国家电投集团河南发电有限公司沁阳分公司李延伟刘亚平王霄霄郝秉迎邢旭光
上海发电设备成套设计研究院有限责任公司赵旭
摘要：针对某1000MW对冲燃烧锅炉进行配煤掺烧试验，对于掺烧混煤特性、制粉系统混煤出力规律、配煤掺烧优化调整等方面进行了相关的研究。
关键词：配煤掺烧；煤质分析；制粉系统试验；燃烧优化
基金项目：国家电力投资集团课题资助项目(201805559)，国家电力投资集团有限公司统筹研发经费支持项目(TC2019HD10)
据国家能源局/国家发改委的多项政策，爪根^深度挖掘火电调峰潜力、提高机组灵活性
成为当前火电机组的重要任务，而燃料灵活性作为火电灵活性的重要组成部分，在当前煤炭市场价格波动剧烈、电厂燃用煤源复杂的情况下，具有 降低燃料成本、提高电厂收益的重要意义|1］。目前火电机组目前多采用配煤掺烧的方式掺烧低价劣质煤，深度调峰下有效控制发电成本。但由于往往配煤的情况和设计煤种偏差较大、所掺烧低价煤的水分/灰分/硫分等较高，导致机组运行时锅炉稳燃、结焦、SOx/N
Ox排放等特性会发生变化，严重时甚至会发生灭火、非停等严重事故|2］。因此通过配煤掺烧试验，研究经济合理的掺烧方案以及掺烧煤种对制粉系统、锅炉燃烧的影响，并通过调节配风等燃烧优化手段指导调节锅炉安全、经济运行。
表1锅炉主要设计参数
名称单位BMCR BRL THA 过热蒸汽流量t/h3063.812917.912705.25过热器出口蒸汽压力MPa(g)29.329.1728.01
过热器出口蒸汽温度迄605605605再热蒸汽流量t/h2502.142381.42229.69再热器进口蒸汽压力MPa(g) 6.15 5.85 5.48
再热器出口蒸汽压力MPa(g) 5.95 5.65 5.3
再热器进口蒸汽温度迄367358353
再热器出口蒸汽温度613613613
省煤器进口给水温度306302297
以某1000MW燃煤发电机组作为配煤掺烧试验对象，锅炉采用东方锅炉股份有限公司设计的DG3063.81/29.3-H1型高效超超临界参数变压运行直流炉，一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架，锅炉采用n型布置方式，前后墙对冲燃烧方式，采用微油点火系统，燃烧器采用外浓内淡型低NOx旋流煤粉燃烧器，制粉系统采用采用6台ZGM133-II中速磨煤机，锅炉的主要参数如表1。
1配煤特性研究
1.1混煤混熔点特性研究
本次试验的电厂现阶段配煤主要由人工计算完成，主要考虑煤中挥发分和硫含量，煤场对于堆放的现状同样也主要基于煤挥发分和硫含量，分四大类(高挥高硫、高挥低硫、低挥高硫、低挥低硫)进行堆放以便取用。经过工业分析、元素分析、发热量检测，得到6种原煤的煤质信息分别为：收到基水分Mar(%)5.0/5.5/9.2/9.9/5.5/1.9、挥发分Var(%)11.19/11.20/22.35/20.65/12.04/16.54、灰分Aar(%)32.06/27.18/20.29/18.06/18.84/45.6 8、低位发热量Qnet.ar20.24/21.80/21.42/22.15/25.8 8/15.95、硫Sar(%)0.46/1.51/0.81/1.20/0.95/0.71、碳Car(%)54.24/59.34/56.78/58.88/68.56/43.6 8、氢Har(%)2.73/2.79/3.42/3.26/3.28/2.57、氮Nar(%)0.83/0.85/0.75/0.81/0.88/0.65、氧Oar(%)
4.68/2.83/8.75/7.89/1.99/4.81。
可以看出，1号煤属于低挥低硫煤、2号煤属于低挥高硫煤、3号煤属于高挥低硫煤、4号煤属于高挥高硫煤、5号煤属于低挥中硫煤、6号煤属于中挥低硫煤。基于这六种原煤制备混合煤样，采用空气干燥状态下各原煤两两混合，质量取1:1比例制备，制得15种混合煤样（表2）。煤的灰熔点温度是衡量煤质好坏、影响锅炉结焦的重要因素。为研究配煤掺烧对于锅炉结渣特性的影响，对于所制备的21种煤样进行灰熔融特性试验，试验选取粒径小于0.2mm的21种煤样在815P的温度下分别进行燃烧制灰（表3。。
