论文部分内容阅读
前言：面对煤炭价格复杂多变的情况，燃煤电厂多采用掺烧褐煤降低发电成本。褐煤标煤单价远低于烟煤标煤单价，但因褐煤发热量低，水份高，传统的中速制粉系统很难适应低质褐煤掺烧，本文通过介绍利用低热值煤气加热一次风，提高磨煤机干燥出力，进而增大褐煤掺烧量等经济性分析，拓宽加大褐煤掺烧思路，为燃煤电厂降低燃料成本提供可借鉴的技术路线。
关键词：低热值煤气；提高；褐煤掺烧；经济性分析
1.提高褐煤掺烧的技术路线
1.1提高磨煤机入口风量；
对中速磨煤机可通过增加磨煤机入口通风量来提高磨煤机出力，但制粉系统长期在高风速条件运行磨损速度会急剧升高，采用提高磨煤机入口一次风温方案提高磨煤机干燥出力，可有效降低磨煤机磨损量。
1.2增加空预器换热元件面积或改变预热器旋转方向提高一次风温；
采用改变空预器结构或旋转方向来提高一次风温，此方案提高一次风温量非常有限（最大可提高约20℃），同时会引起锅炉排烟温度升高等不利因素。
1.3抽取锅炉高温烟气加热一次风；
采用抽取锅炉高温烟气加热一次风，此方案需选用高于300℃的风机，目前此种风机存在运行安全稳定性较差、投资及维护工作量大的问题。
1.4选用外界引入热源加热一次风。以下是几种方案对比情况：
针对采用不同种类燃料将300t/h热风风量从310℃加热到380℃的燃料费用计算分析如下表所示：
由上表可知采用低热值煤气加热热风燃料费用最低。
2.掺烧褐煤时，锅炉、制粉系统、脱硫、风机及经济性计算概述
掺烧褐煤会导致锅炉效率下降，烟气量增加，一次风率增加，引风机电耗增加；采用煤气加热提高一次风温度后，磨煤机出力、磨煤机出口温度与一次风量等均会发生变化，使磨煤机电耗、一次风机與送风机电耗发生变化；掺烧褐煤使入炉硫分增大、烟气脱硫费用增加。通过采用锅炉热力计算、磨煤机校核热力计算、风机电耗计算、脱硫装置运行费用计算、全厂热经济指标计算等方法论证掺烧褐煤后对机组经济行的影响。
3. 掺烧褐煤时，制粉系统校核计算分析
经计算，为了达到磨制高水份煤的要求，磨制褐煤的磨煤机在风量64.5t/h的条件下，进口风温应提高到380℃，可达到30t/h干燥出力要求。
4.低热值煤气加热一次风技术参数计算分析
因烟煤磨和褐煤磨对进口热风温度的要求不同，磨制烟煤磨煤机要求较低的热风温度，而磨制褐煤磨煤机要求较高的热风温度。
所以，选择以下两级煤气加热方案。
先在一次风总管中燃烧一部分煤气将热风温度加热到烟煤磨所需温度340℃，
然后在褐煤磨煤机进口支风道中将热风温度再加热到褐煤磨所需的380℃。
根据计算结果提出三套掺烧褐煤的技术方案：
方案一：1台磨煤机磨制褐煤方案。通过提高褐煤磨的进口热风温度，使其出力提高到30t/h，增加褐煤掺烧量5t/h，并同时降低磨煤机通风量。
方案二：2台磨煤机磨制褐煤方案。在原有一台磨褐煤磨制1×25t/h的基础上，通过提高一次热风温度，增加一台磨煤机磨制褐煤，褐煤掺烧量增加35t/h，褐煤总掺烧量是60t/h。
方案三：3台磨煤机磨制褐煤方案。通过提高一次热风温度，褐煤掺烧量增加65t/h，总掺烧褐煤量为90t/h。但仅适合在机组较低负荷运行。
下表为不同掺混比例下的褐煤掺烧比例计算结果（满足厂家要求该型号磨煤机磨烟煤出力40～42t/h）。
由上表可见：
（1）按方案一，褐煤的掺烧比例（质量）为18%，比原有工况提高 了3%。此时烟煤磨的单台出力为34.99t/h，风量60t/h，不需要提高热风温度。此时将褐煤磨的热风温度升高至380℃即可带机组满负荷。
