【內容摘要】該文針對燃用超低揮發份無煙煤啟動點火設計，結合龍巖坑口火電廠4×135MW機組燃用本省無煙煤的啟動煙煤系統的設計和運行作介紹，希望在燃用類似煤種的各種容量的CFB上能推廣應用。

循環流化床鍋爐燃用超低揮發份無煙煤啟動點火設計技術

福建省電力勘測設計院  楊成達

【內容摘要】該文針對燃用超低揮發份無煙煤啟動點火設計，結合龍巖坑口火電廠4×135MW機組燃用本省無煙煤的啟動煙煤系統的設計和運行作介紹，希望在燃用類似煤種的各種容量的CFB上能推廣應用。

【關鍵詞】超低揮發份無煙煤  著火點   CFB   啟動煙煤系統

一．前言

    福建無煙煤煤質揮發份（Vdaf）低，難著火、難穩燃、難燃燼，灰熔點低，并且來煤礦點多，煤質參差不齊，入爐煤質難以保證。因煤質的特殊性，在福建省內，燃用福建無煙煤采用煤粉爐型式的鍋爐，其運行效率低（87％以下），且80％負荷以下要一直投油，運行費用高。目前的燃用福建無煙煤的電廠基本采用循環流化床鍋爐，作為電力設計院，在機組選型上推薦采用循環流化床鍋爐來燒福建省無煙煤，在重要部件型式上把好關，如對旋風分離器，高溫分離推薦采用汽冷或水冷，保證鍋爐回料順暢，不易結焦；中溫分離采用絕熱分離器，運行安全可靠且綜合技術經濟性好；對油槍設計，應設計床上油槍等等。

    燃用福建無煙煤的煤粉爐，點火時著火困難，在80％以下負荷需要助燃，對循環流化床鍋爐，最低穩燃負荷在40%能做到，已解決了煤粉爐高達80%還需助燃的突出問題，但循環流化床鍋爐如何在既定時間內穩定著火，盡可能節省燃油，這是福建省小容量的循環流化床鍋爐啟動過程中遇到的普遍問題。有的小容量鍋爐在啟動時用人工加木碳或煙煤點火，很不方便，這是需要解決，需要我們設計院設計人員認真考慮的問題，本文主要對龍巖坑口4x135MW循環流化床機組（哈爾濱鍋爐廠鍋爐）啟動點火系統設計和運行總結，針對類似的煤種，也可以得到推廣應用。

二．龍巖坑口火電廠簡介

    福建省龍巖坑口火電廠位于龍巖市新羅區雁石鎮，電廠廠區位于新蘆村東側、柯溪村南側的平地上。電廠南距雁石鎮約2.5km，龍巖市約25km。

    福建省龍巖坑口火電廠工程一期建設規模為4X135MW凝汽式汽輪發電機組。福建省電力勘測設計院于2004年完成施工圖設計，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的440t/h超高壓中間再熱循環流化床鍋爐；汽輪機為4臺135MW超高壓中間再熱凝汽式汽輪機，其中1、2號機組汽機由哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產，3、4號機組由東方汽輪機廠生產；汽輪發電機均為山東濟南發電設備廠生產的135MW汽輪發電機。公用系統按4×135MW考慮。1、2、3、4號機組分別在2005年9月、2005年12月、2006年5月和2006年9月通過96小時滿負荷試運行。 

三..煤質資料

下表為龍巖坑口火電廠4x135MWCFB機組設計和校核煤質：

此處有兩張圖，網站顯示不出

    從上表看，設計煤種揮發份Vdaf=3.8%,校核煤種Vdaf=3.2%,屬超低揮發份，極難著火煤種，對于福建無煙煤，具有一定代表性。

四．設計思路

    從本省35 t/h、75t/h小容量CFB點火的情況來看，無煙煤的著火溫度在750℃-900℃，有時來煤Aar高達45%,著火溫度很高。完全用油點火，床溫很難到達著火溫度，即使可達到750℃-900℃,因沒有床上油槍或容量小，很容易把點火風室燒壞，因此，啟動時人工配加一些煙煤或木碳，或在底料中配一些煙煤，當床溫到達著火溫度后再加無煙煤。75t/h小容量鍋爐啟動時間短，一般在3小時左右，加煙煤或木碳燃油耗量總共約1噸，在保證著火點的同時，也能省一些燃油，但其最重要的是解決著火點問題，而當時，國內燃用無煙煤的所有CFB,也沒有電廠從設計時就考慮增設自動控制啟動煙煤系統。

