300 MW锅炉中储式制粉系统无烟煤掺烧方案优化.pdf

今 日 自 动 化Automation Today智能制造与设计Intelligent manufacturing and Design2 0 2 3.5 今日自动化 492 0 2 3 年第5 期2023 No.5“十三五”以来，我国的风电、光伏新增装机和累计装机规模位居世界第一，随着技术进步和规模化发展，风电、光伏的经济性也得到快速提升。可再生能源的快速发展，使煤电发展面临更为严峻的形势。本地无烟煤挥发分含量低、难着火、难燃尽，不适合大多数燃煤机组燃用，湖南各火电厂每年都需外购大量煤炭，采购的煤炭品种多样。某电厂为降低入炉煤单价，采购了部分本地无烟煤，决定通过无烟煤掺烧试验，探索一种安全经济的无烟煤掺烧方案。1 设备概况及煤质情况该电厂两台300 MW 机组装设了两台美国 CE 公司技术制造的亚临界压力、中间再热、自然循环汽包炉。本炉设计为单炉膛、型布置、平衡通风；锅炉采用全钢架结构、半露天布置；燃用烟煤、贫煤，固态排渣；低氮燃烧器正四角切圆燃烧方式，每角从下至上布置 A、B、C、D、E 5层燃烧器，四角共20个燃烧器；中间储仓式制粉系统，A、B 制粉系统磨制煤粉进入 A 粉仓，C、D 制粉系统磨制煤粉进入 B粉仓。A 粉仓的煤粉通过一次风输送进入炉膛下两层（A/B）及最上层（E 层#2、4角）燃烧器（以下简称A 粉仓燃烧器），B 粉仓的煤粉通过一次风输送进入炉膛中间两层（C/D）及最上层（E 层#1、3角）燃烧器（以下简称 B 粉仓燃烧器）。该电厂主要燃用陕西煤、山西煤、晋城无烟煤、湖南本地煤等，目前该电厂存煤主要包括中高硫烟煤、无烟煤，无烟煤储量最高达到总储量的20%，如何安全经济地掺烧无烟煤成为当前亟待解决的问题。设计煤种与中高硫烟煤、无烟煤的主要参数对比见表1。表1 设计煤种与中高硫烟煤、无烟煤的主要参数对比名称设计煤种中高硫烟煤无烟煤收到基低位发热量 Qnet,ar/（MJ/kg）21.34721.16023.670空气干燥基水分 Mad/%1.420.970.45收到灰分 Aar/%23.8528.6929.61干燥无灰基挥发分 Vdaf/%21.5526.788.4收到基碳 Car/%55.6464.4873.22收到基氢 Har/%3.223.193.72收到基氧 Oar/%5.972.231.35收到基氮 Nar/%0.970.881.06收到全硫 St,ar/%0.722.60.612 无烟煤配煤掺烧试验2.1 配煤掺烧对比试验针对煤场存煤情况和锅炉设备特点，确定了以下两种配煤掺烧方式：中高硫烟煤配无烟煤按比例2 1上 A/B/C/D 原煤仓，各制粉系统煤粉细度均控制在12%；全中高硫烟煤上 A/B 原煤仓，中高硫摘 要煤炭行业供应侧改革使煤炭价格大幅上涨，某电厂为降低燃料成本，采购了部分无烟煤。掺烧无烟煤对锅炉运行的安全性与经济性均影响较大，为探索一种安全经济的无烟煤掺烧方案，该电厂300 MW 锅炉进行了无烟煤掺烧试验。通过试验确定了一种较安全的无烟煤掺烧方式，但在该无烟煤掺烧方式条件下的锅炉飞灰含碳量及排烟温度偏高，燃烧经济性较差。该电厂#2炉通过设备改造，并采取一系列优化调整措施，有效降低了该无烟煤掺烧方式条件下的锅炉飞灰含碳量及排烟温度，同时满足了机组深调低负荷时的稳燃要求。关键词无烟煤掺烧；飞灰含碳量；不同一次风压送粉；优化调整中图分类号TM73 文献标志码A 文章编号20956487（2023）05004903Optimization of Anthracite Blending Scheme for Medium Storage Milling System of 300MW Boiler LIU Ming，LI XianghaiAbstractThe supply-side reform of the coal industry has increased the coal price sharply.A power plant has purchased some anthracite coal in order to reduce fuel costs.Burning anthracite has a great impact on the safety and economy of boiler operation.In order to explore a safe and economic anthracite blending scheme,the test of anthracite blending was conducted in the 300 MW boiler of the power plant.A safer method of anthracite coal blending is determined by experiment,but the carbon content and smoke exhaust temperature of the fly ash of the boiler are high,and the combustion economy is poor.Through the equipment transformation and a series of optimization and adjustment measures of the#2 furnace,it effectively reduces the carbon content of the fly ash and the exhaust temperature of the boiler under the condition of the coal blending method,and meets the stable combustion requirements of the unit.Keywordsanthracite blending;carbon content of fly ash;different primary air pressure;optimization and adjustment3 0 0 MW锅炉中储式制粉系统无烟煤掺烧方案优化刘明，李向海（长安益阳发电有限公司，湖南益阳413000）今 日 自 动 化Automation Today智能制造与设计Intelligent manufacturing and Design50 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.5烟煤配无烟煤按比例1 1上 C/D 原煤仓，A/B 制粉系统煤粉细度控制在15%，C/D 制粉系统煤粉细度控制在8%。