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【摘 要】为进一步降低发电成本，全面提高电厂的经济效益，针对电厂锅炉的特性，以及锅炉在燃用非设计煤种所表现出来的技术特点，本文作者结合其他电厂运行经验及改造方案对掺烧煤种的特性进行分析论证，提出了适合本厂实际的合理的配烧改造方案。
【关键词】锅炉;褐煤;掺烧;改造方案
0．前言
由国内发电用煤市场供应状况的变化，国矿烟煤价格居高不下，不有利于电厂成本控制，提高发电机组运行经济性，为拓宽烟煤锅炉的燃用煤种范畴，对200MW烟煤锅炉进行掺烧褐煤试验研究及技术改造。保证掺烧安全经济和稳定运行，是降低发电成本的有效途径。
1．设备简介
1.1 锅炉概况
哈三电厂200MW烟煤锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的HG-670/13.7-II型锅炉，采用超高压、单汽包、一次中间再热、自然循环结构，锅炉采用浓淡式煤粉燃烧器、四角布置、单切圆燃烧方式，共设置16支水平浓淡燃烧器，燃用煤种为鹤岗烟煤。锅炉的最大连续蒸发量为670t/h。
1.２制粉系统概况
锅炉制粉系统为中储仓式钢球磨，采用热风加温风干燥方式。其中热风来至高温段空气预热器出口，温风来至低温段空气预热器出口，冷风来至厂房内。
1.３褐煤特性
褐煤一般其干燥无灰基挥发份Vdaf＞40%。，Qar,net=11000～15000kJ/kg。褐煤由于氧含量高（Oar=8%～12%）、褐煤的折算水分为8.01%～11.81%，折算灰分为5.8%～12.81%，属于高水分、高灰分、灰熔点低、易结渣、易沾污、易自燃、易爆炸、易着火、易燃尽、磨损指数大煤种。
燃用褐煤的锅炉设计时通常采用直吹式制粉系统，干燥介质为热炉烟、冷炉烟和热风，原则上不允许采用中储式钢球磨制粉系统。烟煤锅炉掺烧褐煤，属燃烧煤种的重大变更，要求锅炉各系统对煤种具有很强的适用性，否则无法保证设备和人身的安全，更谈不上锅炉的经济运行。
掺烧褐煤选用的是内蒙古宝日希勒矿的褐煤，其煤质分析结果见表1。
表1 褐煤煤质分析结果与设计煤种对照表
2.考察电厂的概况
2．１长二热发电厂情况
长二热发电厂#3锅炉型号哈三相近，制粉系统干燥介质及介质来源完全相同。
2．２考察电厂设备改造情况
长二热发电厂制粉系统进行了设备改造采用高温炉烟+低温炉烟+热风混合作为制粉系统干燥介质。利用磨煤机入口负压与抽吸点之间形成的压差抽取热炉烟，制粉系统的干燥介质中掺入热炉烟，以降低制粉系统的含氧量，保证其安全性，同时提高制粉系统的干燥出力。热炉烟系统是在燃烧器与冷灰斗之间（锅炉10m平台）抽取温度在850℃-950℃的烟气，作为制粉系统的高温干燥介质，冷炉烟系统是从引风机出口抽取温度在130℃左右的烟气，出口引至热炉烟入口作为制粉系统的低温介质。且在制粉系统的粉仓加装了充氮装置大大降低了粉仓爆炸的可能性。
2.3长二热电厂设计烟煤的锅炉改造后全烧褐煤情况分析
2．３．１制粉系统运行来看，磨煤机入口着火消除。制粉系统的干燥介质中掺入热炉烟，降低制粉系统的含氧量，保证了安全性，同时提高了制粉系统的干燥出力。
2．３．２由于褐煤发热量相对较低，且100%掺烧，磨煤机出力最大情况仍不能满足外界负荷的需要。
2．３．３排烟温度较全烧烟煤时升高10多度。
