林濤

摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)動(dòng)力煤市場(chǎng)的變化，越來(lái)越多的發(fā)電企業(yè)無(wú)法保證鍋爐設(shè)計(jì)用煤的供應(yīng)。同一煤種，隨著產(chǎn)地、采礦點(diǎn)、地質(zhì)條件以及開(kāi)采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等條件的不同，煤質(zhì)特性也會(huì)有很大的差別。很多發(fā)電企業(yè)從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，主動(dòng)讓鍋爐摻燒一些低價(jià)煤、劣質(zhì)煤，增大了鍋爐實(shí)際用煤的變化幅度，煤質(zhì)特性參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)值。燃料特性發(fā)生變化后，鍋爐是否可以安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行？燃料發(fā)生變化后，鍋爐燃燒系統(tǒng)以及輔機(jī)系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)地發(fā)生何種變化？

Abstract： In recent years， with the changes in China's thermal coal market， more and more power generation companies cannot guarantee the supply of coal for boiler design. The same coal type， with the different origins， mining points， geological conditions and mining， transportation， storage and other conditions， coal quality characteristics will also be very different. From the perspective of economic efficiency， many power generation enterprises actively let the boiler blend some low-cost coal and inferior coal， which increases the variation range of the actual coal used in the boiler and the coal quality parameters deviate far from the design value. After the fuel characteristics change， can the boiler operate safely， economically and stably？ After the fuel changes， what changes will occur in the boiler combustion system and the auxiliary system？

關(guān)鍵詞：混煤;鍋爐;性能

Key words： mixed coal;boiler;performance

中圖分類號(hào)：TK229.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）36-0217-03

0? 引言

我們知道電站鍋爐在設(shè)計(jì)階段都會(huì)選取不同煤種進(jìn)行校核計(jì)算，鍋爐對(duì)煤種的變化是有一定的適應(yīng)性的。因此，在不對(duì)鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒器參數(shù)等進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改變的條件下，鍋爐實(shí)際燃用的煤在一定的范圍之內(nèi)變化是允許的。下面對(duì)煤種改變對(duì)鍋爐性能的影響進(jìn)行分析。

1? 單一燃料特性參數(shù)對(duì)鍋爐燃燒性能的影響

1.1 發(fā)熱量對(duì)燃燒特性的影響

鍋爐燃用比原設(shè)計(jì)發(fā)熱量低的煤種，鍋爐效率下降，不完全燃燒損失增加。鍋爐燃用發(fā)熱量過(guò)高的煤種，在燃料量相同的情況下，鍋爐會(huì)過(guò)度燃燒，產(chǎn)生過(guò)量煙氣，增加大氣污染，還可能損壞燃燒設(shè)備。雖然發(fā)熱量是煤重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但并非發(fā)熱量越大越好。

1.2 揮發(fā)分對(duì)燃燒性能的影響

揮發(fā)分主要由可燃?xì)怏w：氫氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫及其他碳?xì)浠衔锝M成。不同種類的煤，揮發(fā)分含量和開(kāi)始析出溫度不相同。一般碳化程度淺的煤揮發(fā)分含量多，開(kāi)始析出的溫度較低。褐煤130～170℃開(kāi)始析出，煙煤190℃析出，無(wú)煙煤析出溫度高達(dá)380～400℃。揮發(fā)分多的煤易著火，燃燒快，火焰長(zhǎng)。燃煤揮發(fā)分降低，煤著火溫度變高，即不易著火，使煤粉氣流著火推遲，燃燒不易穩(wěn)定，容易發(fā)生滅火。爐膛結(jié)構(gòu)和鍋爐運(yùn)行時(shí)的調(diào)整與揮發(fā)分含量密切相關(guān)。

1.3 煤中含硫量對(duì)燃燒特性的影響

1kg硫完全燃燒生成二氧化硫時(shí)能放出9050kJ的熱量，部分二氧化硫進(jìn)一步氧化成三氧化硫，二氧化硫和三氧化硫與煙氣中的水蒸氣結(jié)合在一起生成亞硫酸和硫酸蒸氣。硫酸蒸汽的酸露點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同樣分壓力下水蒸氣露點(diǎn)。硫酸蒸汽一旦凝結(jié)在受熱面上，便有強(qiáng)烈的腐蝕性。酸露點(diǎn)的高低主要取決于燃料中硫的含量。硫的氧化物隨煙氣排入大氣，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。硫是煤中的有害元素，我們希望硫含量越低越好。

