混配煤技术及决策管理系统

姚伟2010年6月24日西安混配煤技术及决策管理系统西安热工研究院有限公司姚伟2010年6月24日西安混配煤技术西安热工研究院有限公司混配煤技术第一节概述第二节掺烧的几个焦点问题第三节混煤参数对掺烧安全经济环保性的影响分析第四节掺烧方式第五节安全高效洁净的掺烧措施和手段第一节概述锅炉是根据给定的煤种设计制造的。设计煤种不同，锅炉的炉型、结构、燃烧器及燃烧系统的形式将不同，有的甚至影响燃料输送系统、锅炉辅机和附属设备的选型。当实际燃用煤种与设计煤种差别明显时，锅炉出力和效率影响较大，给设备的安全经济运行带来各种各样的问题。概述曾对我国40个重点电厂131台大容量锅炉进行实际用煤调查，结果表明，凡是燃煤与设计煤种相符的电厂，锅炉运行正常，生产稳定，技术经济指标比较好;而煤种不符合设计煤种时，带来种种问题：①锅炉出力下降，机组不能满发。统计中6个电厂损失出力450MW，占电厂总装机容量的13.7％；燃煤对运行经济性的影响②锅炉效率降低，发电煤耗增加。曾经对我国中小机组的调查结果表明，使用动力配煤比燃用非设计煤种，锅炉热效率可提高4%～5%，节煤率达5%。而调查中的9个电厂因此多燃煤20～30万吨；③煤种多变、煤质劣化，使电厂助燃油量增加；燃煤对运行经济性的影响④锅炉炉膛结渣，受热面超温，近半数的电厂不同程度的出现过类似问题；⑤燃料费用和发电成本增加。近11个电厂每年多支出燃料费用2.56亿元，发电成本平均增加0.0053元/kwh；⑥完善改造工作量大，费用高。为了解决因煤质引起的出力下降、投油多、结渣、超温、磨损等问题而进行的完善化改造，对8个电厂统计，所支出的费用达2.317亿元。燃煤对运行经济性的影响①电力工业的高速发展导致电煤供、需矛盾突出，电厂难以足量购置理想煤种，几乎都面临掺烧问题②老矿资源枯竭，新煤田的开采，使电厂必须掺烧或更换新的煤种③采用掺烧措施解决锅炉运行中出现的如结渣、SO2排放等问题④降低燃料成本电厂燃煤选择面临的问题掺烧与电厂节能减排的关系由于掺烧可以调节入炉煤特性，所以合理的掺烧可以保证机组安全高效洁净运行，实现电厂节能减排，主要方面有：①均匀煤质，使煤质尽量接近设计值、保证主辅机在最佳状态运行，提高效率②降低炉内沾污、结渣趋势，降低排烟温度③提高火焰稳定性，减少助燃油量；④降低飞灰可燃物，提高锅炉燃烧效率⑤降低硫、NOx排放⑥采用掺烧方式，实施节能减排的运行方式（如严重结渣煤掺不结渣煤，实施低氧燃烧技术）国内各类型锅炉掺烧不同煤种的比例机组掺烧煤种的情况比例褐煤烟煤贫煤无烟煤褐煤锅炉★★★★烟煤锅炉★★★★★★★贫煤锅炉★★★★★★★无烟煤锅炉☆★★★★★★★★★——多；★★——较多；★——一般爆炸灭火爆炸第二节掺烧的几个焦点问题焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4一.防止炉膛灭火掺烧了性能较差的煤。如果烟煤锅炉上，烟煤混烧低挥发份煤种（Vad＜20%）或到厂煤灰分波动较大（Aad＞35%）时，如果掺混不均，很易造成锅炉灭火。对抗措施：选择适合煤种、控制劣质煤比例、强化混煤措施、提高一次风温、降低煤粉细度等5炉膛灭火—挥发分原因A电厂300MW机组设计无烟煤/贫煤各50%，Vdaf：10%；曾燃用一船无烟煤/烟煤(9/1)混煤（Vdaf：9.5%），负荷在250MW以上出现3次灭火和几次大幅度的炉膛负压波动；无烟煤（Vdaf：7.6%左右）比例大,煤种混合不均匀。灭火后,给粉机入口处采集煤粉的发热量为22651kJ/kg,挥发分为7.61%,为纯无烟煤，明显低于设计值。