火电厂燃煤掺烧分析

近几来, 全国的煤炭资源紧张, 燃料采购成本和运输价格持续上升, 发电成本剧增, 利润大幅下滑。2004年, 标准煤平均单价比上年同期水平增长120.63元/吨, 涨幅为28.35%, 火电厂单位成本比上年同期增长35.16元/千瓦时。发电燃料价格、运价上涨, 煤炭质量却下降。沙角A电厂甚至一度面临锅炉“断粮”危机, 煤场存煤量最低时降到最低警戒线以下的2.9万吨, 两天后, 锅炉就面临 (无米下锅) 停炉的险情。正所谓“巧妇难为无米之炊”, 面对燃煤供应持续紧张, 各火电厂奇招百出, 想尽千方百计购得符合自己“胃口”的好煤。沙角A电厂同样面临煤炭质差价高问题。

众所周知, 各电厂锅炉的设计是根据其机组容量大小、动力不同而度身定做的。因此, 不同的煤质煤种对锅炉的影响各不相同。面对良莠参差不齐的煤质煤种, 电厂燃料分部在总结以前配煤掺烧经验的基础上, 改进方案, 不断摸索, 针对各种来煤的不同特点, 通过积极开展配煤掺烧, 劣质煤种经运行人员掺配后, 为锅炉提供了较为接近设计的煤种供煤, 消除了煤质差对锅炉安全燃烧的影响。2007年, 沙角A电厂安全生产天数累创新高, 锅炉爆管次数降到0次, 非计划停运减少到1次, 保证了电厂机组的安全、经济、满发, 取得了巨大的节能经济效益, 为全省的电力供应做出了重要贡献。现将我厂针对煤的不同特性进行配煤掺烧, 消除煤质差对锅炉安全运行的技术措施与管理规范介绍如下, 供同行参考。

1 电厂锅炉燃烧煤种设计与实际来煤情况比较

沙角A电厂总装机容量为1200MW, 其中I期3*200MW, II期2*300MW, 锅炉设计燃烧煤种为山西大同煤。要求煤质标准设计值为:低位发热量21659J/G, 挥发分26.5%, 硫分0.91%, 全水分8%, 灰分22.39%, 固定碳55%, 灰熔点1270℃。II期两台300MW的机组相对较大, 锅炉燃烧设计要求较高, 对煤的各项指标值要求较高。在上煤时, 必须优先考虑用最好最优质的煤上II期4、5号机。在煤源充足时期, 电厂管理中, 只是根据煤质情况进行简单的跟踪管理。主要是人工记录大体煤质情况, 一旦煤质有异常, 就会造成锅炉带不起负荷或炉膛结焦, 引起安全事故, 后果严重, 严重威胁机组的安全运行, 全年来煤情况统计分析如下。

(1) 国家计划内的合同电煤即计划煤。这一类煤主要为山西原煤, 价格低, 我厂锅炉燃烧就是按山西煤种来设计的。因此山西煤的各项指标为低位发热量21659J/G, 挥发分26.5%, 硫分0.91%, 全水分8%, 灰分22.39%, 固定碳55%, 灰熔点1270℃以上。符合锅炉燃烧的特性。但煤源紧张, 计划指标少远远不能满足发电要求。其中中煤64万吨, 大同煤46万吨合计106万吨占全年燃煤比例的28%左右。比去年分别多采购18万吨和16万吨。

(2) 采购山西市场煤 (主要是山西烧碳进出口公司, 今年到港38万吨比去年的25万吨多13万吨, 占比例为10%) , 各项指标同上。基本能满足锅炉要求, 但价钱偏高, 经营压力大, 且煤中“四块”杂物多, 对输煤设备影响大, 因此只能少量采购应急用。