    最早設計的思路是：1. 盡可能節省燃油。 2.回避點火點不起來的風險；3. 煙煤倉可為壓火運行提供煙煤4. 煙煤倉還可以上啟動床料。

    考慮到鍋爐冷態啟動約8小時，煙煤著火點低，大約450℃能穩定著火，小容量鍋著火溫度在750℃以上（有時要到850℃以上才能穩定著火），而135MW鍋爐如果冷爐點火從450℃升溫到750℃以上，約3個小時，在此期間，用煙煤來升溫，可以盡量少投油或盡早不投油，同熱值消耗條件下，煙煤價格比輕油低。從設計一開始就考慮自動控制啟動煙煤系統，也避免了象小容量鍋爐那樣，點火點不起來時再人工加煙煤或木碳，對135MW機組來說，是很難用大批人工來加煙煤或木碳。另外，煙煤倉可為壓火運行提供煙煤，還可以上啟動床料。

五．設計方案

龍巖坑口4x135MW工程在除氧煤倉間每臺爐設置了一個30m3啟動煙煤倉，兩個350m3無煙煤倉，輸煤專業皮帶給煤機在不同的時間里可以分別輸送煙煤和無煙煤到這三個倉，每次冷爐點火前先把煙煤倉裝滿，一次冷爐點火把全部煙煤用完，溫態啟動時也用煙煤。

    正常運行時二級給煤，兩條120%容量給煤線，無煙煤從無煙煤倉落到無煙煤耐壓稱重給煤機，再落到刮板給煤機后輸送進入回料腿，送入爐膛。煙煤為三級給煤的方式，煙煤從啟動煙煤倉落到煙煤耐壓稱重皮帶給煤機，再落到無煙煤耐壓稱重給煤機之后利用其中一條無煙煤給煤線送入爐膛，整個給煤過程從集控室根據床溫高低進行控制，可以間斷或連續給煤，給煤量通過耐壓稱重給煤機變頻控制。此設計與常規相比，增加了一個啟動煙煤倉和煙煤皮帶給煤機。如果布置上煙煤能直接落到無煙煤耐壓稱重給煤機，煙煤耐壓稱重皮帶給煤機可以省去，晉江熱電廠（2x50MW）和安溪煤矸石電廠（2x50MW）煙煤倉直接進入無煙煤耐壓稱重給煤機，中間就可省去一級，而這兩個工程都為前墻給煤，實際上都是一級給煤給入爐膛。

六.運行及經濟性分析

    目前運行數據如下：鍋爐冷態啟動點火時先投油燃燒，燃燒至約450℃時投煙煤，煙煤穩燃后斷油，爐膛溫度升至約750℃投無煙煤，成功點火，耗油約15噸，耗煙煤約20噸；如果鍋爐冷態啟動時投油到床溫650℃-750℃投無煙煤，實際耗油量約25噸。投煙煤和無煙煤是以床溫為準。

    （1）投油到投無煙煤（650℃-750℃時投）點火實際耗油量約25噸。

    燃油耗費：

    燃油消耗：25噸（一臺爐）

    燃油價格：0.495萬元/噸

    燃油耗費：0.495×25＝12.375（萬元）

   （2）投油到450℃時投煙煤，750℃時投無煙煤，實際耗油量約15噸，煙煤約20噸。

    燃油耗費：

    燃油消耗：15噸（一臺爐）

    燃油價格：0.495萬元/噸

    燃油耗費：0.495×15＝7.425（萬元）

    煙煤耗費：

    假定點火煙煤低位發熱量為21300KJ/kg，

    標煤價格暫按550元/噸估列；

    燃煤消耗：20噸（一臺爐）；

    折算到標煤：20×21300/（7000×4.1868）＝14.5t

    標煤耗費：14.5×550＝7975元

    總點火耗費：7.425＋0.798＝8.223萬元

    每點火一次啟用煙煤系統比直接點燃無煙煤節省費用： 12.375－8.223＝4.152萬元

    從以上可以看出，鍋爐冷態啟動一次采用油和煙煤聯合啟動比采用油啟動節省費用4.152萬元。增加初投資一個煙煤倉約6萬元，煙煤耐壓稱重給煤機30萬元，共36萬元，冷態啟動9次就可回收初投資。按一臺爐一年冷爐點火15次計算，每臺機組每年可節約62萬元，四臺機組每年節約248萬元，經濟性好。

