原煤倉分倉技術在機組深度調峰中的應用

2023年12月27日發(作者：苗條的近義詞)

原煤倉分倉技術在機組深度調峰中的應用

受煤炭資源供應日益緊缺、煤炭市場運力不足、煤炭價格波動等諸多因素影響，我國大部分燃煤發電企業均采取燃用混煤替代設計煤種的措施來提高機組運行經濟性。配煤摻燒就是在火電廠鍋爐燃煤的過程中，根據一定的配合比將不同種類不同性質的煤種摻配混合完成發電。通過優化配煤，不僅可以降低飛灰含碳量，改善鍋爐結渣狀況，還能降低污染物排放量，節約燃煤成本，最大程度上減輕火電廠經濟損耗。

國內外針對混煤摻燒技術已開展了多年研究，取得了豐富的成果。目前，國內燃煤發電機組主要采用“爐前摻配、爐內混燒”和“分磨制粉、爐內混燒”兩種方式開展混煤摻燒。爐前配煤主要包含煤場配煤、鍋爐輸煤皮帶配煤等；爐內摻燒是通過將不同種類的煤質投入磨煤機中，根據調整磨煤機出力，實現摻燒。

1. 煤場配煤

儲煤場會根據煤質將不同質量的煤種分別放置，如優質煤、一般煤、劣質煤、極差煤等。為了實現配煤摻燒，儲煤場存煤可采用縱堆橫取或橫堆縱取方式，基于儲煤場實際情況，合理設置不同煤種堆放場地的長度、高度、寬度，在此基礎上借助堆煤機，進行縱向堆煤或橫向堆煤，取煤過程則是橫向取煤或縱向取煤，如此可以在取煤過程中實現混摻。煤場配煤有助于燃料的綜合調度，但是占地面積大，成本過高且缺乏靈活性和實時性，無法針對鍋爐需求及時調整煤炭比例。

2. 輸煤皮帶配煤

利用雙線縫隙式煤槽、輸煤皮帶、變頻葉輪給煤機等進行煤的混摻。雙線縫隙式煤槽甲乙兩側分別放置不同的煤種，在進行煤推送的過程中，根據標準的煤質數據及鍋爐燒煤要求，啟動變頻葉輪給煤機，調整好設定值，在皮帶上進行甲乙兩側煤的混摻，進而通過皮帶傳送到鍋爐進行摻煤燃燒。該方式配煤均勻性較差，其混煤比例不易精確控制，而不均勻混煤可能會影響到鍋爐的安全、經濟運行。

3. 分磨制粉，爐內摻燒

將不同種類的原煤送入不同的磨煤機內磨制煤粉，然后通過不同層的燃燒器進入爐膛摻燒。這種摻燒方式適用于混煤手段和混煤設備少的電廠，尤其適用于可磨性差異大的煤種。不同種類煤粉的細度可以完全由不同的磨煤機控制，可以根據煤質和燃燒特性來選擇送入不同層的燃燒器以及不同的配風方式，例如將不易結渣的煤送入高熱負荷區域的燃燒器，有效降低爐膛燃燒器區域的結渣傾向。這種摻混方式克服了混煤燃盡特性趨近于難燃盡煤種的缺點，并且避免了爐前摻混不均勻所帶來的燃燒穩定性問題。

受煤場條件限制，“分磨制粉、爐內混燒”成為燃煤電站鍋爐混煤摻燒的主要方式，該方式具有占地空間小、操作方便的優點，但影響機組運行的靈活性。

當機組設計煤質為高熱值煙煤時，若摻燒一定比例的低熱值煤種，則滿負荷運行時，磨煤機出力增高。當超過磨煤機最大出力時，出現影響機組帶負荷的現象。另外，摻燒低熱值煤還影響機組升負荷速率。而近年來隨著我國新能源裝機規模不斷增加，電網系統對煤電機組深度調峰靈活性運行能力要求逐漸提高。煤電機組不僅要能夠升得高，達到額定負荷，還要降得足夠低，達到30%甚至20%額定負荷，且負荷升降的速度要快。在此過程中，入爐煤種特性變得至關重要，是煤電機組靈活性運行的關鍵。因此，提高爐內摻燒過程中煤種切換的靈活性對于燃煤發電機組靈活運行具有重要意義。

通常情況下，一臺原煤倉配備一臺磨煤機和一臺給煤機，只存一種煤，只有倉內舊煤燒完后才上新煤，煤種混配無法在煤倉進行。為實現對燃料的優化管理，我司研發了基于原煤倉分倉的快速配煤摻燒技術，通過對現有設備實施少量改造，實現了不同煤種的快速變煤摻燒，實現精準實時在線切換煤種，應對全天快速變負荷的調峰需求，高負荷燃用高熱值煤，低負荷燃用低熱值煤，提高負荷響應，同時增加低熱煤的摻燒量，取得負荷響應和經濟性的雙重收益，有力提升企業市場競爭能力。

01

原煤倉改造燃煤企業靈活性與經濟性的探索實踐

2021年我公司為某電廠兩臺600MW超臨界直流機組進行改造。鍋爐為Π型布置，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構。鍋爐燃燒方式為前后墻對沖燃燒，前后墻各布置3層低NOx軸向旋流燃燒器，每層各有5只，共30只燃燒器。在最上層煤粉燃燒器上方，前后墻各布置1層燃燼風口，每層布置5只，共10只燃燼風口，用來補充燃燒后期需要的空氣，同時實現分級燃燒。配六臺直吹式中速輥式磨煤機，每臺磨煤機有五根出粉管，對應一層燃燒器。

