0 引言

为了节省燃煤成本，目前，大型燃煤电厂普遍开展配煤掺烧工作。在保证锅炉效率和环保指标达标排放的情况下，通过配煤掺烧提高电厂运行经济性，国内研究者在配煤掺烧方面开展了相关研究工作。姚伟等进行了配煤掺烧方式主要特点及燃煤适应性方面的研究^[1]，分析了火电厂常用的间断性掺烧、预混掺烧以及分磨掺烧方式的特点，研究了掺烧方式与混煤燃烧性能的相互影响规律，提出了入炉煤及掺烧煤种的煤质要求。周玲妹等进行了600 MW机组锅炉掺烧劣质煤技术经济研究^[2]，在劣质煤掺烧比例、磨煤机组合方式、炉膛火焰温度、还原气体分布、SO₂质量浓度、结渣等方面开展现场试验。陈伟进行了330 MW锅炉严重结渣原因分析与技术改造^[3]。刘发圣等进行了大型电站锅炉混煤掺烧试验研究工作^[4]，对该电厂的常用煤种进行元素分析及热重分析，确定了参与混煤掺烧的煤种；通过掺烧不同比例煤种、不同上煤方式进行热态试验，获得了不同负荷下最佳混煤掺烧方案和锅炉上煤方式。裴杰等进行了600 MW机组锅炉掺烧劣质烟煤的性能试验^[5]，分析了锅炉在高、低负荷运行下，不同劣质烟煤掺烧比例，对锅炉排烟热损失、固体未完全燃烧损失、锅炉效率及辅机电耗的影响规律。张宏伟等进行了900 MW超临界锅炉混煤燃烧数值模拟研究^[6]，采用ANSYS FLUENT软件对900 MW四角切圆锅炉混煤掺烧过程进行了数值模拟分析。陈国栋等进行了电厂锅炉混煤燃烧技术应用现状方面的综述性分析^[7]。朱一飞等进行了褐煤掺烧锅炉制粉系统出力研究及改造^[8]，提出一次风再热系统改造后具有良好的经济效益。李皓宇等进行了600 MW机组锅炉深度掺烧劣质煤技术研究^[9]，提出了劣质煤掺烧数学模型，以600 MW机组锅炉为例进行了深度掺烧现场试验。黄孝彬等进行了复杂煤质下锅炉燃烧精细运行技术研究^[10]，分析了当前锅炉燃烧涉及的制粉、配风、设计制造等环节的主要瓶颈，提出了从燃料输入的优化、锅炉燃烧设备的优化改造、燃烧精细运行控制方面紧密协同优化的整体解决方案。李金晶等进行了火力发电厂配煤掺烧的燃煤成本模型研究^[11]，为了综合反映机组能效和煤炭市场价格对燃煤成本的影响，提出了入炉标煤单价差临界值的概念。刘贵锋等进行了烟煤锅炉掺烧褐煤对机组安全经济性的影响研究^[12]，分析了褐煤掺烧对降低标煤单价、提高锅炉效率、降低NO_x排放等主要指标的影响。李德波等进行了1045 MW超超临界贫煤锅炉燃用高挥发分烟煤的燃烧调整研究及工程实践^[13]，并开展了四角切圆锅炉变CCOFA与SOFA配比下燃烧特性数值模拟研究^[14]，通过数值模拟获得了不同CCOFA与SO⁃ FA风配比对锅炉燃烧特性的影响。袁宏伟等进行了660 MW发电机组对冲燃煤锅炉低氮燃烧改造及运行优化试验研究^[15]。

上述研究工作主要针对配煤掺烧的经济性，而涉及现场安全性、磨煤机运行经济性以及掺烧对锅炉结焦、减温水量影响方面的研究较少。本文针对某电厂330 MW机组锅炉进行印尼煤掺烧试验研究，通过现场试验得到不同掺烧比例下煤种与设备的匹配情况，并对机组的安全性和经济性进行评价，为燃用印尼煤提供参考，并确定磨煤机磨制印尼煤的安全经济运行方式和参数。