2．３．４由于全烧褐煤后总燃料量增大，烟气量增加，飞灰量增多烟气流速也相应增大，对各个受热面的磨损增大。
2．３．５全烧褐煤后，由于烟气量增大烟气流速增大，飞灰含碳，炉渣含碳增加。
2．３．６由于燃煤量增加，灰渣量较大。
2．３．７在燃烧器区域及炉膛上部有结焦情况。
2．３．８主、再热汽温略有升高但减温水有调整余度。
3．哈三电厂在原系统进行烟煤掺烧30%褐煤后试验情况分析
3．１哈三电厂制粉系统掺烧30%宝日褐煤后，制粉系统遇到以下问题：制粉系统防爆（磨煤机入口着火，系统爆炸）、磨煤机干燥出力不足等影响安全、经济的实际问题，磨煤机单耗将从现在的16KW/t—17 KW/t升高到的22KW/t—24KW/t。
3．２掺烧30%褐煤后，在煤粉燃尽高度范围内易形成结焦。对褐煤来说，锅炉容积热负荷达到130kw/m*3，就容易结焦，我厂锅炉的容积热负荷为137kw/m*3，且离褐煤锅炉的设计参数相差很多，掺烧褐煤后，锅炉结渣的可能性大大增加了。
3．３当掺烧比例30%时，主、再热汽温升高明显，减温水量不能满足要求，180WM负荷时减温水基本达到了最大流量。只能牺牲负荷来保证主、再汽温及受热面管壁温度不出现超温。
3．４在掺烧30%比例后，飞灰量增加，影响除尘器效率，灰渣量增加渣块大排渣困难。
3．５在掺烧30%比例后，已无法再增加掺烧褐煤的比例。所以，制约我厂锅炉掺烧褐煤的主要因素是：锅炉无法避开由于设计原因，掺烧褐煤后出现的结焦、超温减温水量不足的问题；制粉系统防爆和出力低的问题尤为突出；必须对制粉系统进行技术改造。
4．改造方案
4.1 褐煤制粉系统改造思路
改造拟效仿长二热改造方案采用高温炉烟+低温炉烟+热风混合后进入落煤管，作为制粉系统干燥介质。制粉系统的粉仓加装充氮装置的方案。
4.2 改造设计原则
(1)进入磨煤机的干燥介质中增加炉烟，降低制粉系统终端含氧量满足其安全防爆要求。
(2)保证50%比例掺烧褐煤工况锅炉具有带额定负荷的能力，并保留一定裕度。
(3)确保制粉系统安全性的前提下，提高制粉系统的干燥出力，提高了褐煤掺烧比例。
(4）制粉系统的粉仓加装了充氮装置降低了粉仓爆炸的可能性。
5.改造后相关问题分析
5．１丰富了磨煤机的调整手段
当单烧烟煤在煤质条件变差如煤粉水分增加时，抽取相对于热风温度较高的热炉烟，对于提高制粉系统出力，与原有热风干燥系统相比，增加了调整手段。
5.2掺混后能弱化燃烧、减轻喷口及燃烧器区域结焦
烟煤锅炉掺烧褐煤时水分较高，当采用乏气送粉时，由于乏气温度较低，褐煤粉将会保持很高的水分，通常在12%左右，又由于褐煤灰分较高，若保持原一次风率不变，将会增加混煤的着火热，推迟煤粉的着火，降低燃烧器区域的热量。
乏气当中掺混的热炉烟做为部分一次风送入炉膛后，由于充有一定比例的惰性气体，一定程度上降低燃烧器区域的燃烧强度，对于弱化燃烧缓解锅炉结焦具有一定的作用。
5.3 掺烧褐煤后汽温变化不明显
掺烧褐煤时，一方面炉膛出口烟温有所降低，而使炉膛辐射吸热减少；另一方面，由于掺烧褐煤后混煤发热量较低，在相同负荷下送入锅炉的燃料量增加，烟速增加，使对流过热器的吸热增加，二者共同作用下，锅炉的主蒸汽参数不会有明显变化，而再热蒸汽、减温水量可能会有增加。
5.4 褐煤替代烟煤节省费用
