火电厂配煤掺烧对安全运行和经济效益的探讨与分析

国能浙江北仑第一发电有限公司 葛巍

1 配煤掺烧的目的和意义

由于煤炭价格持续上涨，大多数火力发电厂的燃料成本大幅提升，煤炭的质量和数量得不到保证。为了保证电厂安全经济运行，降低燃料成本，优化混煤燃烧，研究人员提出了稳定火电厂煤质的安全、经济的方法。近年来，许多火力发电厂发生了大量的锅炉火灾事故。电厂企业应当通过锅炉设备的能量转换，对锅炉设备进行改造，以获得稳定燃烧效果，减少火灾的发生。例如设备和燃烧系统的转换以及采用新的燃烧器，但并没有从根本上解决火灾事故问题。因此，在保证锅炉安全燃烧的基础上，根据实际的煤质分析报告，合理组态制粉系统出力，进行最佳燃烧调整，以满足锅炉运行的各种具体要求，是一种更科学、更长远的方法。同时尽可能拓宽燃料采购渠道，依托市场有效降低煤炭成本，提高火电厂度电边际效益，符合我们目前关于建立节能型社会的建议，也切合国家“双碳”的目标和要求。

2 基本设备介绍

2.1 锅炉设备介绍

国电浙江某第一发电有限公司#1 机组1×600MW机组于1991年10月投产。1号机组锅炉是美国某燃烧工程公司（CE）制造的亚临界、强制循环、带辐射式一次中间再热、固态排渣、Π型布置、单炉膛平衡通风煤粉锅炉，型号：CC+RR 2008。

2018年锅炉对#1 机组进行综合节能提效改造，机组额定负荷由600MW 增容至630MW，维持主蒸汽压力不变，温度按540℃进行校核计算，将再热蒸汽温度由537℃提升至573℃。同时，对#1 号机组进行燃烧设备、省煤器、点火系统、吹灰系统以及辅助设备等一系列改造，实现机组综合节能降耗的目标。

2.2 适应性煤种介绍

本锅炉设计煤种和校核煤种均为烟煤，在实际运行过程中，受煤炭价格影响，无法一直保证煤种品质。

3 配煤掺烧对锅炉安全运行的影响

3.1 燃煤特性对锅炉安全的影响

应用于煤混合燃烧的基本原理是保证混合燃烧过程中的基本燃烧特性，同时保证锅炉中燃料的稳定燃烧。煤燃烧的主要特征包括火灾和燃耗的一般特征，影响燃烧特征的主要因素包括热值、水分、挥发分、灰分和灰熔点。

在电厂运行过程中，热值是判断锅炉是否处于热平衡状态、是否进行负荷控制和煤配料的主要标准。如果热量很高，则不利于煤粉在炉内完全燃烧。同时增加炉内热负荷压力，增加锅炉运行风险。相反，如果热量值不够高，则不仅会导致制粉系统工作压力过大，威胁锅炉正常运行，而且还会限制机组出力。

水分是煤不可分割的组成部分。正是由于水分的存在，煤中的可燃物质大大减少。在燃煤过程中，如果含水量过高，会使制粉系统干燥出力不足，会造成磨煤机堵煤故障的发生。同时可能阻碍燃煤，增加燃烧过程中的损失，破坏燃烧稳定性。

煤的挥发分是煤燃烧性能的另一个重要指标。这一指标的高低直接影响着点火速度、采矿业、火焰特性等。通常，煤中挥发性物质的含量因煤的类型而异[1]。但煤的稳定性和燃烧强度并不理想，在煤的高挥发性下，不仅缩短了点火路径，而且影响了整个燃烧器和成粉系统的稳定运行。

这两个指标主要影响锅炉的结焦结渣。某电厂一号锅炉本身易结焦，如果燃煤灰分过高或者灰熔点过低，将会大大加剧结焦情况的发生，大焦掉落严重时，不仅会因联锁保护动作跳机故障，严重时还会引起锅炉爆炸事故，所以这一点要重点关注。

