1 000 MW机组锅炉褐煤最大掺烧比例预测计算研究

方军庭

中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院

0 前言

近年来，由于市场环境、煤炭产量、电力生产等因素影响，火电厂燃煤成本逐年上升[1-3]。火电厂需要依据煤炭市场动态灵活调整燃煤采购策略，适当掺配非设计经济煤种[4-5]。通过开展相关配煤掺烧试验，综合考虑机组负荷率、制粉系统检修情况以及褐煤热值，对褐煤的最大掺烧比例进行预测计算研究，优化电厂燃料采购决策，提高电厂经济效益[6-8]。

1 掺烧煤质及机组负荷率统计

某发电厂2×1 000 MW国产超超临界燃煤发电机组，锅炉型号为HG-3110/26.15-YM3，超超临界参数、一次再热、单炉膛、变压运行直流炉。制粉系统采用中速磨直吹系统，配6台ZGM113G型中速磨煤机。锅炉设计煤种为神府烟煤，当前主烧煤种为神华煤，掺烧煤种为褐煤，各煤质参数见表1。

表1 机组设计煤种与当前煤种煤质参数

根据近一年来机组负荷情况，统计机组全年各负荷段的占比，见表2。依据不同的负荷段，确定该段负荷下磨煤机运行台数，即可确定该段负荷下的最大掺烧比例，加权计算后可得出全年最大掺烧比例。

表2 机组各负荷段占比

2 制粉系统检修时长统计

制粉系统检修时，机组无法6磨运行，为维持机组正常带负荷，褐煤掺烧比例必然下降。制粉系统检修包括磨煤机大修、磨煤机临检、磨煤机定检、给煤机标定等。

1）磨煤机大修：根据设备检修周期，单台磨煤机大修周期约10 000~12 000 h，单次检修时长约15天。机组全年平均负荷约为695.4 MW，该工况下需要4台磨运行，全年磨煤机大修的台数：4×365×24/12 000=3，4×365×24/10 000=3.5；同时参考电厂磨煤机检修计划，取全年大修3台磨煤机进行计算。

2）磨煤机临检：单台机组每月有1天开展磨煤机临检，全年共计12天。

3）磨煤机定检：单台磨煤机4个月进行一次定检，全年定检3次，单次定检约4天。

4）给煤机标定：近一年机组制粉系统因给煤机标定停运共计54小时，合计约2天。

假设同时仅对一台磨煤机进行大修或定检，单台机组全年制粉系统检修时间累计为：

15×3+3×4×6+12+2=131天。

3 褐煤最大掺烧比例计算

根据表3，单台机组全年制粉系统检修累计时间131天，假设同时仅对一台磨煤机进行检修，且磨煤机检修时间平均分布全年。在1台磨煤机检修的131天时间内仅可采取5磨运行方式，不进行磨煤机检修的234天时间可采取6磨运行方式。对6磨运行和5磨运行方式下的最大掺烧比例分别进行计算。

表3 单台机组全年制粉系统检修时间

3.1 6台磨煤机运行方式下掺烧比例计算

将机组全年负荷划分为400~500 MW、500~650 MW、650~850 MW、850~1 000 MW四个负荷段，分别采取3、4、5、6台磨煤机运行方式，结合机组不同负荷工况、不同掺烧方式下煤耗试验结果，计算不同运行方式下的理论燃煤平均热值下限。计算结果见表4。

表4 6磨运行方式下褐煤最大掺烧比例

3.2 5台磨煤机运行方式下掺烧比例计算

将全年负荷划分为400~500 MW、500~750 MW、750~1 000 MW三个负荷段，分别采取3、4、5台磨煤机运行方式。为满足5台磨煤机运行带满负荷能力，1 000 MW负荷下可能采取的磨煤机运行方式为4台磨煤机主烧神华煤、1台磨煤机掺烧褐煤或3台磨主烧神华2台磨掺烧褐煤。分别计算不同工况下各掺配方式所需的理论燃煤平均热值下限（各磨煤机均按85 t/h最大出力计算）。对各负荷段最大掺烧比例进行加权计算，计算得出5磨运行工况下最大掺烧比例，表5、表6分别为掺烧1台褐煤与掺烧2台褐煤的最大掺烧比例计算结果。

表5 5台磨煤机运行方式下掺烧1台褐煤

表6 5磨运行方式下掺烧2台褐煤

5台磨煤机带满负荷工况下，根据锅炉效率、热耗率、最大给煤量（单台磨85 t/h）计算理论混煤平均热值下限为19 080 kJ/kg，此时可满足5台磨煤机带1 000 MW负荷。

3.3 综合最大掺烧比例

6台磨运行工况下，综合各负荷段的最大掺烧比例为77.1%，此时需满足褐煤热值超过15 479 kJ/kg。

5台磨运行工况下，若1台磨煤机掺烧褐煤，综合各负荷段的最大掺烧比例为24.5%；若2台磨煤机掺烧褐煤，综合各负荷段的最大掺烧比例为49.2%。

在磨煤机检修时间平均分布全年情况下，6台磨运行方式下的褐煤最大掺烧比例为77.1%。5台磨运行方式下，在神华煤热值取20 010 kJ/kg时，当褐煤热值超过16 187 kJ/kg，此时混煤热值满足2台磨掺烧褐煤时的带满负荷能力，褐煤最大掺烧比例49.2%；当褐煤热值低于16 187 kJ/kg，仅可采取1台磨掺烧褐煤的掺配方式，此时褐煤最大掺烧比例为24.5%。当褐煤热值降低，满负荷工况下可掺烧褐煤台数下降，褐煤掺烧比例下降。

综合计算全年褐煤最大掺烧比例，计算结果见表7。在神华煤热值取21 010 kJ/kg时，当褐煤热值超过16 187 kJ/kg，全年最大掺烧比例为67.1%；当褐煤热值低于16 187 kJ/kg大于15 479 kJ/kg，全年最大掺烧比例为58.2%；当褐煤热值低于15 479 kJ/kg大于14 098 kJ/kg，全年最大掺烧比例为43.5%；当褐煤热值低于14 098 kJ/kg大于11 791 kJ/kg，全年最大掺烧比例为28.9%。

表7 褐煤综合最大掺烧比例

4 结论

1）在机组制粉系统均正常运行情况下，当主烧神华煤热值固定时，掺烧褐煤的热值增加，掺烧比例增加。

2）在机组有制粉系统检修情况下，当主烧神华煤热值固定时，机组上煤方式决定燃料平均热值下限，从而决定不同褐煤热值下的掺烧比例。

3）综合考虑机组负荷率、制粉系统检修情况以及褐煤热值，对褐煤最大掺烧比例进行预测计算研究，可以优化电厂燃料采购决策，提高电厂经济效益。