1.4 煤中灰分含量對(duì)燃燒特性的影響

灰的成分比較復(fù)雜，一般包含氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、鈣鎂氧化物、及堿金屬氧化物等成分。一般而言灰分含量高的煤種煤質(zhì)較差，反之屬于優(yōu)質(zhì)煤?；曳执嬖跁?huì)使煤中可燃元素的含量相對(duì)減少，發(fā)熱量降低?；曳謺?huì)阻礙可燃物質(zhì)與氧接觸，影響煤顆粒燃燒與燃盡?；曳謺?huì)使受熱面積灰、結(jié)渣，影響傳熱。煙氣中的飛灰還會(huì)引起設(shè)備的磨損、腐蝕，降低鍋爐使用壽命。爐膛排除灰渣會(huì)帶走一部分熱量，造成熱損失。隨煙氣排出的飛灰會(huì)污染環(huán)境?；曳值淖兓谶\(yùn)行中必須高度重視。

1.5 灰的熔融性對(duì)燃燒特性的影響

由于灰是各組成成分的復(fù)合化合物或混合物，所以它沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。當(dāng)它受熱時(shí)，就由固態(tài)逐漸向液態(tài)轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化特性就稱為灰的熔融性。在鍋爐中多用軟化溫度ST作為灰熔點(diǎn)。各種煤的ST-般為1100～1600℃?；业娜廴谛詫?duì)鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性有很大影響。對(duì)于固態(tài)排渣煤粉爐，當(dāng)燃用灰熔點(diǎn)低的煤，容易引起受熱面結(jié)渣。對(duì)于液態(tài)排渣煤粉爐，當(dāng)燃用灰熔點(diǎn)高的煤，容易造成爐底排渣口流渣困難。

當(dāng)灰粒溫度低于軟化溫度時(shí)，在受熱面上只能形成疏松的弱黏性聚形灰渣，容易脫落。當(dāng)灰粒溫度高于軟化溫度時(shí)，固態(tài)的顆粒將變成熔融狀態(tài)，具有較強(qiáng)的黏性，與受熱面接觸時(shí)會(huì)黏附在受熱面上形成結(jié)渣，導(dǎo)致傳熱惡化。

1.6 煤中水分含量對(duì)燃燒特性的影響

水分增加會(huì)使煤中可燃元素的含量相對(duì)減少，水分蒸發(fā)要吸收汽化潛熱，使煤的實(shí)際發(fā)熱量降低。水分多對(duì)煤的著火、燃燒十分不利，會(huì)增加不完全燃燒熱損失。煤中水分增加將使燃燒生成的煙氣容積增大，造成排煙熱損失及引風(fēng)機(jī)耗電量增加。水分多還會(huì)引起低溫受熱面的堵灰與腐蝕。

2? 混煤特性參數(shù)對(duì)鍋爐燃燒性能的影響

一般認(rèn)為混煤是煤的機(jī)械混合，其燃燒特性應(yīng)是兩種煤質(zhì)特性的加權(quán)平均值，實(shí)際并非如此。雖然混煤的元素成分和發(fā)熱量與原煤的加權(quán)平均值相符，但是燃用混煤的爐內(nèi)過(guò)程，如著火燃燒穩(wěn)定性、燃盡性和結(jié)渣特性等，則與加權(quán)平均結(jié)果有較大的差距。

煤粉氣流著火指數(shù)的測(cè)定條件與電站鍋爐煤粉著火工況最接近，可以把它作為比較煤粉著火難易的主要指標(biāo)。煤粉氣流著火指數(shù)受煤粉濃度和混煤比例的直接影響，煤粉濃度升高著火指數(shù)降低。無(wú)煙煤摻燒煙煤的比例越大著火指數(shù)越低，通常煤粉爐的一次風(fēng)煤粉濃度為0.4～0.6，提高煤粉濃度有利于著火，采用濃淡分離技術(shù)或高濃度一次風(fēng)燃燒，可明顯提高煤粉濃度，有利于著火和提高燃燒穩(wěn)定性。但是，過(guò)高的煤粉濃度在輸粉方面要采取有效措施防止煤粉爆炸。

