0、引言
    近幾年電煤供應日趨緊張，為了提高機組運行的經(jīng)濟性，許多電廠均開始摻燒褐煤，而且比例逐年增加。某電廠安裝的2臺350MW機組鍋爐設計煤種為煙煤，為降低發(fā)電成本，對鍋爐進行摻燒褐煤的技術改造…。針對本工程實際，本文提出了350 MW機組鍋爐摻燒褐煤的技術改造方案，該方案能夠保證制粉系統(tǒng)在摻燒褐煤工況下安全運行，提高機組經(jīng)濟性。
1、鍋爐設備概況
    阜新發(fā)電公司2x350 MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的型號為HG-1165/17. 45-YM1的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛、燃煤汽包鍋爐。該鍋爐采用平衡通風、四角雙切圓擺動式燃燒器、固態(tài)排渣，微正壓氣力除塵、全鋼架懸吊、緊身封閉結(jié)構(gòu)、“兀”型布置等方式。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    爐膛四周為膜式水冷壁，爐膛的高負荷區(qū)域采用內(nèi)螺紋管的膜式水冷壁。在爐膛上部布置有墻式再熱器、分隔屏、后屏過熱器；水平煙道中布置有后屏再熱器、末級再熱器、末級過熱器和立式低溫過熱器；后煙道豎井布置水平低溫過熱器和省煤器；后煙道下部布置2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，燃燒器可擺動±30°。鍋爐在TRL工況下的主要熱力參數(shù)如表l所示。
2、煤質(zhì)特性及摻燒方式
2.1煤質(zhì)特性
    阜新發(fā)電公司鍋爐原設計煤種為煙煤，低位發(fā)熱量為4 600 kj/kg，主要煤源地為：黑龍江，內(nèi)蒙古西烏旗、霍林河，遼寧鐵法和撫順。設計和校核煤種元素分析見表2。
    發(fā)電廠摻燒的褐煤主要來源為元寶山和霍林河煤礦的褐煤。褐煤煤質(zhì)特性如表3所示。
    由褐煤的平均特性分析可知，該褐煤含水分高、揮發(fā)分高、熱值低、灰分高、易自燃、易結(jié)焦。干燥無灰基揮發(fā)分含量高達43.89%，有利于著火，但是也容易造成燃燒器火嘴燒壞、結(jié)焦、煤粉儲藏自燃自爆等問題；水分含量高，不利于煤粉著火和穩(wěn)定燃燒；煤粉細度較大，燃盡性能較差，燃燒效率低，易造成燃燒損失。
2.2  混煤方式的選擇
    對于直吹式雙進雙出鋼球磨煤機制粉系統(tǒng)煤粉鍋爐，電廠在配煤摻燒的技術應用上存在2種爐內(nèi)混煤摻燒方式：爐內(nèi)完全摻燒和爐內(nèi)分層摻燒。
    阜新發(fā)電公司350 MW機組煤場共設有4臺卸煤機、4臺葉輪給煤機，在給煤機的下部為輸煤一段。目前，采用2種方式進行褐煤混配，一種是通過調(diào)整輸煤一段葉輪給煤機轉(zhuǎn)速（不同給煤機調(diào)整不同煤種）按比例進行混配，另一種是采用斗輪機加上葉輪給煤機來進行混配。2種混配方式都比較均勻，完全滿足混配要求。
2.3摻燒比的確定
    混煤摻燒的摻燒比嚴重影響燃用混煤鍋爐的燃燒穩(wěn)定性和鍋爐整體熱效率。摻燒比過低，對鍋爐的安全性和穩(wěn)定性影響不大，無法解決電廠目前面臨的燃煤緊張的現(xiàn)狀；燃煤摻燒比過高，摻燒煤種與設計煤種相差較大時，會影響到鍋爐的穩(wěn)定燃燒。按照負荷預測和日尖峰低谷的調(diào)整進行合理混配煤‘3]。如：日發(fā)電量1 200萬kW．h，控制摻燒比例35%；日發(fā)電量1 300萬kW·h，控制摻燒比例30%。
3、摻燒褐煤應注意的問題