(3) 使用内蒙神华煤, 神华煤挥发分、水分、灰分、发热量等各类指标达标, 但灰熔融特性差达不到锅炉要求的1270℃, 容易结焦, 不利锅炉运行, 影响机组安全产生。但价格较低, 有利于减缓电厂的经营压力, 通过港口混装配煤神华灰熔融特性也基本能达到我厂锅炉的要求, 因此使用较多。今年采购神华煤62万吨大大高于去年的20万吨, 占全年比例17%左右。

(4) 采购市场天津杂混煤 (淮南) , 这类煤质指标较差、不稳定, 内水偏大, 粘性大对分离器、输煤皮带及清仓有影响, 对电厂安全运行威胁大, 但价钱非常低, 适当采购使用。今年到港149万吨比去年283万吨下降134万吨。占全年比例的40%左右。

(5) 今年成功试烧印尼煤和澳洲煤共21万吨。

从电厂全年燃煤来源分析燃煤质量与锅炉燃烧煤种设计有一定的差距, 采用配煤掺烧是解决燃煤质量的重要措施。

2 根据锅炉的燃烧特性, 调整配煤方案

2.1 确定锅炉燃烧特性, 为配煤提供技术参数

配煤的目的就是要充分利用单煤种的优点, 同时克服单煤种不适应燃烧要求的缺点。而新配煤种的最终“消化”者是锅炉炉膛和制粉系统。所以必须对各炉特性和各台制粉的消化能力有一个比较清晰的认知。电厂300MW机组和200MW机组锅炉均采用正压直吹式制粉系统、四角切圆燃烧方式的锅炉, 它们都各有独立的特点。

(1) 300MW机组锅炉采用美国CE公司的同心反切圆燃烧技术, 这种燃烧方式对降低炉膛结渣有较好的效果, 但稳燃能力较差, 配套的磨煤机为RP863型, 理论上RP型磨应具有磨损性小、能适应高水分煤种的优点, 但在实际应用中, 因制粉干燥出力不够, 发挥不出RP型磨应有的长处。因此, 300MW机组锅炉最适合燃烧中高挥发分 (Vadf=20~40%) 、全水分<14%、磨损指数<3.5的煤种。

(2) 200MW机组锅炉采用单切圆燃烧方式, 配套中速E型磨煤机。由于200MW机组锅炉先天性高度偏小。燃烧高挥发性的煤容易结焦, 煤粒燃烧时间不足, 飞灰可燃物含量高等缺点。但配套的E型磨却能相对较好地适应煤种的变化。

(3) 加强对受热面积灰、结渣的预测:这类预测方法很多, 在缺乏灰熔点的数据情况下, 我们主要根据运行数据和炉膛出口烟温的变化进行预测。根据我们长期的运行经验, 我们炉膛出口烟温一般控制为:200MW机组锅炉不能超过1000℃, 300MW机组锅炉不能超过1100℃。

(4) 控制SO2等污染性气体的排放:最常用的方法是通过高硫煤和低硫煤掺混, 以降低SO2的排放量, 达致排放标准。

2.2 调整配煤方案, 加强管理

为充分发挥各掺配煤的优点, 使其最终综合性能能达到各台炉、甚至是各台磨的要求的最佳运行状态的经验, 配煤方案要求如下。

(1) 加强卸煤操作员与燃烧调整操作员的沟通:卸煤、配煤、燃煤是在提升混煤综合利用能力中一个不可或缺的、同等重要的环节, 只有大家都有了一个共同的认识。才能跳出燃烧调整赶不上燃煤特性变化的调不胜调、改不胜改的被动局面。

(2) 加强对燃煤特性的认识:一般而言, 地质年代越久远, 碳化程度越高的煤, 其化学反应能力较弱, 着火燃烧就越困难。配煤过程中, 由管理室根据煤的常规特性指标, 包括:挥发分、水分、灰分、发热量、灰熔融特性等性质发出配煤指令, 如低灰熔点的神华煤配高灰熔点, 而低位热值又不高的烟煤, 同时配烧两天后改变入炉煤种;另水分偏高 (≥15%) 或淮南煤基本上不考虑上二期锅炉等。燃料值班员按一定比例将燃煤掺配加工成一种能适应各炉燃烧的新煤。