1 锅炉设备概况

某电厂2×330 MW燃煤发电机组锅炉型式为亚临界参数、汽包自然循环、四角切圆燃烧、直吹式制粉、一次中间再热、摆动燃烧器调温、平衡通风、单炉膛Π型布置、全钢架全悬吊结构、紧身封闭、炉顶带金属防雨罩、固态排渣煤粉炉，型号为DG1080/ 17.4-Ⅱ6，由东方锅炉股份有限公司制造。

锅炉为单炉膛，炉膛四周为膜式水冷壁，炉膛上部布置壁式再热器和全大屏过热器，炉膛出口处布置后屏过热器，炉内还布置了顶棚过热器和包墙过热器。水平烟道中沿烟气流向依次布置了中温再热器、高温再热器和高温过热器。后竖井烟道中沿烟气流向依次布置了低温过热器和省煤器。锅炉的尾部烟道布置了2台三分仓式空气预热器。

锅炉炉膛采用百叶窗式水平浓淡喷口摆动式直流燃烧器、四角布置、切圆燃烧方式，四角燃烧器喷口中心线分别与炉膛中心的2个假想圆相切，其中1号、3号角反向切小圆，2号、4号角正向切大圆，2个假想切圆的直径分别为548 mm、1032 mm。每个角共装设14层喷嘴：5层煤粉燃烧器（一次风A、B、C、D、E喷口）、7层辅助风（二次风AA、AB、BC、CC、DD、DE、EE喷口）、2层燃烬风（二次风OFA1、OFA2喷口）。每层煤粉燃烧器周围配有周界风，在7层辅助风之中配有3层轻油燃烧器，在A、B层煤粉燃烧器配有等离子体点火设备，可实现锅炉的无油启动和低负荷无油稳燃。油层燃烧器自下而上编号为AB、BC、DE。14层喷嘴分上、中、下3组，下组自下而上编号顺序为：AA、A、AB、B、BC、C、CC，中组自下而上编号顺序为DD、D、DE、E、EE，上组自下而上编号顺序为OFA1、OFA2。燃烧器喷嘴为摆动式，燃烧器上组2个二次风喷口可上下摆动±15°（手动摆动，调整到位后固定不动），中组喷口能上下摆动±30°，下组喷口能上下摆动±30°（安装等离子的A、B层将解列，不参与摆动）。燃烧器中、下组喷口的摆动由气动执行器带动完成，每角每组燃烧器配1个气动执行器，每角2个，全炉共8个。周界风风室和二次风（辅助风）风室的风门，每角每层各设1个气动执行器控制。

锅炉制粉系统采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，配有5台ZGM95G-Ι型中速磨，设计煤种BMCR工况下4运1备。煤粉细度R90：设计煤种15%，校核煤种15%。锅炉还配有2台动叶可调轴流式引风机、2台动叶可调轴流式送风机、2台（变频器调节）离心式一次风机。

2 试验内容及方法

印尼煤掺烧方式采用分仓掺烧，不同的煤种进入不同的磨煤机，煤进锅炉前不混合，掺烧的印尼煤被指定进入某1台或2台煤仓。各项试验依据GB 10184—2015 《电站锅炉性能试验规程》 ^[16]及锅炉改造有关技术资料开展。试验内容及方法如下。

（1）工况1：摸底试验，不掺烧印尼煤，额定负荷，测量锅炉热效率，进行煤粉细度分析。

（2）工况2：C磨煤机掺烧印尼煤，另外3台磨煤机燃用其他稳定煤种（掺烧比例1 :3），进行安全性和经济性评估。

（3）工况3：CD磨煤机掺烧印尼煤，另外2台磨煤机燃用其他稳定煤种（掺烧比例2 :2），进行安全性和经济性评估。

（4）工况4：B、C、D磨煤机掺烧印尼煤，另外1台磨煤机燃用其他稳定煤种（掺烧比例3 :1），进行安全性和经济性评估。

3 试验结果分析 3.1 煤质

试验期间的原煤化验结果见表 1。考虑到取样代表性问题，印尼煤2次取样的煤质分析数据有所偏差，为方便不同工况数据的比较，后续计算选用平均值。

3.2 锅炉热效率

对1号机组锅炉进行4个工况的热效率测试，依据GB 10184—2015计算锅炉效率，公式如下：

式中η—锅炉效率，%；

q₂—排烟热损失，%；

q₃—化学未完全燃烧热损失，%；

q₄—固体未完全燃烧热损失，%；

q₅—设计散热损失，%；

q₆—灰渣物理热损失，%；

q_oth—其他损失，%；

q_ex—外来输入热量，%。

试验时，在空预器出口A、B侧对每个负荷工况的飞灰进行连续取样，各取1个灰样进行分析；炉渣在捞渣机出口取1个样进行分析。q_ex只考虑进入系统空气带入的热量，不考虑q_oth，试验主要结果见表 2所示。

