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受煤炭資源供應(yīng)日益緊缺、煤炭市場運(yùn)力不足、煤炭價(jià)格波動等諸多因素影響，我國大部分燃煤發(fā)電企業(yè)均采取燃用混煤替代設(shè)計(jì)煤種的措施來提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性
受煤炭資源供應(yīng)日益緊缺、煤炭市場運(yùn)力不足、煤炭價(jià)格波動等諸多因素影響，我國大部分燃煤發(fā)電企業(yè)均采取燃用混煤替代設(shè)計(jì)煤種的措施來提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。配煤摻燒就是在火電廠鍋爐燃煤的過程中，根據(jù)一定的配合比將不同種類不同性質(zhì)的煤種摻配混合完成發(fā)電。通過優(yōu)化配煤，不僅可以降低飛灰含碳量，改善鍋爐結(jié)渣狀況，還能降低污染物排放量，節(jié)約燃煤成本，上減輕火電廠經(jīng)濟(jì)損耗。
國內(nèi)外針對混煤摻燒技術(shù)已開展了多年研究，取得了豐富的成果。目前，國內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組主要采用“爐前摻配、爐內(nèi)混燒"和“分磨制粉、爐內(nèi)混燒"兩種方式開展混煤摻燒。爐前配煤主要包含煤場配煤、鍋爐輸煤皮帶配煤等；爐內(nèi)摻燒是通過將不同種類的煤質(zhì)投入磨煤機(jī)中，根據(jù)調(diào)整磨煤機(jī)出力，實(shí)現(xiàn)摻燒。
煤場配煤
儲煤場會根據(jù)煤質(zhì)將不同質(zhì)量的煤種分別放置，如優(yōu)質(zhì)煤、一般煤、劣質(zhì)煤、極差煤等。為了實(shí)現(xiàn)配煤摻燒，儲煤場存煤可采用縱堆橫取或橫堆縱取方式，基于儲煤場實(shí)際情況，合理設(shè)置不同煤種堆放場地的長度、高度、寬度，在此基礎(chǔ)上借助堆煤機(jī)，進(jìn)行縱向堆煤或橫向堆煤，取煤過程則是橫向取煤或縱向取煤，如此可以在取煤過程中實(shí)現(xiàn)混摻。煤場配煤有助于燃料的綜合調(diào)度，但是占地面積大，成本過高且缺乏靈活性和實(shí)時(shí)性，無法針對鍋爐需求及時(shí)調(diào)整煤炭比例。
輸煤皮帶配煤
利用雙線縫隙式煤槽、輸煤皮帶、變頻葉輪給煤機(jī)等進(jìn)行煤的混摻。雙線縫隙式煤槽甲乙兩側(cè)分別放置不同的煤種，在進(jìn)行煤推送的過程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的煤質(zhì)數(shù)據(jù)及鍋爐燒煤要求，啟動變頻葉輪給煤機(jī)，調(diào)整好設(shè)定值，在皮帶上進(jìn)行甲乙兩側(cè)煤的混摻，進(jìn)而通過皮帶傳送到鍋爐進(jìn)行摻煤燃燒。該方式配煤均勻性較差，其混煤比例不易精確控制，而不均勻混煤可能會影響到鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
分磨制粉，爐內(nèi)摻燒
將不同種類的原煤送入不同的磨煤機(jī)內(nèi)磨制煤粉，然后通過不同層的燃燒器進(jìn)入爐膛摻燒。這種摻燒方式適用于混煤手段和混煤設(shè)備少的電廠，尤其適用于可磨性差異大的煤種。不同種類煤粉的細(xì)度可以由不同的磨煤機(jī)控制，可以根據(jù)煤質(zhì)和燃燒特性來選擇送入不同層的燃燒器以及不同的配風(fēng)方式，例如將不易結(jié)渣的煤送入高熱負(fù)荷區(qū)域的燃燒器，有效降低爐膛燃燒器區(qū)域的結(jié)渣傾向。這種摻混方式克服了混煤燃盡特性趨近于難燃盡煤種的缺點(diǎn)，并且避免了爐前摻混不均勻所帶來的燃燒穩(wěn)定性問題。
受煤場條件限制，“分磨制粉、爐內(nèi)混燒"成為燃煤電站鍋爐混煤摻燒的主要方式，該方式具有占地空間小、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但影響機(jī)組運(yùn)行的靈活性。
當(dāng)機(jī)組設(shè)計(jì)煤質(zhì)為高熱值煙煤時(shí)，若摻燒一定比例的低熱值煤種，則滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)出力增高。當(dāng)超過磨煤機(jī)出力時(shí)，出現(xiàn)影響機(jī)組帶負(fù)荷的現(xiàn)象。另外，摻燒低熱值煤還影響機(jī)組升負(fù)荷速率。而近年來隨著我國新能源裝機(jī)規(guī)模不斷增加，電網(wǎng)系統(tǒng)對煤電機(jī)組深度調(diào)峰靈活性運(yùn)行能力要求逐漸提高。煤電機(jī)組不僅要能夠升得高，達(dá)到額定負(fù)荷，還要降得足夠低，達(dá)到30%甚至20%額定負(fù)荷，且負(fù)荷升降的速度要快。在此過程中，入爐煤種特性變得至關(guān)重要，是煤電機(jī)組靈活性運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，提高爐內(nèi)摻燒過程中煤種切換的靈活性對于燃煤發(fā)電機(jī)組靈活運(yùn)行具有重要意義。
