近幾年電煤供應日趨緊張，為了提高機組運行的經濟性，許多電廠均開始摻燒褐煤，而且比例逐年增加。某電廠安裝的2臺350MW機組鍋爐設計煤種為煙煤，為降低發電成本，對鍋爐進行摻燒褐煤的技術改造…。針對本工程實際，本文提出了350 MW機組鍋爐摻燒褐煤的技術改造方案，該方案能夠保證制粉系統在摻燒褐煤工況下安全運行，提高機組經濟性。
1、鍋爐設備概況
阜新發電公司2x350 MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的型號為HG-1165/17. 45-YM1的亞臨界、一次中間再熱、自然循環、單爐膛、燃煤汽包鍋爐。該鍋爐采用平衡通風、四角雙切圓擺動式燃燒器、固態排渣，微正壓氣力除塵、全鋼架懸吊、緊身封閉結構、“兀”型布置等方式。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
爐膛四周為膜式水冷壁，爐膛的高負荷區域采用內螺紋管的膜式水冷壁。在爐膛上部布置有墻式再熱器、分隔屏、后屏過熱器；水平煙道中布置有后屏再熱器、末級再熱器、末級過熱器和立式低溫過熱器；后煙道豎井布置水平低溫過熱器和省煤器；后煙道下部布置2臺三分倉回轉式空氣預熱器，燃燒器可擺動±30°。鍋爐在TRL工況下的主要熱力參數如表l所示。
2、煤質特性及摻燒方式
2.1煤質特性
阜新發電公司鍋爐原設計煤種為煙煤，低位發熱量為4 600 kj/kg，主要煤源地為：黑龍江，內蒙古西烏旗、霍林河，遼寧鐵法和撫順。設計和校核煤種元素分析見表2。
發電廠摻燒的褐煤主要來源為元寶山和霍林河煤礦的褐煤。褐煤煤質特性如表3所示。
由褐煤的平均特性分析可知，該褐煤含水分高、揮發分高、熱值低、灰分高、易自燃、易結焦。干燥無灰基揮發分含量高達43.89%，有利于著火，但是也容易造成燃燒器火嘴燒壞、結焦、煤粉儲藏自燃自爆等問題；水分含量高，不利于煤粉著火和穩定燃燒；煤粉細度較大，燃盡性能較差，燃燒效率低，易造成燃燒損失。
2.2 混煤方式的選擇
對于直吹式雙進雙出鋼球磨煤機制粉系統煤粉鍋爐，電廠在配煤摻燒的技術應用上存在2種爐內混煤摻燒方式：爐內完全摻燒和爐內分層摻燒。
阜新發電公司350 MW機組煤場共設有4臺卸煤機、4臺葉輪給煤機，在給煤機的下部為輸煤一段。目前，采用2種方式進行褐煤混配，一種是通過調整輸煤一段葉輪給煤機轉速（不同給煤機調整不同煤種）按比例進行混配，另一種是采用斗輪機加上葉輪給煤機來進行混配。2種混配方式都比較均勻，完全滿足混配要求。
2.3摻燒比的確定
混煤摻燒的摻燒比嚴重影響燃用混煤鍋爐的燃燒穩定性和鍋爐整體熱效率。摻燒比過低，對鍋爐的安全性和穩定性影響不大，無法解決電廠目前面臨的燃煤緊張的現狀；燃煤摻燒比過高，摻燒煤種與設計煤種相差較大時，會影響到鍋爐的穩定燃燒。按照負荷預測和日尖峰低谷的調整進行合理混配煤‘3]。如：日發電量1 200萬kW．h，控制摻燒比例35%；日發電量1 300萬kW·h，控制摻燒比例30%。
3、摻燒褐煤應注意的問題
3.1摻燒褐煤改造方案的原則
(1)試驗表明，對于霍林河褐煤，當制粉系統末端氧量水平低于16%時，才會對防止褐煤的爆炸有明顯的效果。因此，改造的主要原理是降低制粉系統末端氧量（鋼球磨煤機入口至排粉機人口段）至16%以下，滿足褐煤的防火防爆要求，且有效提高磨煤機干燥出力。
(2)提高磨煤機人口干燥介質的溫度，在保證安全性的同時最大限度地提高摻燒褐煤的比例。
(3)保證鍋爐具有帶額定負荷的能力。
(4)利用現有的設備，最大限度減少改造的工作量和改造的投資成本。
3.2 制粉系統末端溫度
雙進雙出筒式鋼球磨煤機正壓直吹式制粉系統比中速磨煤機正壓直吹式制粉系統的煤種適應性強，可以磨制揮發分低的無煙煤。對于這種制粉系統要摻燒揮發分含量高的煤種，需要對制粉系統進行改造，一方面要解決高揮發分煤種在磨煤機中易燃易爆問題，另一方面要解決磨煤機出口煤粉干燥問題。
由于褐煤具有含水分高、揮發分高的特點，在制粉和輸粉過程中易出現煤粉堆積、粘連、自燃、自爆等問題。考慮在輸粉系統中加入一些防爆設計：對于粉系統，可以在制粉系統的入口或者出口充人一定比例的惰性氣體（如氮氣），嚴格控制制粉系統出口的溫度在60℃范圍內，來保證制粉和輸粉系統的通暢和安全。350 MW機組的3臺雙進雙出筒式鋼球磨煤機的構造如圖1所示。
4、煙煤鍋爐摻燒褐煤系統改造方案
4.1概述