方式1特点是均匀配煤，方式2特点是分粉仓配煤。为摸清两种配煤方式实际掺烧过程中的特性，进行了上述两种配煤方式的掺烧对比试验，试验过程中，辅机运行方式及机组各项参数，均按长安益阳发电有限公司主辅机规程规定控制。试验结果见表2。表2 配煤掺烧对比试验结果项目配煤掺烧方式 1配煤掺烧方式 2150MW240MW300MW150MW240MW300MW排烟氧量(%)6.584.213.286.614.183.14排烟温度（）128.4137.5142.3132.0141.1146.1飞灰含碳量（%）5.174.955.587.37.88.4炉渣含碳量（%）4.795.345.655.135.415.59A 粉仓煤粉取样煤粉细度（%）11.8912.212.4414.9715.2514.74B 粉仓煤粉取样煤粉细度（%）12.0911.9412.617.978.258.74A 粉仓煤粉取样挥发分（%）20.7820.7519.9826.5126.3326.81B 粉仓煤粉取样挥发分（%）20.8220.5421.1917.3517.7417.11试验过程中，在配煤掺烧方式1条件下，当机组负荷降至40%时，炉膛负压呈发散性波动，炉膛火焰电视忽明忽暗，下层燃烧器火检信号频繁大幅摆动，此时需立即投油稳燃，并适当增加机组负荷，若处理不当极可能导致机组跳闸。在配煤掺烧方式2条件下，当机组负荷降至40%时，炉膛负压平稳，炉膛火焰电视明亮，下层燃烧器火检信号稳定，机组负荷继续降至35%时，锅炉燃烧仍稳定。相比之下采用配煤掺烧方式2，机组深调低负荷时锅炉燃烧更稳定。分析表2可看出，在其他试验数据基本持平的情况下，采用配煤掺烧方式2的锅炉飞灰含碳量平均值，较配煤掺烧方式1偏高2.6%，排烟温度平均值偏高3.6。经测算，上述两种配煤掺烧方式的制粉单耗相差极小，综合分析，配煤掺烧方式1的燃尽效果更好，更经济。2.2 配煤掺烧方式选择近年来，湖南省电网峰谷差日趋增大，火电机组低谷时段深调低负荷（低至35%负荷）已常态化。综合考虑机组运行的安全性与经济性，该电厂决定先选择采用配煤掺烧方式2来掺烧无烟煤，在保证机组深调低负荷时锅炉燃烧稳定的前提下，再设法通过设备改造和优化调整，来降低配煤掺烧方式2条件下的锅炉飞灰含碳量及排烟温度。3 设备改造及优化调整试验3.1 新增空预器出口一次风联络母管电动联络门的改造该电厂针对300 MW 锅炉储仓式送粉系统的特点，在#2锅炉原有风烟系统的基础上，在空预器出口一次风联络母管新增一个电动联络门，并增加空预器出口左右侧一次风压差大于1 kPa，联锁开启空预器进、出口一次风母管联络门的热工逻辑。改造后，关闭空预器出口一次风联络母管新增电动联络门，通过分别调节两台一次风机入口调整门的开度，实现分开调节空预器出口左右两侧一次风母管的一次风压，使去往 A/B 粉仓的一次风压不同，从而利用空预器出口左右侧不同的一次风压，输送 A/B 粉仓中两种不同挥发分的煤粉。设备改造如图1所示。?图1 新增空预器出口一次风联络母管电动联络门改造3.2 空预器出口左右侧一次风压优化调整试验为探索最佳的空预器出口左右侧一次风压，并验证#2炉设备改造的效果，空预器出口左右侧一次风压优化调整试验，在配煤掺烧方式2条件下进行。试验过程中，采取以下优化调整措施：将 C/D 制粉系统（磨制无烟煤）磨出口温度控制值，由70提高到85。加强空预器冷端温度控制，优化空预器吹灰频次，提高右侧热一次风温度。机组负荷达80%及以上，控制锅炉氧量不低于3.5%，并开大中间层二次风门至50%。试验结果如表3所示。表3#2炉空预器出口左右侧一次风压优化调整试验结果试验负荷(MW)150240300左侧一次风压（kPa）2.63.03.3右侧一次风压（kPa）2.22.52.8排烟氧量(%)6.574.373.55排烟温度（）127.4136.5142.8飞灰含碳量（%）4.515.185.41炉渣含碳量（%）5.295.544.95A 粉仓煤粉取样煤粉细度（%）14.9315.2114.72B 粉仓煤粉取样煤粉细度（%）7.888.218.57A 粉仓煤粉取样挥发分（%）26.4126.9226.77B 粉仓煤粉取样挥发分（%）17.0217.2517.91通过表2与表3试验数据对比发现，#2炉设备改造且优化调整后，采用配煤掺烧方式2的锅炉飞灰含碳量平均值比改造前降低了2.8%，排烟温度平均值比改造前降低了4.16；比改造前采用配煤掺烧方式1的锅炉飞灰含碳量平均值降低了0.2%，排烟温度平今 日 自 动 化Automation Today智能制造与设计Intelligent manufacturing and Design2 0 2 3.5 今日自动化 512 0 2 3 年第5 期2023 No.5均值降低了0.56。这充分证明#2炉经设备改造且优化调整后，采用配煤掺烧方式2的锅炉飞灰含碳量及排烟温度明显降低。鉴于优化调整后，采用配煤掺烧方式2的锅炉飞灰含碳量及排烟温度明显降低，后续又在多个负荷工况下，进行了空预器出口左右侧一次风压优化调整试验，得到了#2炉各负荷工况下，最佳空预器出口左右侧一次风母管的一次风压。试验结果见表4。表4#2炉各负荷工况下最佳