深度调峰工况下燃煤经济性掺烧研究与策略

深度调峰工况下燃煤经济性掺烧研究与策略

白智勇

国家电投集团铝电公司临河发电分公司，宁夏 灵武 750411

摘要：我厂锅炉入炉煤无灰干燥基挥发分设计值32.31%、灰分设计值11.59%、收到基水分设计值15%，灰熔点设计温度（STt2)为1220℃。根据燃烧经验总结，当掺配燃煤灰熔点＜1250℃时一般易结焦、挥发分低、水分高、灰量大于设计值时，易造成飞灰含碳量升高和燃烧差等问题。

关键词：调峰工况；燃煤经济；掺烧

一、现状

目前分公司现有煤种以厂矿煤（新疆宜化矿、中联润世、宁煤集团本地矿）、地方混煤、地方煤泥三类为主。其中新疆煤热值均在4500kcal/kg左右 ,灰熔点1140-1190℃，处于我厂锅炉易结焦煤灰熔点范围。地方煤来煤复杂，矿点不清，存在水分大而且颗粒度不足、热值等指标不稳定，可磨性差等问题，如果单独燃烧，锅炉会出现灭火、飞灰含碳量偏高、制粉系统出力降低等问题导致锅炉燃烧不稳定，无法满足机组带负荷要求，同时影响机组安全、稳定经济运行。

2024年因新能源投运，我厂将同步根据新能源发电量和用户负荷需求配合进行机组调峰，最大深度达30%。机组深度调峰期间随着锅炉热负荷降低，燃烧稳定性变差，燃料的稳定性对机组安全稳定运行和经济性起着决定性作用。为保证机组深度调峰期间安全、稳定、经济运行，特对燃煤经济性掺配进行研究。

二、燃煤综合供电成本经济优化分析

入炉煤热值的升降对机组供电煤耗起决定性作用，直接决定燃煤掺配的经济性，根据机组各项经济指标找出最佳入炉煤掺配热值，才能保证入炉煤掺配经济性。

（一）额定负荷工况分析

1. 供电煤耗与入炉煤热值的关系

分别利用2024年2月份入炉煤热值与供电煤耗作为X、Y坐标，将表1中数据制作成点线图（如图1）并利用最小二乘法将各散点出趋势线并找出回归方程式，用B表示供电煤耗，Q表示入炉煤低位热值，如方程式1 ：B = 19.859Q2- 711.39Q+6688.9，  R² = 0.5045。

表1  2月份供电煤耗与热值统计表

图1 2月份负荷入炉煤热值与供电煤耗的关系曲线

2. 入厂煤单价与入厂煤热值的关系

表2  2024年2月入炉煤热值与入厂煤单价统计表

图2  2022年02月入厂煤热值与入厂煤单价关系图

利用入厂煤热值和标煤单价作为Ｘ、Ｙ 坐标，将表2数据制作成点线图（图2）并求出回归方程式，用P表示标煤单价，Ｑｒ表示入厂煤低位热值，如下：

P = -2.2967Ｑｒ²+115.11Qｒ-793.59， R² = 0.956

3. 燃煤供电成本与入炉煤热值的关系

便于计算，假设煤场存煤为零，即当月采购的煤恰好当月烧完，假设入厂煤与入炉煤热值差为零，即入炉煤热值Ｑｒ 等于入厂煤热值Ｑ，则：

燃煤供电成本Ｃ＝供电煤耗B*标煤单价P=(19.859Q2- 711.39Q+6688.9)*10-6*（-2.2967Ｑｒ²+115.11Qｒ-793.59） 

图3  入炉煤热值与供电成本关系图

从图3可看出，日平均负荷为322MW时，在入炉煤热值在17.8MJ/Kg（4254千卡/千克）左右，供电燃料成本最低为0.17元，为提高入炉煤经济性，建议掺配4254千卡/千克左右的煤种。