表2混合煤样编号
煤样编号23456
—7891011 2——12131415
3———161718
4————1920
521
按照ST指数来看，6种原煤中2号煤、5号煤、6号煤属于弱结渣倾向，1号煤、3号煤、4号煤为中等结
渣倾向；混合煤样中7~11号煤的软化温度相较于其未掺配时两种原煤的软化温度都有所增加，特别是8、9号煤，未掺配时两组原煤都是中等结渣倾向，掺配后变成弱结渣倾向，软化温度有较大的增加。14~17号煤和21号煤的软化温度相较于其未掺配时两种原煤的软化温度有所降低。可见1号煤与其他五种煤掺配都有提高配煤的灰熔点的作用。
1.2混煤燃烧特性研究
基于上述的21中混煤样本选取粒径小于0.1mm 的煤粉，使用热重分析仪分别进行燃烧特性试验，得到原煤与混煤的燃烧特性，包括平均燃烧速率、最大燃烧速率、着火温度、燃尽温度、综合燃烧特性指数、稳燃特性指数等。由试验结果可得，六种原煤中3号煤的综合燃烧特性指数最高，其次为4号煤，这主要是因为3、4号煤挥发分产率高，导致其着火、燃尽温度低，从而提高了综合燃烧特性。2号煤的挥发分产率最低，其着火温度、燃尽温度高，导致其综合燃烧特性较差。6号煤固定碳含量低，燃烧速率低导致综合燃烧特性较差；六种原煤中稳燃指数最高的是3号煤，其次为4号煤；稳燃性能最差的为2号煤，其次为6号煤。
从综合燃烧特性指数角度考虑，16号煤的综合燃烧特性指数最高，其次为12号煤。16号煤由原煤中综合燃烧特性最好的3、4混合后得到，然而其综合燃烧指数有所降低，11号混煤也有类似结论。15号煤由原煤中综合燃烧特性最差的2、6混合后得到，其综合燃烧指数有所上升，同样情况发生在14号煤样。其余煤样的综合燃烧特性指数介于其组成原煤的综合燃烧特性指数之间。
从稳燃特性指数研究，混合煤样中稳燃性能最好的是12号煤和16号煤，最差的是7号煤和11号煤，15种混合煤样中，10、11、17号煤的稳燃性能比未掺配时的原煤都低，其他12种煤的稳燃指数都介于未掺配时两种原煤的稳燃指数之间。
综上可得出结论，配煤掺烧的燃烧性能并不是简单的线性叠加，相对于原煤燃烧特性来说，配煤掺烧改变混煤燃烧特性多数情况下会使其燃烧特性介于二者之间，但也会出现性能综合上升下降的情况，具体情况需要按试验判断分析。
表3灰熔融特性试验结果
序号变形温度
DT/匕
软化温度
ST/匕
半球温度
HT/匕
流动温度
FT/匕
序号
变形温度
DT/匕
软化温度
ST/匕
半球温度
HT/匕
流动温度
FT/匕1262130413521369121336139214091425
21302147214861496131262138714121434 31312132113301344141324143814781497 41268131613261351151272145914751490 514021498——161240129613051324 61298147914911498171201132014121457 713441498——181368138814201436 81459147214801490191271140214201441 91392145114721483201377140614201438 101352———211310145314741485 111494———
1.3制粉系统试验制粉系统系统试验主要研究动态分离器转速、 分离器出口温度、磨煤机出力及通风量对煤粉细度、
均匀性和经济性的影响，试验结果显示煤粉整体的
R90低于国标推荐值，高硫煤泥的R90高于其他煤,
但细煤粉占比很大。煤粉平均含水率为0.22%，说明 各煤种含水量较小且磨煤机干燥出力情况较好，其 中煤泥煤粉的含水率最高，为0.51%。由于整体煤粉
较细，可以适当降低动态分离器转速，经过试验发 现以下规律。
当给煤量增加时：当风煤比较高且分离器转速
