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摘要：褐煤是一种低水分、高挥发分的低热值煤，一般不能直接燃用，需经过干燥、磨粉、掺烧等一系列处理后才能投入运行。由于褐煤的燃尽率低，锅炉效率也相应降低，而其热值高于原煤，为了保证锅炉运行的安全经济运行，一般在锅炉运行中要掺烧褐煤。基于此，本文结合某300mw机组锅炉设备运行工作情况展开分析，对300mw机组锅炉褐煤掺烧技术及其需要注意的问题进行探索，提高锅炉机组的运行工作效果，实现企业单位的良好经济效益和社会效益，同时为后续类似工作的顺利实施提供参考。

关键词：300mw机组；锅炉设备；褐煤掺烧技术；掺烧比例

随着我国经济的发展，能源结构的调整，以及环境保护的要求，火电机组逐渐向高参数、大容量、低污染方向发展。褐煤资源丰富，占全国总储量的65%以上，且褐煤具有热值高、燃用稳定、灰分低等优点，同时由于褐煤含硫较高，燃烧时会产生一定的结焦现象，对锅炉设备及燃烧系统影响较大。为提高发电效率，降低运行成本，越来越多的电厂在锅炉设计时会将褐煤和其它煤种掺混燃烧，褐煤掺烧比例越高，对锅炉设备及燃烧系统的影响越大，因此褐煤掺烧的研究非常重要。

1锅炉设备情况

某公司3号机组装机容量为300MW，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1021/18.2PM27型亚临界压力中间再热自然循环汽包锅炉，单炉膛，Π型锅炉，燃烧方式为四角切圆燃烧，燃烧器采用四角布置双通道＋宽调节比（WR）＋燃烬风反切（OFA）形式；制粉系统为中间仓储式热风送粉系统，单台机组配有4台MTZ3570型单进单出钢球磨煤机。近年来受国家节能、环保和煤源市场变化的影响，当前锅炉系统在燃用原设计煤的条件下面临以下困境：1）电煤市场供应形势发生了较大变化，由于贫煤减少，相比较烟煤和进口印尼煤等高挥发分的煤源却十分充足，当前锅炉系统直接燃用高挥发分煤存在严重的安全风险；2）国家政策要求300MW级锅炉将煤耗降至310g/kWh以下，当前中储式锅炉系统能耗水平高，很难完成该项指标；3）贫煤、贫煤等低挥发分煤混烧的特性也决定了其燃尽性能相对较差，造成飞灰含碳量相对较高，燃烧经济性较低，锅炉供电煤耗相对较高；4）当前锅炉还存在系统燃用贫煤等低挥发分煤时由于其煤质和燃烧特性决定其实现超低排放的清洁发电难度大、成本高的情况，该发电有限公司为了适应当前煤源的变化和深度节能的需要，决定对制粉系统煤种适应性进行改造，如图1：

2 300mw机组锅炉褐煤掺烧工作分析

2.1褐煤的燃烧特性

由于褐煤中含有大量的挥发份，因而其着火温度要比煤的平均失重温度低得多，着火时间延长，褐煤中挥发分的含量越高，其着火温度也越低，着火时间也会变长。挥发份含量高的褐煤燃尽温度低，挥发份含量少的褐煤在着火时较难燃尽。此外，褐煤中含有大量的矿物质，在燃烧过程中由于矿物质在高温下的分解释放出大量热能，导致褐煤在燃烧过程中会产生较高的烟气温度[1]。

由于褐煤燃烧时的烟气温度相对较低，因此褐煤在燃尽过程中所需要消耗的氧气量较小，为了保证煤粉能够充分燃尽，一般需要在锅炉设计时将燃尽风设置得较大，并尽量增加二次风的风量，但由于褐煤本身密度较小、易破碎且其挥发份含量较低，因此对于褐煤炉燃烧所需的过量空气系数往往偏高，而过量空气系数过高时会导致炉膛出口温度较高、流化风速过快、给粉系统堵塞等问题，同时过量空气系数过高还会导致锅炉制粉系统电耗增加，对机组运行经济性产生不利影响。另外，褐煤中氨含量很低、燃烧时产生大量的热烟气和灰渣，也是导致褐煤炉难以燃烧和易结焦的主要原因。由于氨可以在燃烧前参与燃料燃烧过程中的化学反应，因此在燃料燃烧之前添加氨可以增加褐煤炉内的还原性气氛，促进褐煤炉内还原性气体与空气中氧气进行反应并生成还原性物质，从而增加褐煤炉内还原性气氛，促进褐煤炉内燃烧反应快速进行。