（二）30%负荷工况分析

因机组运行中未进行30%负荷各入炉煤热值变工况运行，无各入炉煤热值对应下30%负荷供电煤耗，只有2号机进行性能试验期间进行供电煤耗试验，试验值为386.33g/KWh,较满负荷煤耗升高63.03g/KWh，根据此煤耗差值和2月份322MW负荷供电煤耗进行测算，得出30%负荷对应下热值与供电煤耗关系，入炉煤单价与2月份一致，进而测算燃煤供电成本。

1．供电煤耗与入炉煤热值的关系

分别利用2024年2月份入炉煤热值与供电煤耗作为X、Y坐标，将表1中数据制作成点线图（如图4）并利用最小二乘法将各散点出趋势线并找出回归方程式，用B表示供电煤耗，Q表示入炉煤低位热值，如方程式1 ：B = 19.859Q2- 711.39Q+6688.9，  R² = 0.5045。

表3 30%供电煤耗与热值统计表

图4 30%供电煤耗与热值关系图

4. 燃煤供电成本与入炉煤热值的关系

便于计算，假设煤场存煤为零，即当月采购的煤恰好当月烧完，假设入厂煤与入炉煤热值差为零，即入炉煤热值Ｑｒ 等于入厂煤热值Ｑ，则：

燃煤供电成本Ｃ＝供电煤耗B*标煤单价P=(19.859Q2- 711.39Q+6744.9)*10-6*（-2.2967Ｑｒ²+115.11Qｒ-793.59）

图5 30%入炉煤热值与供电燃料成本关系图

从图4可看出，日平均负荷为30%负荷时，在入炉煤热值在17.4MJ/Kg（4158千卡/千克）左右时，供电燃料成本最低为0.19元，为提高入炉煤经济性，建议掺配4158千卡/千克左右的煤种。

（三）总结

在机组供电煤耗确定情况下，供电燃料成本经济性取决于入厂煤单价，同热值不同价格情况下，供电燃煤成本价格不同，需根据市场燃煤价格变化进行供电燃煤成本经济性测算。

三、控制策略

（一）入厂煤管理

1. 为便于精细化燃煤掺配，提高机组深度调峰期间燃煤稳定性和经济性，减少锅炉结焦量，提高机组安全稳定运行，需燃管部15天进行一次入厂煤灰熔点和全分析，并将化验结果提供输煤和发电运行部。
2. 地方性煤种，存在疆煤（低灰熔点）掺配可能，在新进地方煤种前，需燃管部提供地方煤是否掺配疆煤及掺配比例，便于输煤部进行精细化掺配，精确控制疆煤比例。
3. 地方煤掺配煤种比例如发生变化，燃管部要求供应商提前一天告知，并送样化验灰熔点和全分析，将化验结果反馈至输煤和发电部，为掺配提供准确掺配数据。
4. 如需新进煤种，要求燃管部提前一天送样化验灰熔点和全分析，将化验结果反馈至输煤和发电部，为掺配提供数据支撑。
5. 如新进煤种的灰熔点＜1220℃ 时，燃管部调配相同数量高灰熔点煤种配合输煤进行燃煤掺配，确保入炉煤灰熔点不低于1250℃、硫份＜1.5%、灰分＜30%、水分＜15%、挥发分＞35%（单一煤种不低于33%）。

（二）掺配原则

1．掺配后要求入炉煤热值4254±50大卡（30%负荷为4158大卡），硫份＜1.5%,灰熔点＞1250℃，挥发份＞35%（单一煤种不低于33%）、灰分＜30%。

2．掺配后确保入炉煤热值、灰熔点、疆煤比例均匀，不发生大幅波动，对于灰熔点低、煤质差煤种不集中堆积和集中入炉。

3．目前掺烧疆煤比例＜30%不易结焦，严格控制疆煤比例＜30%，如需增加掺配比例，必须与运行提前进行沟通，做好预控措施，且逐步进行增加疆煤掺配比例。

4．如地方煤灰熔点＜1220℃，应增加其他高灰熔点煤进行掺配，控制入炉煤灰熔点加权平均值＞1250℃，严禁与低灰熔点疆煤进行掺配，防止发生结焦，影响机组降低负荷运行，影响机组安全稳定运行及经济性。