通常情況下，一臺原煤倉配備一臺磨煤機(jī)和一臺給煤機(jī)，只存一種煤，只有倉內(nèi)舊煤燒完后才上新煤，煤種混配無法在煤倉進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)對燃料的優(yōu)化管理，我司研發(fā)了基于原煤倉分倉的快速配煤摻燒技術(shù)，通過對現(xiàn)有設(shè)備實(shí)施少量改造，實(shí)現(xiàn)了不同煤種的快速變煤摻燒，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)實(shí)時(shí)在線切換煤種，應(yīng)對全天快速變負(fù)荷的調(diào)峰需求，高負(fù)荷燃用高熱值煤，低負(fù)荷燃用低熱值煤，提高負(fù)荷響應(yīng)，同時(shí)增加低熱煤的摻燒量，取得負(fù)荷響應(yīng)和經(jīng)濟(jì)性的雙重收益，有力提升企業(yè)市場競爭能力。
一、原煤倉改造：燃煤企業(yè)靈活性與經(jīng)濟(jì)性的探索實(shí)踐
2021年我公司為某電廠兩臺600MW超臨界直流機(jī)組進(jìn)行改造。鍋爐為Π型布置，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐燃燒方式為前后墻對沖燃燒，前后墻各布置3層低NOx軸向旋流燃燒器，每層各有5只，共30只燃燒器。在最上層煤粉燃燒器上方，前后墻各布置1層燃燼風(fēng)口，每層布置5只，共10只燃燼風(fēng)口，用來補(bǔ)充燃燒后期需要的空氣，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分級燃燒。配六臺直吹式中速輥式磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)有五根出粉管，對應(yīng)一層燃燒器。
煤倉結(jié)構(gòu)
電廠上煤系統(tǒng)為雙路皮帶系統(tǒng)，在煤倉間設(shè)置有10A、10B皮帶，煤倉間帶式輸送機(jī)層采用電動雙側(cè)犁式卸料器，通過選擇啟動A路或B路犁式卸料器的犁刀，兩條皮帶分別可以向兩臺鍋爐12個原煤倉進(jìn)煤。
原煤倉由主要由上部圓柱形原煤倉、中部圓臺原煤倉和下部雙曲線原煤斗三部分構(gòu)成，另外，給煤機(jī)入口有一段大小頭，連接原煤斗及給煤機(jī)入口。
隨著煤炭市場的變化，該電廠大部分運(yùn)行時(shí)間燃用非設(shè)計(jì)煤種，采用高水分、低熱值煤進(jìn)行摻燒。由于摻燒的煤質(zhì)特點(diǎn)與原設(shè)計(jì)煤種偏差較大，鍋爐運(yùn)行過程容易出現(xiàn)問題，且時(shí)效性不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性較差。為滿足的深度調(diào)峰要求，避免支付巨額調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)，電廠迫切需要提升機(jī)組的升降負(fù)荷速率。
改造方案
對現(xiàn)有原煤倉實(shí)施改造，在原煤倉內(nèi)區(qū)域加裝隔板，在給煤機(jī)入口上方的雙曲線煤斗區(qū)域安裝一套新式插板門，分別控制一側(cè)煤流。所有的輸煤設(shè)備（包括犁煤器、落料口等）本體結(jié)構(gòu)不改變，將原煤斗內(nèi)部沿皮帶方向（給煤機(jī)排列方向）進(jìn)行分隔，增設(shè)一個厚度10mm的不銹鋼板。同時(shí)考慮支撐，從煤斗的下方往上進(jìn)行分隔，根據(jù)所需上煤量確定高度，安裝一組新式插板門。在不對原輸煤及配煤系統(tǒng)做任何變動的情況下，僅通過上述簡單改造，通過分別開啟兩側(cè)的插板門來控制進(jìn)入給煤機(jī)的煤種，實(shí)現(xiàn)快速變換煤種的目的。
為保證改造效果和利用率，在原煤倉頂部增設(shè)防爆照明及視頻監(jiān)控，在原煤倉內(nèi)隔板兩測各增加一臺用于測量煤位的導(dǎo)波雷達(dá)設(shè)備?，F(xiàn)有的給煤機(jī)入口插板門仍保留。為使原煤倉煤流下煤順暢，防堵塞，在原煤倉倉壁上增設(shè)四個，作為輔助處理堵煤時(shí)的應(yīng)急手段。