2.2褐煤不同掺烧比例下锅炉运行情况

为了研究在不同的掺烧比例下锅炉运行情况，首先进行了锅炉燃用褐煤的燃烧试验。由于褐煤热值低、挥发份高、燃点低，在燃烧过程中极易着火燃烧，因此为了保证锅炉运行的安全性和稳定性，进行了燃用褐煤的燃烧试验。通过试验分析工作可以看出，在40%左右掺烧比例时锅炉出力变化较小，而且锅炉负荷变化相对平稳，负荷变化主要是由锅炉炉膛出口烟温的变化引起的。在30%左右掺烧比例时，机组负荷变化幅度较大，而且随着褐煤掺烧比例的增加，锅炉出力也逐渐增大。在40%左右掺烧比例时，机组负荷变化较小且稳定，在40%左右掺烧比例时，由于褐煤中水分较高、挥发份相对较低、着火温度较高、着火稳定性相对较差等特点，锅炉运行中出现了过大的稳燃问题。为了保证机组安全稳定运行及设备安全经济运行，通过对燃煤进行分级磨制、配风优化等措施进行调整后发现：在40%左右掺烧比例时锅炉稳燃情况有所改善[2]。在60%左右掺烧比例时，锅炉运行中出现了较大的稳燃问题。这主要是由于随着褐煤中水分增加、挥发份减少、着火温度降低等原因导致了炉膛出口烟温升高、炉膛出口烟速增大。在这种情况下如果燃烧控制不当则容易出现过大的稳燃问题，通过调整二次风和磨煤机运行方式可以有效地解决该问题，如图2：

2.3掺配二次风对锅炉的影响

对于300 MW等级的机组，燃尽风的掺配一般控制在10%左右，如果燃尽风的比例过大，会导致炉膛温度偏高、还原性气氛增加，对锅炉的安全运行不利。为了保证炉膛内燃烧工况的稳定，在燃尽风的掺配中通常采取留部分燃尽风进行调节的方式，即将部分燃尽风留在炉内作为二次风使用，但在燃尽风比例较大时，燃尽风中的大部分空气会与煤粉混合燃烧，在炉膛内形成较高的温度和较大的还原性气氛，对锅炉安全运行不利。如果二次风门挡板开度较小或者不合理时，会造成炉膛内二次风风门两侧气流不平衡，会导致炉膛内燃烧工况不稳定。

2.4褐煤掺烧方式和燃烧调整

褐煤掺烧方式可以分为直接掺烧和间接掺烧，直接掺烧是指将褐煤直接投入锅炉，在煤粉仓投入煤粉并不经过磨煤机的情况下进行掺烧；间接掺烧是指将褐煤磨成较细的粉状后进入锅炉，通过磨煤机将褐煤粉磨成粉状，再通过空气预热器、水冷壁和高温过热器等进行加热，使其挥发分充分释放后进入炉膛参与燃烧。由于直接掺烧存在着燃料量大、输送距离远、运输方式不确定等问题，因此目前褐煤直接掺烧很少使用。锅炉运行调整的主要原则是降低飞灰含碳量，提高燃烧稳定性和经济性[3]。针对本试验采用的褐煤特性，调整上主要采取以下几个方面：1）根据锅炉运行方式，控制磨煤机出力，保证入炉煤量和风量满足锅炉运行的需要；2）根据煤质情况和机组负荷变化情况，适当调整磨煤机负荷，保证锅炉各磨煤机的出力满足要求；3）适当降低锅炉空气预热器出口温度，提高燃烧稳定性；4）控制好二次风门开度，避免因二次风门开度过大或过小而引起炉膛负压波动，导致受热面过热、积灰等问题；5）合理安排磨煤机运行方式和投停时间，减少由于磨煤机投停不当而引起的飞灰含碳量升高等问题。

2.5优化措施及效果

煤粉细度在保证不发生结焦的情况下，尽可能的降低，防止磨煤机过粉，在保证锅炉安全稳定运行的前提下，尽可能增加煤粉细度。根据试验数据分析，在燃烧工况发生变化时，适当增加煤粉细度，可以提高燃烧稳定性，降低飞灰含碳量。增大磨煤机一次风量，避免磨煤机出口温度过高，通过控制磨煤机风量与给煤量的合理配比，使锅炉负荷变化时，在保证锅炉安全稳定运行的前提下尽可能低的调整磨煤机出口温度，防止磨煤机结焦。合理布置掺配二次风，避免因运行中煤粉细度较大而造成炉内燃烧不稳或结焦，通过控制一次风压与二次风门开度，避免煤粉过多的着火延迟。