影响煤的混合和燃烧的最重要物质是氮氧化物、二氧化硫和烟尘。SO2排放主要与煤的硫含量有关，NO2排放主要与煤的挥发分和氮含量有关。煤的挥发分含量高，氮含量低，不排放NO2。用于控制NOx排放的技术主要是低氮燃烧技术和SCR烟气脱硝技术[2]。

3.2 火电厂配煤比例不均对锅炉安全运行的影响

入厂煤在开始时具有较高的热值，为了节省制粉能耗，所以不启动备用磨煤机。根据控制系统调节特性，在减载过程中，结合与负荷函数和可变负荷率的对应关系，控制阀至相应开度的阀位很快关闭。由于锅炉蓄热的影响，主蒸汽压力不能立即降低到负荷对应的值，因此出现汽轮机前压力高于压力设定值的现象。此时，煤炭总量将略有减少。压力将逐渐降低，煤的体积将逐渐增加，并最终保持在稳定值。然而，如果在减负荷期间煤质突然变好，最直接的影响将是会发生“甩煤”现象，即压力继续增加，煤量下降过快。由于磨煤机出口温度快速上升，所有磨煤机冷风阀均全开，大量冷风吹入炉膛。此时，为了稳定燃烧和浓缩喷嘴中的粉末，缓解主蒸汽压力上升的趋势，立即切换煤供应，关闭台式磨机的热风，并密切关注火灾检查，主蒸汽压力严重超限后逐渐降低，最终稳定在正常值。由此可知，如果配煤效果好，可以提高燃煤的安全性和经济性。如果煤种适应性差，会对锅炉的安全运行造成一定的威胁，例如发生火焰偏转、结渣、受热面过热等现象，严重时甚至会造成锅炉损坏。

3.3 火电厂配煤正常运行中采取的措施

一是作为操作人员，应该了解混煤和燃烧的重要性，需要重视工作安全和经济效益。

二是积极加强自身业务能力，总结经验。由于煤种不均匀造成的影响，需要吸取教训。

三是上煤前，应该详细了解来煤的来源和比例，以煤种分析报告为参考，根据机组实际情况计算来煤的热值，并根据综合比较结果进行燃烧调整。在交接班前，主动向继任者解释交接班的情况。

四是在使用过程中，加强主蒸汽压力的监测，防止因煤质突变使压力突然升高或降低而导致主机旁路打开甚至安全阀动作。

五是当煤质较差时，应降低负荷，并相应增加一次风量，以防止煤质差、煤量大造成磨煤机堵塞。

六是操作人员时刻关注氮氧化物、粉尘、二氧化硫等污染物排放情况，必要时调整煤种。操作人员要加强就地观火观焦，发现结焦加剧时，及时调整燃烧，合理投运吹灰器，若调整无效则需要更换煤种。

4 火电厂配煤掺烧方案制定

若是煤热值相对较高，就会消耗很多优质煤,导致发电燃烧的基础成本的增加，但若是进入炉内的煤热值相对较低，就会出现电量损失后或是锅炉的燃烧质量不佳，而导致熄火频繁，对于安全运作产生较为直接的影响。为了保证煤炭质量的稳定性，满足机组的发电实际需求，需要制定合理的措施。

一是成立专项的配煤工作领导小组，按照工作的实际要求，定期开展配煤工作会，确定配煤的实际措施，并且针对当前工作的实际情况对于配煤中的各种问题进行梳理。按照工作的规范要求针对性地召开配煤工作部署会，随时随地地结合采购的煤炭质量、结构等。安排不同的机组进行运作，以保证最佳的运作效果，同时针对设备工作状态、负荷状态等，制定不同的措施策略。对于配煤的情况进行梳理分析以及总结，对于煤炭的种类进行调整分析，以保证最佳的工作效果[3]。