6炉膛灭火—灰分原因B厂360MW机组，设计40%贫煤+60%烟煤；实际燃用煤由于灰分增加，导致燃烧不稳，频繁出现灭火事故。平均煤质Vdaf%Aar%Qnet,arMJ/kg灭火次数2005年22.1131.0719.795设计煤17.2626.2721.607焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4二.缓解结渣、积灰①混煤不均，周期性燃用强结渣煤；②比例不当，强结渣煤燃用量大；③掺烧方式不合理，局部结渣严重；④不匹配的煤相混，结渣性增强。对抗措施：选择适合煤种、控制强结渣煤比例、确定合理掺烧方式（炉前和炉内）、强化混煤措施、调整运行方式、缩短吹灰周期等8C电厂600MW机组周期性燃用神木煤和大同煤形成严重的炉膛结渣事故结渣、积灰9锅炉受热面积灰、堵塞烟道结渣、积灰D电厂大比例燃用新疆准东煤（高钠灰）E电厂大比例掺烧神华煤10焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4三.保证正常汽温参数、提高机组效率①燃烧中心和烟气特性变化，汽温或减温水投入量偏离设计值；②积灰、结渣。对抗措施：同缓解结渣、积灰措施，以及采用炉内混合并调节掺烧位置、调节煤粉细度等。11汽温不正常F电厂600MW机组掺烧褐煤再热汽减温水量增加12焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4四.避免受热面腐蚀、超温和爆管①掺烧方式不当时，燃烧过于集中，受热面局部超温爆管；②掺烧了高硫、高钠等腐蚀成分较高的煤；③锅炉结渣、积灰。对抗措施：同缓解结渣、积灰措施，以及注意调节贴壁气氛和近壁温度等13腐蚀、超温和爆管高钠灰形成的碱金属腐蚀烟道堵塞形成的磨损爆管D电厂大比例（50％以上）掺烧高钠的新疆准东煤，出现碱金属腐蚀14腐蚀、超温和爆管G电厂350MW机组掺烧印尼煤燃烧区水冷壁爆管15腐蚀、超温和爆管H电厂掺烧高硫煤（混煤St达1.5％以上）出现硫化物腐蚀爆管测点位置单位A1-1A1-2B1-1B1-2后1-1后1-2后1-3O2%0.350.460.410.241.480.360.28COppm5000500050005000297050005000H2Sppm1893267714198324372测点位置单位A2-1A2-2B2-1B2-2后2-1后2-2后2-3O2%0.160.210.270.195.200.340.23COppm5000500050005000280550005000H2Sppm3443201021665817321316焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4五.提高制粉系统安全，防止爆炸①混煤不均；②运行参数选取不合理。对抗措施：强化混煤措施，控制出、入磨温度和风煤比，加强吹扫等煤斗磨煤机冷一次风FROMFDF热一次风原煤取样一次风速一次风温煤粉取样石子煤斗给煤机PAFMSAF爆17制粉系统爆炸F电厂600MW机组掺烧扎煤干燥风温选取过高，石子煤斗外喷大量火花，存在严重的安全隐患。18制粉系统爆炸I电厂600MW机组贫煤锅炉燃烧烟煤、贫煤和无烟煤的混煤，炉前掺混。因掺混不均，2008年两台炉的双进双出钢球磨均出现爆炸，燃烧器、容量风门烧坏。同样问题在J电厂300MW机组烟煤掺烧中也曾出现，当准格尔煤比例小于30%、神华煤大于70%时爆炸危险性增加。