受煤炭資源供應(yīng)日益緊缺、煤炭市場(chǎng)運(yùn)力不足、煤炭?jī)r(jià)格波動(dòng)等諸多因素影響，我國(guó)大部分燃煤發(fā)電企業(yè)均采取燃用混煤替代設(shè)計(jì)煤種的措施來(lái)提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。配煤摻燒就是在火電廠鍋爐燃煤的過(guò)程中，根據(jù)一定的配合比將不同種類(lèi)不同性質(zhì)的煤種摻配混合完成發(fā)電。通過(guò)優(yōu)化配煤，不僅可以降低飛灰含碳量，改善鍋爐結(jié)渣狀況，還能降低污染物排放量，節(jié)約燃煤成本，最大程度上減輕火電廠經(jīng)濟(jì)損耗。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)混煤摻燒技術(shù)已開(kāi)展了多年研究，取得了豐富的成果。目前，國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組主要采用“爐前摻配、爐內(nèi)混燒”和“分磨制粉、爐內(nèi)混燒”兩種方式開(kāi)展混煤摻燒。爐前配煤主要包含煤場(chǎng)配煤、鍋爐輸煤皮帶配煤等；爐內(nèi)摻燒是通過(guò)將不同種類(lèi)的煤質(zhì)投入磨煤機(jī)中，根據(jù)調(diào)整磨煤機(jī)出力，實(shí)現(xiàn)摻燒。

煤場(chǎng)配煤

儲(chǔ)煤場(chǎng)會(huì)根據(jù)煤質(zhì)將不同質(zhì)量的煤種分別放置，如優(yōu)質(zhì)煤、一般煤、劣質(zhì)煤、極差煤等。為了實(shí)現(xiàn)配煤摻燒，儲(chǔ)煤場(chǎng)存煤可采用縱堆橫取或橫堆縱取方式，基于儲(chǔ)煤場(chǎng)實(shí)際情況，合理設(shè)置不同煤種堆放場(chǎng)地的長(zhǎng)度、高度、寬度，在此基礎(chǔ)上借助堆煤機(jī)，進(jìn)行縱向堆煤或橫向堆煤，取煤過(guò)程則是橫向取煤或縱向取煤，如此可以在取煤過(guò)程中實(shí)現(xiàn)混摻。煤場(chǎng)配煤有助于燃料的綜合調(diào)度，但是占地面積大，成本過(guò)高且缺乏靈活性和實(shí)時(shí)性，無(wú)法針對(duì)鍋爐需求及時(shí)調(diào)整煤炭比例。

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(jī)等進(jìn)行煤的混摻。雙線縫隙式煤槽甲乙兩側(cè)分別放置不同的煤種，在進(jìn)行煤推送的過(guò)程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的煤質(zhì)數(shù)據(jù)及鍋爐燒煤要求，啟動(dòng)變頻葉輪給煤機(jī)，調(diào)整好設(shè)定值，在皮帶上進(jìn)行甲乙兩側(cè)煤的混摻，進(jìn)而通過(guò)皮帶傳送到鍋爐進(jìn)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(huì)影響到鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

分磨制粉，爐內(nèi)摻燒

將不同種類(lèi)的原煤送入不同的磨煤機(jī)內(nèi)磨制煤粉，然后通過(guò)不同層的燃燒器進(jìn)入爐膛摻燒。這種摻燒方式適用于混煤手段和混煤設(shè)備少的電廠，尤其適用于可磨性差異大的煤種。不同種類(lèi)煤粉的細(xì)度可以完全由不同的磨煤機(jī)控制，可以根據(jù)煤質(zhì)和燃燒特性來(lái)選擇送入不同層的燃燒器以及不同的配風(fēng)方式，例如將不易結(jié)渣的煤送入高熱負(fù)荷區(qū)域的燃燒器，有效降低爐膛燃燒器區(qū)域的結(jié)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(diǎn)，并且避免了爐前摻混不均勻所帶來(lái)的燃燒穩(wěn)定性問(wèn)題。

受煤場(chǎng)條件限制，“分磨制粉、爐內(nèi)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(yōu)點(diǎn)，但影響機(jī)組運(yùn)行的靈活性。

當(dāng)機(jī)組設(shè)計(jì)煤質(zhì)為高熱值煙煤時(shí)，若摻燒一定比例的低熱值煤種，則滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)出力增高。當(dāng)超過(guò)磨煤機(jī)最大出力時(shí)，出現(xiàn)影響機(jī)組帶負(fù)荷的現(xiàn)象。另外，摻燒低熱值煤還影響機(jī)組升負(fù)荷速率。而近年來(lái)隨著我國(guó)新能源裝機(jī)規(guī)模不斷增加，電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)煤電機(jī)組深度調(diào)峰靈活性運(yùn)行能力要求逐漸提高。煤電機(jī)組不僅要能夠升得高，達(dá)到額定負(fù)荷，還要降得足夠低，達(dá)到30%甚至20%額定負(fù)荷，且負(fù)荷升降的速度要快。在此過(guò)程中，入爐煤種特性變得至關(guān)重要，是煤電機(jī)組靈活性運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，提高爐內(nèi)摻燒過(guò)程中煤種切換的靈活性對(duì)于燃煤發(fā)電機(jī)組靈活運(yùn)行具有重要意義。