（2）按方案二，褐煤的掺烧比例（质量）为33%，比原有工况提高了18%。此时烟煤磨的单台出力为41.45t/h，风量60t/h，热风温度340℃。如果在煤气加热一次风条件下，将烟煤磨的出力提高到40～42t/h，则可在方案一下带机组额定负荷。
（3）按方案三，褐煤的掺烧比例（质量）为52%，比原有工况提高37%。此时烟煤磨的单台出力为42t/h，风量60t/h，热风温度应为344℃；褐煤磨单台出力30t/h，已经达到电厂要求的磨煤机出力上限。但是此时的机组负荷较低，为DCS现工况的87%。即，在三台磨煤机磨制褐煤时，机组负荷为261MW。
5.掺烧褐煤的经济性计算分析
低热值煤气加热一次提高磨煤机干燥出力项目实施后综合经济性数据如下表所示：
本表注释：
a）在现在单磨掺烧25t/h褐煤的情况下，节省燃料成本1084.91元/h其经济效益是596.8元/h，按照每年7900小时运行时间计算，全年节省385.61万元。
b）方案一：现有共掺烧褐煤30t/h，节省燃料成本1301.89元/h；经济效益：586.52元/h，按每年7900小时运行时间计算，全年节省463.35万元。比单磨掺烧现状增加98.41元/h，每年多77.74万元。
c）方案二：共掺烧褐煤60t/h，节省燃料成本2603.78元/h；经济效益：925.76元/h，按每年7900小时运行时间计算，全年节省731.35万元。比当前单磨掺烧褐煤增加437.65元/h，每年多345.74万元。
d）方案三：共掺烧褐煤90t/h。节省燃料成本3905.67元/h；经济效益：1597.61元/h，比单磨掺烧现状增加1109.5元/h；由于该方案仅适合于在锅炉较低负荷时实施，且由于褐煤掺烧比例加大，锅炉机组负荷响应速率与变化率明显下降，无法满足电网对机组AGC的要求，因此，全年经济效益尚无法可靠估计。 e）如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至60.5元，即燃用1吨褐煤节省燃料费用由43.4元/t减少至23.9元；每1千kcal热量折算，烟煤与褐煤的价差由0.0157元减少至0.0086元，则表5.5中当前单磨掺烧褐煤的综合经济效益为零；
f）如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至60.4元，方案一的综合经济效益为零；如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至70.9元，方案二的综合经济效益为零；如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至65元，方案三的综合经济效益为零。
6. 热效率试验数据及计算分析
6.1试验结论及建议
1）完全燃用烟煤（未投入低热值煤气）工况下，锅炉实测效率92.37%，修正后锅炉效率92.49%；3号磨煤机燃用褐煤（未投入低热值煤气）工况下，锅炉实测效率92.17%，修正后锅炉效率92.29%，锅炉效率下降0.2%，厂用电率升高0.23%，供电煤耗增加1.482g/kWh。投入低热值煤气3、4号磨煤机燃用褐煤工况下，锅炉实测效率92.10%，修正后锅炉效率92.21%，锅炉效率下降0.28%，厂用电率升高0.31%，供电煤耗增加2.034g/kWh。
2）投入低热值煤气、掺烧褐煤工况下，锅炉侧设备耗电率及污染物排放浓度稍高于不掺烧褐煤工况。
