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挖掘机组潜力，深度配煤掺烧模式研究

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：陈强

[导读] 摘要：火力发电厂是特殊的生产单位，煤炭是其主要的原材料。

        （山西大唐国际运城发电有限责任公司山西运城 044602）
        摘要：火力发电厂是特殊的生产单位，煤炭是其主要的原材料。在当前新形势下，掺烧低价煤的能力不仅直接体现整个发电厂生产经营能力，影响着发电负荷的出力及设备的损益性，而且燃煤成本还直接决定着着企业的经济效益。提高配煤掺烧管理水平，是火力发电厂降本增效的重要工作，不但要突出对入厂煤分堆堆放管理目标，还要提高配煤掺烧的实效，制定切实有效的配煤掺烧方案、措施，为发电厂的正常运营提供有力保障，使电厂效益不断得到提高。
        关键词：火电；入炉；配煤掺烧；煤场管理；措施
        研究背景及意义：由于煤价节节攀升，燃用设计煤种必然导致燃料成本升高，发电企业出现亏损。燃煤电厂遭遇煤价上涨、电煤供应不足、燃用煤质较差等一系列问题，如何在这种不利条件下提升公司盈利水平，成为目前各火电厂面临的一个重要课题。对火电厂而言，一般情况下，燃料支出约占其发电成本的60%左右，而由于近几年“计划电”和“市场煤”的存在，煤价节节攀升，发电成本中煤碳所占的成本直逼70%以上，火电企业出现了行业性的大面积亏损。自2015年开始，电力改革迅速推进，发电量包含市场电和基础电，为了抢抓市场，市场电的博弈也让火电企业付出了惨重的代价，更加加剧了火电企业的经营困难，因此，在外部环境不可预料的情况下，如何深挖内部潜力，降低发电成本，成为各火电企业能否维持正常运转的关键因素，针对不断上涨的燃煤价格，发电企业必须以低价购进劣质煤，通过合理的配煤掺烧手段，既要兼顾机组运行经济运行，又要降低标煤单价，使企业保持一定的盈利水平。因此加大劣质煤掺烧力度，如何保障机组安全稳定运行，从而提高企业盈利能力，增加企业竞争力是关键。
        现状分析：近年来全国煤炭市场迅速活跃，煤炭价格急速上升，如何进行科学合理的配煤掺烧，如何进行主动的掺烧劣质煤，保障入炉煤燃用的安全稳定，最大限度的降低燃料成本，使得公司取得可观的经济效益，解决入炉煤煤质与机组设计不匹配出现的磨煤机出力不足、稳燃能力变差、飞灰含碳升高等问题，变被动掺烧为主动掺烧劣质煤，积累丰富的配煤掺烧经验，成为了各燃煤电厂亟待完成的功课。
        研究内容：
        在保证机组安全稳定运行并满足机组调峰带负荷需求，以及各项环保指标达标的前提下，最大比例的掺烧经济煤种，以达到尽可能的降低燃料单位成本，保证公司经济收益最大化，以此为火电企业的配煤掺烧目标展开一系列的工作。
        一、火力发电厂应构建完善的配煤掺烧管理体系
        完善的配煤掺烧管理体系，是火力发电厂确保配煤掺烧管理工作取得成效的基础。首先，火力发电厂要成立配煤掺烧管理组织机构，制定科学合理的配煤掺烧目标，配煤掺烧目标的制定既要突出实际效果、突出管控重点，也要重视全面覆盖，使之能有效成为配煤掺烧管理体系构建的重要元素。为了保证配煤掺烧管理的全面性，需要将配煤掺烧管理体系涵盖到火力发电厂的所有管理层面，使火力发电厂能够在整体管控上贯彻落实配煤掺烧管理原则，保证配煤掺烧管理取得积极效果。从当前我国火力发电厂的生产运行来看，配煤掺烧管理目标的确定，是保证配煤掺烧质量得到有效实施的关键。因此，在配煤掺烧方案和目标的制定过程中，既要充分满足生产管理需要，又要保证配煤掺烧管理目标的合理性。
