原煤仓分仓技术在机组深度调峰中的应用

2023-11-21 10:13:29 科威

原煤仓分仓技术在机组深度调峰中的应用

近日，由我司设计、施工的国电投某电厂原煤仓配煤掺烧改造项目已经圆满完成并正式投入运行。截至目前，我司已成功完成了多家电厂原煤仓的分仓改造项目，并取得了显著的效果。

这些成功案例表明，电厂原煤仓配煤掺烧改造技术的应用，不仅能够为电厂降低成本，提高收益，还能增强电厂的竞争力和可持续发展能力。

受煤炭资源供应日益紧缺、煤炭市场运力不足、煤炭价格波动等诸多因素影响，我国大部分燃煤发电企业均采取燃用混煤替代设计煤种的措施来提高机组运行经济性。配煤掺烧就是在火电厂锅炉燃煤的过程中，根据一定的配合比将不同种类不同性质的煤种掺配混合完成发电。通过优化配煤，不仅可以降低飞灰含碳量，改善锅炉结渣状况，还能降低污染物排放量，节约燃煤成本，最大程度上减轻火电厂经济损耗。

国内外针对混煤掺烧技术已开展了多年研究，取得了丰富的成果。目前，国内燃煤发电机组主要采用“炉前掺配、炉内混烧”和“分磨制粉、炉内混烧”两种方式开展混煤掺烧。炉前配煤主要包含煤场配煤、锅炉输煤皮带配煤等；炉内掺烧是通过将不同种类的煤质投入磨煤机中，根据调整磨煤机出力，实现掺烧。

1. 煤场配煤

储煤场会根据煤质将不同质量的煤种分别放置，如优质煤、一般煤、劣质煤、极差煤等。为了实现配煤掺烧，储煤场存煤可采用纵堆横取或横堆纵取方式，基于储煤场实际情况，合理设置不同煤种堆放场地的长度、高度、宽度，在此基础上借助堆煤机，进行纵向堆煤或横向堆煤，取煤过程则是横向取煤或纵向取煤，如此可以在取煤过程中实现混掺。煤场配煤有助于燃料的综合调度，但是占地面积大，成本过高且缺乏灵活性和实时性，无法针对锅炉需求及时调整煤炭比例。

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2. 输煤皮带配煤

利用双线缝隙式煤槽、输煤皮带、变频叶轮给煤机等进行煤的混掺。双线缝隙式煤槽甲乙两侧分别放置不同的煤种，在进行煤推送的过程中，根据标准的煤质数据及锅炉烧煤要求，启动变频叶轮给煤机，调整好设定值，在皮带上进行甲乙两侧煤的混掺，进而通过皮带传送到锅炉进行掺煤燃烧。该方式配煤均匀性较差，其混煤比例不易精确控制，而不均匀混煤可能会影响到锅炉的安全、经济运行。

3. 分磨制粉，炉内掺烧

将不同种类的原煤送入不同的磨煤机内磨制煤粉，然后通过不同层的燃烧器进入炉膛掺烧。这种掺烧方式适用于混煤手段和混煤设备少的电厂，尤其适用于可磨性差异大的煤种。不同种类煤粉的细度可以完全由不同的磨煤机控制，可以根据煤质和燃烧特性来选择送入不同层的燃烧器以及不同的配风方式，例如将不易结渣的煤送入高热负荷区域的燃烧器，有效降低炉膛燃烧器区域的结渣倾向。这种掺混方式克服了混煤燃尽特性趋近于难燃尽煤种的缺点，并且避免了炉前掺混不均匀所带来的燃烧稳定性问题。

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受煤场条件限制，“分磨制粉、炉内混烧”成为燃煤电站锅炉混煤掺烧的主要方式，该方式具有占地空间小、操作方便的优点，但影响机组运行的灵活性。

当机组设计煤质为高热值烟煤时，若掺烧一定比例的低热值煤种，则满负荷运行时，磨煤机出力增高。当超过磨煤机最大出力时，出现影响机组带负荷的现象。另外，掺烧低热值煤还影响机组升负荷速率。而近年来随着我国新能源装机规模不断增加，电网系统对煤电机组深度调峰灵活性运行能力要求逐渐提高。煤电机组不仅要能够升得高，达到额定负荷，还要降得足够低，达到30%甚至20%额定负荷，且负荷升降的速度要快。在此过程中，入炉煤种特性变得至关重要，是煤电机组灵活性运行的关键。因此，提高炉内掺烧过程中煤种切换的灵活性对于燃煤发电机组灵活运行具有重要意义。

通常情况下，一台原煤仓配备一台磨煤机和一台给煤机，只存一种煤，只有仓内旧煤烧完后才上新煤，煤种混配无法在煤仓进行。为实现对燃料的优化管理，我司研发了基于原煤仓分仓的快速配煤掺烧技术，通过对现有设备实施少量改造，实现了不同煤种的快速变煤掺烧，实现精准实时在线切换煤种，应对全天快速变负荷的调峰需求，高负荷燃用高热值煤，低负荷燃用低热值煤，提高负荷响应，同时增加低热煤的掺烧量，取得负荷响应和经济性的双重收益，有力提升企业市场竞争能力。