6.2经济性分析
由上表可以看出：
1）单台磨煤机掺烧褐煤，在不投运低热值煤气情况下，就目前褐煤与烟煤标煤单价差为84元/t（烟煤标煤单价469元/t，褐煤标煤单价385元/t），单台磨煤机最大掺烧量28t/h，年经济效益约502万元。当褐煤与烟煤标煤单价差小于22元T时，掺烧褐煤将没有经济效益；
2）两台磨煤机掺烧褐煤，在投运低热值煤气情况下，就目前褐煤与烟煤差价为84元/t，两台磨煤机最大掺烧量66t/h，褐煤掺烧率由16.5%提高到38.8%，年经济效益约1339万元，与不投运低热值煤气掺烧褐煤相比，效益为837万元/年。当褐煤与烟煤标煤单价差14元/t时，掺烧褐煤将没有经济效益。
3）试验过程中低热值煤气每小时用煤量约300kg，低热值煤气运行稳定，低热值煤气成本基本与设计一致
7.结语
本文介绍利用低热值煤气加热一次风，提高磨煤机干燥出力，进而增大褐煤掺烧量经济性分析，通过利用低热值煤气加热一次风提高磨煤干燥出力項目实施后的试验分析，各项目指标基本与经济性分析保持一致，试验结果表明掺烧褐煤后对锅炉效率影响比设计值小，因此，实际褐煤掺烧后产生的经济效益更高，更加体现本项目在加大掺烧高水分劣质煤方面的优越性。对燃用高水分劣质煤电站锅炉可根据实际情况，实施利用低热值煤气加热一次风提高磨煤机干燥出力改造，可与提高一次风量配合使用，效果更佳，同时对于新建燃用劣质高水分煤电厂具有重要的参考意义。
参考文献：
[1]王乃华. 锅炉设备与运行[M].中国电力出版社，2008.
[2]容銮恩. 电站锅炉原理[M].中国电力出版社，2006.
[3]周茂德. 锅炉级辅助设备[M].中国电力出版社，2005.
[4]吕广庶.工程材料及成型技术基础[M].高等教育出版社，2001.
[5]张晓梅. 燃煤锅炉机组[M].中国电力出版社，2006.
[6]田瑞. 能源与动力工程概论[M].中国电力出版社，2008.
[7]季鹏伟. 发电厂动力部分[M].中国电力出版社，2008.
关键词：低热值煤气；提高；褐煤掺烧；经济性分析
1.提高褐煤掺烧的技术路线
1.1提高磨煤机入口风量；
对中速磨煤机可通过增加磨煤机入口通风量来提高磨煤机出力，但制粉系统长期在高风速条件运行磨损速度会急剧升高，采用提高磨煤机入口一次风温方案提高磨煤机干燥出力，可有效降低磨煤机磨损量。
1.2增加空预器换热元件面积或改变预热器旋转方向提高一次风温；
采用改变空预器结构或旋转方向来提高一次风温，此方案提高一次风温量非常有限（最大可提高约20℃），同时会引起锅炉排烟温度升高等不利因素。
1.3抽取锅炉高温烟气加热一次风；
采用抽取锅炉高温烟气加热一次风，此方案需选用高于300℃的风机，目前此种风机存在运行安全稳定性较差、投资及维护工作量大的问题。
1.4选用外界引入热源加热一次风。以下是几种方案对比情况：
针对采用不同种类燃料将300t/h热风风量从310℃加热到380℃的燃料费用计算分析如下表所示：
由上表可知采用低热值煤气加热热风燃料费用最低。
2.掺烧褐煤时，锅炉、制粉系统、脱硫、风机及经济性计算概述
掺烧褐煤会导致锅炉效率下降，烟气量增加，一次风率增加，引风机电耗增加；采用煤气加热提高一次风温度后，磨煤机出力、磨煤机出口温度与一次风量等均会发生变化，使磨煤机电耗、一次风机與送风机电耗发生变化；掺烧褐煤使入炉硫分增大、烟气脱硫费用增加。通过采用锅炉热力计算、磨煤机校核热力计算、风机电耗计算、脱硫装置运行费用计算、全厂热经济指标计算等方法论证掺烧褐煤后对机组经济行的影响。
