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周文 台陶丽 何翔
(上海发电设备成套设计研究院 上海200240)
摘要：智能化配煤与实时燃烧优化技术包括机组实时经济性指标分析技术，智能化寻优技术、动态燃烧调整技术。通过上述技术的应用，能够对接智能化煤场，进行实时燃烧优化调节，达到提高掺烧劣质煤比例及锅炉效率的目的，实现运行中节能，保守估计，年经济效益700万元以上。
关键词：配煤燃烧调整 锅炉效率 智能化煤场
0 引言
煤炭作为火力发电厂的主要燃料，其品质好坏对电厂的安全性及经济性影响极大，而火电厂燃煤采购渠道较为复杂，电厂燃煤来源多种多样，在实际生产运行中很难燃用稳定的单一煤质，加之电厂对燃煤经济性的考虑，在实际采购中，也会采购部分劣质煤。而劣质煤（高硫煤、高碱煤、低值煤等）在锅炉的燃烧经济性、安全性、环保等诸多方面存在问题，而配煤掺烧技术是解决电厂面临上述诸多问题的一种有效手段。电厂配煤掺烧的关键在于利用各种煤在特性上的差异，发挥各掺配煤种的优点，配掺出综合性能最佳、相对稳定的新“煤种”，以适应燃烧优化调整，满足锅炉设计要求，尽可能的提高锅炉效率降低煤耗，达到节能减排的目的。
1 目前配煤燃烧的技术难点1.1燃烧特性不同
掺配煤以后其燃烧特性发生较大的变化，在燃烧的时候需要重新试验进行研究。
（1）着火特性
不同煤质的着火特性各不相同，如不同煤种的着火热、着火距离、着火时间均存在差异。如烟煤和无烟煤进行掺混，烟煤的着火热较小，着火距离短、着火时间短，而无烟煤则恰恰相反，着火特性进而会影响火焰中心等参数，根据这些特性，对煤粉的风煤比、煤粉细度、磨煤机出口温度等方面也要差异对待。
（2）燃尽特性
在煤粉的燃烧过程中，热解及挥发分的燃烧都相当迅速，而焦炭的燃尽率则缓慢许多，煤粉的燃尽特性关系到锅炉的效率，炉内热负荷分布，各受热面的吸热比例，排烟温度等，反映煤粉的燃尽特性的主要指标是燃尽率、燃尽温度和燃尽时间。有燃尽表面：混煤燃尽特性不能由组分煤的燃尽特性简单的线性叠加的，而需要通过燃烧调整试验进行测试。
（3）可磨性
混煤的可磨性是混煤非常重要的一个指标，这是因为混煤以后的含水量、哈氏可磨指数发生变化，磨煤机的出力会受到较大的影响，此外，混煤可磨性的变化，会影响磨煤机的制粉特性，在相同条件下，煤粉细度、煤粉均匀性指数都会发生变化，进而影响煤粉的着火及燃尽特性。混煤后的煤粉细度如何与锅炉的燃烧进行合理组织，也需要通过相关试验确定。
（4）SO2的生成特性
按照硫含量的不同，把煤炭可划分为高硫煤和低硫煤，和NOx的生成机理不同，SO2的含量主要取决于原煤中硫的含量，这也是混煤发展的初衷。
此外，混煤的灰成分对炉内积灰、对NOx的生成等均有一定影响，因此，混煤以后侧重什么指标，需要根据电厂实际需求而定。
1.2混煤方式单一
目前电厂配煤方式一般有以下两种，一是“炉前掺混、炉内混烧”，即每台磨煤机煤仓的煤进行掺混，掺混后进行制粉燃烧，但是，该种掺混方式最大的弊端就是掺混不均匀，存在煤仓内分层或局部不均的情况，一旦煤种热值出现掺混不均， AGC会频繁调节给煤量，容易造成造成机组负荷波动，主蒸汽汽温汽压；而出现煤质挥发分的掺混不均，容易出现燃烧不稳；而出现煤种硫含量的掺混不均，容易引起FGD系统频繁的启停浆液循环泵。此外，“炉前掺混、炉内混烧”对掺配煤比例变化后燃烧调整的快速响应较高。
另外一种配煤方式是“分磨制粉，炉内掺烧”，即各台磨煤机燃用不同煤质，各台磨煤机对应燃烧器的配风方式因煤而异。这种配煤方式相对简单，但目前更加可靠，但掺配比例及效果也不如前一种方法。
鉴于目前配均匀性及对应实时燃烧优化技术的缺失，目前基本采用分磨掺烧的掺配煤技术，但掺配煤技术的发展趋势则是炉前掺混方式。
总之，目前配煤受到各自配煤煤质燃烧特性的不同，以及配煤后侧重的指标不同，目前还没有能够兼顾经济性和安全性的实时配煤燃烧技术，本公司针对于此，开发了下述智能化配煤与燃烧优化技术。
2 智能化配煤与实时燃烧优化技术工作原理
本技术针对不同配煤方式与燃烧优化技术、机组运行参数等相反反馈，根据运行结果不断调节配煤方式，并进行优化燃烧，具体介绍如下。
2.1配煤方式
根据前述，大的配煤方式目前分为两种“分磨掺烧”和“炉前配煤”两种。下面以600MW四角切圆锅炉配6台磨煤机进行介绍。“分磨掺烧”即6台磨煤机分别掺烧不同煤质，如A、B、C磨燃用烟煤，D、E、F磨燃用褐煤。即使只有两种煤进行配煤掺烧，其排列组合方式也有数十种。“炉前配煤”则是不同磨煤机按照不同的比例进行配煤，比如，A磨按照7:3进行烟煤褐煤掺烧，B磨按照5:5进行烟煤褐煤掺烧。
“分磨掺烧”的具体配煤方式有：
1) 不同负荷下的配煤方式。如高负荷的时候投运6台磨煤机，该使用几台燃用烟煤，几台燃用褐煤。低负荷投运4台磨煤机，该使用几台燃用烟煤，几台燃用褐煤。