01、原煤仓改造

燃煤企业灵活性与经济性的探索实践

2021年我公司为某电厂两台600MW超临界直流机组进行改造。锅炉为Π型布置，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧，前后墙各布置3层低NOx轴向旋流燃烧器，每层各有5只，共30只燃烧器。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃烬风口，每层布置5只，共10只燃烬风口，用来补充燃烧后期需要的空气，同时实现分级燃烧。配六台直吹式中速辊式磨煤机，每台磨煤机有五根出粉管，对应一层燃烧器。

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1. 煤仓结构

电厂上煤系统为双路皮带系统，在煤仓间设置有10A、10B皮带，煤仓间带式输送机层采用电动双侧犁式卸料器，通过选择启动A路或B路犁式卸料器的犁刀，两条皮带分别可以向两台锅炉12个原煤仓进煤。

原煤仓由主要由上部圆柱形原煤仓、中部圆台原煤仓和下部双曲线原煤斗三部分构成，另外，给煤机入口有一段大小头，连接原煤斗及给煤机入口。

随着煤炭市场的变化，该电厂大部分运行时间燃用非设计煤种，采用高水分、低热值煤进行掺烧。由于掺烧的煤质特点与原设计煤种偏差较大，锅炉运行过程容易出现问题，且时效性不强，经济性较差。为满足能源局的深度调峰要求，避免支付巨额调峰补偿费，电厂迫切需要提升机组的升降负荷速率。

2. 改造方案

对现有原煤仓实施改造，在原煤仓内区域加装隔板，在给煤机入口上方的双曲线煤斗区域安装一套新式插板门，分别控制一侧煤流。所有的输煤设备(包括犁煤器、落料口等)本体结构不改变，将原煤斗内部沿皮带方向(给煤机排列方向)进行分隔，增设一个厚度10mm的不锈钢板。同时考虑支撑，从煤斗的下方往上进行分隔，根据所需上煤量确定高度，安装一组新式插板门。在不对原输煤及配煤系统做任何变动的情况下，仅通过上述简单改造，通过分别开启两侧的插板门来控制进入给煤机的煤种，实现快速变换煤种的目的。

为保证改造效果和利用率，在原煤仓顶部增设防爆照明及视频监控，在原煤仓内隔板两测各增加一台用于测量煤位的导波雷达设备。现有的给煤机入口插板门仍保留。为使原煤仓煤流下煤顺畅，防堵塞，在原煤仓仓壁上增设四个空气炮，作为辅助处理堵煤时的应急手段。

在磨煤机及给煤机运行中，原煤仓隔板的双向闸板可以任意来回切换，对原煤仓下煤无影响。分隔仓内装不同性质的煤种，将插板门均打开，可由 “分磨磨制，炉内混烧”，进一步变为“磨内混合磨制、炉内均匀混烧”的配煤新方式。

分隔后的原煤仓，一半装好煤，一半装劣质煤，根据不同负荷和深度调峰的需要，自动开启不同的插板门向给煤机实时提供与负荷相对应的原煤，以适应机组全天快速变负荷要求，高负荷烧高热值煤，低负荷烧低热值煤，满足快速响应负荷要求的同时提高了劣质煤掺煤率。

02、煤仓分仓从源降本

配煤掺烧“泥里掘金”

在目前大部分火电企业经营效益下降，煤价持续上涨的情况下，掺烧低热值煤是一个提升企业效益的有效手段。原煤仓进行灵活性分仓改造，可实现降低经营成本、提高企业经营状况、满足电网深度调峰要求。除在电站锅炉推广应用外，在其它有使用掺配煤并采用原煤仓储存化石类燃料的行业均可应用。其技术创新点如下：

1. 灵活性高，快速切换。实现一个煤仓一台给煤机同时供应两种不同的煤种，及时改变锅炉配煤，满足锅炉不同负荷对煤质的要求。改造完成后原煤仓可做两种煤掺配，也可用于单一煤种。

2. 改造工程量小，改造成本低。锅炉制粉系统变动不大，不需要再增加一个煤斗仓，也不需增加给煤机、磨煤机，特别是上煤系统不用做任何变动。利用现有的原煤仓存储两种不同煤种，辅以必要的监视手段，实现实时在线变换煤种的目的。

3. 操作简单方便，运行安全可靠。可快速响应机组负荷的变化，彻底改变以往配煤过程中时间滞后、不能及时变换煤种的弊端。面对负荷快速变动时的精准配煤需求，分仓技术实现机组负荷“高峰顶得上，低谷降得下”，从根本上解决了机组负荷响应与精准配煤之间的矛盾。

4. 提高劣质煤掺烧量，锅炉燃烧精准调整。满足火电机组灵活性要求，满足发挥机组辅助服务的需要，在火电企业参与电网辅助服务、调频等方面发挥其优势。灵活应对全天快速变负荷的要求，从燃料侧为企业增收节支、提质增效提供有力保障，进而提升企业的市场竞争能力。

5、经济效益显著。原煤仓进行灵活性分仓改造成本低、收益高。以当前市场计算，20.9MJ的高热值煤价为1000元/t，15.9MJ的低热值煤价为600元/t，每台给煤机出力50t/h，以各带一半负荷计，年内运行小时按5000h，全年低热值煤占比50%，分仓运行的投入率按40%考虑，年收益为：(50t/h-25t/h)×5000h×(1000元/t-600元/t)×50%×40%=1000万元。

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