燃煤中矸石对300MW等级循环流化床机组输煤系统及锅炉运行影响的分析方法

摘要

本发明公开一种燃煤中矸石对300MW等级循环流化床机组输煤系统及锅炉运行影响的分析方法，根据锅炉运行异常采集数据，选取输煤系统及锅炉运行典型代表性参数，结合煤种特性评估情况，建立而成。建立煤种的特性情况与输煤系统及锅炉运行参数异常的关联性，根据各参数的关联结果，分层级给出燃用煤种的处理建议，避免因盲目长时间燃用该类煤种导致出现输煤和锅炉严重问题的可能性，以保证锅炉安全稳定运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃煤中矸石对300MW等级循环流化床机组输煤系统及锅炉运行影响的分析方法。

背景技术

循环流化床发电技术作为燃煤发电领域重要发展方向之一，因其燃料适应性广、负荷调节性强及环保性能优良等特性，经过数十年发展，300MW等级循环流化床机组，已在国内燃煤发电领域得到了广泛商业化应用，

循环流化床锅炉与煤粉炉的燃烧方式有很大区别，虽然循环流化床锅炉具备较强的燃料适应性，但对燃料粒度大小和级配上有严格要求，其原因是循环流化床锅炉炉膛中的高温循环灰对炉内燃烧、传热和负荷调节有重要影响。随着煤炭行业中优质煤源消耗，低劣质煤在火力发电市场中日益受到重视，煤中存在质地坚硬且颗粒度较大的煤矸石，属于低劣质煤种之一，如该类煤种作为循环流化床机组燃用煤种，破碎后的入炉煤粒度特性出现改变，可能会对循环流化床机组运行产生不利影响。

循环流化床机组日常运行中，因燃用煤种中存在不明特性的煤矸石导致输煤系统及锅炉运行问题时有发生，例如，会对粗碎机、细筛机等设备造成不良影响，严重情况下，会造成碎煤机锤头和振筛机料耙损坏；锅炉出现风帽大比例损坏、循环灰量减少、床层底部大颗粒沉积、排渣管堵管频发等问题，影响锅炉安全稳定运行。

针对300MW等级循环流化床机组，如燃用煤种中存在不明特性的煤矸石，如何评估该类煤种的特性情况，以及如何评估循环流化床机组对于该类煤种的适应性，目前没有一套较好分析和评估方法，盲目长时间燃用该类煤种，往往导致了循环流化床机组严重的输煤系统、锅炉运行和设备问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种燃煤中矸石对300MW等级循环流化床机组输煤系统及锅炉运行影响的分析方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃煤中矸石对300MW等级循环流化床机组输煤系统及锅炉运行影响的分析方法，其特征在于：包括燃用煤种各批次入厂煤质数据分析方法、燃用煤种煤堆粒度分析方法、燃用煤种现场抽检分析方法、燃用煤种硬度测试分析方法、燃用煤种对输煤系统影响分析方法及锅炉运行影响分析方法。

所述燃用煤种各批次入厂煤质数据分析方法：用于判定该燃用煤种各批次煤质波动特性；评价指标为各批次下的燃用煤种收到基灰分总体标准差s，当总体标准差s>5，评定该燃用煤种煤质波动大，当总体标准方差小于s＜5，评定为该燃用煤种煤质波动正常；

所述燃用煤种煤堆粒度分析方法：用于判定燃用煤种中大颗粒物料含量，对燃用煤种煤堆进行人工采样，采样量为总煤堆重量的0.10-0.15‰，采样子样为10个，采样点等距离均匀分布在煤堆中下部四周位置；称重采样总量质量，采用50mm规格标准筛对煤对采样总样进行筛分，称重标准筛筛上物重量，筛上物重量占总采样量的比例为α，当α>8%，评定为燃用煤种煤堆存在较多大颗粒物料；当α＜8%，评定为燃用煤种煤堆存在较少大颗粒物料；

