燃煤混配技术在火力发电厂中的应用.pdf

第 3 3卷 第 2期 2 0 1 1年 2月 华 电技 术 Hu a di a n Te c h n o l o g y Vo 1 ． 33 No． 2 F e b． 2 01 1 燃煤 混配技术在 火 力发 电厂 中的应 用 薛铁柱 ， 胡林 茂 陕西华电蒲城发电有限责任公司， 陕西 蒲城7 1 5 5 0 1 摘要 介绍了燃煤混配的理论基础 、 常见混配方式 、 保障措施及要求等内容， 针对火电厂燃煤混配方案提出了优化建 议， 供火力发电厂燃煤混配时参考。 关键词 燃煤混 配 ； 混配方式 ； 混配方案优化 中图分类号 T K 1 6 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 1 0 20 0 4 1 一O 3 O 引言 随着 电力工业的迅速发展和煤炭行业市场化的 进一步深化 ， 目前火 电厂燃煤 出现了许多新的特点 。 在数量方面 ， 随着火 电厂装机容量的增多 ， 所需燃煤 量在相应增加 ； 在质量方面 ， 煤源采 购范 围不断 扩 大 ， 造成煤种 、 矿别增多， 且煤质波动较大。燃煤 的 上述特点 ， 不仅增加 了煤质监督工作量和难度 ， 而且 还潜伏着危及锅炉安全及经济运行的因素。如果向 机组供应的燃煤与设计 校核 煤种相差较大 ， 无论 是低质煤或优质煤 ， 都会严重影响锅炉运行 的经济 性和可靠性 。燃煤混配是解决这一实际问题 的最直 接 、 最有效的方法之一。 开展动力配煤研究较早的有美 、 德 、 日、 英、 加拿 大 、 荷兰等国 ， 研究 内容主要涉及配煤混合系统和配 煤混匀方法等方 面。2 0世 纪 9 O年代起 ， 动力配煤 才在我国的物资系统的煤炭流通行业首先开发并实 现产业化。伴随着煤 炭价格 的不断攀升 、 采购煤种 的多样性 ， 如今混配煤技术 已被广泛地应用于 国内 的燃煤电厂。 1 燃煤混配 的理论基础 配煤过程是一个物料间相互混合 的过程 ， 只有 物理变化 ， 没有化学变化。多个研究机构对配煤进 行混煤煤质试验发现 ， 配煤 的分析基灰分 、 硫分 、 低 位发热量 、 挥发分 等指标具有 近似 的线性 可加性。 煤灰的熔点与煤灰的成分关系比较复杂 ， 所 以， 不能 用灰成分的简单线性关系来表示， 只有在灰成分变 化不大时 ， 灰熔点才具有较好的线性可加性。 通常的混配方法就是首先按加权平均法对参与 混配的每个燃煤的相关指标进行计算 ， 使得到 的配 煤质量约束指标高于或等于校核煤种 的指标要求。 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 0 9 随后采用高 、 低挥发分 或硫分 、 灰分 煤 的混配燃 烧 ， 以减少 S O 的排放 ， 降低锅炉的结渣 、 沾污和积 灰 ， 充分利用 中、 低热值煤与高热值煤混配 ， 来保证 燃煤的低位发热量和控制燃煤 中的灰分。 在这里要 特别 加 以说 明的是 ， “ 改变煤 种” 与 “ 燃煤混配” 是有本质性 区别的。“ 燃煤混配 ” 的结 果是使混配后的煤质高于或等于校核煤种的指标要 求。机组“ 改变煤种” 应 由相关机 构进行充分 的燃 烧模拟试验及设备专项改造 ， 在进行实际燃烧调整 试验合格 的基础上 ， 经相关部门认可后才能投入实 际 生产 。 