3.1摻燒褐煤改造方案的原則
    (1)試驗表明，對于霍林河褐煤，當制粉系統(tǒng)末端氧量水平低于16%時，才會對防止褐煤的爆炸有明顯的效果。因此，改造的主要原理是降低制粉系統(tǒng)末端氧量（鋼球磨煤機入口至排粉機人口段）至16%以下，滿足褐煤的防火防爆要求，且有效提高磨煤機干燥出力。
    (2)提高磨煤機人口干燥介質(zhì)的溫度，在保證安全性的同時最大限度地提高摻燒褐煤的比例。
    (3)保證鍋爐具有帶額定負荷的能力。
    (4)利用現(xiàn)有的設備，最大限度減少改造的工作量和改造的投資成本。
3.2  制粉系統(tǒng)末端溫度
    雙進雙出筒式鋼球磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)比中速磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)的煤種適應性強，可以磨制揮發(fā)分低的無煙煤。對于這種制粉系統(tǒng)要摻燒揮發(fā)分含量高的煤種，需要對制粉系統(tǒng)進行改造，一方面要解決高揮發(fā)分煤種在磨煤機中易燃易爆問題，另一方面要解決磨煤機出口煤粉干燥問題。
    由于褐煤具有含水分高、揮發(fā)分高的特點，在制粉和輸粉過程中易出現(xiàn)煤粉堆積、粘連、自燃、自爆等問題�？紤]在輸粉系統(tǒng)中加入一些防爆設計：對于粉系統(tǒng)，可以在制粉系統(tǒng)的入口或者出口充人一定比例的惰性氣體（如氮氣），嚴格控制制粉系統(tǒng)出口的溫度在60℃范圍內(nèi)，來保證制粉和輸粉系統(tǒng)的通暢和安全。350 MW機組的3臺雙進雙出筒式鋼球磨煤機的構(gòu)造如圖1所示。
4、煙煤鍋爐摻燒褐煤系統(tǒng)改造方案
4.1概述
    阜新發(fā)電公司350 MW機組制粉系統(tǒng)設計為正壓直吹式，采用防爆設計，適合摻燒一定比例的褐煤。設計煤種（煙煤）的低位發(fā)熱量為19 300 kj/kg，雙進雙出鋼球筒式磨煤機原設計為燃用煙煤，熱風溫度設計為430℃左右，不滿足完全單燒褐煤的能力，只能將褐煤和煙煤進行一定比例的摻燒。鍋爐設計煤種（煙煤）和摻燒的煤種（褐煤）揮發(fā)分含量均比較高，因此要嚴格執(zhí)行爐膛吹掃，防止爐膛爆燃，制粉系統(tǒng)停止前應將煤粉吹凈，保證蒸汽消防系統(tǒng)隨時投用。
    電廠制粉系統(tǒng)采用冷爐煙熱風送粉方式。在冬季環(huán)境溫度較低時，制粉系統(tǒng)的干燥出力不能滿足大負荷要求，一旦鋼球磨煤機出口溫度小于60℃，容易造成磨煤機出口至排粉機入口管道結(jié)露粘粉并形成粉塊，粉塊長時間粘附在管壁上引起自燃或爆炸。含氧量控制在16%，經(jīng)測試實際運行時含氧量為18% ~19%，不能滿足防火防爆要求。根據(jù)改造原則對煙煤鍋爐摻燒褐煤提出如下3種改造方案。
4.2改造方案1
    將鍋爐煙道的排煙從除塵器出口抽取冷爐煙送入一次風中，和熱一次風進行混合送入雙進雙出鋼球筒式磨煤機，降低制粉系統(tǒng)末端含氧量。抽取除塵器后冷爐煙的位置有2種選擇：引風機入口和出口；送入位置同樣有2種選擇：一次風機入口和出口。綜合起來共有如下4種改造方式。
    (1)鍋爐的低溫爐煙從引風機人口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風機出口；
    (2)鍋爐的低溫爐煙從引風機入口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風機入口；