1. 煤倉結構

電廠上煤系統為雙路皮帶系統，在煤倉間設置有10A、10B皮帶，煤倉間帶式輸送機層采用電動雙側犁式卸料器，通過選擇啟動A路或B路犁式卸料器的犁刀，兩條皮帶分別可以向兩臺鍋爐12個原煤倉進煤。

原煤倉由主要由上部圓柱形原煤倉、中部圓臺原煤倉和下部雙曲線原煤斗三部分構成，另外，給煤機入口有一段大小頭，連接原煤斗及給煤機入口。

隨著煤炭市場的變化，該電廠大部分運行時間燃用非設計煤種，采用高水分、低熱值煤進行摻燒。由于摻燒的煤質特點與原設計煤種偏差較大，鍋爐運行過程容易出現問題，且時效性不強，經濟性較差。為滿足能源局的深度調峰要求，避免支付巨額調峰補償費，電廠迫切需要提升機組的升降負荷速率。

2. 改造方案

對現有原煤倉實施改造，在原煤倉內區域加裝隔板，在給煤機入口上方的雙曲線煤斗區域安裝一套新式插板門，分別控制一側煤流。所有的輸煤設備(包括犁煤器、落料口等)本體結構不改變，將原煤斗內部沿皮帶方向(給煤機排列方向)進行分隔，增設一個厚度10mm的不銹鋼板。同時考慮支撐，從煤斗的下方往上進行分隔，根據所需上煤

量確定高度，安裝一組新式插板門。在不對原輸煤及配煤系統做任何變動的情況下，僅通過上述簡單改造，通過分別開啟兩側的插板門來控制進入給煤機的煤種，實現快速變換煤種的目的。

為保證改造效果和利用率，在原煤倉頂部增設防爆照明及視頻監控，在原煤倉內隔板兩測各增加一臺用于測量煤位的導波雷達設備。現有的給煤機入口插板門仍保留。為使原煤倉煤流下煤順暢，防堵塞，在原煤倉倉壁上增設四個空氣炮，作為輔助處理堵煤時的應急手段。

在磨煤機及給煤機運行中，原煤倉隔板的雙向閘板可以任意來回切換，對原煤倉下煤無影響。分隔倉內裝不同性質的煤種，將插板門均打開，可由 “分磨磨制，爐內混燒”，進一步變為“磨內混合磨制、爐內均勻混燒”的配煤新方式。

分隔后的原煤倉，一半裝好煤，一半裝劣質煤，根據不同負荷和深度調峰的需要，自動開啟不同的插板門向給煤機實時提供與負荷相對應的原煤，以適應機組全天快速變負荷要求，高負荷燒高熱值煤，低負荷燒低熱值煤，滿足快速響應負荷要求的同時提高了劣質煤摻煤率。

02

煤倉分倉從源降本

配煤摻燒“泥里掘金”

在目前大部分火電企業經營效益下降，煤價持續上漲的情況下，摻燒低熱值煤是一個提升企業效益的有效手段。原煤倉進行靈活性分倉改造，可實現降低經營成本、提高企業經營狀況、滿足電網深度調峰要求。除在電站鍋爐推廣應用外，在其它有使用摻配煤并采用原煤倉儲存化石類燃料的行業均可應用。其技術創新點如下：

1. 靈活性高，快速切換。實現一個煤倉一臺給煤機同時供應兩種不同的煤種，及時改變鍋爐配煤，滿足鍋爐不同負荷對煤質的要求。改造完成后原煤倉可做兩種煤摻配，也可用于單一煤種。

2. 改造工程量小，改造成本低。鍋爐制粉系統變動不大，不需要再增加一個煤斗倉，也不需增加給煤機、磨煤機，特別是上煤系統不用做任何變動。利用現有的原煤倉存儲兩種不同煤種，輔以必要的監視手段，實現實時在線變換煤種的目的。

3. 操作簡單方便，運行安全可靠。可快速響應機組負荷的變化，徹底改變以往配煤過程中時間滯后、不能及時變換煤種的弊端。面對負荷快速變動時的精準配煤需求，分倉技術實現機組負荷“高峰頂得上，低谷降得下”，從根本上解決了機組負荷響應與精準配煤之間的矛盾。

4. 提高劣質煤摻燒量，鍋爐燃燒精準調整。滿足火電機組靈活性要求，滿足發揮機組輔助服務的需要，在火電企業參與電網輔助服務、調頻等方面發揮其優勢。靈活應對全天快速變負荷的要求，從燃料側為企業增收節支、提質增效提供有力保障，進而提升企業的市場競爭能力。

5、經濟效益顯著。原煤倉進行靈活性分倉改造成本低、收益高。以當前市場計算，20.9MJ的高熱值煤價為1000元/t，15.9MJ的低熱值煤價為600元/t，每臺給煤機出力50t/h，以各帶一半負荷計，年內運行小時按5000h，全年低熱值煤占比50%，分倉運行的投入率按40%考慮，年收益為：(50t/h-25t/h)×5000h×(1000元/t-600元/t)×50%×40%=1000萬元。

03

問題解答

1. 煤倉結構核算能否支撐增加的鋼材重量？

新增重量不足原最大荷載的十分之一，很安全，改造前要進行強度校核。

2. 隔板和梁如何布置來保證不蓬煤的同時不變形，能夠承受煤壓？

隔墻外壁是平整面，不掛煤也不蓬煤。一是保證下煤口面積相比于改造前不減小，二是改造后的煤斗漸縮坡度較改造前更陡，下煤性能好。鋼型梁在隔墻內布置。

3. 如需要單側下煤，截面積只有原來的一半，如何保證磨煤機的最大出力？

改造后調整皮帶上煤方式，裝滿半倉煤可滿足最大負荷連續運行，具體小時數與原設計容量有關。