计算依据：单台200MW机组按80%负荷率、年发电10亿KWh计算；供电煤耗为340g/KWh；单机年耗4000 Kcal/kg的原煤60万吨，折算成标煤34万吨；烟煤折算为标煤单价为760元/吨；褐煤折算为标煤单价为680元/吨。
假设机组全年褐煤的燃烧比例为50%,改烧褐煤节约燃料成本为：
（760-680）元×34万吨/年×50%=1360万元/年
燃用褐煤后，将大大提高磨煤机的负荷，通过测算出制粉系统及引风单耗共增加5.05 KWh /吨，机组掺烧褐煤后，技术指标劣化造成发电成本增加：
0.3元/KWh×5.05KWh /吨×60万吨=90.9万元
哈三电厂单台200MW机组在掺烧褐煤后，安全稳定运行的工况下年节约费用为：
1360万元-90.9万元=1269.1万元
5.５可能出现的问题
5．６排烟温度升高
随着烟气量的增大的同时，制粉系统干燥用空气量减少，排烟温度有可能升高。
5．７受热面磨损问题
由于掺烧褐煤后总燃料量增大，烟气量增加，烟气流速也相应增大，对各个受热面的磨损将增大。
5．８影响除尘效率
褐煤掺烧改造后，由于烟气量增大，造成流经除尘器的烟气流速将增大，烟气流速的升高会略降低除尘效率。另外烟气温度升高也对除尘效率有一定影响。
6．结论
（1）哈三电厂200MW机组锅炉原设计为燃用烟煤的，为保障在掺烧褐煤工况下制粉系统的安全防爆并有效提高制粉系统干燥出力，及锅炉运行安全进行抽热炉烟技术改造和加装充氮装置工作是十分必要的。
（2）技术改造方案可确保机组安全稳定运行的前提下，最大限度地提高制粉系统的干燥出力，提高褐煤掺烧比例，保证机组带额定负荷的能力。
（3）在能源日益紧张燃料价格不断上涨的情况下，火电厂的掺烧工作显得特别重要，为了保证火力发电厂的运行安全，只有采用科学技术改造方案合理的掺烧方式才能保证最大的安全经济效益。
（4）只要对锅炉制粉系统稍加改造就能保证烟煤机组掺烧褐煤的安全行且经济性效益可观，烟煤机组掺烧褐煤工作势在必行。
【关键词】锅炉;褐煤;掺烧;改造方案
0．前言
由国内发电用煤市场供应状况的变化，国矿烟煤价格居高不下，不有利于电厂成本控制，提高发电机组运行经济性，为拓宽烟煤锅炉的燃用煤种范畴，对200MW烟煤锅炉进行掺烧褐煤试验研究及技术改造。保证掺烧安全经济和稳定运行，是降低发电成本的有效途径。
1．设备简介
1.1 锅炉概况
哈三电厂200MW烟煤锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的HG-670/13.7-II型锅炉，采用超高压、单汽包、一次中间再热、自然循环结构，锅炉采用浓淡式煤粉燃烧器、四角布置、单切圆燃烧方式，共设置16支水平浓淡燃烧器，燃用煤种为鹤岗烟煤。锅炉的最大连续蒸发量为670t/h。
1.２制粉系统概况
锅炉制粉系统为中储仓式钢球磨，采用热风加温风干燥方式。其中热风来至高温段空气预热器出口，温风来至低温段空气预热器出口，冷风来至厂房内。
1.３褐煤特性
褐煤一般其干燥无灰基挥发份Vdaf＞40%。，Qar,net=11000～15000kJ/kg。褐煤由于氧含量高（Oar=8%～12%）、褐煤的折算水分为8.01%～11.81%，折算灰分为5.8%～12.81%，属于高水分、高灰分、灰熔点低、易结渣、易沾污、易自燃、易爆炸、易着火、易燃尽、磨损指数大煤种。