(3) 加强对设备结构、特性的认识:配煤的目的就是要充分利用单煤种的优点, 同时克服单煤种不适应燃烧要求的缺点。而新配煤种的最终“消化”者是锅炉炉膛和制粉系统:针对以上各炉、各磨的特点, 我们在实际的配煤过程中就区别对待。最困难的时候, 我们曾经有过一台炉五台磨上不同的煤进行炉内掺烧。

(4) 加强对受热面积灰、结渣的预测:这类预测方法很多, 在缺乏灰熔点的数据情况下, 我们主要根据运行数据和炉膛出口烟温的变化进行预测。根据我们长期的运行经验, 我们炉膛出口烟温一般控制为:200MW机组锅炉不能超过1000℃, 300MW机组锅炉不能超过1100℃。

(5) 做好入厂、入炉煤化验工作, 为燃煤掺烧、燃烧调整提供依据。化学分部从3月份开始, 克服困难, 对入炉煤取样次数从1个班1次增加到每10分钟1次, 这样就基本能够反映入炉煤的品质。同时, 化学分部根据实际情况, 对大部分入厂煤增加了可磨性硬度、灰融点等化验项目。这些措施的实施, 等于给管理室的掺烧调度、运行值班员的燃烧调整装上了“眼睛”, 使掺烧配煤、燃烧调整的方向明确, 手段也更加灵活有效。

3 加强部门协调沟通, 科学调配

根据煤船、煤船情况, 燃料管理分部、运行部和燃料分部不定期召开三方“配煤协调会议”, 从3月份起主要共召开了10次会议, 会议主要从下面几个方面进行协调: (1) 煤船计划到港时间、煤种、煤质预告; (2) 燃料系统设备情况、煤场煤种分布、堆放时间; (3) 堆煤、清场计划、配煤指导; (4) 锅炉燃烧情况汇报; (5) 根据机组负荷情况进行掺配煤; (6) 运输路线及进、出港区的天气情况;

通过“配煤协调会议”, 配煤掺烧取得了丰硕的成果。燃料分部根据不同的煤质煤种严格按照运行部的配煤要求, 满足锅炉燃烧进行配煤、掺烧。为锅炉安全经济燃烧创造条件, 从而提高锅炉效率, 降低消耗和发电成本, 提高电厂的整体经济效益, 配煤掺烧所带来的经济效益:

全厂供电煤耗保持在较好水平, 2007年全厂完成供电煤耗300MW为338.75g/kWh及200MW为353.74g/kWh, 比2004年同期分别下降3.78g/kWh和0.92g/kWh, 完成年度预算目标。在电煤价格持续高涨的情况下, 用较为劣质的煤种, 经配煤掺烧后, 同样能达到负荷满发的效果。因此, 燃料分部实现配煤掺烧对沙角A电厂的节能降耗间接创造了巨大的经济效益。

2007年全厂累计用油1431.2吨, 比去年同期2824吨少耗油1392.8吨, 减幅达49.3%。按最低价格的每吨5000元计算, 5000×1392.8=6964000元, 相当于直接创造经济效益达700百万元。主要原因是: (1) 机组启停用油大幅减少, 非计划停运次数仅为1次, 比2004年少3次, 减幅达75%。 (2) 而燃料自配煤掺烧一年多以来, 没有因配煤掺烧问题和煤质问题导致锅炉发生堵塞磨煤机, 锅炉结焦, 直接造成非计划停运, 停炉打焦等障碍和事故。控制了因煤质差直接影响锅炉安全燃烧这一关, 其创造的安全效益和经济效益都是非常可观和巨大的。

4 加强煤场的管理, 合理调度

根据来煤情况燃料分部按照煤场实际, 首先从燃煤堆放方面来调整, 改变以往燃煤堆、取料杂乱无序、混乱的状况, 煤船从装港出发就规划, 预先安排燃煤到港后堆放在哪个煤场, 提前将预先规划好堆放位置清理出来。杜绝任由运行人员自主安排, 哪里好堆就堆哪里, 哪里好取就取哪里。造成东挖一块, 西挖一处, 使堆料不好堆, 取料不好取现象。