3. 掺烧褐煤时，制粉系统校核计算分析
经计算，为了达到磨制高水份煤的要求，磨制褐煤的磨煤机在风量64.5t/h的条件下，进口风温应提高到380℃，可达到30t/h干燥出力要求。
4.低热值煤气加热一次风技术参数计算分析
因烟煤磨和褐煤磨对进口热风温度的要求不同，磨制烟煤磨煤机要求较低的热风温度，而磨制褐煤磨煤机要求较高的热风温度。
所以，选择以下两级煤气加热方案。
先在一次风总管中燃烧一部分煤气将热风温度加热到烟煤磨所需温度340℃，
然后在褐煤磨煤机进口支风道中将热风温度再加热到褐煤磨所需的380℃。
根据计算结果提出三套掺烧褐煤的技术方案：
方案一：1台磨煤机磨制褐煤方案。通过提高褐煤磨的进口热风温度，使其出力提高到30t/h，增加褐煤掺烧量5t/h，并同时降低磨煤机通风量。
方案二：2台磨煤机磨制褐煤方案。在原有一台磨褐煤磨制1×25t/h的基础上，通过提高一次热风温度，增加一台磨煤机磨制褐煤，褐煤掺烧量增加35t/h，褐煤总掺烧量是60t/h。
方案三：3台磨煤机磨制褐煤方案。通过提高一次热风温度，褐煤掺烧量增加65t/h，总掺烧褐煤量为90t/h。但仅适合在机组较低负荷运行。
下表为不同掺混比例下的褐煤掺烧比例计算结果（满足厂家要求该型号磨煤机磨烟煤出力40～42t/h）。
由上表可见：
（1）按方案一，褐煤的掺烧比例（质量）为18%，比原有工况提高 了3%。此时烟煤磨的单台出力为34.99t/h，风量60t/h，不需要提高热风温度。此时将褐煤磨的热风温度升高至380℃即可带机组满负荷。
（2）按方案二，褐煤的掺烧比例（质量）为33%，比原有工况提高了18%。此时烟煤磨的单台出力为41.45t/h，风量60t/h，热风温度340℃。如果在煤气加热一次风条件下，将烟煤磨的出力提高到40～42t/h，则可在方案一下带机组额定负荷。
（3）按方案三，褐煤的掺烧比例（质量）为52%，比原有工况提高37%。此时烟煤磨的单台出力为42t/h，风量60t/h，热风温度应为344℃；褐煤磨单台出力30t/h，已经达到电厂要求的磨煤机出力上限。但是此时的机组负荷较低，为DCS现工况的87%。即，在三台磨煤机磨制褐煤时，机组负荷为261MW。
5.掺烧褐煤的经济性计算分析
低热值煤气加热一次提高磨煤机干燥出力项目实施后综合经济性数据如下表所示：
本表注释：
a）在现在单磨掺烧25t/h褐煤的情况下，节省燃料成本1084.91元/h其经济效益是596.8元/h，按照每年7900小时运行时间计算，全年节省385.61万元。
b）方案一：现有共掺烧褐煤30t/h，节省燃料成本1301.89元/h；经济效益：586.52元/h，按每年7900小时运行时间计算，全年节省463.35万元。比单磨掺烧现状增加98.41元/h，每年多77.74万元。
c）方案二：共掺烧褐煤60t/h，节省燃料成本2603.78元/h；经济效益：925.76元/h，按每年7900小时运行时间计算，全年节省731.35万元。比当前单磨掺烧褐煤增加437.65元/h，每年多345.74万元。
d）方案三：共掺烧褐煤90t/h。节省燃料成本3905.67元/h；经济效益：1597.61元/h，比单磨掺烧现状增加1109.5元/h；由于该方案仅适合于在锅炉较低负荷时实施，且由于褐煤掺烧比例加大，锅炉机组负荷响应速率与变化率明显下降，无法满足电网对机组AGC的要求，因此，全年经济效益尚无法可靠估计。 e）如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至60.5元，即燃用1吨褐煤节省燃料费用由43.4元/t减少至23.9元；每1千kcal热量折算，烟煤与褐煤的价差由0.0157元减少至0.0086元，则表5.5中当前单磨掺烧褐煤的综合经济效益为零；