二是全面强化入炉环境下煤热值偏差性管理。为了保证煤炭质量的稳定性，就需要强化不同工作模式下的入炉煤的工作环境状态和热值偏差控制管理，以避免煤炭热值的大幅度的波动而导致锅炉的安全运行以及经济效益。对于一些偏差相对较大的情况，从化验分析、采样管理、输煤管理、配煤管理等多个环节方面查询原因。若的确因为配煤不合理导致的热值偏差比较大，需要经过燃料管理单位专业人员的分析研究后，在后期的配煤工作之中查询相关的原因，在下一阶段的操作中及时进行优化，及时向运行人员通报相关的煤热值情况，使配煤管理人员可以结合实际对于操作方式进行调整，保证锅炉燃烧的稳定性。

5 火电厂配煤掺烧经济效益的分析

5.1 成本效益分析

购买煤炭的成本主要与煤炭的数量和价格有关。计算主要基于煤炭设计或单价控制（一些电厂可能采用煤炭的主要单价）。煤炭运输成本包括许多因素，包括运输成本（每种运输类型的价格）、各种成本、税费、卸货成本和滞期费。因此，在选择特定煤炭类型时，必须考虑上述成本的总和。

5.2 煤炭燃烧的运营成本分析

在发电厂混合低热值煤，不可避免地会导致机组运行状态的变化。在相同负荷条件下，低热值煤和高热值煤的混合量高于低热值煤。与主煤燃烧相比较，磨煤机和风机能耗的增加导致机组能耗增加，但燃烧优化可以将锅炉效率保持在较高水平，以减少机组能耗增加。因此，燃烧成本还应考虑与运营变化相关的额外成本。

5.3 混合燃烧的优点

锅炉混煤技术的应用可以有效降低燃料成本和生产运行压力。如600MW 机组采用混煤发电，提高了锅炉的传热效率，提高了工作效率，降低了工程能耗。此外，这种燃煤工艺可以有效控制煤粉的输送能力，降低空气中的碳和硫含量。低热燃烧对电厂锅炉效率和能耗具有积极的影响，充分体现了这种燃烧方式的优势，为火电厂提供了巨大的利润空间[4]。

5.4 实现途径分析

近两年，国内煤炭市场大幅度波动对火电厂运营带来重大影响。以国内某电厂为例，煤炭来源有三个渠道，即长协煤、进口煤、市场煤。为了降低成本，提高效益，该电厂利用一体化运营优势，确保长协煤高兑现率。用进口泊位专属优势，发挥进口煤控价能力。结合煤场封闭改造进程，择机购入优质低价市场煤。另外持续关注所在省市能源“双控”和控煤政策，提高燃料周转率，降低库存容量，缓解保供压力。

从运行管理侧来看，煤种大幅度变化无疑会给机组带来巨大的安全风险。这就要求运行人员结合煤质分析报告，通过试验结果分析，合理组态制粉系统。另外，在热值、挥发分、水分、灰分等参数偏离设计煤种较多时，应该及时调整锅炉负荷、磨煤机出口温度、风量等指标，保证锅炉设备安全，尽可能掺烧采购的各类不同煤炭，拓宽煤炭采购来源，以便有效降低燃烧成本。因此，只有燃料采购跟配煤管理双管齐下，才能够在保证运行安全的前提下降低煤的单价，真正意义上提高了火电厂的经济效益。

6 结语

目前，虽然煤炭供应短缺已在一定程度上得到缓解，但电力和煤炭成本仍然是影响能源企业经营状况的重要因素。研究配煤和燃烧仍然是发电企业的长期工作。运行管理人员应继续完善各项措施，扎实工作，努力做好配煤掺烧工作，认真维护和微调。在保证锅炉安全运行的同时，尽量减少燃烧混煤对经济指标的影响，保持火电厂安全生产的稳定。

这几年，煤炭市场的波动对火力发电厂产生巨大的影响，但为了保证火力发电厂的社会效益和经济效益，必须保证机组“应发尽发”，所以燃料质量跟数量相当重要。本文结合实际，介绍了影响锅炉配煤燃烧的因素，并提出合理的应对办法，在保证锅炉安全运行的前提下，提高燃料的利用效率，降低燃料成本，提升经济效益。因此，采取科学合理的配煤方式对火电厂锅炉燃煤具有重要意义，对促进火电厂的健康发展具有重要作用。