较高，此时细煤粉少，增加给煤量填补了研磨空隙, 煤粉整体会变细。当风煤比较低且分离器转速较低 时，由于研磨出力不足，给煤量较大时煤粉会变粗；
当一次风量的增加量较小时细煤粉会被更容易带走,
R90变化不明显。当一次风量较大时较细的煤粉更
容易被带走，煤粉整体略有变粗，R90略有增加； 随着液压加载力增加煤粉先变细后变粗，是因为当
磨辊与磨盘的空间被逐渐填满后更多的颗粒无法参
与研磨，但较大的加载力会导致磨煤机振动，需要 选取合适的液压加载力值，保证磨煤机的安全。
2燃烧调整
2.1配煤掺烧现状
本次试验电厂采用配煤掺烧（表4）, 700~
850MW 运行1、2、3、5、6号磨，600~750MW 运行2、 3、5、6号磨，440~600MW 运行2、3、6号磨。总
表4目前锅炉配煤情况表
磨
名称
干燥无灰
基挥发分 （Vdaf ）%
硫（Sar ）
%
热值（Qar ） kcal/kg 磨名称
干燥无灰 基挥发分 （Vdaf ）%
硫（Sar ）
%
热值（Qar ） kcal/kg 1低挥咼硫13 1.955004低挥低硫
晋煤13.280.4451752低挥低硫：
市场煤1:1
13
1.0742005煤泥
15.230.8
30003
象山18.99
1.19
4857
6
咼挥咼硫38.4
1.3
5500
注：前墙燃烧器从上到下依次为1、2、3号磨，后墙燃烧器从上到下依次为4、5、6号磨。
表5实测二次风风量
前墙
后墙
挡板开度（%）
左侧风量（t/h ）
右侧风量
（t/h ）
左侧风量（t/h ）
右侧风量
（t/h ）
挡板开度
（%）
10051SOFA 上
1818
SOFA 上
4110010047SOFA 下5543SOFA 下39
1004558
1号磨55644号磨614550412号磨40325号磨255080
38
3号磨
43
50
6号磨
47
85
之，起磨优先起前墙磨，停磨优先停后墙磨。3号磨 的象山煤与6号磨的高挥高硫煤为440~1000MW 全 负荷稳燃用；1号磨的市场煤、2号磨的混煤与5号磨
的煤泥都属于低价煤种，可考虑多掺烧；4号磨的高 热低挥低硫煤价格较高，为带满负荷用。
440MW 以下负荷采用配煤掺烧，较为稳定的
方式为底层两台磨投用高挥、中层磨投用一台中挥,
该方法至400MW 也能保证燃烧，但该方案燃用的 煤价格较高，就燃煤的成本来说并不合理。同时采
用配煤掺烧后，在高负荷和低负荷下均出现火检不
稳定，炉膛温度左右偏差等一系列问题，针对以上 问题，结合对于煤质、混煤、磨煤机运行的相关规
律，对于1000MW 超临界机组进行燃烧调整优化。 2.2低负荷下燃烧调整
低负荷下主要出现的问题在于2号磨火检不稳定
的情况，靠近左侧，SCR 前NOx 值偏高。就地测 量看火孔温度，2层燃烧器左侧温度偏低，初步分析
认为与2号磨投用贫煤挥发分低有关，炉膛温度低使 其着火延迟有关，针对上述问题，就地加大内二次
风开度、降低一次风压和风量以加强中层燃烧器的 卷吸，使煤粉能够短时间内得到充分的着火热；同
时减小磨煤机分离器转速和减小分离器转速加载压， 根据制粉系统试验的规律总结，该措施能够加大煤 粉出力、提升煤粉细度，有利于着火。经过多次验证，
采用这样的措施火检明显好转。
在上述基础上，调节外二次风，结合火检变化 以及就地测温，炉膛左侧NOx 高，炉膛左侧温度低,
认为与风量有关，猜测左侧风
量较低，之后可进行低负荷下 风量的标定验证。针对2层燃
烧器逐个调节，最终火检状况 好转。
2.3 高负荷下燃烧调整
高负荷下出现了底层磨火
检变差的情况，通过尝试，发
现减小燃尽风开度、加大底层 磨外二次风开度，火检会有好
转，结合二次风风箱的布置形 式，结合以往相关的经验131认
为出现该情况为高负荷下出现 抢风，致使底层燃烧器风量不 够，尤其是6号磨，由观火孔
观察炉膛也出现了明显的黑
，通过降低磨煤机转速、减小煤粉出力，风量与