燃用褐煤的锅炉设计时通常采用直吹式制粉系统，干燥介质为热炉烟、冷炉烟和热风，原则上不允许采用中储式钢球磨制粉系统。烟煤锅炉掺烧褐煤，属燃烧煤种的重大变更，要求锅炉各系统对煤种具有很强的适用性，否则无法保证设备和人身的安全，更谈不上锅炉的经济运行。
掺烧褐煤选用的是内蒙古宝日希勒矿的褐煤，其煤质分析结果见表1。
表1 褐煤煤质分析结果与设计煤种对照表
2.考察电厂的概况
2．１长二热发电厂情况
长二热发电厂#3锅炉型号哈三相近，制粉系统干燥介质及介质来源完全相同。
2．２考察电厂设备改造情况
长二热发电厂制粉系统进行了设备改造采用高温炉烟+低温炉烟+热风混合作为制粉系统干燥介质。利用磨煤机入口负压与抽吸点之间形成的压差抽取热炉烟，制粉系统的干燥介质中掺入热炉烟，以降低制粉系统的含氧量，保证其安全性，同时提高制粉系统的干燥出力。热炉烟系统是在燃烧器与冷灰斗之间（锅炉10m平台）抽取温度在850℃-950℃的烟气，作为制粉系统的高温干燥介质，冷炉烟系统是从引风机出口抽取温度在130℃左右的烟气，出口引至热炉烟入口作为制粉系统的低温介质。且在制粉系统的粉仓加装了充氮装置大大降低了粉仓爆炸的可能性。
2.3长二热电厂设计烟煤的锅炉改造后全烧褐煤情况分析
2．３．１制粉系统运行来看，磨煤机入口着火消除。制粉系统的干燥介质中掺入热炉烟，降低制粉系统的含氧量，保证了安全性，同时提高了制粉系统的干燥出力。
2．３．２由于褐煤发热量相对较低，且100%掺烧，磨煤机出力最大情况仍不能满足外界负荷的需要。
2．３．３排烟温度较全烧烟煤时升高10多度。
2．３．４由于全烧褐煤后总燃料量增大，烟气量增加，飞灰量增多烟气流速也相应增大，对各个受热面的磨损增大。
2．３．５全烧褐煤后，由于烟气量增大烟气流速增大，飞灰含碳，炉渣含碳增加。
2．３．６由于燃煤量增加，灰渣量较大。
2．３．７在燃烧器区域及炉膛上部有结焦情况。
2．３．８主、再热汽温略有升高但减温水有调整余度。
3．哈三电厂在原系统进行烟煤掺烧30%褐煤后试验情况分析
3．１哈三电厂制粉系统掺烧30%宝日褐煤后，制粉系统遇到以下问题：制粉系统防爆（磨煤机入口着火，系统爆炸）、磨煤机干燥出力不足等影响安全、经济的实际问题，磨煤机单耗将从现在的16KW/t—17 KW/t升高到的22KW/t—24KW/t。
3．２掺烧30%褐煤后，在煤粉燃尽高度范围内易形成结焦。对褐煤来说，锅炉容积热负荷达到130kw/m*3，就容易结焦，我厂锅炉的容积热负荷为137kw/m*3，且离褐煤锅炉的设计参数相差很多，掺烧褐煤后，锅炉结渣的可能性大大增加了。
3．３当掺烧比例30%时，主、再热汽温升高明显，减温水量不能满足要求，180WM负荷时减温水基本达到了最大流量。只能牺牲负荷来保证主、再汽温及受热面管壁温度不出现超温。
3．４在掺烧30%比例后，飞灰量增加，影响除尘器效率，灰渣量增加渣块大排渣困难。
3．５在掺烧30%比例后，已无法再增加掺烧褐煤的比例。所以，制约我厂锅炉掺烧褐煤的主要因素是：锅炉无法避开由于设计原因，掺烧褐煤后出现的结焦、超温减温水量不足的问题；制粉系统防爆和出力低的问题尤为突出；必须对制粉系统进行技术改造。
4．改造方案
4.1 褐煤制粉系统改造思路
改造拟效仿长二热改造方案采用高温炉烟+低温炉烟+热风混合后进入落煤管，作为制粉系统干燥介质。制粉系统的粉仓加装充氮装置的方案。
4.2 改造设计原则
(1)进入磨煤机的干燥介质中增加炉烟，降低制粉系统终端含氧量满足其安全防爆要求。