19某企业五个电厂12台机组掺烧极易爆炸的神华煤七年内共发生22次制粉系统爆炸事件，有的对设备造成严重损坏，甚至导致机组非停。该企业制粉系统有如下几种型式：普通钢球磨的中储式乏气送粉和热风送粉制粉系统、双进双出钢球磨的直吹式制粉系统、中速磨直吹式制粉系统，每一种制粉系统均出现过爆炸现象，其中钢球磨爆炸更为频繁一些。制粉系统爆炸20焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4六.保证锅炉出力导致锅炉限制出力的很多问题与入炉煤质及其变化有关：①易结渣煤为避免引起炉膛严重结渣，而被迫限制出力；②同样因燃煤有结渣倾向而使过热器、再热器管壁超温，从而限制出力；③锅炉辅机与掺烧煤种煤质不适应而引起燃烧系统输出热功率被迫降低；④因煤中含硫较高末采取措施致使空气预热器发生堵灰腐蚀而影响锅炉出力对抗措施：降低积灰、结渣和腐蚀倾向，提高入炉煤热值以及选用合理的掺烧方式等21锅炉出力不足——制粉出力①掺烧低HGI煤，研磨出力不足K电厂350MW，设计HGI:55,实际煤HGI:38负荷MWR75%燃烧稳定性Cfh%q4%26015稳定，可正常吹灰184.230020稳定，可正常吹灰32.69.533022燃烧稳定。炉膛负压波动幅度20～40Pa，不需投油枪稳燃，除非有扰动（如吹灰、调整风量）3613.235023炉膛燃烧稳定性较差，炉膛负压波动时有增加，后拱2-3只燃烧器火检闪烁报警，投一只油枪明显好转。从安全角度讲，目前该负荷下宜投入一只油枪陪烧40.627.622锅炉出力不足——制粉出力②掺烧高水分煤，干燥出力不足L电厂330MW机组掺烧高水分褐煤，磨煤机出力下降，机组带负荷能力降低。35.5t/h27.4t/h81.8℃61.6℃55m3/h51m3/h183.6℃233.9℃100%烟煤掺50%褐煤干燥能力制粉出力83％21％焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4七.提高运行经济性、延长设备寿命锅炉经济性是锅炉效率η、减温水量及制粉系统等辅机电耗和设备寿命的综合结果：①与混煤的着火稳燃特性、燃尽特性及水分、灰分、发热量、可磨性、磨损等偏离设计值的程度有关；②与掺混原煤煤质差异的大小有关.掺混原煤的差异大，混煤后的燃烧效果可能较差，或者辅机电耗增加、设备寿命缩短等。如烟煤掺低挥发分煤(无烟煤及贫煤)及高灰分煤，需提高煤粉细度，这样就增加了制粉电耗等。对抗措施：强化混煤措施，控制入炉煤热值、选择合理的磨出口温度、掺烧性能接近、磨损较弱煤种、防止受热面结渣积灰等24运行经济性差、设备寿命缩短有时，热值差异也可导致也可能使燃烧效率下降项目单位低热值煤高热值煤Mt%15.02.1Aar%8.268.20Vdaf%31.2433.91Qnet,arMJ/kg22.5229.60ST℃11801300D电厂掺烧高热值烟煤效果25运行经济性差、设备寿命缩短M电厂600MW机组，掺烧高硫煤磨煤机磨辊磨损情况12磨磨辊（9214小时）11磨磨辊（10303小时）16磨密封风管（9500小时）12磨静环（18500小时）26焦点问题一.防止炉膛灭火二.缓解锅炉结渣、积灰三.保证正常汽温参数，提高机组效率四.避免受热面腐蚀、超温和爆管五.提高制粉系统安全，防止爆炸六.保证锅炉出力七.提高运行经济性、延长设备寿命八.降低污染物排放量4八.降低污染物排放量污染物排放问题：①SO2生成量的变化；②NOx生成量的变化；③灰尘排放：•灰量增加•灰比电阻升高•水分或硫含量降低对抗措施：控制入厂煤性能，选择合理煤种掺烧（取长补短），调整运行方式N电厂