f）如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至60.4元，方案一的综合经济效益为零；如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至70.9元，方案二的综合经济效益为零；如果褐煤与烟煤的标煤吨价由110元减少至65元，方案三的综合经济效益为零。
6. 热效率试验数据及计算分析
6.1试验结论及建议
1）完全燃用烟煤（未投入低热值煤气）工况下，锅炉实测效率92.37%，修正后锅炉效率92.49%；3号磨煤机燃用褐煤（未投入低热值煤气）工况下，锅炉实测效率92.17%，修正后锅炉效率92.29%，锅炉效率下降0.2%，厂用电率升高0.23%，供电煤耗增加1.482g/kWh。投入低热值煤气3、4号磨煤机燃用褐煤工况下，锅炉实测效率92.10%，修正后锅炉效率92.21%，锅炉效率下降0.28%，厂用电率升高0.31%，供电煤耗增加2.034g/kWh。
2）投入低热值煤气、掺烧褐煤工况下，锅炉侧设备耗电率及污染物排放浓度稍高于不掺烧褐煤工况。
6.2经济性分析
由上表可以看出：
1）单台磨煤机掺烧褐煤，在不投运低热值煤气情况下，就目前褐煤与烟煤标煤单价差为84元/t（烟煤标煤单价469元/t，褐煤标煤单价385元/t），单台磨煤机最大掺烧量28t/h，年经济效益约502万元。当褐煤与烟煤标煤单价差小于22元T时，掺烧褐煤将没有经济效益；
2）两台磨煤机掺烧褐煤，在投运低热值煤气情况下，就目前褐煤与烟煤差价为84元/t，两台磨煤机最大掺烧量66t/h，褐煤掺烧率由16.5%提高到38.8%，年经济效益约1339万元，与不投运低热值煤气掺烧褐煤相比，效益为837万元/年。当褐煤与烟煤标煤单价差14元/t时，掺烧褐煤将没有经济效益。
3）试验过程中低热值煤气每小时用煤量约300kg，低热值煤气运行稳定，低热值煤气成本基本与设计一致
7.结语
本文介绍利用低热值煤气加热一次风，提高磨煤机干燥出力，进而增大褐煤掺烧量经济性分析，通过利用低热值煤气加热一次风提高磨煤干燥出力項目实施后的试验分析，各项目指标基本与经济性分析保持一致，试验结果表明掺烧褐煤后对锅炉效率影响比设计值小，因此，实际褐煤掺烧后产生的经济效益更高，更加体现本项目在加大掺烧高水分劣质煤方面的优越性。对燃用高水分劣质煤电站锅炉可根据实际情况，实施利用低热值煤气加热一次风提高磨煤机干燥出力改造，可与提高一次风量配合使用，效果更佳，同时对于新建燃用劣质高水分煤电厂具有重要的参考意义。
参考文献：
[1]王乃华. 锅炉设备与运行[M].中国电力出版社，2008.
[2]容銮恩. 电站锅炉原理[M].中国电力出版社，2006.
[3]周茂德. 锅炉级辅助设备[M].中国电力出版社，2005.
[4]吕广庶.工程材料及成型技术基础[M].高等教育出版社，2001.
[5]张晓梅. 燃煤锅炉机组[M].中国电力出版社，2006.
[6]田瑞. 能源与动力工程概论[M].中国电力出版社，2008.
[7]季鹏伟. 发电厂动力部分[M].中国电力出版社，2008.