所述燃用煤种现场抽检分析方法：在上述10个采样子样中，随机抽取5组，每组选取2个对比样，物料粒度一致，且大于50mm；2个对比样中，大致同样体积大小下，保证一个样品重量明显大于另外一个样品；对5组对比样进行分别制样和化验分析，收到基低位热值小于300kcal的样品评定为煤矸石，评定为煤矸石的数量占5个重量较大的样品的比例为β，β≥80%，评定为燃用煤种煤堆中存在煤矸石，β值＜80%，无法进行评定；

所述燃用煤种硬度测试分析方法：将筛上物进行水洗作业，分选出灰白色物料，测试各物料的摩氏硬度，当各物料的摩式硬度>4，占总灰白物料的比例为γ，γ>30%，评定为燃用煤种煤堆中存在质地坚硬的煤矸石，γ＜30%，无法进行评定；

当燃用煤种的判定条件二取一（s>5或α>8%），且β≥80%、γ>30%时，判定燃用煤种种煤堆中实际存在质地坚硬且颗粒度较大的煤矸石，其煤矸石含量和特性会对输煤系统及锅炉运行产生潜在不利影响的概率增大。

所述燃用煤种对输煤系统影响分析方法：影响分析的设备包括粗碎机、细筛机及细碎机，在燃用煤种上煤过程中，监控粗碎机、细筛机及细碎机电机电流及轴承振动参数，统计5d内粗碎机、细筛机及细碎机电机电流及轴承振动达到报警值及跳闸值的次数n₁和n₂，并与上次正常输送其他燃用煤种5d内粗碎机、细筛机及细碎机电机电流及轴承振动达到报警值及跳闸值的次数m₁和m₂；当n₁>m₁+2时，判定燃用燃煤对循环流化床机组输煤系统产生不利影响，当燃用煤种满足判定条件二取一（s>5或α>8%），且β≥80%、γ>30%时，判定燃用燃煤中煤矸石对循环流化床机组输煤系统产生不利影响；当n₂>m₂+2时，判定燃用燃煤对循环流化床机组输煤系统产生严重不利影响，当燃用煤种满足判定条件二取一（s>5或α>8%），且β≥80%、γ>30%时，判定燃用燃煤中煤矸石对循环流化床机组输煤系统产生严重不利影响；

所述燃用煤种对输煤系统影响分析方法及锅炉运行影响分析方法，分析指标包括炉膛差压△P₁、炉膛风室压力与床层压力差值△P₂、冷渣管24h内堵管时间t；燃用煤种入炉后一段时间内，监视△P₁数值变化情况，当△P₁呈逐渐降低趋势，且△P₁≤0.6kPa时，判定炉膛差压△P₁参数异常；监视△P₂数值变化情况，当△P₂呈逐渐增加趋势，且△P₂≥7.0kPa时，判定炉膛差压△P₂参数异常；监视冷渣管24h内堵管时间t，当t呈逐渐降低趋势，且t≥5h时，判定冷渣管排渣异常；满足判定条件三取一（△P₁≤0.6kPa、△P₂≥7.0kPa、t≥5h）时，判定燃用燃煤对循环流化床机组锅炉运行产生不利影响，当燃用煤种满足判定条件二取一（s>5或α>10%），且β≥80%、γ>30%时，判定燃用燃煤中煤矸石对循环流化床机组锅炉运行产生不利影响；当满足判定条件三取二（△P₁≤0.6kPa、△P₂≥7.0kPa、t≥5h）时，判定燃用燃煤对循环流化床机组锅炉运行严重产生不利影响，当燃用煤种满足判定条件二取一（s>5或α>10%），且β≥80%、γ>30%时，判定燃用燃煤中煤矸石对循环流化床机组锅炉运行产生严重不利影响。