2 实施燃煤混 配的保 障措施 2 ． 1 混配燃煤的各项约束指标数据必须真实可靠 采样 、 制样 、 化验的各个环节严格按国标要求执 行 。煤质检验结果 的误差 由采样、 制样及分析 3方 面误差构成 。如用方差来表示 ， 则采样误差最大 ， 约 占总误差 的 8 0 ％ ， 制 样误 差次 之 ， 约 占总误 差 的 1 6 ％ ， 分析误差最小 ， 约 占总误差 的 4 ％。煤质检验 结果的可靠性 ， 在很大程度上取决于采样的代表性 ， 所 以， 采样是最重要的一个环节⋯ 。 2 ． 2 加强参与人员责任心、 激励机制到位 2 0 0 6年 1 2月 ， 新疆 苇湖梁发 电有 限责任公 司 发生的因用煤不 当导致锅炉严重结焦直至被迫停炉 的事故 ， 应 引起 每个燃料从业人员的高度重视 。人 员的责任心必须到位 ， 如输煤运行人员必须严格按 照公司制定的混配比例执行操作 ， 锅炉运行人员则 应根据机组的负荷 、 人炉煤质情况及 时进行燃烧状 况的调整等。 从燃煤混配的重要性角度考虑 ， 许 多电力企业 都建立了燃煤混配 的相关指标考核激励机制 ， 从 而 提高生产现场人员对燃煤混配工作的积极性 ， 以实 现锅炉的最佳燃烧。 4 2 华 电技 术 第 3 3卷 3 电厂常见混配煤方式 在混配煤技术方面 ， 由于多数 电厂在设计时未 考虑燃煤混配的需求 ， 即使进行了混配也存在许多 弊端， 迫于煤炭市场的不断变化 ， 各 电厂也是不得已 而为之 ， 所 以， 在混配煤作业 时没有 固定的模式可 循 ， 且易受到场地和设备等因素的限制。因此 ， 在确 定混配方式时应注重结合 自身系统的特点。 3 ． 1 筒仓混配方式 采用缓 冲煤仓混配煤是 目前国内外电厂有效解 决煤质参差不齐问题 的一种有效方式 。华能珞璜电 厂I 期 采用的就是此种混配方式 ， 该公 司筒仓混 配煤常用方法有 2种 1 根据预期 机组所 带负荷 ， 提前要求输煤运 行对某筒仓上煤 ， 并对上至同一煤仓 内的煤质 、 比例 进行 规定。例 如， 1矿 5 0 ％ ， 2矿 3 0 ％ ， 3矿 2 0 ％ ， 燃煤在筒仓进行初次混配， 输煤系统启动后经 过胶带机的动态运输进行二次混配 ， 然后燃煤进入 原煤仓进行第 3次混配 ， 最终实现 5 3 2的混配 比例 。 2 另外 ， 还能根据来煤量将不 同煤质 的燃煤 上至不同的筒仓 内。例 如， 1 矿上 至 1仓 ， 2矿 上至 2仓 ， 3矿上至 3仓 ， 系统启动后 ， 可实现各 煤种 1 1 1 } 昆配。 采用缓 冲煤仓方式混配煤 的优点在于占地面积 小且环保 ， 筒仓贮煤较彻底地解决 了煤尘对环境的 污染问题 ， 运行经济 ， 混配比例均匀 。其缺点是一次 性投资建设费用较大， 必须考虑到粘煤堵煤、 瓦斯气 体聚集等不利因素， 附加防拱煤 、 内部温度监测 、 土 建结构定期沉降检测等安全设施。 3 ． 2 煤场混配方式 华能河南沁北 电厂和一些大型配煤厂多采用煤 场混配方式。 具体执行情况如下 首先煤场设计储煤量及容 量较大 ， 设置专用混配场地将 2种或 2种以上煤质 在煤场进行混配 ， 每层煤在堆料作业时都要求存放 厚度均匀、 表面平整， 确保不同矿点的煤在煤场中有 效混配。