(2)保证50%比例掺烧褐煤工况锅炉具有带额定负荷的能力，并保留一定裕度。
(3)确保制粉系统安全性的前提下，提高制粉系统的干燥出力，提高了褐煤掺烧比例。
(4）制粉系统的粉仓加装了充氮装置降低了粉仓爆炸的可能性。
5.改造后相关问题分析
5．１丰富了磨煤机的调整手段
当单烧烟煤在煤质条件变差如煤粉水分增加时，抽取相对于热风温度较高的热炉烟，对于提高制粉系统出力，与原有热风干燥系统相比，增加了调整手段。
5.2掺混后能弱化燃烧、减轻喷口及燃烧器区域结焦
烟煤锅炉掺烧褐煤时水分较高，当采用乏气送粉时，由于乏气温度较低，褐煤粉将会保持很高的水分，通常在12%左右，又由于褐煤灰分较高，若保持原一次风率不变，将会增加混煤的着火热，推迟煤粉的着火，降低燃烧器区域的热量。
乏气当中掺混的热炉烟做为部分一次风送入炉膛后，由于充有一定比例的惰性气体，一定程度上降低燃烧器区域的燃烧强度，对于弱化燃烧缓解锅炉结焦具有一定的作用。
5.3 掺烧褐煤后汽温变化不明显
掺烧褐煤时，一方面炉膛出口烟温有所降低，而使炉膛辐射吸热减少；另一方面，由于掺烧褐煤后混煤发热量较低，在相同负荷下送入锅炉的燃料量增加，烟速增加，使对流过热器的吸热增加，二者共同作用下，锅炉的主蒸汽参数不会有明显变化，而再热蒸汽、减温水量可能会有增加。
5.4 褐煤替代烟煤节省费用
计算依据：单台200MW机组按80%负荷率、年发电10亿KWh计算；供电煤耗为340g/KWh；单机年耗4000 Kcal/kg的原煤60万吨，折算成标煤34万吨；烟煤折算为标煤单价为760元/吨；褐煤折算为标煤单价为680元/吨。
假设机组全年褐煤的燃烧比例为50%,改烧褐煤节约燃料成本为：
（760-680）元×34万吨/年×50%=1360万元/年
燃用褐煤后，将大大提高磨煤机的负荷，通过测算出制粉系统及引风单耗共增加5.05 KWh /吨，机组掺烧褐煤后，技术指标劣化造成发电成本增加：
0.3元/KWh×5.05KWh /吨×60万吨=90.9万元
哈三电厂单台200MW机组在掺烧褐煤后，安全稳定运行的工况下年节约费用为：
1360万元-90.9万元=1269.1万元
5.５可能出现的问题
5．６排烟温度升高
随着烟气量的增大的同时，制粉系统干燥用空气量减少，排烟温度有可能升高。
5．７受热面磨损问题
由于掺烧褐煤后总燃料量增大，烟气量增加，烟气流速也相应增大，对各个受热面的磨损将增大。
5．８影响除尘效率
褐煤掺烧改造后，由于烟气量增大，造成流经除尘器的烟气流速将增大，烟气流速的升高会略降低除尘效率。另外烟气温度升高也对除尘效率有一定影响。
6．结论
（1）哈三电厂200MW机组锅炉原设计为燃用烟煤的，为保障在掺烧褐煤工况下制粉系统的安全防爆并有效提高制粉系统干燥出力，及锅炉运行安全进行抽热炉烟技术改造和加装充氮装置工作是十分必要的。
（2）技术改造方案可确保机组安全稳定运行的前提下，最大限度地提高制粉系统的干燥出力，提高褐煤掺烧比例，保证机组带额定负荷的能力。
（3）在能源日益紧张燃料价格不断上涨的情况下，火电厂的掺烧工作显得特别重要，为了保证火力发电厂的运行安全，只有采用科学技术改造方案合理的掺烧方式才能保证最大的安全经济效益。
（4）只要对锅炉制粉系统稍加改造就能保证烟煤机组掺烧褐煤的安全行且经济性效益可观，烟煤机组掺烧褐煤工作势在必行。