判定燃用燃煤中煤矸石对循环流化床机组输煤系统和锅炉运行产生不利影响时，提供以下两种方案：1）输送混煤过程中，控制燃用煤种掺混比例，掺混比例由小到大逐渐尝试，掺混煤在破碎过程中，严格监视粗/细碎煤机电流及振动数据，发现参数异常时，减少或停止新入厂煤掺混；2）单独输送燃用煤种经过破碎和筛分系统时，输煤系统降低出力运行，用于降低燃用煤破碎后的出料粒度，该措施方案后，密切监视锅炉运行情况，如情况良好，可适当增加输煤系统出力。

判定燃用燃煤中煤矸石对循环流化床机组输煤系统和锅炉运行产生严重不利影响时，筛分出燃用煤种中大于50mm粒度物料，执行对筛分处理方案再入炉燃烧。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明根据锅炉运行异常采集数据，选取输煤系统及锅炉运行典型代表性参数，结合煤种特性评估情况，建立一种燃煤中矸石对300MW等级循环流化床机组输煤系统及锅炉运行影响的分析方法，建立煤种的特性情况与输煤系统及锅炉运行参数异常的关联性，根据各参数的关联结果，分层级给出燃用煤种的处理建议，避免因盲目长时间燃用该类煤种导致出现输煤和锅炉严重问题的可能性，以保证锅炉安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明实施例中锅炉燃用A煤前后炉膛差压、右侧炉膛风室压力与床层压力差值图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

某电厂300MW等级循环流化床机组，配置的锅炉为东方锅炉厂生产的亚临界参数循环流化床汽包炉，型号：DG1025/17.4-II18，自然循环，单炉膛，一次中间再热，汽冷式旋风分离器，平衡通风，露天布置，燃煤，固态排渣。输煤系统中，筛分系统包括粗筛机、粗碎机、细筛机、细碎机等设备，卸煤沟网格筛篦方形孔径为200mm。该电厂燃用某新入厂煤（以下简称“A煤”）后，输煤系统及锅炉运行产生不利影响。

A煤为厂内首次采购，入厂共25批次，重量共计14000t，码头储存量达数万吨。厂内将A煤作为燃用煤种之一，燃用A煤约1个月，期间总共燃用A煤约9000t，煤场剩余煤种约5000t。表1为4次输送A煤时粗碎机、细筛机、细碎机跳闸次数统计表，2019/1/24-2019/1/28时间共计5d，粗碎机、细筛机、细碎机跳闸次数n₂为4次，上次输送其他煤种连续5d内，粗碎机、细筛机、细碎机跳闸次数m₂为0次，燃用A煤对循环流化床机组输煤系统产生严重不利影响。

表1 输送A煤时粗碎机、细筛机、细碎机跳闸次数统计

日期粗碎机/次细筛机/次细碎机/次2019/1/240112019/1/28011

现评估循环流化床锅炉燃用A煤前后锅炉运行及设备情况，锅炉启机时间为2018/09/28，停机时间为2019/02/03。2019/01/23至2019/01/29，锅炉燃用A煤时间段，燃用量共计约9000t，在此期间，锅炉每日入炉煤中无其他首次燃用煤种。

图1为锅炉燃用A煤前后炉膛差压、右侧炉膛风室压力与床层压力差值变化图，锅炉燃用A煤时间约为7d，燃用A煤一段时间后，由图可知，炉膛差压显著下降，数值由0.9kPa（燃用A煤前）下降至0.6kPa（机组停机前），炉膛差压降低，锅炉上部悬浮物料浓度量减少，循环灰量减少，炉膛上部蒸发受热面传热强度下降。右侧炉膛风室压力与床层压力差值显著升高，数值由4.9kPa（燃用A煤前）上升至7.2kPa（机组停机前），说明床层底部大颗粒沉积，加剧风帽磨损，一次风机耗电率增加，流化质量下降，对锅炉安全稳定运行造成影响。

