600 MW机组锅炉多种劣质煤掺烧经济性研究及其运行优化
随着电力工业稳步发展，大容量、高参数锅炉相继投入运营，因此目前的燃煤紧张局面短期内不会得到根本改善。为降低发电成本，发电企业只得燃用劣质煤。由于入炉掺烧煤种成分不稳定，且多数水分大、灰分大、发热量低，造成煤量、烟气量增大，火焰上移，锅炉的热力特性与设计参数相比偏差较大，出现些影响机组经济、安全运行的问题，如超温，结焦、磨损严重，排烟温度升高，锅炉燃烧热效率降低，厂用电率升高等，机组接带负荷能力降低及其热工调节品质恶化，甚至影响机组的可靠运行。因此，研究大型锅炉掺烧劣质煤的安全经济性具有重大现实意义。本文以某发电公司600MW机组锅炉掺烧劣质煤为课题，对其经济性进行研究分析。
1设备概况某发电公司2x600MW发电机组锅炉型号为SG2059A7.5-M915，系亚临界参数、控制循环、四角切向燃烧方式次中间再热，单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架汽包炉。
锅炉采用正压直吹式制粉系统，配6台ZGM113G型中速磨煤机，额定负荷下5台磨煤机运行，台备用。直流燃烧器四角布置，切向燃烧。每台磨煤机出口由4根煤粉管道接至1层煤粉喷嘴。最上排燃烧器喷口中心线标高34870mm，距分隔屏屏底21030mm;最下排燃烧器喷口中心标高25570mm，至冷灰斗转角距离为5969mm.每角燃烧器设有3层油枪。
锅炉炉顶采用金属全密封结构。炉膛膜式水冷壁选用外径51mm、厚6mm的内螺纹管，炉底采用水封结构，炉膛上部布置了分隔屏、后屏及屏式再热器，前墙及两侧墙前部均设有墙式再热器。水平烟道依次布置末级再热器及末级过热器。炉后布置2台三分仓容克式回转空气预热器。
炉膛底部设置水封装置、渣斗、刮板捞渣机等除渣设备，采用湿式除渣方式。采用静电除尘器除尘。
本锅炉采用改良型控制循环，下降管系统中布置了3台低压头炉水循环泵。炉膛后下水包与省煤器进口管道之间设有1根省煤器再循环管。
过热蒸汽共布置两级喷水减温器，再热蒸汽调温主要通过摆动燃烧器喷嘴角度来改变火焰中心高度，从而改变炉膛出口烟温。此外，在墙式再热器进口管道上布置有事故喷水减温器。锅炉设计技术参数见表1.表1锅炉主要设计参数参数BMCR工况ECR工况过热蒸汽流量/th1过热蒸汽出口压力/MPa过热蒸汽出口温度/t再热蒸汽流量/th1再热蒸汽进口压力/MPa再热蒸汽出口压力/MPa再热蒸汽进口温度/t再热蒸汽出口温度/t省煤器进口给水压力/MPa锅筒压力/MPa空预器进口烟温/t空预器出口烟温(修正后)/t锅炉效率(低位热值)/%锅炉保证效率/%燃煤消耗量/th1
2煤质掺混特性研究2.1掺混配煤模型建立煤煤质数据。根据工程应用特点，对涉及的准煤、煨煤、半精煤、铁鑫煤、褐煤、地煤、外购煤等煤种(煤质参数见表2的特性进行深入分析，优化整合配煤模型;研究各煤种混配比例关系，拟合各煤种按不同比例混合得到的混煤参数特性规律及其控制方程。应用量子粒子群算法对控制方程进行校核计算，以提高计算精度和收敛速度。混合后煤质的主要参数控制方程见式⑴一式(5)。
Qnetar，―待混单质煤收到基低位发热量，k/
Aar混、War混掺混煤收到基灰分、水分质量分数Var混、Sar混掺混煤收到基挥发分、硫分质量分数，Aa、War，Va、5―待混单质煤收到基灰分、水分、挥发分、硫分质量分数，2.2热力计算运用系统理论，采用序贯模块迭代的锅炉总体热力计算方法，对燃烧不同掺配比例、不同种类的劣质煤混配煤的锅炉进行变煤种、变工况热力计算研究，揭示煤质对锅炉参数影响的内在规律。其汽水、烟气、锅炉效率等参数的计算结果，见数据表3.理论研究表明，随着入炉煤发热量降低(平均变化率8.35%)，锅炉参数主要表现如下：⑴下炉膛出口烟温呈降低趋势，总体平均变出口烟温总体平均变化率为2.60T：/排烟温度呈升高趋势，总体平均变化率为(Mkg-1)，平均排烟温度出口理论烟气量与排烟温度变化趋势致，呈升高趋势，总体平均变化率为3.24x104mV1/(Mkg-1)，平均理论烟气量195.22x104m3/h.锅炉效率呈降低趋势，总体平均变化率为3现场试验研究根据上述理论计算分析结果，在现场进行燃用多种劣质混配煤研究，重点进行以下试验。