管理不规范整个燃料缺乏统一的管理, 在检修与运行之间, 对煤场管理缺乏科学的管理, 燃料分部与燃料管理分部之间, 燃料运行内部没有协调好, 燃料部与运行部之间,

煤场利用率低由于缺乏对煤场的科学管理及设备缺陷率高, 因此对煤场调度缺乏科学的依据, 煤场设计堆料能力为5万吨, 但长期只堆4万吨左右, 原因是受天气影响, 春夏季雨水较多煤场堆的过满容易造成塌方, 影响安全生产。但秋冬季节也没按5万吨的能力来执行, 检修对储煤设备没有统一规划协调, 完好率低, 使煤场无法及时倒堆、周转, 影响煤场的使用率。

自燃现象多我厂使用的是高热值、高挥发份的有烟煤, 该煤种储存一段时间后, 容易发生自燃现象, 煤场自燃一直以来是我厂燃料管理中的一块心病, 从1986年投产以来, 煤场的自燃就没间断过, 给厂的生产成本带来极大的损失, 也给环境带来严重的污染。对燃料职工身体带来严重的伤害。

运输过程中损耗大从成本核算角度来看, 运输过程的损失也影响较大, 沙角A电厂是港口电厂, 运输环节重要有码头接卸、皮带运输、煤场储存及锅炉供应四部分, 按国际惯例运输过程中损失在千分之一范围内是合理的, 按我厂每年燃烧400万吨来计算, 每年损耗达4千吨之巨。以码头为例, 实际远远不止这个数, 皮带运输中的跑、冒、漏损失, 被水冲下海, 造成环境污染, 煤场储存期间, 被风吹走的无法统计, 造成燃煤成本增加。环境污染, 影响职工身体健康。

受天气影响大由于我厂是沿海港口电厂, 位于珠江口伶仃洋, 毗邻, 每年从5月到11月大半年的时间里都受台风的影响, 除了直接吹袭珠江口, 影响电厂安全生产的因素外, 间接影响也较大, 因为电煤一般都是从天津港或秦皇岛码头装港途经台湾海峡到珠江口, 也就是说只要台风从秦皇岛到珠江口任意一处吹袭, 都影响运输船只的航行, 延误到港时间, 如果没有合理的安排, 很可能中断锅炉的原煤供应, 导致机组停运的重大事故。

5 利用输煤程控平台, 准确提供正平衡计算

利用燃料输煤程控平台延伸节能管理, 向厂有关部门提供正平衡计算的有关数据, 是基于通过输煤程控从#9AB皮带电子称获取数据后进行分仓分炉计算的, 实现精确分炉分仓计量 (精度0.003%) , 为实现正平衡计量煤耗奠定基础。其过程如下:

(1) 首先是根据我厂燃料集控的上煤流程实现煤仓的I、II期自动配煤, 并从中获取有关犁煤器、电动挡板及各仓煤位信息。

(2) 在准确测量所有犁煤器及尾仓至#9AB皮带电子称的煤流通过时间的基础上, 根据煤仓哪段皮带运行、哪一犁煤器落下及对应的电动挡板位置, 编制分仓计量程序, 并将程控分仓数据的Concept数据传送到上位机的InTouch程序, 在上位机画面上制作满足有关正平衡计算的分炉计量表, 如每台炉的0:00至24:00的每天上煤量, 各仓的0:00的煤位显示等。

(3) 在InTouch的WindowMaker上将各仓实时数据进行累加, 并进行数据处理, 因此在燃料集控的上位机上显示有每天、每月和每年的各炉上煤量和总上煤量;另外, 在提供正平衡计算的分炉计量数据外, 在上位机还提供每一班值的分仓分炉讲师显示, 以便运行人员进行每班统计上煤量。