在取料作业 时， 如一个断面未取完而又需 要堆料时， 堆料位置要离开取料断面 ， 从存煤 的另一 端开始堆料 ， 保证下次取煤 时 自断面开始继续 向前 取 。煤场取煤作业中取料厚度要求适 中， 一个取料 断面 确 定后 ， 尽 量 不再 改 变悬 臂高 度 ， 保 证煤 场 平 整 。 采用煤场混配方式 ， 要求煤场面积较大， 设置专 用 的混配煤区 ， 对煤场 的堆放管理要求严格 ， 煤场平 整机械的工作量较大， 但对较为严格 的混配比例则 无法保障。 3 ． 3 胶带机系统混配方式 目前 ， 国内没有设置专用混配设备的电厂多采 用此种方式 ， 陕西华 电蒲城发电有限责任公司也常 用此种方式进行混配。 具体执行情况如下 采用其 中 2个煤源同时运 行的方式 ， 使煤流在单路运行胶带机 的某个 交叉点 汇合后进行混配煤作业。根据来煤情况， 开展煤场 优、 劣质煤的分类堆放。向原煤仓供煤时， 按煤质分 类 ， 通过合理优化煤炭混配比例 ， 做到优质煤与劣质 煤的搭配掺烧。 采用胶带机系统混配方式的优点是运行方式灵 活 ， 上煤煤质可控性强 ； 其缺点是双煤源设备同时运 行 ， 增加运行耗电量 、 运行定员及劳动强度 ， 设备损 耗增大， 检修维护工作量 增加 ， 备 品备件费用相应 增加。 3 ． 4炉膛 内直接混合方式 炉膛内直接混合方式作为国内电厂在缓解煤荒 时的一种新举措 ， 常用方法有 2种 分仓上煤方式 ， 将来煤中热值最高 、 挥发分较高的煤种上至底层磨 煤机 ， 中间热值煤种上至中间煤仓 ， 低热值煤种上至 最上面的煤仓 ； 另外 ， 还可以按机组峰、 谷时间段调 度计划 ， 安排较好 的煤质保证高峰段满负荷 ， 低谷段 则采用混配煤方式。 采用炉膛内直接混合方式 的优点在于对预期中 的机组运行负荷把握要 比较准确 ， 常用于 电网直属 电厂或 自备电厂。采用分仓上煤方式 ， 在切换煤种 时会出现短时的空载运行时间， 延长了运行时间 ， 增 大输煤耗电率 ； 采用分时段混配方式 ， 灵活性强 、 时 效性较好 、 经济可 比性高， 若电网负荷 出现突变， 则 无法及时有效调整负荷。 4 优化燃煤混配管理的几点建议 4 ． 1 配煤约束指标 的优化 根据不 同的机组需求 ， 参与配煤质量的约束指 标主要包括灰分、 硫分 、 低位发热量 、 挥发分等。而 在多年的混配实践 中， 作者发现水分这一约束指标 一 直没有引起人们的重视。比如 ， 南方地 区火 电厂 在雨季会 出现由于过量 的水分导致原煤的流散性逐 渐恶化 ， 而北方电厂在冬季会 因为冻结而造成煤仓 、 管道及给煤机黏结 、 堵塞。同时， 相关试验资料表 明， 水分对燃烧温度等 因素的影响 比灰分还 要大。 因此 ， 2 0 0 6年 8月 ， 陕西华 电蒲城发 电有限责任公 司燃煤混配措施中增加了有关水分要求的内容。 随着脱硫改造系统 的逐步投运 ， 为了贯彻落实 环保要求的“ 两个严禁” 严禁开启烟道旁路运行和 第 2期 薛铁柱 ， 等 燃煤混配技术在火力发电厂 中的应用 4 3 脱硫设施及在线监测 系统无 故停 运 ， 确保脱硫 系 统的正常运转 ， 陕西华 电蒲城发 电有限责任公司又 在燃煤混配措施 中修订 了有关硫分的补充 内容 掺 配原则为掺配后全硫含量的重要性必须与掺配后热 值要求同等对待， 全硫含量 以各矿别最高值为掺配 计算基准 。 