同一礦區煤質資料擬定方法探討

田慶峰，黃永琛，陳 勇，陳 牧

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

同一礦區煤質資料擬定方法探討

田慶峰，黃永琛，陳 勇，陳 牧

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

對于同一礦區的煤種，在給定典型煤種及煤質變化范圍的基礎上，本文給出一種校核煤質的擬定方法，來滿足鍋爐及煙風制粉系統設計的需要。

煤質成分；擬定校核煤種；水分；灰分。

1 概述

鍋爐及煙風制粉系統最重要的設計基礎就是煤質資料，如何根據業主給定的設計煤種、煤質資料變化范圍合理確定出校核煤種，或者反過來根據煤礦的典型煤質數據、性能考核時煤種變化范圍合理確定出幾種假定的性能考核煤種用于鍋爐的設計，并同時滿足電廠制粉系統、燃燒系統各設備的選型需要，就顯得尤為重要。

本文提供的“煤質擬定”思路和方法，僅適用于同一個礦區的煤種，并不適用于不同礦區的混煤。如果遇到需要混煤的項目，應根據單個煤源的煤質情況分別擬定典型煤種及校核煤種，再根據需要按照一定的比例進行摻混，關于混煤的基本規定詳見《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導則(DL/T831－2002)》中4.3節的規定，混煤的煤質擬定方法不在本文的討論范圍。

2 校核煤種的擬定原則

根據同一個礦區的典型設計煤種及成分變化范圍擬定校核煤種的煤質擬定方法的核心理論是，同一個礦區內各煤層的成煤年代基本相同，各煤層所表現出的主要差異是其水分、灰分、發熱值數據的區別，各煤層的干燥無灰基成分均相同，且各煤層的“純煤熱值”相同。

“純煤熱值Qnet,pure”的物理意義相當于去除水分和灰分的干燥無灰基低位熱值，其計算公式如下：

燃煤的收到基低位熱值Qnet,ar，可以采用以下4個公式(LHV1～LHV4)、根據燃煤的成分進行校核計算，當4個公式計算的低位熱值與給定的低位熱值的差值均小于0.5 MJ/kg時，則認為燃煤的成分與給定的低位熱值之間是匹配的。

收到基高位熱值Qgr,ar和低位熱值Qnet,ar之間的換算關系，如下所示：

在上述四個收到基低位熱值計算公式中，LHV3公式與國內經常使用的門捷列夫公式比較接近，門氏公式如下所示：

當煤質資料是以典型設計煤種并同時給出煤質資料變化范圍的形式給出的時候，其典型的做法是根據該煤質資料的典型設計煤種及變化范圍再擬定出四個校核煤種—WC/MM、WC/ MA、BC/MM和BC/MA：

水分最大時的最差煤種(Worst Coal Max Moisture, WC/MM)

灰分最大時的最差煤種(Coal Max Ash, WC/MA)

水分最小時的最好煤種(Best Coal Min Moisture, BC/MM)

灰分最小時的最好煤種(Best Coal Min Ash, BC/MA)

按照以上原則，根據給定的典型設計煤種、同一個礦區的煤質資料變化范圍，擬定校核煤種的主要方法如下，根據給定的典型設計煤種的Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar、Aar、Qnet,ar，求出對應的干燥無灰基成分Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf、Sdaf，對收到基低位熱值Qnet,ar與LHV1～LHV4收到基低位熱值的差異進行校核計算，并計算“純煤熱值Qnet,pure”。以上所述4個校核煤種(WC/MM、WC/MA、BC/MM和BC/MA)的干燥無灰基成分與典型設計煤種相同，四個校核煤種的收到基成分Car、Har、Oar、Nar、Sar由對應的干燥無灰基成分換算所得，根據四個校核煤種的定義及需要，收到基低位熱值、收到基水分Mar(或收到基灰分Aar)分別取值為范圍值的上限或下限值，四個校核煤種分別以“純煤熱值Qnet,pure”等于典型設計煤種的“純煤熱值”為目標值，以收到基灰分Aar(或收到基水分Mar)為可變量，對燃煤的收到基各成分進行綜合求解計算，分別得出四個校核煤種的收到基成分，與此同時可對四個校核煤種的收到基低位熱值Qnet,ar與LHV1～LHV4收到基低位熱值進行校核計算，則四個校核煤種的擬定初步完成。

以下分別介紹四個校核煤種的擬定方法及其主要用途。

2.1 水分最大時的最差煤種(WC/MM)

“收到基低位熱值的給定值取下限值”、“收到基水分取上限值”，以“純煤熱值單元格”為目標單元格，以“典型設計煤種的純煤熱值數據”為目標值，以收到基灰分為可變單元格，對收到基各個組分進行單變量求解。

水分最大時的最差煤種(WC/MM)，此煤種主要用于校核磨煤機的干燥出力及碾磨出力、空預器出口熱一次風溫度、鍋爐的熱力計算及爐膛特征參數的選取(此煤種的水分最大、熱值最低，煙氣量一般來說最大，對鍋爐的熱力計算影響很大。)煙氣在爐膛內的停留時間。