在磨煤機(jī)及給煤機(jī)運(yùn)行中，原煤倉隔板的雙向閘板可以任意來回切換，對原煤倉下煤無影響。分隔倉內(nèi)裝不同性質(zhì)的煤種，將插板門均打開，可由 “分磨磨制，爐內(nèi)混燒"，進(jìn)一步變?yōu)椤澳?nèi)混合磨制、爐內(nèi)均勻混燒"的配煤新方式。
分隔后的原煤倉，一半裝好煤，一半裝劣質(zhì)煤，根據(jù)不同負(fù)荷和深度調(diào)峰的需要，自動開啟不同的插板門向給煤機(jī)實(shí)時(shí)提供與負(fù)荷相對應(yīng)的原煤，以適應(yīng)機(jī)組全天快速變負(fù)荷要求，高負(fù)荷燒高熱值煤，低負(fù)荷燒低熱值煤，滿足快速響應(yīng)負(fù)荷要求的同時(shí)提高了劣質(zhì)煤摻煤率。
二、煤倉分倉從源降本，配煤摻燒“泥里掘金"
在目前大部分火電企業(yè)經(jīng)營效益下降，煤價(jià)持續(xù)上漲的情況下，摻燒低熱值煤是一個提升企業(yè)效益的有效手段。原煤倉進(jìn)行靈活性分倉改造，可實(shí)現(xiàn)降低經(jīng)營成本、提高企業(yè)經(jīng)營狀況、滿足電網(wǎng)深度調(diào)峰要求。除在電站鍋爐推廣應(yīng)用外，在其它有使用摻配煤并采用原煤倉儲存化石類燃料的行業(yè)均可應(yīng)用。其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1、靈活性高，快速切換。實(shí)現(xiàn)一個煤倉一臺給煤機(jī)同時(shí)供應(yīng)兩種不同的煤種，及時(shí)改變鍋爐配煤，滿足鍋爐不同負(fù)荷對煤質(zhì)的要求。改造完成后原煤倉可做兩種煤摻配，也可用于單一煤種。
2、改造工程量小，改造成本低。鍋爐制粉系統(tǒng)變動不大，不需要再增加一個煤斗倉，也不需增加給煤機(jī)、磨煤機(jī)，特別是上煤系統(tǒng)不用做任何變動。利用現(xiàn)有的原煤倉存儲兩種不同煤種，輔以必要的監(jiān)視手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線變換煤種的目的。
3、操作簡單方便，運(yùn)行安全可靠。可快速響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的變化，改變以往配煤過程中時(shí)間滯后、不能及時(shí)變換煤種的弊端。面對負(fù)荷快速變動時(shí)的精準(zhǔn)配煤需求，分倉技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷“高峰頂?shù)蒙?，低谷降得?，從根本上解決了機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)與精準(zhǔn)配煤之間的矛盾。
4、提高劣質(zhì)煤摻燒量，鍋爐燃燒精準(zhǔn)調(diào)整。滿足火電機(jī)組靈活性要求，滿足發(fā)揮機(jī)組輔助服務(wù)的需要，在火電企業(yè)參與電網(wǎng)輔助服務(wù)、調(diào)頻等方面發(fā)揮其優(yōu)勢。靈活應(yīng)對全天快速變負(fù)荷的要求，從燃料側(cè)為企業(yè)增收節(jié)支、提質(zhì)增效提供有力保障，進(jìn)而提升企業(yè)的市場競爭能力。
5、經(jīng)濟(jì)效益顯著。原煤倉進(jìn)行靈活性分倉改造成本低、收益高。以當(dāng)前市場計(jì)算，20.9MJ的高熱值煤價(jià)為1000元/t，15.9MJ的低熱值煤價(jià)為600元/t，每臺給煤機(jī)出力50t/h，以各帶一半負(fù)荷計(jì)，年內(nèi)運(yùn)行小時(shí)按5000h，全年低熱值煤占比50%，分倉運(yùn)行的投入率按40%考慮，年收益為：(50t/h--25t/h)×5000h×(1000元/t-600元/t)×50%×40%=1000萬元。
三、問題解答
1、煤倉結(jié)構(gòu)核算能否支撐增加的鋼材重量？
新增重量不足原荷載的十分之一，很安全，改造前要進(jìn)行強(qiáng)度校核。
2、隔板和梁如何布置來保證不蓬煤的同時(shí)不變形，能夠承受煤壓？
隔墻外壁是平整面，不掛煤也不蓬煤。一是保證下煤口面積相比于改造前不減小，二是改造后的煤斗漸縮坡度較改造前更陡，下煤性能好。鋼型梁在隔墻內(nèi)布置。
3、如需要單側(cè)下煤，截面積只有原來的一半，如何保證磨煤機(jī)的出力？
改造后調(diào)整皮帶上煤方式，裝滿半倉煤可滿足負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，具體小時(shí)數(shù)與原設(shè)計(jì)容量有關(guān)。
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