当前火电厂对参与配煤质量的约束指标还只限 于燃煤 的技术分析范 围， 如果将燃煤混配列入经营 管理范畴 ， 依据“ 烧 旧存新 ” 原则 ， 同时把各煤种 的 成本因素细化加入到燃煤混配 比例的计算 中去 ， 加 大对标煤单价较低燃煤 的使用与混配， 强化精细管 理 ， 对于降低发 电成本是大有潜力可挖的。 4 ． 2配煤质量监督的优化 以陕西华电蒲城发电有限责任公司来煤煤质为 例 ， 目前国有矿煤质较为稳定 ， 而地方各矿的原煤煤 质波动性较大。如果在火车来煤的化验报告数据出 来后再卸车， 会受到路方的压 车延 时罚款。而汽车 来煤化验报告数据出来前要采取先单独集中堆放的 方式 ， 对于在煤炭供应 趋紧 、 急需大量存 煤 的形势 下， 也是不现实的。锅炉运行人员一般在该 时段 的 煤 已完全燃烧后 ， 才会得到人炉煤的化验 报告数据 反馈 ， 对于指导燃烧具有滞后性。因此 ， 在当天来煤 必须立 即混配上至煤仓 时 ， 虽然有该煤矿 的近期煤 质报表作为依据 ， 但仅凭借采样人员对煤质 的 目测 及感观判断进行燃煤混配， 对入炉煤 的煤质保 障存 在一定风险， 而这样 的问题在 国内火 电厂 中也是普 遍存在的。 建议火 电厂改造或加装在线煤质检测系统 ， 同 时将在线数据传输至机组控制室及输煤控制室。由 于在线仪表具备连续数据 的可追溯性和时效性 ， 锅 炉运行人员可根据人炉煤质情况及机组的负荷提前 进行燃烧状况的调整 ， 而输煤运行人员可根据入炉 煤质波动情况对混配 比例进行及时校正， 从而最大 限度地保障入炉煤煤质的稳定性 和经济性。 目前 ， 在输煤系统胶带机上 改造或加装在线 煤质检测 系 统 ， 已在石嘴山电厂等多家火 电厂成功使用 ， 且效果 良好 。 4 ． 3 配煤过程管理的优化 在进行混配 比例的确定 时， 对于相关煤质数据 来源所采集的煤样应尽量 使用机械采样 ， 减少采样 过程中的人为误差 ， 采到具有代表性 的煤样。对采 样 、 制样、 化验工作强化监督 ， 以保证计算数据 的真 实有效性。 对于灰分、 硫分 、 低位发热量 、 挥发分等指标在 混配比例计算后予以确定时 ， 应 留一定的裕量 ， 防止 由于来煤质量波动而出现入炉煤质下降 、 机组降负 荷或投油助燃现象。 以陕西华电蒲城发 电有限责任公司为例 ， 为了 做好混配煤 的全过程管理 ， 在生产技术部设 有专职 煤质管理人员 ， 负责燃煤混配各部 门之间的相互协 调和管理 ， 根据来 煤 、 存煤的实际情况 ， 及时采取混 配措施 ， 强化人厂煤与入炉煤 的煤质对比监督 ， 细化 人炉的煤质 、 煤量相关报表记录 ， 从而使机组所燃烧 的煤质始终处于可控状态 ， 且有据可查 。 4 ． 4 配煤设备系统的优化 由于多数火 电厂在设计时未考虑燃煤混配的需 求 ， 所以在设计 、 运作燃煤混配方案时， 就必 须按照 安全、 经济的原则进行 ， 必要时可进行适当的设备改 造以提高混配工作的效果 。 在决定混配 比例后 ， 燃煤混配是否均匀的一个 重要 因素就是煤量的控制 。以上面提及 的胶带机系 统混配方式为例 ， 对 由斗轮机参与的双煤源混配运 行方式 ， 由于斗轮机煤量 的控制完全依靠 司机 自身 的作业经验及输煤程控人员根据胶带机总煤量数据 进行 的反馈和提醒 ， 所 以， 斗轮机的取煤量就具有不 确定性。