淺談優化進煤結構及分負荷段混配摻燒的均勻度對鍋爐安全經濟性的影響

李曉紅

摘 要：面對目前電力體制改革加速落地，各種因素影響下，火電企業迎來巨大市場競爭壓力，出現虧損。本文通過對300MW機組鍋爐運行進行分析，找出入爐煤煤質中揮發分、熱量、灰分、含硫量的摻配均勻度對鍋爐安全經濟性與標煤單價的影響程度。

關鍵詞：分負荷段摻配；均勻度；優化結構；鍋爐安全經濟性；降本增效

1 300MW機組鍋爐設計參數與設計煤種成分

1.1 300MW機組鍋爐設計參數

300MW機組HG-102l/18.2YM9亞臨界、一次中間再熱、自然循環鍋爐，采用平衡通風及四角切園燃燒技術，燃料為煙煤。采用中間儲倉式乏氣送粉方式。鍋爐以MCR工況為設計參數，在機組電負荷為331MW情況下的鍋爐最大連續蒸發量為102lt/h。機組電負荷為300MW時，鍋爐額定蒸發量為908t。

1.2 300MW機組鍋爐設計煤種成分

1.3 入廠煤的主要來源

入廠煤主要入廠煤主要來源于3個部分：

（1）某礦務局的氣肥煤，占總量的1/2，其收到基低位發熱量在20～22MJ/kg，干燥無灰基揮發分在30%～38%，干基硫分在1.2%以下，干基灰分在30%以下。

（2）地方煤礦的摻混煤（中高灰煤），占總量的1/5，其收到基低位發熱量在15.5～16.7MJ/kg，干燥無灰基揮發分在30%～42%，硫分在2.0%以上，灰分在35%以上。

（3）貧瘦煤，占總量的3/10，其收到基低位發熱量在21MJ/kg左右，干燥無灰基揮發分在20%以下，干基硫分在2.5%以上，干基灰分在30%以上。

2 入爐煤成分對鍋爐安全經濟性的影響

對于300MW的火電機組來說，通常鍋爐效率每變化1%，機組煤耗約變化3.5g/kWh，鍋爐效率對機組的經濟性影響是十分明顯的。而入爐煤的低位發熱量、揮發分、灰分、硫分、水分、灰熔點、可磨性系數對鍋爐的效率影響最為嚴重，同時對鍋爐的安全穩定燃燒影響至關重要，以下主要從理論上分析入爐煤低位發熱量、干燥無灰基揮發分、干基灰分與干基硫分對鍋爐安全經濟性的影響。

2.1 煤的低位發熱量對鍋爐安全經濟性的影響

煤的入爐煤發熱量是設計鍋爐時的一個重要數據。如果實際入爐煤的發熱量低于鍋爐的設計選定煤種，理論燃燒溫度必然下降，爐膛溫度水平降低。將導致機械部完全燃燒損失和排煙溫度的增加，鍋爐熱效率降低。當發熱量降低到一定限度，將導致燃燒不穩定。如果所用的煤的發熱量低于鍋爐的設計煤種發熱量的技術低限值，就不能直接單獨入爐燃燒。如果入爐煤的發熱量高于設計水平，爐膛溫度必然升高，容易形成爐膛結焦現象。就燃燒而言，判別煤質的好壞，不能簡單以發熱量的高低來衡量，而應與煤的揮發分高低結合考慮，當然也不能只以揮發分來決定，煤的干燥無灰基揮發分與收到基低位發熱量Vdaf與Qnet，ar組成判別煤質著火燃燒特性指標。

2.2 煤的揮發分對鍋爐安全經濟性的影響

揮發分是判別煤的著火、燃燒特性的首要指標。如果揮發分高，揮發分的熱值也高，則揮發分燃燒產生的熱值就高，著火點就短，容易達到焦炭的著火溫度，使焦炭提前著火，火焰穩定。如果揮發分低，揮發分燃燒產生的熱量較少，焦炭不容易著火，火焰就不穩定。揮發分的釋放量不僅與煤種有關系，還與加熱速度、加熱溫度、煤粒尺寸等因素有關。如果煤中灰分也多，將阻礙揮發分釋出，又減少煤的空隙率與反應表面積，將導致后期的燃燒速度降低，甚至有脫火的可能，造成鍋爐滅火。

2.3 煤中灰分對鍋爐安全經濟性的影響

灰分對燃燒的影響首先表現在對著火的影響。灰分高會使火焰的傳播速度減慢，使著火推遲；另外，煤的灰分越多，可燃物的成分相對減少，燃料的發熱量降低，爐膛溫度下降的幅度越大，煤的燃盡度變差和排灰量增大，均使q4隨之增加。在焦炭燃燒過程中，內在灰分還會裹在內層焦炭上形成灰殼，阻礙氧氣向焦炭表面擴散，降低燃燒速度。灰分的增加，還將導致受熱面的沾污使排煙溫度升高，同時使受熱面磨損加劇。對于一般固態排渣的煤粉爐，煤中的灰分不宜超過40%。