難燃煤摻燒易燃煤時(shí)著火特性明顯改善，1：1混煤的著火指數(shù)大多不是兩個(gè)原始煤種著火指數(shù)的平均值，而是向易燃煤著火指數(shù)靠攏。這說(shuō)明易燃煤種先著火并起到一個(gè)穩(wěn)定火源的作用。由此可見(jiàn)，難燃煤種燃燒時(shí)，摻燒少量的易燃煤種對(duì)穩(wěn)定燃燒和降低不投油負(fù)荷有利。易燃煤種被迫摻燒難燃煤種時(shí)，其著火指數(shù)要升高，但摻燒比例不是太大時(shí)著火穩(wěn)定性可在允許范圍內(nèi)。分析混煤的著火特性，可得出如下規(guī)律：

①揮發(fā)分是判別著火難易的概略指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，揮發(fā)分越高，著火越容易;但是揮發(fā)分相近的不同煤種（包括混煤），其著火難易程度可能有很大的差別。

②難著火的煤與易著火的煤混燒，總的著火難易程度趨近易著火煤的著火特性，難燃煤摻燒易燃煤來(lái)改善著火特性，其作用會(huì)較顯著。

③混煤的著火及燃燒穩(wěn)定性靠近易燃煤的特性，難燃煤中摻燒部分易燃煤種會(huì)顯著提高燃燒穩(wěn)定性。

④混煤的燃燒，各摻燒煤種在燃燒過(guò)程中均保持原有的燃燒特性。

⑤混煤的燃盡性趨近難燃煤種，難燃煤中摻燒易燃煤種，不會(huì)使燃盡特性顯著改善。

從分析研究所選用煤種來(lái)看，兩原始煤種的結(jié)渣性能對(duì)混煤結(jié)渣性有同等程度的影響，結(jié)渣煤種糝燒不結(jié)渣煤種會(huì)使結(jié)渣程度減輕。相反，不結(jié)渣煤種摻燒結(jié)渣煤會(huì)使燃燒產(chǎn)生結(jié)渣。結(jié)渣傾向受摻燒比例的影響，摻燒越多，結(jié)渣傾向越重。一般來(lái)說(shuō)，兩不結(jié)渣煤摻燒后仍不結(jié)渣。

3? 設(shè)計(jì)燃用煙煤鍋爐摻燒褐煤?jiǎn)栴}探討

很多發(fā)電企業(yè)，為了降低運(yùn)行成本，將原設(shè)計(jì)燃用煙煤的鍋爐大量摻燒高水分褐煤。在不改變鍋膛結(jié)構(gòu)及其附屬系統(tǒng)的條件下，能夠摻燒多少高水分褐煤呢？

根據(jù)鍋爐廠提供的設(shè)計(jì)資料、《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計(jì)規(guī)范》以及其他規(guī)程規(guī)范可知：在鍋爐燃用燃料一定的條件下，首先要進(jìn)行爐膛截面熱負(fù)荷以及容積熱負(fù)荷的確定，進(jìn)而確定爐膛結(jié)構(gòu)等參數(shù)。而爐膛截面熱負(fù)荷及容積熱負(fù)荷的選擇與燃料的特性有很大的關(guān)系。表1為300MW鍋爐熱力特性。

與煙煤相比，由于褐煤揮發(fā)分高，容易結(jié)渣。因此在選擇爐膛熱力特性參數(shù)時(shí)數(shù)值相對(duì)煙煤低。所以原設(shè)計(jì)燃用煙煤的鍋爐，摻燒一定比例的褐煤，從燃燒穩(wěn)定性的角度出發(fā)，鍋爐沒(méi)有問(wèn)題;相對(duì)于煙煤，褐煤較軟，原設(shè)計(jì)燃用煙煤的鍋爐大多配置中速磨煤機(jī)，因此從碾磨出力的角度出發(fā)，中速磨煤機(jī)磨制褐煤是沒(méi)有問(wèn)題的。但是由于褐煤水分大、揮發(fā)分較高，原設(shè)計(jì)燃用煙煤的鍋爐制粉系統(tǒng)，大多選擇“熱風(fēng)十冷風(fēng)”作為干燥劑，那么這種磨煤機(jī)在碾磨褐煤過(guò)程中能否出現(xiàn)其他問(wèn)題？鍋爐能夠摻燒多大比例的褐煤呢？