对于这样的问题 ， 建议在斗轮机悬臂胶带 机上加装皮带秤 ， 如扬州二 电厂及一些新建大型 电 厂的斗轮机均装有皮带秤 ， 且使用效果 良好 。皮带 秤一般动态累积误差小于 0 ． 2 5 ％ ， 虽然使用环境 会对皮带秤的准确度有所影 响， 但在安装后很方便 斗轮机司机在作业过程 中随时了解设备的运转出力 而进行煤量的调整。这对于确保燃煤混配 比例 ， 乃 至整个输煤系统输送设备过负荷运行的预防及煤场 的“ 数字化管理 ” 都具有积极的促进作用。 同时， 对 于采用汽车运输方式 占到来煤一半及 以上 比例的火电厂而言 ， 建议在输煤系统设计时就 增加地下卸煤沟装置。原 因如下 按照 目前 国内的 燃煤采购形势来看 ， 燃煤在机组投产后的混配势在 必行。作为接卸汽车煤 的地下卸煤 沟， 一般均采用 变频调速的叶轮给煤机设置方式 ， 其调速效果 良好 ， 可实现精确 的混配 比例。虽 然土建一 次性投资较 大 ， 但地下卸煤沟一般可直接存煤 2 0 0 0 t 以上 ， 采取 新型的振动平煤篦 不需配备卸车机设备 配合 自 卸车贯通式卸车 ， 可实现来煤汽车的直接接卸 ， 维护 工作量小及费用少 ， 机组燃煤供应 可靠性得 以大幅 提高 。同时 ， 由于来煤汽车不用上至煤场 ， 一方面保 证了煤场 的平整 、 拉煤车辆在厂 内运输的畅通 ， 另一 方面 ， 由于斗轮机在 自己堆取料后的煤场上作业 ， 输 煤系统卸储煤设备包括斗轮机轮斗系统、 推煤机的 故障率及维护费用将大 幅减少 ， 煤场作业环境也将 彻底改观 。 下转第 4 5页 第2 期 薄尊军 电除尘器空载升压试验中短路和开路故障分析 4 5 4 除尘器电场 内部有未直 接连 接阴极 、 阳极 的金属导电体 ， 造成间距缩小 。 5 阴极 、 阳极框架高温气流摆动或受热变形 ， 造成间距缩小。 6 隔离开关 、 保温夹层 内高压 线对地距离小 于规定值。 7 阴极框架及支 吊部分与除尘器金属壳体距 离小于规定值 。 8 绝缘部件表面污染 ， 有金属异物或凝露 、 裂 纹 ， 造成漏电和绝缘不 良。 2 ． 3 故障现象 3 在电除尘器空载升压试验 中， ， ， 。 正常 ， ， 2 达 正常值 ， 达不到正常值 ， 除尘器 电场内部 、 保温夹 层和隔离开关柜内无声光放 电现象。 原因分析 此现象可能是环境因素影响的结果 ， 如雨 、 雪、 雾等天气影 响 ， 阴、 阳极之 间绝缘水平下 降 ， 具体有 以下 4个 因素 1 绝缘套管 、 瓷转轴 、 高压穿墙套管等凝露或 受潮爬 电。 2 保温夹层密封不 良， 内部积水严重 ， 沿阴极 吊挂严重爬电。 3 电场 内部有非金属异物 ， 如污染的塑料布 、 保温棉等。 4 潮湿天气造成电场 内绝缘水平降低。 2 ． 4 故障现象 4 在电除尘器空载升压试验中 ， 电压未升到正常 值 ， ， ， ， ， ， 2 同时突降 ， 表指针反 向摆动， 但隔离 开关 、 保温夹层及除尘器内部无声光放 电现象 ， 指针 回升到上次摆动位置， 周期性反向摆动。 原因分析 “ 假 闪” 可引起上述现象 ， “ 假 闪” 是 由高压控制柜内控制主板 电位器 的灵敏度引起的 ， 可通过调节 电位器灵敏度解决 。 3 开路 故障分析 3 ． 1 故障现象 1 在电除尘器 空载升 压试 验 中， 正 常 ， 较 大 ， ， 。 ， ， 2 几乎为零 。 