阜新發電公司350 MW機組制粉系統設計為正壓直吹式，采用防爆設計，適合摻燒一定比例的褐煤。設計煤種（煙煤）的低位發熱量為19 300 kj/kg，雙進雙出鋼球筒式磨煤機原設計為燃用煙煤，熱風溫度設計為430℃左右，不滿足完全單燒褐煤的能力，只能將褐煤和煙煤進行一定比例的摻燒。鍋爐設計煤種（煙煤）和摻燒的煤種（褐煤）揮發分含量均比較高，因此要嚴格執行爐膛吹掃，防止爐膛爆燃，制粉系統停止前應將煤粉吹凈，保證蒸汽消防系統隨時投用。
電廠制粉系統采用冷爐煙熱風送粉方式。在冬季環境溫度較低時，制粉系統的干燥出力不能滿足大負荷要求，一旦鋼球磨煤機出口溫度小于60℃，容易造成磨煤機出口至排粉機入口管道結露粘粉并形成粉塊，粉塊長時間粘附在管壁上引起自燃或爆炸。含氧量控制在16%，經測試實際運行時含氧量為18% ~19%，不能滿足防火防爆要求。根據改造原則對煙煤鍋爐摻燒褐煤提出如下3種改造方案。
4.2改造方案1
將鍋爐煙道的排煙從除塵器出口抽取冷爐煙送入一次風中，和熱一次風進行混合送入雙進雙出鋼球筒式磨煤機，降低制粉系統末端含氧量。抽取除塵器后冷爐煙的位置有2種選擇：引風機入口和出口；送入位置同樣有2種選擇：一次風機入口和出口。綜合起來共有如下4種改造方式。
(1)鍋爐的低溫爐煙從引風機人口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風機出口；
(2)鍋爐的低溫爐煙從引風機入口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風機入口；
(3)鍋爐的低溫爐煙從引風機出口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風機出口；
(4)鍋爐的低溫爐煙從引風機出口抽取，并將抽取的低溫爐煙送至一次風入口。
由表4分析可知：方案l冷爐煙抽取點最佳位置宜選在引風機出口，送人最佳位置宜選在一次風機入口。冷爐煙系統改造見圖2。
4.3改造方案2
選擇從鍋爐轉向室兩側墻抽取溫度較高(550—600℃)且含氧量較低的高溫熱爐煙（乏汽）作為干燥介質送人雙進雙出鋼球筒式磨煤機入口防爆門，提高鋼球磨煤機的干燥出力，如圖3所示。此方案的關鍵在于熱煙系統的阻力大小。若熱煙系統阻力小，制粉系統調整的裕度大，就能保證煙氣量，可實現有效降低制粉系統的氧量，滿足褐煤的防爆要求；若熱煙系統阻力大，只能抽吸少量的熱煙，惰性氣體含量少，制粉系統達不到褐煤防爆要求。為克服從鍋爐轉向室處抽取的低壓熱爐煙送入正壓雙進雙出鋼球筒式磨煤機系統的阻力，須增加風機來提升從鍋爐轉向室處抽取熱爐煙的壓頭，以保證所抽取的熱爐煙送人雙進雙出鋼球筒式磨煤機制粉系統，從鍋爐轉向室處抽取熱爐煙含氧量較低，為3%~4%，溫度高達550~ 600℃，能夠有效提高制粉系統安全性。
4.4改造方案3
從鍋爐引風機出口兩側抽取冷爐煙作為干燥風送入磨煤機防爆門入口，如圖4所示。同理為克服直吹式制粉系統內正壓，同樣需要增加冷煙風機，以提高冷爐煙壓頭，保證所抽取的冷爐煙順利地送入雙進雙出鋼球筒式磨煤機制粉系統。
4.5最優方案的選取
綜合分析以上3種方案，由于直吹式制粉系統具有正壓的特點，為保證抽取足夠的煙氣量，3種方案共同點是都需要增設增壓風機，克服冷爐煙管道阻力，3種方案比較參見表5。
由表5可知：從造價、現場改造、維護等方面來看，方案1明顯優于方案2和方案3。因此，選取方案1作為煙煤鍋爐摻燒褐煤改造方案。
5、摻燒褐煤經濟性比較
阜新發電公司與霍林河煤礦的運輸距離約為600 km，霍林河煤礦經鐵路調配至各地后，燃料成本有所差異。從阜新發電廠入廠煤標價來看，褐煤為430元／t左右，煙煤為530元／t左右，按照摻燒30%比例褐煤計算，與單燒煙煤相比可節約30元／t左右。
改造方案總投資約180萬元，若投入后按照摻燒褐煤30%，年平均負荷為280 MW，全年運行6 000 h計算，半年就可節約成本約400萬元，不到半年即可收回投資成本，經濟效益顯著。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
6、結論
本文討論了褐煤摻燒技術應用中應注意的問題，基于增設增壓風機，克服冷爐煙管道阻力，提出了3種350 MW機組鍋爐摻燒褐煤的技術改造方案。通過工程造價、現場改造、維護等方面的比較，選取方案1作為煙煤鍋爐摻燒褐煤改造方案。該方案能夠保證制粉系統在摻燒褐煤工況下安全運行，提高機組經濟性。
面對日益嚴峻的煤炭供應形勢，機組摻燒褐煤改造為鍋爐燃用多煤種提供了經驗，節約了燃料費用，提高了發電公司的經濟效益。