2) 磨煤机组合形式变化后的配煤方式。以中负荷为例，如需投运5台磨煤机，A\B\C\D\E组合形式和B\C\D\E\F磨煤机的组合形式的配煤方式不尽相同。
3) 磨煤机不同煤质配煤方式。同样以两种煤为例，烟煤和褐煤的配比，烟煤与贫煤、贫煤与无烟煤的配比方式各不相同。
“炉前配煤”的具体配煤方式有：
1) 总的配煤比例不同。针对不同煤质，试验掺配煤质的上限能力，如原设计烟煤的锅炉，掺配褐煤，通过计算制粉系统的出力和炉内热负荷的分布，进行总的掺配比例试验。
2) 不同磨煤机的掺配比例。燃烧器标高不同，其掺配比例也不尽相同。如底层A磨是掺配70%，顶层F磨的掺配比例为30%。
3) 不同负荷磨煤机掺配煤试验。高负荷和低负荷的磨煤机投运方式不同，炉内热负荷不同，其掺配比例应该各不相同。
2.2燃烧优化调整
不同配煤方式下的制粉系统和燃烧系统的优化方式各不相同，如制粉系统中，针对不同配煤比例及煤质特性，其煤粉细度、均匀性指数、磨煤机出口风温、风煤比的调节方式差异较大，其对应的配风方式也是千差万别。
2.3机组运行状况
不同配煤方式下的燃烧优化调整效果都是根据锅炉实际运行状况来反映的，根据配煤的指标侧重点可以分为安全性指标和经济性指标。安全性包括配煤后的结焦状况、壁温状况、汽温汽压波动幅度、负压波动幅度等，经济性包括排烟温度、灰渣可燃物、NOx生成量、AGC速率等，机组运行状况反映了当前配煤方式下的运行是否合理。
图1 智能化配煤与燃烧优化技术的原理
本技术的原理如图1所示，通过将配煤方式、动态燃烧优化与机组运行状况相结合，对实时指标进行数据分析、寻优、反馈相结合，找出变负荷条件下的最优配煤方式与实时燃烧调整优化技术。
3 智能化配煤与实时燃烧优化技术组成
图2智能化配煤与燃烧技术的组成
智能化配煤与燃烧技术包括机组实时经济性分析技术、机组动态智能化寻优技术、锅炉动态智能化燃烧调整技术，如图2所示。
机组实时经济性分析技术。通过采集DCS中的相关参数，实时分析计算机组的主要经济性指标，包括入炉煤煤质、锅炉效率、汽机热耗、发电煤耗等，为燃烧优化调整提供可视化的数据基础，如图3所示。
机组动态智能化寻优技术。通过实时分析经济性指标，对所有运行操作进行寻优，通过大数据采集与比对，剔除偶然因素，进行智能化分析。
图3机组实时经济性分析软件
锅炉动态智能化燃烧调整技术。通过机组寻优分析，添加变负荷及变煤种的预设参数进行动态燃烧调整，如图4所示。
图4火电厂智能管理系统
通过上述智能配煤与实时燃烧优化技术，对接智能化煤场，掌握煤场现有煤质信息，通过实时经济性指标分析、智能化寻优及动态燃烧技术，分析计算最优配煤掺烧比例及使用的燃烧调节方式。
4 智能化配煤与实时燃烧优化技术收益
通过实施本技术的经济效益分为两部分：（1）能够降低发电煤耗，节约煤资源。（2）能够更大比例的掺配低价的劣质煤。
4.1在线实时燃烧调整在运行过程中的节能
以该技术在1台660MW机组上应用为例，按当前年可利用小时数3300小时计算，配煤实时燃烧优化后，暂且不算AGC效益，也不算环保效益，保守以降低1g/kwh发电煤耗计算，一年节约标煤耗2187吨，若每吨标煤按800元计算，则带来经济效益175万元，这仅仅是1台660MW机组的经济效益。
4.2提高低价劣质煤掺烧比例的效益
表1 掺烧不同比例劣质煤的经济性分析
常规煤价格
800
元/t
劣质煤价格
500
元/t
1台660MW年可利用小时数
3300
h
1台660MW机组锅炉耗常规煤量
290
t/h
4800
大卡
1台660MW机组锅炉耗经济煤量
410
t/h
3400
大卡
掺烧比例（保持4800大卡）
常规煤t
经济煤t
成本(万元）
掺0经济煤
290
0
76560
掺10%经济煤
268.84
29.87
75902.83
掺20%经济煤
246.37
61.59
75204.96
掺30%经济煤
222.47
95.34
74462.47
掺40%经济煤
196.98
131.32
73670.94
掺50%经济煤
169.76
169.76
72825.37
掺60%经济煤
140.61
210.91
71920.00
每提升10%掺烧比例平均节约成本
800万
以600MW锅炉为例，如表1所示，本身掺烧经济煤种30%，若利用本课题研究的成果，将其掺烧比例提升至40%，则燃料经济效益达到800万元。即便按掺烧经济煤后理论上锅炉效率下降，通过实时在线燃烧优化再提高锅炉效率，折算锅炉效率损失0.5%，则每年增加煤耗1.5g，按上述小节1的算法扣去约265万左右的损耗，综合经济效率在每年不少于700万元的收益。
此外，通过掺配煤技术的实施，能够节能降耗，此外，还能够有效地利用劣质煤，节约优质动力煤，为社会实现清洁高效的燃烧及环保提供技术保证，具有较大的社会效益。
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