煤风量相匹配，使得火检有所好转，更加验证了出现抢风的可能性。针对上述现象，可采用提风箱压力、加氧量偏置的措施。为验证高负荷下底层磨火检不稳定的原因，在950MW负荷下就地测量风量（表5）。
950MW稳定工况下在上述开度进行了就地风量测试，发现对于燃烧器区域的二次风，即使在上层挡板开度关小的情况下，离大风箱最近的1号磨及4号磨风量最大，平均59t/h；而最下层由于开度最大故风量也不小，平均44.3t/h；中层磨风量最小，为34t/h，且前墙风量大于后墙。下层燃尽风风量大于上层燃尽风风量。
高负荷下下层磨火检不好的原因主要是中高挥发分的煤在燃烧初期需要消耗大量的氧气，而底层磨的空气量并不是最多的。挡板开度80~85%已接近最大流量，当运行过程中，如稍微开大1、2、4、5号磨或燃尽风层的层操风门挡板，就会将底层的风抢走很多。
3结语
本文针对1000MW超临界锅炉配煤掺烧试验，从煤质、制粉系统试验、燃烧优化调整等方面进行了相关研究和分析，得出以下结论：配煤掺烧多种煤掺混会对煤的煤质、灰熔点、燃烧性质等产生影响，
应当结合具体试验来采用合理的掺配方案；制粉系统对于不同煤种、不同混煤有着不同的出力规律，通过试验掌握煤粉出力和磨煤机运行方式之间的联系对于燃烧调整具有重要；由于入炉煤质发生变化，对于燃烧的控制方式需要响应的改变，本次燃烧优化主要解决：低负荷下由于炉膛温度低、一次风量大导致煤粉点火延后造成2层磨火检不稳定，采用加强卷吸、加强点火的措施；高负荷下由于底层磨缺风导致底层火检不稳定，采用减小燃尽风，加强底层磨二次风等措施加强燃烧。
参考文献
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电站系统工程,2019,6.
[2]吴英，陈林国，等.700MW超临界锅炉配煤掺烧
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[3]许标，温达，等.火力发电厂配煤掺烧运行分析
[C]//2019年江西省电机工程学会年会.（上接67页）
然而针对N类及以上围岩及断层破碎带等不良地质条件下，支护设计需重点关注。由于设备小型化要求，小断面TBM无法搭载过于复杂的初期支护设备，若采用人工辅助支护，既无法保证支护的及时性又降低施工效率。如何进行排水隧洞初期支护设计，既能保证施工安全又便于施工，也是一大难点。 3结语
一般来说，现阶段抽水蓄能项目地下隧洞采用TBM施工，在纯经济性方面往往无法与钻爆法比肩，采用TBM施工应从安全、质量、环保、施工进度等各方面综合效益出发，进行全面技术经济分析，充分发挥TBM技术的特点和优势。
抽蓄地下隧洞进行TBM试点或推广应用的思路应着力于解决传统施工方法的痛点及难点，各个应用方向应有不同的着力点。其中，通风洞和交通洞应用TBM施工有利于缩短筹建期施工工期，提前进行厂房施工，为项目提前投产发电创造有利条件；利用TBM进行引水系统斜井的开挖，使引水系统的立面设计更为灵活，可减少引水隧洞长度、改善水力学条件、节约工程量，对斜井施工质量和安全控制也有本质上的提升，对引水斜井的设计和施工具有较大的技术创新意义；利用TBM进行排水系统的开挖，从根本上改变了小断面平洞采用钻爆法施工时机械化程度低、通风散烟条件差、施工作业环境差的问题，可极大改善该部位现场施工人员的职业健康环境。
以上部位采用TBM施工，在改善施工作业环境、设计施工技术突破、节约工程工期上各有特点。抽水
蓄能项目地下隧洞的TBM应用，需针对不同部位做具体分析，解决其关键技术问题，结合技术经济性，论证其合理性及可行性。
参考文献
[1]邱彬如.抽水蓄能电站新发展[M].中国电力出版
社,2015.
[2]李富春，吴朝月.抽水蓄能电站TBM施工技术
[M].中国电力出版社,2018.
[3]邱彬如，刘连希.抽水蓄能电站工程技术[M].北
京：中国电力出版社,2008.
[4]徐艳.斜井隧道掘进机在抽水蓄能电站施工中
的应用[J].水电与抽水蓄能,2019,5.
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