通常情況下，一臺(tái)原煤倉(cāng)配備一臺(tái)磨煤機(jī)和一臺(tái)給煤機(jī)，只存一種煤，只有倉(cāng)內(nèi)舊煤燒完后才上新煤，煤種混配無(wú)法在煤倉(cāng)進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料的優(yōu)化管理，我司研發(fā)了基于原煤倉(cāng)分倉(cāng)的快速配煤摻燒技術(shù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備實(shí)施少量改造，實(shí)現(xiàn)了不同煤種的快速變煤摻燒，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)實(shí)時(shí)在線切換煤種，應(yīng)對(duì)全天快速變負(fù)荷的調(diào)峰需求，高負(fù)荷燃用高熱值煤，低負(fù)荷燃用低熱值煤，提高負(fù)荷響應(yīng)，同時(shí)增加低熱煤的摻燒量，取得負(fù)荷響應(yīng)和經(jīng)濟(jì)性的雙重收益，有力提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

一、原煤倉(cāng)改造：燃煤企業(yè)靈活性與經(jīng)濟(jì)性的探索實(shí)踐

2021年我公司為某電廠兩臺(tái)600MW超臨界直流機(jī)組進(jìn)行改造。鍋爐為Π型布置，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐燃燒方式為前后墻對(duì)沖燃燒，前后墻各布置3層低NO_x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(fēng)口，每層布置5只，共10只燃燼風(fēng)口，用來(lái)補(bǔ)充燃燒后期需要的空氣，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒。配六臺(tái)直吹式中速輥式磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)有五根出粉管，對(duì)應(yīng)一層燃燒器。

煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)

電廠上煤系統(tǒng)為雙路皮帶系統(tǒng)，在煤倉(cāng)間設(shè)置有10A、10B皮帶，煤倉(cāng)間帶式輸送機(jī)層采用電動(dòng)雙側(cè)犁式卸料器，通過(guò)選擇啟動(dòng)A路或B路犁式卸料器的犁刀，兩條皮帶分別可以向兩臺(tái)鍋爐12個(gè)原煤倉(cāng)進(jìn)煤。

原煤倉(cāng)由主要由上部圓柱形原煤倉(cāng)、中部圓臺(tái)原煤倉(cāng)和下部雙曲線原煤斗三部分構(gòu)成，另外，給煤機(jī)入口有一段大小頭，連接原煤斗及給煤機(jī)入口。

隨著煤炭市場(chǎng)的變化，該電廠大部分運(yùn)行時(shí)間燃用非設(shè)計(jì)煤種，采用高水分、低熱值煤進(jìn)行摻燒。由于摻燒的煤質(zhì)特點(diǎn)與原設(shè)計(jì)煤種偏差較大，鍋爐運(yùn)行過(guò)程容易出現(xiàn)問(wèn)題，且時(shí)效性不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性較差。為滿足能源局的深度調(diào)峰要求，避免支付巨額調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)，電廠迫切需要提升機(jī)組的升降負(fù)荷速率。

改造方案

對(duì)現(xiàn)有原煤倉(cāng)實(shí)施改造，在原煤倉(cāng)內(nèi)區(qū)域加裝隔板，在給煤機(jī)入口上方的雙曲線煤斗區(qū)域安裝一套新式插板門(mén)，分別控制一側(cè)煤流。所有的輸煤設(shè)備（包括犁煤器、落料口等）本體結(jié)構(gòu)不改變，將原煤斗內(nèi)部沿皮帶方向（給煤機(jī)排列方向）進(jìn)行分隔，增設(shè)一個(gè)厚度10mm的不銹鋼板。同時(shí)考慮支撐，從煤斗的下方往上進(jìn)行分隔，根據(jù)所需上煤量確定高度，安裝一組新式插板門(mén)。在不對(duì)原輸煤及配煤系統(tǒng)做任何變動(dòng)的情況下，僅通過(guò)上述簡(jiǎn)單改造，通過(guò)分別開(kāi)啟兩側(cè)的插板門(mén)來(lái)控制進(jìn)入給煤機(jī)的煤種，實(shí)現(xiàn)快速變換煤種的目的。

為保證改造效果和利用率，在原煤倉(cāng)頂部增設(shè)防爆照明及視頻監(jiān)控，在原煤倉(cāng)內(nèi)隔板兩測(cè)各增加一臺(tái)用于測(cè)量煤位的導(dǎo)波雷達(dá)設(shè)備�，F(xiàn)有的給煤機(jī)入口插板門(mén)仍保留。為使原煤倉(cāng)煤流下煤順暢，防堵塞，在原煤倉(cāng)倉(cāng)壁上增設(shè)四個(gè)空氣炮，作為輔助處理堵煤時(shí)的應(yīng)急手段。