从表 2试验结果可知，1号机组锅炉4个试验工况下的效率分别为94.29%，94.06%，93.89%及93.95%，说明掺烧后锅炉效率略有下降。

3.3 烟气成分

各工况的排烟烟气成分分析结果见表 3，从表 3中数据可知，SCR入口NO_x质量分数略有下降；由于印尼煤硫分较低，随着掺烧比例增加，原烟气SO₂质量浓度明显下降。

3.4 供电成本

对4个工况的运行参数进行统计计算，得到各工况的相对供电成本。计算中假设工况1（未掺烧）的厂用电率为8%，并且4个试验工况中除引风机和磨煤机的功率变化外，其他辅机电耗率假设为定值，以此计算另外3个工况的厂用电率；折算标煤按常规煤种价格760元/t，热值20 954.93 kJ/kg；印尼煤价格462元/t，热值14 934.31 kJ/kg。计算结果见表 4，由于折算标煤价格的大幅下降，随着掺烧比例的增加，供电成本明显降低。

3.5 喷口着火情况

1号锅炉C磨、D磨制印尼煤，A磨、B磨制常规煤，带950 t/h主蒸汽量下，燃烧器各喷口煤粉着火正常，如图 1所示。

3.6 磨煤机运行参数调整

10月30日09：30，C磨开始切换至印尼煤，切换后出现磨煤机振动大情况。根据磨煤机运行工况以及磨煤机的振动情况，对运行参数进行了如下调整。

（1）调整分离器挡板开度。调整前分离器挡板开度为50°，逐渐调低至35°，磨煤机振动情况有所减弱。由于调整机构卡涩，开度无法再进一步调低。

（2）调整磨煤机给煤量。尝试通过增加磨煤机给煤量来增加煤层厚度，给煤量增加至40 t/h后，磨煤机振动情况明显减弱。

（3）调整磨辊加载力，通过降低磨辊加载力，增加煤层厚度。通过调整液压机构，加载力最小值降低至约6 MPa。加载力降低后，最小给煤量可以控制至30 t/h，磨煤机再无明显振动。增加加载力或减少给煤量都会引起磨煤机振动增大。建议磨煤机出力30 t/h时，控制加载力为6~8 MPa，具体视磨煤机振动情况而定。其他出力下的加载力以此为基础，根据现有的“磨煤机出力-加载力曲线”自动调整。

C磨运行参数调整后振动情况得到有效控制，D、E磨煤机在制印尼煤时，对运行参数作相应调整，运行中未出现明显振动情况。

3.7 掺烧对气温以及减温水的影响

各工况的汽水参数统计结果见表 5，从表 5中数据可知，掺烧对气温的影响较小，不影响锅炉稳定运行。

3.8 掺烧对结焦的影响

试验期间，对炉渣进行了取样分析，并观察了捞渣机落渣情况。掺烧印尼煤后，捞渣机出现小颗粒渣块，但未发现较大渣块，不影响锅炉的安全稳定运行。

4 结论

针对某电厂330 MW机组锅炉掺烧印尼煤进行了试验研究，得到不同掺烧比例下煤种与设备的匹配情况，并对机组的安全性和经济性进行了评价，确定了磨煤机磨制印尼煤的安全经济运行方式和参数，结论如下。

（1）随着掺烧比例的增加，锅炉效率略有下降。

（2）随着掺烧比例的增加，SCR入口NO_x质量分数略有下降；由于印尼煤硫分较低，随着掺烧比例的增加，原烟气SO₂质量浓度明显下降。

（3）由于折算标煤价格的大幅下降，随着掺烧比例的增加，供电成本明显降低。

（4）掺烧印尼煤对锅炉蒸汽温度影响较小，不影响锅炉稳定运行。

（5）掺烧印尼煤对结焦影响较小，不影响锅炉安全运行。