        健全、成熟的配煤掺烧管理机构，配煤掺烧管理机构既是推动配煤掺烧管理取得实效的关键，也是保证配煤掺烧管理工作得到有效开展的重要保障。在配煤掺烧管理机构的设置上，要根据完善配煤掺烧管理体系的要求，明确配煤掺烧管理机构的职责，落实配煤掺烧管理责任制，把配煤掺烧管理责任制贯穿到电厂生产运行的全过程，将配煤掺烧管理责任制与绩效考核相联系，建立配煤掺烧管理的分级绩效考核体系，使配煤掺烧工作切实而有保障。
        二、配煤掺烧低价煤的措施及逐步开展各项工作
        修编出台若干个相应运行安全风险防控措施。加大掺烧煤种的掺烧力度后燃煤热值下降为了防止锅炉增压引风机出力受限；为了防止硫分升高后锅炉水冷壁和炉内受热面会发生高温腐蚀；燃煤拉运和灰渣处理耗用汽车使用量大幅增加，为了防止无组织排放环保管控压力剧增，需要制定相对应的掺烧安全保证措施。机组运行期间加强炉膛出口各段烟温、受热面壁温及排烟温度的变化监督，防止发生管壁温度超限和环保数据超限；煤质发热量或挥发份偏低时，摸索周界风挡板调门开度；增减负荷时必须及时调整和控制风量，控制氧量在规定的范围内；加强磨煤机运行参数的监视，防止堵磨；制定高硫煤掺配保环保排放指标达标技术措施、飞灰含碳达标技术措施、输煤系统防止堵煤进行设备技改将原煤仓改为“虾米弯一体化防堵振动煤斗”防止断煤以及清堵措施等。
        制订包括市场采购、煤场堆放方案、负荷-煤质曲线、上煤方式、技术措施等详细的《深度配煤掺烧方案》以及目标明确、节点清晰的《深度配煤掺烧行动计划》；强化煤炭市场调研，积极开拓经济煤种煤源，不断优化煤源结构，编制《深度配煤掺烧煤源调查分析报告》，并按照“入炉煤煤质指标满足最低限值（入炉煤热值、硫分）要求，入厂综合标煤单价最低”的原则开展电煤采购工作；同步制定掺烧的安全、技术保证措施，如《单台斗轮机检修期间输煤运行方案》、《单路皮带运行方案》、《控制出口硫超标技术措施》、《控制NOx超标技术措施》、《锅炉燃烧劣质煤调整技术措施》、《防止锅炉超温控制措施》、《防止锅炉灭火、放炮控制措施》等，以健全的管理体系，确保机组安全稳定运行；积极开展热力试验，优化锅炉燃烧调整。为了机组高效运作还应展开系统全面的燃烧优化调整试验，优化内容较为精细的试验。在保证低排放的基础上充分挖掘锅炉节能降耗的潜力，减轻锅炉结焦、燃烧器烧损以及水冷壁高温腐蚀的现象，同时借机探索不同低热值煤种的最佳掺烧方式，为今后优化运行调整、节能减排提供“诊断”依据。针对锅炉日常运行中发现的问题和新增技改项目进行优化调整，包括锅炉习惯性工况摸底试验、制粉系统优化调整试验、燃烧优化调整试验等十余项。将测量并计算锅炉热效率、空预器漏风率等机组性能参数，通过燃烧优化调整试验建立可指导锅炉运行的最佳运行卡片，并对锅炉存在的问题提出可行性建议。在进行燃烧优化调整试验前，下发试验方案，制定每个工况下的配煤方案，安排利用夜间负荷低谷进行制粉系统消缺等工作，保障每日白班试验顺利进行。深入分析试验报告和整改意见，“诊断”制粉系统及燃烧系统存在的问题，明确在节能方面的潜力和努力方向等问题，为优化燃烧提供基础数据并尽快运用到操作实践中，全面实现机组运行安全与经济的最佳平衡，为提升机组性能指标提供强有力的支撑。
        针对掺烧后锅炉的运行情况，组织人员定期开展煤粉细度试验、磨煤机风速测量试验、空预器漏风试验等相关热力试验，依据试验结果及时进行优化调整，保证锅炉燃烧的经济性，充分利用西北所的技术优势，积极联系进行锅炉优化调整试验，提高锅炉在掺烧煤种工况下的经济性；加强设备治理，完成了原煤仓“虾米弯”改造、“四管”检测和磨损分析、受热面评估，提高设备可靠性；针对蓬煤、断煤、煤质劣化等，强化运行人员专项培训及组织事故演练，提升运行人员调整水平和应对突发情况的处置能力，防止发生锅炉灭火放炮、制粉系统爆炸和粉尘系统爆炸等事故发生；提高和创新燃料煤场管理由于煤炭等燃料所占的空间较大，不容易管理，这对燃料的质量和使用效果也会产生一定的影响。