七．應用推廣

    龍巖坑口火電廠工程首次設置啟動煙煤倉，采用油和煙煤聯合啟動的方式，已得到用戶的認可和好評。其后設計的燃用本省無煙煤的50MW級CFB也普遍采用聯合點火方式，因來煤參差不齊，煤質差時，著火溫度要到850℃，如果沒有先投煙煤，甚至無法達到投無煙煤的溫度，一定要投煙煤才能成功點火。

    2005年由安徽煤炭設計院設計的晉江熱電廠（2x50MW）和安溪煤矸石電廠(2x50MW),初設請我院評審時，要求其增加啟動煙煤倉，現運行狀況良好，晉江熱電廠冷態啟動一次耗油約8噸。現在，我院和西南電力設計院合作，正在設計的龍巖坑口二期2x300MW、福建華電漳平2x300MW和福建永安火電廠2x300MW燃用福建無煙煤，也設計了啟動煙煤系統，采用燃油和煙煤聯合啟動的方式，在大機組的應用上得到推廣，將有更好的經濟效益。

    參照龍巖一期的運行情況，300MW循環流化床兩種啟動方式每次啟動節省費用預期結果如下：

   （1）投油到投無煙煤（650℃時投煤）點火實際耗油量約50噸。

    燃油耗費：

    燃油消耗：50噸（一臺爐）

    燃油價格：0.495萬元/噸

    燃油耗費：0.495×50 = 24.75（萬元）

   （2）投油到450℃時投煙煤，750℃時投無煙煤，實際耗油量約30噸，煙煤約40噸。

    a. 燃油耗費：

    燃油消耗：30噸（一臺爐）

    燃油價格：0.495萬元/噸

    燃油耗費：0.495×30 ＝ 14.85（萬元）

    b. 煙煤耗費：

    假定點火煙煤低位發熱量為21300KJ/Kg，

    標煤價格暫按550元/噸估列；

    燃煤消耗：40噸（一臺爐）；

    折算到標煤：40×21300/（4.1868×7000）＝29.07t

    標煤耗費：29.07×550＝16000元

    總點火耗費：14.85＋1.6＝16.45萬元

    每點火一次啟用煙煤系統比直接點燃無煙煤節省費用：24.75－16.45＝8.3萬元。

    鍋爐啟動系統加裝煙煤系統后，爐前給煤系統無需改動，只需根據需要，輸送所需煙煤到煙煤倉。每臺爐設置一座有效容量約為100m3煙煤倉，可以滿足一次冷態啟動煙煤耗量；設置最大出力為45t/h電子稱重式給煤機及埋刮板給煤機各一臺。增設啟動煙煤系統需增加設備初投資計算如下（一臺爐）：

此處一張圖，網站顯示不出

    從以上可以看出，每點火一次啟用煙煤系統比直接點燃無煙煤節省費用8.3萬元，增設一套啟動煙煤系統，需增加初投資約57萬元，增加的初投資費用大概點火7次即可收回成本，假定300MW機組一年冷爐點火按15次考慮，一年內即可收回成本，以后每年每臺機組可節約點火燃油耗費約124.5萬元。

八．結束語

    針對循環流化床鍋爐燃用超低揮發份無煙煤啟動點火系統，我院在135MW級CFB上首次設計采用燃油和煙煤聯合啟動的方式，啟動過程安全穩定，縮短啟動燃油時間，經濟性好，此設計方案解決了小容量CFB啟動時用人工配底料（渣和煙煤的混合料）和啟動過程用人工加煙煤的不便，著火不穩定，控制困難等等的弊病，也解決了135MW級以上CFB燃用類似煤質耗油量大，著火不穩定的問題，在135MWCFB上，如果用人工加煙煤，其一次用量約20噸，是很不現實的。將來在300MW級或更大容量機組上應有推廣，將會有更好的實用性和收到更好的經濟效益。希望在國內和國際遇到燃燃用超低揮發份無煙煤CFB也能推廣應用。