(4) 燃料集控的值班人员在每天上班后, 将上位机分炉计量表数据录入到运行管理系统, 从而向有关部门提供了正平衡计算的数据。

(5) 根据以上表述, 影响分炉计量的准确度的因素有:#9AB皮带电子称本身的准确度;煤仓犁煤器下降限位的返回信息;电动挡板限位的返回信息

6 规范检修流程, 保障设备完好

燃料分部根据码头船泊来煤特点和机组的运行工况适时作出如下策略:一是设备的检修管理应以计划性检修和定期维护为主、消缺为辅, 采用一切先进技术和设备改造燃料系统, 提升燃料系统设备的自动化水平, 合理安排设备的大小修、技改项目。二是燃料的配煤掺烧应以煤场管理为中心, 四个煤场设备的健康状况如何, 直接关系到锅炉配煤掺烧计划的顺利实施。

在煤碳资源较充裕时, 未实施配煤掺烧前, 煤场设备的使用率是很低的, 四个煤场设备的平均使用率为14%, 平时运行一台斗轮机就足以保证锅炉安全、经济燃烧用煤。有时一台斗轮机的备用时间长达半个月或一个月, 基本可以不投入运行。如今, 情况发生了的变化, 四个煤场设备的平均使用率比以前几乎翻了一番, 达到27.4%, 现在至少需同时运行两台斗轮机才能满足锅炉的配煤掺烧。煤场设备使用率的大幅提高, 既增加了运行人员的工作量, 同时, 又对设备的安全性和可靠性提出了更高要求。所以说, 煤场的设备管理很重要, 它直接关系到配煤掺烧能否顺利实现。

为保障煤场设备的安全、可靠、经济运行, 设备管理措施主要有:一是合理安排设备的大小修和技改。今年完成2号斗轮机的大修改造;4A/6A皮带机驱动装置改造;6B皮带机大修;4号斗轮机大修改造启动。二是每月重点跟踪煤场设备的定期检查和维护保养项目, 对发现的缺陷和隐患及时处理, 并建立数据库对定维项目进行闭环管理和控制。三是针对煤场设备的运行工况进行状态分析, 发现异常和障碍及时提出对策, 并加以解决。四是组织班组骨干对检修文件包按三标和NOSA要求进行修编, 确保检修过程的安健环质控制。五是加大对检修项目质量的考核力度, 制订了《检修专业效益工资考核实施细则》, 并严格执行。对一些重复性的检修项目, 或多次出现同一现象的故障, 采取重罚重扣;对在月度定维中发现重要设备的隐患和缺陷, 及时进行嘉奖。六是迎峰度夏期间, 针对煤场设备制定了详细的保发电配煤掺烧工作预案和安全措施。

7 结语

通过一年来配煤掺烧实践, 配煤掺烧大大降低了因煤质变化而限负荷的现象, 供电煤耗取的历史最好水平, 飞灰可燃物、发电助燃油 (包括机组启停) 也有了较大的降底。杜绝了因煤质变化导致锅炉结大焦、灭火等恶性事故的发生, 最大限度地避免了因磨煤机堵塞、排粉而限制出力的故障同时改善了尾部污染排放物。为保证供电和迎峰渡夏夯实了基础。然而锅炉具有被调参数和扰动因素多的特点, 才能保证锅炉机组的良好运行特性。下一步我们将考虑使用线性优化配煤专家系统, 以指导现场的配煤工艺, 获得运行最优化配煤结果和更好的经济效益。

摘要：沙角A电厂在全国性的燃煤供应紧张、煤质下降的严峻形势下。根据锅炉燃烧特性, 调整配煤方案, 通过实施准确计量, 科学配煤, 合理调度, 设备保障等技术措施, 同时加强部门沟通协调, 科学管理, 满足了电厂锅炉正常运转煤种设计需求, 取得良好经济效益。

关键词：火电厂,燃煤,配煤技术