3.1多种劣质煤掺烧性能试验采用不同比例、不同组合掺烧方式，进行了多种劣质煤掺烧，测试锅炉的运行能力、负荷响应速率，数据见表4.具体规律分析如下。
3.1.1机组负荷表2煤质参数煨煤、铁鑫煤、褐煤、地煤与外购煤、准煤、半精煤掺混后，机组带负荷能力为300600MW;随负荷增加，宜增加煨煤、外购煤、半精煤、准煤比例，最高比例达到40%50%.纯褐煤水分大，磨煤机出口温度为5355，干燥出力无法满足运行要求;铁鑫煤密度大，可磨性差。燃用上述2种煤，负荷宜表4不同煤种配比下的运行负荷及响应速率统计煤种及掺烧质量比运行负荷/MW负荷响应速率/MWmin-1纯准煤30060018(准煤、煨混煤)：(准煤、半精混煤)：铁鑫煤混煤30053012ABF磨煨、铁鑫煤)：(CD磨煨、铁鑫煤)：(褐煤)=1：1：130053010AB磨煨煤，CF磨煨、矣350MW，2种煤质量按1：1掺混，负荷宜控制在3.1.2负荷响应速率准煤、煨煤、半精煤、外购煤以及其他劣质煤混配比例大于40%时，负荷响应速率1018MW/min;准煤、煨煤、半精煤、外购煤以及其混煤比例矣30%时，混配褐煤、铁鑫煤、地煤，负荷响应速率610MW/min.
3.1.3结焦性铁鑫煤结焦性最强。褐煤、煨煤、半精煤结焦性次之，且灰渣量较少。随着准煤、地煤掺烧比例增加，混煤灰分增加，同时结焦性能趋于好转，但燃烧后灰渣量增加。
3.2送风量与氧气体积分数调整在600MW负荷工况下，锅炉带相应负荷，(准煤、煨煤)：半精煤：(外购煤、其他劣质煤)按1：1：1质量比掺混，保持给煤量及合适的磨煤机入口风量、风压，次风速保持2829m/s.改变送风量，使空预器进口氧气体积分数分别保持在2.5%(工况1)、3.0%(工况2、3.5%(工况3)，分析飞灰、大渣可燃物质量分数随氧气体积分数变化的趋势，以使得热损失最小。试验表明，随着氧气体积分数的增加，飞灰可燃物质量分数总体呈降低趋势，降低0.72%0.82%.锅炉效率为93.040%93.423%.运行最佳方式为负荷>
85%额定负荷，氧气体积分数宜维持在3.0%3.1%;负荷<85%额定负荷，氧气体积分数宜维持在3.3%4.2%.试验数据见表5所示。
表5氧量及过剩空气系数调整试验数据工况/项目工况1工况2工况3平均值平均氧气体积分数/%实测排烟温度排烟温度平均值/V飞灰含碳量/%大渣含碳量/%锅炉效率/%
3.3整体配风方式分析保证机组负荷稳定在600MW，锅炉带相应负荷。(准煤、煨煤)：半精煤：(外购煤、其他劣质煤)按1：1：1质量比掺混，热值为17.518.2M/kg，制粉系统保持一定风煤比(1次风速2829m/s)，整体氧气体积分数保持在2.95%3.17%，调整二次风门开度，分别进行倒塔、鼓型、缩腰、均等、正塔5种整体配风方式试验。试验表明，锅炉热效率在92.862%93.528%，平均值93.354%.其中，缩腰、倒塔配风工况下热效率较高，均等配风工况下热效率最低，正塔、鼓型配风工况热效率接近居中(见所示)。
均等倒塔正塔鼓型缩腰配风工况主要热损失、热效率比较趋势。4AGC系统指标参数调整试验为了改善锅炉参数调节品质，提高负荷响应速率，分别对风煤比曲线、总风量一负荷曲线、一次风压、压力一负荷曲线等进行修正改进。试验表明，优化改进后，一次风压控制值为0.2kPa;主汽压力变化比率为0.017MPa/MW;负荷响应速度为18MW/min，升压速率为0.20MPa/min，氧气体积分数2.6%4.8%，达到燃烧参数调整试验的要求。AGC负荷响应曲线见。