對(duì)于火力發(fā)電廠而言，燃煤摻燒比例是企業(yè)需要確定的關(guān)鍵參數(shù)之一，摻燒比例的選擇主要受到以下幾個(gè)方面的影響：

①鍋爐結(jié)渣是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要因素，因此摻燒比例的確定應(yīng)結(jié)合鍋爐結(jié)渣特性而最終確定。

②褐煤的水分高。爐內(nèi)摻混或爐外摻混都會(huì)影響制粉系統(tǒng)的干燥出力，磨煤機(jī)的出口溫度降低，直接影響到鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

③褐煤揮發(fā)分含量高，在實(shí)際摻燒過(guò)程中應(yīng)防止制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸。同時(shí)也要關(guān)注燃燒器噴口以及水冷壁等受熱面的結(jié)焦現(xiàn)象。

④正是由于褐煤具有高水分、高揮發(fā)分、低熱值的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)燃用煙煤的鍋爐在摻燒一定比例的褐煤時(shí)，鍋爐一次風(fēng)率的增大會(huì)給鍋爐的性能帶來(lái)許多變化。

原設(shè)計(jì)燃用煙煤的鍋爐、在不對(duì)其進(jìn)行任何改動(dòng)的時(shí)提下，鍋爐最大能夠摻燒多少褐煤呢？下面以某臺(tái)330MW鍋爐為例，進(jìn)行分析說(shuō)明。該爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1080t/h，鍋爐的額定蒸發(fā)量為1045.6t/h。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為徐州煙煤，摻燒煤種為印尼褐煤。

以褐煤：煙煤=1：9、2：8、3：7的摻燒比例進(jìn)行校核計(jì)算。計(jì)算時(shí)假設(shè)摻燒褐煤后，磨煤機(jī)出口溫度75℃不變。計(jì)算結(jié)果表明，按1：9比例摻燒，制粉系統(tǒng)的冷、熱一次風(fēng)比例為21：79。摻燒比例為2：8的校核計(jì)算中冷、熱一次風(fēng)比例為6：94干燥出力基本達(dá)到極限。摻燒比例為3：7時(shí)制粉系統(tǒng)干燥劑全部采用熱風(fēng)也無(wú)法滿足制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行。

這表明制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)干燥出力已經(jīng)不能滿足鍋爐制粉需要。即在鍋爐現(xiàn)有系統(tǒng)條件下，鍋爐最大的摻燒褐煤比例為2：8。當(dāng)然，如果適當(dāng)降低磨煤機(jī)出口風(fēng)溫，則摻燒比例可以提高。

目前很多發(fā)電廠鍋爐摻燒較為便宜的褐煤，褐煤具有高水分、高揮發(fā)分、灰熔點(diǎn)較低的特性。在運(yùn)行中有以下問(wèn)題需要重視：

①由于總的燃煤量及煙氣量的增加，鍋爐對(duì)流受熱面磨損增加。

②制粉系統(tǒng)干燥出力裕度不足甚至沒(méi)有。特別是在冬季運(yùn)行期間，該問(wèn)題將特別突出。

③由于干燥出力的不足，必須增加一次風(fēng)量。導(dǎo)致燃燒推遲，對(duì)流受熱面容易超溫，減溫水量增大。

④褐煤的揮發(fā)分高，容易著火。運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整配風(fēng)，防止由于褐煤著火提前而導(dǎo)致的“搶風(fēng)”現(xiàn)象的發(fā)生。

電站鍋爐可以摻燒一定比例的劣質(zhì)煤，通過(guò)一些小的技術(shù)改造可在保證鍋爐及其制粉系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)較大比例的摻燒。

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