2.2 灰分最大時的最差煤種(WC/MA)

“收到基低位熱值的給定值取下限值”、“收到基灰分取上限值”，以“純煤熱值單元格”為目標單元格，以“典型設計煤種的純煤熱值數據”為目標值，以收到基水分為可變單元格，對收到基各個組分進行單變量求解。

灰分最大時的最差煤種(WC/MA)，此煤種主要用于除塵器及除灰系統出力的校核，也可同時用于磨煤機碾磨出力的校核。

2.3 水分最小時的最好煤種(BC/MM)

“收到基低位熱值的給定值取上限值”、“收到基水分取下限值”，以“純煤熱值單元格”為目標單元格，以“典型設計煤種的純煤熱值數據”為目標值，以收到基灰分為可變單元格，對收到基各個組分進行單變量求解。

水分最小時的最好煤種(BC/MM)，此煤種主要用于鍋爐的熱力計算及蒸汽溫度的校驗、校核磨煤機入口冷風流量及管徑的選擇，同時此煤種單位質量的煤生成的SO2排放流量較大。

2.4 灰分最小時的最好煤種(BC/MA)

“收到基低位熱值的給定值取上限值”、“收到基灰分取下限值”，以“純煤熱值單元格”為目標單元格，以“典型設計煤種的純煤熱值數據”為目標值，以收到基水分為可變單元格，對收到基各個組分進行單變量求解。

灰分最小時的最好煤種(BC/MA)，此煤種通常來說煙氣量最小、燃燒后的未燃盡碳損失最小、單位質量的煤生成的SO2排放流量較大。

3 煤質資料擬定方法的示例

以某工程為例，業主給出的設計煤種見表1，其中收到基低位熱值的變化范圍為15.0～20.4 MJ/kg，收到基灰分的變化范圍為3.0～12.0%，收到基全水分的變化范圍為20.0～37.0%，收到基硫份的變化范圍為0.5～0.7%。根據前述煤質擬定方法，本工程擬定的4個校核煤種見表1。

表1 已知某工程的典型設計煤種及同一個礦區的煤質變化范圍擬定校核煤種

4 結論及建議

(1)本文所述的煤質資料擬定方法的核心理論基礎是，同一個礦區內各煤層的成煤年代基本相同，各煤層所表現出的主要差異是其水分、灰分、發熱值數據的區別，各煤層的干燥無灰基成分均相同，各煤層的“純煤熱值”相同，按照這個理論可以擬定出四個校核煤種(WC/MM、WC/MA、BC/MM和BC/MA)。這個假設理論可能和同一礦區不同煤層的實際情況有所差異，但基本可滿足鍋爐及燃燒制粉系統的設計需要，個別數據(如Sar、Nar)也可根據業主的實際需要略作調整。

(2)本文所述的煤質資料擬定方法，僅適用于同一個礦區的煤種，并不適用于根據混煤的燃煤成分及熱值的變化范圍來擬定校核煤種，如果給定的設計煤種為不同礦區的混煤，不宜采用本文所述方法擬定校核煤種。

(3)國內工程，業主一般提供了幾個煤礦的典型煤質資料作為鍋爐的設計煤種和校核煤種，技術協議中一般對設計煤種性能考核時的煤質資料波動范圍進行了限制，煤種在此范圍內波動時，其鍋爐效率的實測值可以按照規定的方法進行修正(修正到設計煤種的狀態)，超出此波動范圍時，理論上是不具備性能測試驗收的條件的；鍋爐制造廠可以根據技術協議中約定的設計煤種變化范圍，根據本文給出的煤質擬定方法擬定出性能考核期間的校核煤種，用于評估鍋爐的性能。

(4)對于國內的新開發的煤礦，如果能夠多一些采集煤質樣本，通過實驗室的工作，給出煤種的范圍值，然后用以上的“最好最差煤質法”確定出四個校核煤種，則可以從設計源頭降低煤質變化帶來的風險。

(5)國外工程，當業主給出典型煤種數據及煤種變化范圍時，應落實典型煤種數據和煤種數據變化范圍是否屬于同一個礦區后，才能采用此方法進行校核煤種的擬定。

[1] DL/T 5145－2002，火力發電廠制粉系統設計計算技術規定[S]．

[2] 范從振．鍋爐原理[M]．北京：水利電力出版社，1995．

Formulation Method of Coal Quality Data for Same Coal Mine

TIAN Qing-feng, HUANG Yong-chen, CHEN Yong, CHEN Mu
(Central Southern Electrical Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

Based on typical coal analyses and variation range for single coal mine,this article expounded one formulation method of check coal,which is intention to meet the demand of boiler and the firing system.

coal constituent; formulating check coal; moisture; ash content.

TM621

B

1671-9913(2017)02-0030-04

2015-01-07

田慶峰(1975- )，男，河南林州人，高級工程師，主要從事火力發電廠熱機專業設計。