3掺烧褐煤应注意的问题

3.1制粉系统的检查和维护

在机组启停或检修期间，需要对制粉系统进行检查，做好设备的维护工作，防止在运行时出现卡粉或堵粉等现象，磨煤机在启动前应先空载试转几次以便调整各参数，同时检查风门挡板是否全开，运行中应检查各风门挡板的开度是否正常，保证在燃烧时能得到良好的空气动力，煤粉能很好的着火。磨煤机启动时应先空载运行，磨煤机进入正常运行后才可进行负荷调整，以免影响锅炉的燃烧和煤粉的着火。磨煤机的正常运行情况下应尽量降低磨煤机出力，同时还要做好设备的维护工作，发现问题及时处理。在机组运行中应注意对制粉系统进行密封，防止由于设备损坏而造成漏粉或堵粉现象，同时还要对粉仓进行清理，保持粉仓的清洁，在运行中还应注意煤磨电机电流、出力等参数的变化情况，当发现这些参数超出正常值时要及时找出原因，并采取相应的措施加以解决。

3.2掺烧褐煤比例的合理控制

随着火电厂掺烧比例的增加，锅炉运行中煤粉质量的控制就显得尤为重要，由于褐煤水分高、挥发分高、灰分低，在燃烧时容易结焦、结渣，影响锅炉的安全经济运行，因此对褐煤的掺烧比例要合理控制，防止由于掺烧比例过高而使煤粉着火困难，导致锅炉出力降低或导致锅炉运行中发生“飞灰”“过热器爆管”等事故。掺烧褐煤的比例应根据锅炉燃烧情况进行合理控制，一般情况下，应尽量控制褐煤与原煤的掺混比例在50%左右，这样既能保证锅炉运行中的安全性，也能保证褐煤中挥发分的充分燃烧，如果在掺烧时，发现掺烧比例过大或燃烧不稳定时，应及时调整褐煤与原煤的掺混比例，同时在掺烧比例调整时一定要根据具体情况进行灵活调整，适当提高褐煤掺混比例有助于减少对锅炉效率和经济效益造成的不利影响，但不能过分提高褐煤的掺混比[4]。

3.3磨煤机出口温度的控制

磨煤机出口温度对煤粉的着火和燃烧有着重要的影响，合理控制磨煤机出口温度对于保证锅炉安全经济运行有着重要的作用。根据热工测量，当磨煤机出口温度低于250℃时褐煤着火困难；当磨煤机出口温度低于180℃时，褐煤着火困难；当磨煤机出口温度低于90℃时，褐煤着火困难，同时为了保证锅炉的安全运行，在掺烧褐煤时要保证磨煤机正常的出力。对于褐煤掺烧比例为50%左右时，运行中应保持磨煤机的出力不低于额定出力的85%，在实际的运行中可以通过控制磨煤机转速来控制磨煤机出口温度，以达到磨煤机风量、一次风压、煤粉细度与入炉煤量相平衡，从而达到既不影响锅炉运行的安全性，又能保证锅炉的经济运行。

4结语：

综上，针对褐煤的特性，结合300mw机组锅炉实际运行情况，进行了不同掺烧比例的试验研究。通过优化煤粉细度、优化配风、控制磨煤机出口温度、合理布置掺配二次风等手段可以实现不同掺烧比例下锅炉的稳定运行。研究结果对提高锅炉运行的经济性和安全性，具有重要的指导意义。

参考文献

[1]杨春波，瓦武奎，阳逵刚等.300MW烟煤机组全烧褐煤燃烧调整优化[J].云南水力发电，2020，36（03）：159-162.

[2]瓦武奎，黎兆锋，朱广见等.烟煤机组全烧褐煤对锅炉的影响及对策[J].云南水力发电，2020，36（03）：163-165.

[3]刘文建，潘绍成，李文吉等.三种提高褐煤锅炉中速磨煤机干燥出力方法的对比分析[J].发电设备，2020，34（03）：210-214.

[4]张巍.掺烧褐煤对烟煤锅炉制粉系统影响分析[J].化工管理，2020，545（02）：132-133.

作者简介：黄一铭（1975.12-），男，汉族，湖南益阳，本科，工程师，研究方向：发电运行.燃料生产。