研究

        摘要:对火电厂而言,受设计煤种供应紧张、环境保护要求、降低燃煤成本以及煤炭市场化采购环境等因素影响,各火电厂掺配掺烧劣质煤势在必行。燃煤掺配虽然可以解决很多难题,但也有其诸多的不利因素。本文则基于如何把控燃煤掺配的利弊,寻找锅炉稳定运行、满足环保达标和创造经济效益的支撑点进行分析阐述,更好的开展燃煤掺配掺烧工作。

        引言:当前多省份发电机组容量过剩,煤炭价格居高不下,环保发电刻不容缓,火电机组经营形势俞加严峻。在新形势下,各火电厂均在进行燃煤掺配掺烧工作,试图通过燃煤掺配掺烧减轻当前火电机组运行压力,减少燃料成本、降低入炉煤硫份,调控入炉煤的稳定性。但掺烧劣质煤也存在较多不利因素,当煤质超出设定适应范围,将会给锅炉的安全、经济运行带来很大的影响,主要体现在锅炉出力下降、锅炉热损失增加、效率降低、燃烧不稳定,飞灰、炉渣含碳量波动、受热面超温、腐蚀、空预器堵塞等问题。如何把控锅炉燃煤掺配和锅炉环保、安全运行的平衡点,对燃煤掺配掺烧有着重要的意义。

        一、火电厂掺配劣质煤的不利因素当前劣质煤主要有高硫煤、低挥发份煤、低热值煤及煤泥,掺烧上述煤种将会对锅炉运行造成诸多不利因素。

        1.燃用高硫煤的不利影响燃用高硫煤易造成空气预热器堵塞。燃煤中几乎所有的可燃性硫在炉膛燃烧过程中部被氧化成为气态SO2,其中少量的SO2在催化介质作用下转化成SO3。当脱硝系统投入后,SCR出口烟气中SO3的浓度会比入口增加约50%,当烟温低于时,几乎全部SO3都和水蒸汽结合成硫酸蒸汽。烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点,酸露点比水露点要高很多,烟气中SO3(或者说硫酸蒸汽)浓度越高,酸露点就愈高,烟气中的酸露点可达140~160℃,甚至更高。当锅炉排烟温度低于烟气酸露点时,硫酸蒸汽凝结后粘附到空预器蓄热片金属壁面上,并粘附烟气中的飞灰,逐渐积累造成空预器堵塞。根据烟气温度的酸露点计算数据和对应图中可以看出,燃煤硫份越高,要求的空预器冷端综合温度(CCET=空预器出口烟温+空预器入口风温加权平均温度)也越高。

        如果环境温度低于10℃,机组负荷率低于60%时,在暖风器投运的情况下,空预器的烟气综合温度很难高于140℃,若入炉煤硫分偏高造成空预器堵塞,将会为锅炉燃烧和空预器、引风机的运行带来较大的安全隐患,机组带负荷能力不足,运行参数的经济性大幅度降低。

        燃用高硫煤除了易造成空预器堵塞外,还有可能在炉膛高温区域加剧水冷壁的高温硫腐蚀,造成水冷壁管壁减薄,甚至出现水冷壁泄漏,同时燃用高硫煤也带来了一定的环保压力。

        2.燃用低热值、高灰分煤种的不利影响。

        燃用高灰分煤易造成燃尽风区域结焦、脱硝催化剂和空预器堵塞、电-袋除尘器的喷吹频率增加而缩短布袋使用寿命。由于某些超临界锅炉炉膛截面热负荷和燃烧器区域面积热负荷偏高,火焰温度最高可达1500℃左右,当入炉煤灰分增大或入炉煤灰熔点偏低时,锅炉结焦程度将进一步加重。锅炉掉焦时会对锅炉燃烧造成一定的破坏性冲击。

        入炉煤灰分增大时增加了催化剂和空预器堵塞的可能,同时由于灰量的增加,机组同负荷下电-袋除尘器差压将会增大,电-袋除尘器喷吹频率将会增加,这将会缩短电-袋除尘器使用寿命,布袋性能明显降低,频繁喷吹可能会出现破袋的可能。

        3.燃用低挥发份煤种的不利影响某公司采购的无烟煤,通常热值在4600~4900大卡范围内,干燥无灰基挥发分约6~10%,干燥无灰基硫分低于1%,灰熔点的软化温度ST>1450℃,哈氏可磨性系数较小。受该煤种挥发分过低、哈氏可磨性系数较小的影响,燃用时着火性能较差,飞灰含碳量偏高,对制粉系统磨损严重[2]。通过燃用该无烟煤的数据分析可知,当燃用量高于总燃料量的20%时,飞灰含碳量将上升3%以上,炉渣含碳量将上升1.5%,根据入炉煤热值和锅炉效率的对应关系,初步计算该无烟煤的燃用量为总燃料量的20%时,预计可增加煤耗4.5g/KWh左右。

        4、燃用煤泥(高水分)煤的不利影响煤泥通常水份超过25%,且热值较低。掺烧煤泥不但造成来煤接卸严重延时,产生较大数额的延时费,还对锅炉安全运行造成影响,掺烧时给煤机频繁断煤,同时由于入炉煤水分偏大,造成煤粉燃烧时挥发份滞后析出,燃烧恶化,超温频繁,给过热器、再热器管材带来极大安全隐患,严重影响锅炉的稳定燃烧,甚至增加锅炉稳燃用油的费用。

        二、火电厂掺烧劣质煤对策及入炉煤参数控制目标通过对某公司锅炉长时间的运行跟踪分析研究,为保证锅炉的安全经济运行,减少锅炉掺烧劣质煤的不利影响,锅炉掺烧劣质煤应采取以下对策:

        1、合理控制入炉煤硫份,减轻入炉煤硫份对锅炉空气预热器堵塞、水冷壁高温腐蚀的影响。

        参照上述酸露点数据和某公司锅炉运行状况,入炉煤硫分St.d(%)控制不宜超过1.5%,冬季,入炉煤硫份St.d(%)控制不宜超过1.3%。

        2、合理控制入炉煤低位发热量,根据入炉煤种和锅炉运行情况分析,入炉煤低位发热量不宜低于设计煤种的70%,用于底火稳燃的煤种不宜低于设计煤种的80%、且挥发份不宜低于设计煤种。

        3、就设计煤种为贫煤的锅炉而言,燃用低挥发份煤种对锅炉的安全运行影响极大,根据上述分析,低挥发份煤种的掺配量不宜超过入炉煤总量的10%。

        4、就设计煤种为贫煤的锅炉而言,为保证锅炉的安全运行,煤泥的掺配量不宜超过入炉煤总量的7%。、入炉煤全水份不宜超过10%。

        5、锅炉掺烧劣质煤还要遵循掺配均匀、煤质相近的原则,如煤质相差太大、掺配不均,将对锅炉安全运行产生不利的影响,严重时会造成锅炉灭火,甚至损坏设备。

        三、结束语当前掺烧劣质煤是火电厂降低燃料成本、增加企业效益的有效途径之一,各火电单位对此高度重视。为使企业实现可持续发展的目标,掺烧劣质煤降低燃料成本的同时,仍要兼顾锅炉的安全环保运行。劣质煤的掺配掺烧应从这两者入手,并且要投入更多精力对相应的掺配掺烧细节进行深入探讨,以此达到理想的掺烧目标,进而推动火电厂的发展。

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