提高和创新燃料煤场的管理水平和管理能力，是燃料管理的客观要求。所有入厂煤要按矿点分开存放，按照不同的煤种进行合理掺烧，这样才能最大限度地满足火电厂的运营需求。在具体掺配工作中，针对企业配煤掺烧面临的煤场储煤能力不足，配煤空间紧缺的实际，各相关部门分工协作，密切配合，做好煤场精细化管理，全面规划煤场存储和倒烧置换方案，坚持烧旧存新，根据不同煤源煤种、不同季节时段，及时调整配烧比例、方式，保证了燃煤“采购、接卸、堆放、掺配、燃烧”各环节顺畅。在原有燃料分类的基础上，结合实际煤源结构对煤场合理规划，将各矿点煤源按照热值、挥发份、硫份等进行分类，并根据机组运行方式和负荷情况，提出了配煤掺烧煤质及煤量标准。燃煤的储存与掺配是相辅相成的，储存管理是掺配的前提，燃煤的掺配是锅炉稳定燃烧的重要保证，加强燃煤管理提高燃煤掺配水平，能够明显提升一个企业的经济效益。
        三、配煤掺烧解决燃料供应及输送问题
        运城电厂针对原煤仓蓬煤已对两台机组2、3、4号仓分别进行“虾米弯”了改造，改造后效果明显，雨天时断煤明显好转；对输煤系统改进落煤管清理粘煤难问题，增加清煤孔；对翻车机煤沟叶给进行改进，解决煤沟易堵塞问题；库存方面，燃料库存作为火电企业保障安全生产、抵御供应风险、平抑市场煤价和开展配煤掺烧的基础。运城发电紧紧围绕保库存这一核心任务，全力以赴开展电煤调运。一是严格按照集团公司库存管控要求开展采购工作，扩展晋陕两地新煤源，采购煤泥作为掺烧煤种，降低标煤单价。二是首次开创了陕西区域火车主烧煤的衔接量。
        四、配煤掺烧中解决的主要问题和短板
        （一）煤种多，挥发分低的煤造成脱硝入口NOx偏大，喷氨量大、造成空预器堵塞，烟道阻力大，造成高负荷时引风机出力受阻，负荷受限。
        解决：进行了空预器硫酸氢铵热解试验，试验后空预器压差降低约200pa。加强空预器水冲洗。
        对脱硝进行优化调整，合理控制喷氨量。
        （二）煤质热值严重低于设计值，ACE模式，负荷变化速度快，容易造成受热面超温及脱硝入口氮氧化物值大幅波动易造成出口氮氧化物瞬时值超标。
        解决：进行“四管”检测和磨损分析、受热面评估，提高设备可靠性，加强运行参数调整，防止受热面超温。
        （三）煤质流动性差、杂物多，容易造成蓬煤、堵煤现象，输煤系统输送困难，原煤仓断煤。

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        解决：针对蓬煤、断煤、煤质劣化等，组织运行岗位进行了专项培训，降低掺烧作业风险；落煤管开清煤孔试验并增加平台，方便清煤人员安全快速清堵。
        （四）入炉煤热值低、挥发份低，容易造成锅炉灭火放炮。
        解决：合理进行入炉煤掺配，根据负荷情况制定配煤方案，制定锅炉防止灭火放炮措施，做好锅炉灭火事故预想。充分利用西北所的技术优势，积极联系进行锅炉优化调整试验，提高锅炉在掺烧煤种工况下的经济性。
        （五）飞灰含碳超设计值。
        解决：开展了煤粉细度、磨煤机风速、空预器漏风等热力实验，优化锅炉燃烧调整，降低了飞灰含碳超标。
        （六）脱硫系统达不到设计值，易造成瞬时超标。
        解决：利用停机对脱硫系统吸收塔缺陷进行处理，总结查找影响脱硫系统达不到设计值的原因。提高脱硫系统设备可靠性；保证石灰石及脱硫药品的贮存量；配煤掺烧硫分应较稳定，保证入口二氧化硫波动小，加强脱硫废水的排放，保证浆液指标在合格范围。
        五、遇到的关键问题逐步攻破
        （一）软件硬件方面