在磨煤機(jī)及給煤機(jī)運(yùn)行中，原煤倉(cāng)隔板的雙向閘板可以任意來(lái)回切換，對(duì)原煤倉(cāng)下煤無(wú)影響。分隔倉(cāng)內(nèi)裝不同性質(zhì)的煤種，將插板門(mén)均打開(kāi)，可由 “分磨磨制，爐內(nèi)混燒”，進(jìn)一步變?yōu)椤澳?nèi)混合磨制、爐內(nèi)均勻混燒”的配煤新方式。

分隔后的原煤倉(cāng)，一半裝好煤，一半裝劣質(zhì)煤，根據(jù)不同負(fù)荷和深度調(diào)峰的需要，自動(dòng)開(kāi)啟不同的插板門(mén)向給煤機(jī)實(shí)時(shí)提供與負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的原煤，以適應(yīng)機(jī)組全天快速變負(fù)荷要求，高負(fù)荷燒高熱值煤，低負(fù)荷燒低熱值煤，滿足快速響應(yīng)負(fù)荷要求的同時(shí)提高了劣質(zhì)煤摻煤率。

二、煤倉(cāng)分倉(cāng)從源降本，配煤摻燒“泥里掘金”

在目前大部分火電企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益下降，煤價(jià)持續(xù)上漲的情況下，摻燒低熱值煤是一個(gè)提升企業(yè)效益的有效手段。原煤倉(cāng)進(jìn)行靈活性分倉(cāng)改造，可實(shí)現(xiàn)降低經(jīng)營(yíng)成本、提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況、滿足電網(wǎng)深度調(diào)峰要求。除在電站鍋爐推廣應(yīng)用外，在其它有使用摻配煤并采用原煤倉(cāng)儲(chǔ)存化石類(lèi)燃料的行業(yè)均可應(yīng)用。其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1、靈活性高，快速切換。實(shí)現(xiàn)一個(gè)煤倉(cāng)一臺(tái)給煤機(jī)同時(shí)供應(yīng)兩種不同的煤種，及時(shí)改變鍋爐配煤，滿足鍋爐不同負(fù)荷對(duì)煤質(zhì)的要求。改造完成后原煤倉(cāng)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(tǒng)變動(dòng)不大，不需要再增加一個(gè)煤斗倉(cāng)，也不需增加給煤機(jī)、磨煤機(jī)，特別是上煤系統(tǒng)不用做任何變動(dòng)。利用現(xiàn)有的原煤倉(cāng)存儲(chǔ)兩種不同煤種，輔以必要的監(jiān)視手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線變換煤種的目的。

3、操作簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行安全可靠。可快速響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的變化，徹底改變以往配煤過(guò)程中時(shí)間滯后、不能及時(shí)變換煤種的弊端。面對(duì)負(fù)荷快速變動(dòng)時(shí)的精準(zhǔn)配煤需求，分倉(cāng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷“高峰頂?shù)蒙希凸冉档孟隆�，從根本上解決了機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)與精準(zhǔn)配煤之間的矛盾。

4、提高劣質(zhì)煤摻燒量，鍋爐燃燒精準(zhǔn)調(diào)整。滿足火電機(jī)組靈活性要求，滿足發(fā)揮機(jī)組輔助服務(wù)的需要，在火電企業(yè)參與電網(wǎng)輔助服務(wù)、調(diào)頻等方面發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。靈活應(yīng)對(duì)全天快速變負(fù)荷的要求，從燃料側(cè)為企業(yè)增收節(jié)支、提質(zhì)增效提供有力保障，進(jìn)而提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

5、經(jīng)濟(jì)效益顯著。原煤倉(cāng)進(jìn)行靈活性分倉(cāng)改造成本低、收益高。以當(dāng)前市場(chǎng)計(jì)算，20.9MJ的高熱值煤價(jià)為1000元/t，15.9MJ的低熱值煤價(jià)為600元/t，每臺(tái)給煤機(jī)出力50t/h，以各帶一半負(fù)荷計(jì)，年內(nèi)運(yùn)行小時(shí)按5000h，全年低熱值煤占比50%，分倉(cāng)運(yùn)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(wàn)元。

三、問(wèn)題解答

1、煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)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(jìn)行強(qiáng)度校核。

2、隔板和梁如何布置來(lái)保證不蓬煤的同時(shí)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(nèi)布置。

3、如需要單側(cè)下煤，截面積只有原來(lái)的一半，如何保證磨煤機(jī)的最大出力？

改造后調(diào)整皮帶上煤方式，裝滿半倉(cāng)煤可滿足最大負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，具體小時(shí)數(shù)與原設(shè)計(jì)容量有關(guān)。