3 入爐煤摻配均勻度對鍋爐安全經濟性的影響

3.1 300MW入爐煤摻配現狀

入爐煤摻配合格率半年內基本處于69%～75%的范圍內徘徊。入爐煤摻配各項指標頻繁出現向兩極化發展的現象，極大地影響了鍋爐的安全與經濟性指標。

3.2 入爐煤揮發分摻配均勻度對鍋爐主汽溫度、排煙溫度、飛灰可燃物的影響

入爐煤揮發分是對鍋爐安全經濟燃燒的重要指標，以下主要針對每天的低谷負荷段的入爐煤揮發分進行研究，找出最有代表性的兩組數據，分析揮發分摻配均勻度對鍋爐主汽溫度、排煙溫度、飛灰可燃物的影響。

3.3 入爐煤發熱量摻配均勻度對鍋爐主汽溫度、排煙溫度、飛灰可燃物的影響

入爐煤低位發熱量是對鍋爐安全經濟燃燒重要的數據之一，因此入爐煤低位發熱量的摻配均勻度也是對鍋爐燃燒影響的關鍵問題，以下從低負荷段抽取的兩組發熱量數據，分析其對鍋爐經濟指標的影響。

4 影響入爐煤摻配均勻度的因素

下面從技術的角度分析影響入爐煤摻配均勻度的主要因素。

4.1 入爐煤摻配存在的技術問題

在入爐煤摻配中，一直延續一種摻配方式，就是用一個數學模型代替全天的入爐煤摻配，而負荷在全天中并非是直線運行，這就造成了入爐煤與負荷不相匹配的現象，以至于出現入爐煤摻配均勻度波動很大的現象。

4.2 負荷高低對煤質的要求

一般來講，負荷的高低對入爐煤煤質的要求是不同的，高負荷工況下，需要相對高熱值、低揮發分的煤質；而低負荷需要相對高揮發分、低熱值的煤質。這樣既滿足了高負荷工況下帶負荷的要求，又滿足了低負荷工況下鍋爐穩定燃燒的需要。同時可以有效地摻燒一批同煤種的劣質煙煤，以便在一定范圍內有效地降低標煤單價。

5 解決入爐煤摻配均勻度的具體方案

根據中間儲倉式乏氣送粉結構燃燒到新上煤的時間大約需要4小時進行推算，特試驗制定入爐煤摻配菜單與摻配的數學模型及優化配煤摻燒系統性管理。

5.1 建立煤場定值存放數據庫，實時掌握煤場存煤信息

對煤場進行定值存放管理，煤場兩側擋煤墻標記具體刻度標桿，并分為適燒區、高熱值高揮發區、低硫區、低熱值區，將不同礦點和不同煤質的來煤分類、分堆合理存放，在煤場庫存動態管理圖板上準確標記來煤的熱值、揮發份和硫份等數據。每日煤場堆煤和煤場取煤數據均準確錄入煤場庫存動態管理圖板上，實時掌握存煤情況，這樣通過對煤場所有定值區域存放煤量、煤質的加權平均統計，就可得出煤場的平均熱值以及庫存總量，為燃料入爐的摻配燒提供條件。

5.2 動力配煤優化配方數學模型的常規求解方法

動力配煤優化配方的數學模型確定后，剩下的問題是如何求解。求解的方法有很多種，較常用的圖解法和單純形法，但是用圖解法、單純形法或其他數學方法對動力配煤優化配方的數學模型求解是相當復雜的。特別是當3種煤相配時，用上述方法對混配煤優化配方的數學模型求解相當困難而且費時。隨著計算機的普及應用，根據各廠實際設計入爐煤智能化摻配燒系統軟件，可很容易的解決此類計算問題，并且簡單、快捷、準確。

5.3 智能化摻配燒對入爐煤的優化管理體現在以下幾個方面

（1）智能化摻配燒以煤場定值存放和數字化管理為基礎，加上較為準確的來煤預測體系，有效地對原有人工調度摻配燒進行革命性改進，擯棄了原有人工調度摻配燒落后的工作方式。

（2）在上文中的進煤優化方案中已經考慮到入爐煤摻配燒的因素，從煤源數量和質量供應上為優化摻配燒提供保證。

（3）采用計算機技術將傳統的供煤、存煤的粗放式管理提高為集約式管理。通過將煤場分區域定值存放、數字化管理，通過火車、汽車來煤預報和以往發運情況對來煤煤質、煤量進行預測，能更好地降低輸煤電耗，同時還可以提高卸煤速度，降低火車回空車時間。做到既能保證一定庫存來滿足安全生產，又能最大限度地滿足鍋爐燃料要求，降低了燃料儲存成本。

6 結論

優化入廠進煤結構后，對入爐煤摻配方式采取分負荷段優化摻配后，根據統計，鍋爐燃燒的安全性與經濟性得到極大的改善.因此，由以上論述可以總結得到，通過入廠煤采購優化結構和入爐煤分負荷段進行均勻摻配，是提高鍋爐安全經濟運行的有效手段之一。

參考文獻

[1]韓宇.統計學原理[M].北京大學出版社，2012.

[2]李寶山.管理經濟學（第一版）[M].企業管理出版社，1997.

（作者單位：華電漯河發電有限公司）