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一、前言
配煤掺烧是应对我国燃煤电站锅炉燃料供应紧张、复杂多变，提高机组运行安全性、经济性和环保性的重要途径之一。通常情况下锅炉原煤仓均是一台磨煤机配一台给煤机，一台原煤仓只存一种煤，只有仓内旧煤烧完后才能烧后上的新煤，即使实施混配煤也只能在煤场进行，也根本无法实现一台原煤仓单独存两种以上煤种。国内外针对混煤掺烧方面已开展了多年研究，取得了丰富的成果。以国内电厂普遍采用的分磨制粉、炉内掺烧技术，或者采用煤场混配煤方式，但这些已有的配煤掺烧不能很好满足实时精准快速燃烧优化以及机组灵活性运行要求。为此，提出一套基于原煤仓分仓快速配煤掺烧技术，通过对现有设备实施少量改造，实现了不同煤种的快速变煤掺烧，实现精准实时在线切换煤种，应对全天快速变负荷的要求，高负荷烧高热值煤，低负荷烧低热值，提高负荷响应，同时增加低热煤的掺烧量，取得了负荷响应好和经济性高的双重高收益，有力提升企业的市场竞争能力。
目前，国内燃煤发电机组主要采用“炉前掺配、炉内混烧”和“分磨制粉、炉内混烧”两种方式开展混煤掺烧。受煤场条件限制，“分磨制粉、炉内混烧”成为燃煤电站锅炉混煤掺烧的主要方式，该方式就是将不同的煤种通过不同的磨煤机磨成煤粉后送入炉内混合燃烧，具有占地空间小、操作方便的优点，但影响机组运行的灵活性。当机组设计煤质为高热值烟煤时，若掺烧一定比例的低热值煤种，则满负荷运行时，磨煤机出力增高，超过磨煤机最大出力时，即出现影响机组带负荷现象。另外，掺烧低热值煤还影响机组升负荷速率。而近年来随着我国新能源装机规模不断增加，电网系统对煤电机组深度调峰灵活性运行能力要求逐渐提高。煤电机组不仅要能够升得高，达到额定负荷，还要降得足够低，达到30%甚至20%额定负荷，而且要升得快、降得快。在此过程中，入炉煤种特性变得至关重要，是煤电机组灵活性运行的关键点。因此，提高炉内掺烧过程中煤种切换的灵活性对于燃煤发电机组灵活运行具有重要的意义。
二、改造案例
2021年我公司为某电厂两台600MW超临界直流机组进行改造。锅炉为Π型布置，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧方式，前后墙各布置3层低NOx轴向旋流燃烧器，每层各有5只，共30只燃烧器。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃烬风口，每层布置5只，共10只燃烬风口，用来补充燃烧后期需要的空气，同时实现分级燃烧。配六台直吹式中速辊式磨煤机，每台磨有五根出粉管，对应一层燃烧器。电厂上煤系统为双路皮带系统，在煤仓间设置有10A、10B皮带，煤仓间带式输送机层采用电动双侧犁式卸料器进行，通过选择启动A路或B路犁式卸料器的犁刀，两条皮带分别可以向两台锅炉12个原煤仓进煤。原煤仓由主要由上部圆柱形原煤仓、中部圆台原煤仓和下部双曲线原煤斗三部分构成，另外，给煤机入口有一段大小头，连接原煤斗及给煤机入口。对现有原煤仓实施改造，在原煤仓内区域加装隔板，给煤机入口上方的双曲线煤斗区域安装一套新式插板门，用以分别控制一侧煤流。在不对原输煤及配煤系统做任何变动的情况下，仅通过上述简单改造，利用开启两侧的新式插板门来控制进入给煤机的煤种，实现快速变换煤种的目的。分隔后的原煤仓，一半装好煤，一半装劣质煤，根据不同负荷和深度调峰的需要，自动开启不同的新式插板门向给煤机实时提供与负荷相行适应的原煤，以适应机组全天快速变负荷要求，需要高负荷烧高热值煤，低负荷烧低热值煤，提高负荷响应，同时增加低热煤的掺烧量，极大满足了快速响应负荷要求的同时提高了劣质煤掺煤率的目的。
三、技术创新点
1、实现一个煤仓一台给煤机同时供应两种不同的煤种，实时实现改变锅炉配煤的需要，满足锅炉不同负荷对煤质的要求。
2、改造工作量小，投入小。锅炉制粉系统变动不大，不需要再增加一个煤斗仓，也不需增加给煤机、磨煤机，特别对于上煤系统，不做任何变动。利用现有的原煤仓存储两种不同的煤种，辅以必要的监视手段，实现实时在线变换煤种的目的。改造完成后原煤仓即可做两种煤掺配，同时仍可做单一煤种的原煤仓。
3、操作简单方便，运行可靠。以快速响应机组负荷的变化，彻底改变以往配煤过程中时间滞后，不能及时变换煤种的弊端、无法应对负荷快速变动时的精准配煤局面，实现机组负荷“高峰顶的上，低谷能降下来”，从根本上解决了机组负荷响应与精准配煤之间的矛盾。
4、实现锅炉燃烧精准调整，满足火电机组灵活性要求，满足发挥机组辅助服务的需要，在火电企业参与电网辅助服务、调频等方面发挥其优势，提高火电企业的竞争能力，为企业增收节支带来巨大收益。
5、提高劣质煤的掺烧量，灵活应对全天快速变负荷的要求，为企业扭亏增盈、提质增效提供有力保障，进而提升企业的市场竞争能力。
6、原煤仓进行灵活性分仓改造具有改造成本低，以当前市场计算,20.9MJ的高热值煤价为1000元/t,15.9MJ的低热值煤价为600元/t,每台给煤机出力50t/h,以各带一半负荷计,年内运行小时按5000h,全年低热值煤占比50%,分仓运行的投入率按40%考虑,年收益为：(50t/h-25t/h)×5000h×(1000元/t-600元/t)×50%*40%=1000万元。
四、结论
在目前大部分火电企业经营效益下降，煤价持续上涨的情况下，掺烧低热值煤是一个提升企业经营效益的有效手段。原煤仓进行灵活性分仓改造，具有改造成本低、施工及改动工程量小、安全可靠、运行方式灵活等优点，是降低企业经营成本、提高企业经营状况，满足电网深度调峰要求的有效手段。可在行业内全面推广，是降低企业经营成本，提高企业经营状况的有效途径。除在电站锅炉推广应用外，在其它行业有使用掺配煤并采用原煤仓储存化石类燃料的行业均可应用。