原因分析 整流变压器高压侧有开路点 ， 具体体 1 阻尼 电阻烧断。 2 高压隔离开关断开。 3 整流变压器 内部高压引出线断裂。 4 从隔离开关至阴极的连线松动、 脱落或断线。 3 ． 2 故障现象 2 在电除尘器空载升压试验中， ， ， 正常 ， ， ， 2 低于正常值。 原因分析 1 高压 控制器 中关 于变压器 容量设 定不 正 确 ， 即设定 了低容量 的整流变压器型号 ， 造成整流变 压器容量不足。 2 变压器抽 头选择不正确 ， 选择 了较低 电压 分接头， 造成二次电压无法升高。 3 烟尘浓度过高 ， 粉尘离子增多 ， 形成很大的 空间电荷 ， 抑制 了电晕电流的产生 ， 尘粒无法获得足 够的电荷 ， 当烟尘浓度高到一定值时 ， 电晕电流接近 于零 ， 出现电晕封闭， 除尘效率剧降。 4 电晕线结灰未及时清除 ， 电晕线肥大 ， 严重 降低 电晕效果 ， 抑制电晕电流的形成 ， 恶化除尘器工 作状况。处理方法是适 当提 高二 次 电压 和振打力 量 ， 停车后及时清除积灰。 4 结束语 笔者通过对短路、 开路现象的分析， 认为产生的 故障原因种类繁多， 有的是设备本身制造和设计 的 原因 ， 有的是安装质 量原 因， 有 的是受 环境 因素影 响， 有的是杂物清理不彻底。总之 ， 空载升压试验应 在 良好天气条件下进行试验 ， 避免在雨天 、 大雪天 、 大雾天进行试验。升压试验前 ， 机务 安装 和电气安 装部分要经各级质检单位验收合格 ， 除尘器 电场 内 部、 保温夹层 内部清理完毕 ， 无杂物 ， 擦 干净所有绝 缘件 包括绝缘套管 、 瓷转轴 、 高压穿墙套管等 ， 投 用电加热器。采取上述措施可有效避免除尘器空载 升压 中出现各类短路和开路故障。 编辑 王 书平 作者简 介 薄尊军 1 9 7 5 一 ， 男 ， 山东利津人 ， 助理工程师， 从事电 现在以下 4个方面 气安装与检修方面的工作 E - m a i l b o z u n j u n 1 6 3 ． c o m 。 0‘ ‘ 。 ‘ ● ● ●0● ● ● ●0●0●0● ●0● ●0。0●0● 0●0● ●● ‘o●0●0●0●0● ● 。 ●0●0●0。0● ●0●o●0● ●‘0●0● 上接第 4 3页 5 结束 语 采用燃煤混配运行方式 ， 既可保证锅炉燃烧状 态的相对稳定 ， 又能拓宽采购渠道 ， 有效缓解供煤紧 张局势。因此， 在今后相当长的一段时间内， 混配煤 燃烧方式将在火电厂得到广泛应用。 参考文献 [ 1 ] 曹长武． 电力用煤采制化技术及其应用[ M] ． 北京 中国 电力 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] D L ／ T 5 1 8 7 --2 0 0 4， 火力发电厂运煤设计技术规程[ S ] 北京 中国电力出版社 ． 2 0 0 4 ． 编辑 白银雷 作者 简介 薛铁柱 1 9 7 4 一 ， 男， 陕西周至人， 助理工程师， 从事火 电厂输煤 、 脱硫工程及生产管理方面的工作 E ． ma i l x i a o t i a n 0 1 ． 0 9． 0 3 1 6 3 ． e o m。 胡林茂 1 9 6 8 一 ， 男 ， 陕西周至人 ， 助理工程师， 从事火 电厂输煤生产管理方面的工作。