        1.没有“燃料三大项目”相关设备、软件，难以建立配煤掺烧数学模型，入厂入炉煤煤质全部依靠人为记录，存在配煤掺烧的不精确性，易导致入炉煤热值、硫分等指标波动大。
        2.煤场未进行封闭，雨季时煤场湿粘严重，流动性极差，给机组正常运行造成困难，输煤系统落煤筒堵煤、粘煤严重，滚轴筛频繁过载、清堵，造成上煤困难，上煤时间长，尤其是雨季煤仓煤位较难维持，原煤仓断煤频繁，影响机组安全运行。
        对策
        1.继续开展配煤掺烧试验，根据机组负荷制定更加详细的配煤掺烧方案。继续加强煤场接卸管理，优化煤场分堆堆放方案，对煤泥进行晾晒，下雨时停止接卸煤泥。
        2.继续加强设备治理，提高设备可靠性。利用机组大、小修，定期开展设备检修维护，掺烧高灰份的劣质煤时，还要缩短锅炉“四管”检查周期，提高设备可靠性。针对深度掺烧过程中存在的设备制约因素和影响能耗指标的问题，安排试验和技改资金，积极开展技术攻关，提高设备深度掺烧能力。
        3.继续加强运行人员专项培训，提升运行人员调整水平和应对突发情况的处置能力。严格执行《中国大唐集团公司防止电力生产事故的二十五项重点要求》，重点防止锅炉灭火放炮、制粉系统爆炸和粉尘系统爆炸等事故的发生。
        4.继续加强运行调整，最大限度的挖掘掺烧潜力。加强与电网调度部门沟通，提前掌握调度负荷曲线，合理安排上煤方式，提前做好各负荷时段的掺烧准备。在确保安全、环保（不超过排放限值的80%）的前提下，加强对煤粉细度、灰渣含碳量、结渣结焦特性的化验分析，加强运行实时调整，提高燃烧经济性，同时最大限度的发挥环保设备出力，最大限度的掺烧经济煤种，确保综合标单最低。
        5.对原煤仓继续改造达到两台炉2、3、4号原煤仓为“虾米弯”曲线型，保证下层制粉系统不蓬煤。利用停机期间对输煤系统落煤管进行检查，对脱落的内衬进行彻底清理，在粘煤严重区域增加振打器。
        （二）采购方面
        1.运城发电公司2017年深度配煤掺烧标单降价贡献值的年度目标值为62.68元/吨。1-10月份标单降价贡献值完成35.95元/吨，完成年度目标值的57.35%，标单降价贡献值得完成值低于目标值的60%。主要由于运城发电入炉煤热值低限（4250千卡/千克）值较高，但受集团公司《燃料采购价格预警管控机制》要求，某些高热值主烧电煤因价格“越线”无法采购，且长运距调运客观存在的高比例运输标单严重制约经济煤种的价格优势，综合因素导致主掺烧煤种标单差异受限，因此掺烧比例及标单降价贡献值均未完成年度目标，且导致标单降价贡献值与掺烧比例不匹配的情况。
        2.风陵渡黄河大桥限行限载将增加陕西区域公路来煤运费成本，或一定程度影响运城发电主烧煤种稳定供应
        自2018年1月1日起，风陵渡黄河大桥将开展为期3-5年的维修加固工程，期间对通行车辆实行限重30吨管制，陕西区域进入风陵渡地区的运煤车辆将无法通行，而陕西区域（以陕煤集团为主）为运城发电主烧煤种的主采购区域，黄河大桥一旦限行，将造成主烧煤种拉运紧张，若在黄河对岸的秦东进行中转倒运，预计增加含税运费10-15元/吨，按照年度调运120万吨左右陕西区域公路煤初步测算，约增加燃料成本1200-1800万元，拉动平均标单升高9-13元/吨左右。如中转倒运无法实现，则陕西区域公路来煤必须绕道洽阳经黄河浮桥进入山西，若黄河凌汛浮桥拆除或汛期浮桥限行，则运城发电主烧煤源面临断供风险。
        对策
        1.积极开展深度配煤掺烧，最大程度降低燃料成本
        一是继续强化煤炭市场调研，积极搜寻更为经济煤种；二是提高环保设备利用率，深挖环保排放潜力，持续降低入炉煤质；三是“压线”采购，力争掺烧比例最大化。采购前精细测算，确保满足机组安全环保运行前提下，力争煤泥及高硫份、低热值等经济煤种采购比例最大化。