锅炉停炉检查发现，风帽大量损坏，烧坏风帽共计750个（风帽总数为2234个），损坏比例达到33.5%，而根据日常检修记录锅炉正常检修周期（按100d运行时段），烧损风帽小于150个。锅炉燃用A煤一段时间后，炉膛差压△P₁约为0.6kPa，炉膛风室压力与床层压力差值△P₂约为7.2，冷渣管24h内堵管时间t约为5.8h，A煤对循环流化床机组锅炉运行严重产生不利影响。

以上说明，循环流化床锅炉燃用A煤后，锅炉出现风帽大比例损坏、循环灰量减少、床层底部大颗粒沉积、排渣管堵管频发等问题，现对A煤特性进行分析。

表2为A煤入厂平均煤质数据，由表可知，A煤为高挥发分烟煤，各批次A煤收到基灰分在45.80%及27.10%间波动，发热量变化也大，从灰分及热值角度分析，煤质波动较大，可能受原煤灰分变化或整批煤中煤矸石分布情况的影响。各批次A煤收到基灰分总体标准差s为5.6，评定该燃用煤种煤质波动大。

表2 A煤入厂平均煤质数据

参数单位设计值最大灰分最小灰分平均值到厂重量t-460.9512.717554.3全水分Mt%9.06.410.38.8收到基灰分Aar%30.0045.8027.1032.51空干基水分Mad%1.561.62.41.98干燥无灰基挥发分Vdaf%3.8041.6038.5039.52收到基低位热值Qnet,arMJ/kg20.6813.7019.2017.68大卡kcal/kg4941326845864222

分析A煤煤堆粒度分析方法，用于判定A煤中大颗粒物料含量，对厂内储存的A煤煤堆进行人工采样，A煤煤堆总量共计5000t，采样量约为500kg，采样量为总煤堆重量的0.10‰，采样子样为10个，采样点等距离均匀分布在煤堆中下部四周位置，每个子样总量约为50kg；称重采样总量质量，采用50mm规格标准筛对煤对采样总样进行筛分，称重标准筛筛上物重量，筛上物重量占总采样量的比例α为8.9%，为A煤煤堆存在较多大颗粒物料。

对A煤的10个采样子样进行随机抽检，随机抽取5组，每组选取2个对比样，物料粒度一致，且大于50mm，2个对比样中，大致同样体积大小下，保证一个样品重量明显大于另外一个样品；对5组对比样进行分别进行制样和化验分析，收到基低位热值小于300kcal的样品评定为煤矸石，评定为煤矸石的数量占5个重量较大的样品的比例为β为80%，说明A煤煤堆中存在煤矸石。

将A煤煤堆筛上物进行水洗作业，分选出灰白色物料，测试各物料的摩氏硬度，如各物料的摩式硬度>4占总灰白物料的比例为γ为35%，A煤煤堆中存在质地坚硬的煤矸石。

A煤特性测试结果表明，s为5.6、α为8.9%、β为80%、γ为35%，判定燃用煤种种煤堆中实际存在质地坚硬且颗粒度较大的煤矸石，其煤矸石含量和特性会对输煤系统及锅炉运行产生潜在不利影响的概率增大。

结合燃用A煤后输煤系统及锅炉运行出现的问题，评定燃用A煤中煤矸石对循环流化床机组输煤系统及锅炉运行产生严重不利影响，采用筛分出燃用煤种中大于50mm粒度物料的措施，执行对筛分处理方案再入炉燃烧。执行筛分措施后，输煤系统及锅炉运行稳定，未出现明显粗碎机、细筛机、细碎机跳闸问题，未出现床层底部大颗粒沉积、流化质量下降及对锅炉安全稳定运行造成影响的问题。说明针对A煤特性测试结果的数据，对A煤进行50mm粒度物料作业，能有效避免因盲目长时间燃用某矸石含量大且质地坚硬的煤种，有效防止导致出现输煤和锅炉严重问题可能性，保证锅炉安全稳定运行。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。