    (3)鍋爐的低溫爐煙從引風機出口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風機出口；
    (4)鍋爐的低溫爐煙從引風機出口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風入口。
    由表4分析可知：方案l冷爐煙抽取點最佳位置宜選在引風機出口，送人最佳位置宜選在一次風機入口。冷爐煙系統(tǒng)改造見圖2。
4.3改造方案2
    選擇從鍋爐轉(zhuǎn)向室兩側(cè)墻抽取溫度較高(550—600℃)且含氧量較低的高溫熱爐煙（乏汽）作為干燥介質(zhì)送人雙進雙出鋼球筒式磨煤機入口防爆門，提高鋼球磨煤機的干燥出力，如圖3所示。此方案的關鍵在于熱煙系統(tǒng)的阻力大小。若熱煙系統(tǒng)阻力小，制粉系統(tǒng)調(diào)整的裕度大，就能保證煙氣量，可實現(xiàn)有效降低制粉系統(tǒng)的氧量，滿足褐煤的防爆要求；若熱煙系統(tǒng)阻力大，只能抽吸少量的熱煙，惰性氣體含量少，制粉系統(tǒng)達不到褐煤防爆要求。為克服從鍋爐轉(zhuǎn)向室處抽取的低壓熱爐煙送入正壓雙進雙出鋼球筒式磨煤機系統(tǒng)的阻力，須增加風機來提升從鍋爐轉(zhuǎn)向室處抽取熱爐煙的壓頭，以保證所抽取的熱爐煙送人雙進雙出鋼球筒式磨煤機制粉系統(tǒng)，從鍋爐轉(zhuǎn)向室處抽取熱爐煙含氧量較低，為3%~4%，溫度高達550~ 600℃，能夠有效提高制粉系統(tǒng)安全性。
4.4改造方案3
    從鍋爐引風機出口兩側(cè)抽取冷爐煙作為干燥風送入磨煤機防爆門入口，如圖4所示。同理為克服直吹式制粉系統(tǒng)內(nèi)正壓，同樣需要增加冷煙風機，以提高冷爐煙壓頭，保證所抽取的冷爐煙順利地送入雙進雙出鋼球筒式磨煤機制粉系統(tǒng)。
4.5最優(yōu)方案的選取
    綜合分析以上3種方案，由于直吹式制粉系統(tǒng)具有正壓的特點，為保證抽取足夠的煙氣量，3種方案共同點是都需要增設增壓風機，克服冷爐煙管道阻力，3種方案比較參見表5。
    由表5可知：從造價、現(xiàn)場改造、維護等方面來看，方案1明顯優(yōu)于方案2和方案3。因此，選取方案1作為煙煤鍋爐摻燒褐煤改造方案。
5、摻燒褐煤經(jīng)濟性比較
    阜新發(fā)電公司與霍林河煤礦的運輸距離約為600 km，霍林河煤礦經(jīng)鐵路調(diào)配至各地后，燃料成本有所差異。從阜新發(fā)電廠入廠煤標價來看，褐煤為430元／t左右，煙煤為530元／t左右，按照摻燒30%比例褐煤計算，與單燒煙煤相比可節(jié)約30元／t左右。
    改造方案總投資約180萬元，若投入后按照摻燒褐煤30%，年平均負荷為280 MW，全年運行6 000 h計算，半年就可節(jié)約成本約400萬元，不到半年即可收回投資成本，經(jīng)濟效益顯著。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
6、結(jié)論
    本文討論了褐煤摻燒技術應用中應注意的問題，基于增設增壓風機，克服冷爐煙管道阻力，提出了3種350 MW機組鍋爐摻燒褐煤的技術改造方案。通過工程造價、現(xiàn)場改造、維護等方面的比較，選取方案1作為煙煤鍋爐摻燒褐煤改造方案。該方案能夠保證制粉系統(tǒng)在摻燒褐煤工況下安全運行，提高機組經(jīng)濟性。
    面對日益嚴峻的煤炭供應形勢，機組摻燒褐煤改造為鍋爐燃用多煤種提供了經(jīng)驗，節(jié)約了燃料費用，提高了發(fā)電公司的經(jīng)濟效益。