        在2018年采购成本管控工作中，强化煤价对标工作，向区域内标杆企业看齐，继续自我加压，积极采取针对性措施，力争降控煤价工作取得更进一步突破。一是在满足机组安全环保运行前提下，以运距、煤质为突破口，通过热值、硫分“压线”采购，加大短运距范围内电煤采购比例等措施进一步优化煤源结构，确保综合成本最低。二是积极寻求、拓展新供应商，不断扩充公司各煤种煤源供应商，实现“多模式”掺烧，降低部分煤种对个别供应单位的“依赖性”，增强公司的整体价格管控能力，根据市场形势灵活竞价采购频次，采取“竞谈”结合方式，实现市场煤价真正“探底”；三是综合依据对市场煤炭供需情况、价格走势、铁路运力、整治事件、气候变化及公司实际需求、机组检修等综合因素的研判、分析，做好电煤采购节奏的把控，充分利用备用煤场，通过错峰采购，实现燃料成本的降低。
        2.加强环保限制政策研究，争取理解支持。加强与当地政府、环保部门沟通，切实了解环保政策执行依据和标准，在达标排放的前提下，力争取得理解，放宽入厂煤采购范围。
        实践成效：掺烧煤泥量增加，掺烧过程未发生因原煤仓断煤而导致的机组不安全事件；入炉煤热值较机组设计煤种热值降低了600kcal/kg，全年环保污染物NOx，二氧化硫、粉尘均达标排放；加强煤场管理，细化分堆堆放.。
        六、配煤掺烧几项重点工作
        （一）煤种选择及其特性：发电厂应根据煤价、煤质、设计参数、锅炉和煤场掺混条件确定掺配煤种和不同煤种的掺配比例，原则上不掺烧煤质相差悬殊的煤种，如无烟煤和烟煤、褐煤，贫煤和褐煤的混合煤。
        （二）运行管理：应通过现场试烧确定最佳掺烧方案；将混烧高灰分或挥发分相差较大的煤合理掺烧；根据入炉煤特性及时进行燃烧调整；掺烧高硫煤、低挥发分或者低灰熔点煤时，应并进行必要的测试和调整；发现问题，及时沟通反馈，以便进一步优化配煤方案和改进调整措施。
        （三）煤场管理：燃料采购人员应掌握锅炉燃烧设备的性能及输煤系统对煤质流动性的兼容程度，熟悉锅炉对煤质的要求；加强煤场管理，坚持烧旧存新、定期置换的原则。从储煤场取煤按先堆先取、烧旧存新的原则进行。定期对煤场高挥发分煤种进行翻烧，做到清场彻底，不留底脚及边角陈煤。坚持分煤种分区域堆放原则，存放时，根据煤质的不同特性，考虑便于掺配煤，以此来对存放煤种在制定区域分类合理的堆放，并在煤场示意图标注清楚煤种、堆放时间、发热量、硫分、挥发分等信息；坚持分层碾压原则，在正常的堆煤过程中，要做到分层堆煤，分层压实；坚持煤堆定期测温，正常情况下，煤场管理员每天对煤场进行一次全面的测温工作，在气温较高的季节，增加测温频次，做好记录，对于温度超过预警值的及时处置；同时做到加强到厂与入炉煤质监督，建立完善的煤场管理及配煤掺烧工作常态，并认真执行。
        （四）经济性核算：进行掺烧煤的经济性核算，及时根据燃料采购成本，结合机组运行经济指标，及时调整修整配煤掺烧方案，提高企业效益。
        （五）为了降低配煤掺烧技术风险，应逐步积累切合本公司实际的配煤掺烧经验理论，方便配煤掺烧和锅炉运行之间的有效沟通。
        结论：电厂配煤掺烧工作最终应达到如下目标，建立配煤掺烧数学模型，确定燃料成本与热值的关系，通过非线性规划计算，最终确定单位燃料成本最低时对应的最佳热值范围，从而制定采购策略及制定相应的配煤掺烧方案。根据机组负荷燃用最佳煤质热值和煤炭市场情况、月度电量计划，通过线性规划求出满足所有约束条件下最低采购成本的燃煤最优组合采购方案，用来指导燃料管理部进行入厂煤的采购环节；配煤掺烧方面保证入炉煤煤质指标中的热值、硫分达到机组带负荷燃烧需求且波动幅度小，通过调整不同煤种的掺烧比例，保持入炉煤最佳热值，使得机组综合效益达到最佳状态。