煤質(zhì)變化對鍋爐運行的影響及優(yōu)化措施

朱亞波

（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150046）

在我國很多火電廠中，仍然以燃煤作為發(fā)電的主要燃料。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，電廠中采購燃煤所需成本占據(jù)鍋爐運行成本的70%以上，在煤炭市場較為緊張的背景下，電廠就會采用摻燒或者降低燃煤品質(zhì)的方式來降低運行成本，提高經(jīng)濟效益。在煤質(zhì)發(fā)生變化的情況下，與設計值出現(xiàn)了偏離，與鍋爐結(jié)構(gòu)以及運行特性也會出現(xiàn)一定的偏差。在鍋爐運行中，就可能加劇磨損、腐蝕、結(jié)焦、爆管等現(xiàn)象，不僅存在巨大的安全隱患，而且還會縮短鍋爐及相關(guān)設備的使用壽命，降低鍋爐燃燒效率，最終導致能耗和成本的增加。為了解決煤質(zhì)變化對鍋爐運行的影響，可優(yōu)化鍋爐結(jié)構(gòu)和性能設計，加強對燃煤的管理，還可以對燃燒方式以及煤質(zhì)檢測技術(shù)進行改進。通過先進的技術(shù)，對燃煤摻燒過程中的煤質(zhì)數(shù)據(jù)進行在線檢測，及時獲取燃煤數(shù)據(jù)，然后與配煤設備以及摻燒軟件結(jié)合，實現(xiàn)摻燒系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，幫助電廠以較低的經(jīng)濟煤種獲取最大的經(jīng)濟效益。

1 煤質(zhì)變化對鍋爐運行產(chǎn)生的影響

燃煤質(zhì)量直接影響到鍋爐燃燒的效率，通過對煤質(zhì)的變化進行分析，有利于對配煤方案以及鍋爐燃燒進行調(diào)整，對降低電廠成本，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。

1.1 發(fā)熱量

發(fā)熱量是衡量煤質(zhì)好壞的重要指標，較高的發(fā)熱量會提升鍋爐的燃燒效率。如果發(fā)熱量數(shù)值較低時，可能導致鍋爐出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。在鍋爐出口溫度較低時，鍋爐燃燒工況不穩(wěn)定，直接影響到燃燒熱效率。

1.2 揮發(fā)分

在燃煤燃燒的過程中，在較低的溫度下?lián)]發(fā)分就能夠析出和燃燒，揮發(fā)分的析出會增加焦炭內(nèi)部的空間以及外部的反應面積，有助于提高燃燒速度。所以燃煤中揮發(fā)分含量越大，煤中難以燃燒的固定碳就越少，粉煤越容易燃燼。如果揮發(fā)分含量較低，著火時間會有所延長，且爐膛受熱面積縮小，尾部煙溫高，排煙熱損失較大。

1.3 灰分

因為灰分不會燃燒，所以在灰分含量較大的情況下，會出現(xiàn)著火困難和著火延遲的現(xiàn)象，同時還會降低爐膛溫度。隨著灰分含量的增加，會在碳粒表面形成灰層，由此降低燃燒速度，影響鍋爐燃燒效率。飛灰濃度的增加，灰塵顆粒在排煙過程中會加劇受熱面的磨損，降低鍋爐使用壽命，容易出現(xiàn)積灰和結(jié)渣現(xiàn)象，影響到鍋爐熱效率。

1.4 顆粒度

如果煤粉的粒徑較大，在鍋爐燃燒過程中因為受熱時間較短就會導致焦炭出現(xiàn)不完全燃燒，爐渣中含碳量增加，增加鍋爐的物理熱損失。如果粒徑較小，在燃燒過程中容易被煙氣帶走，從而造成飛灰熱損失。所以在燃燒時，要根據(jù)顆粒度的大小來調(diào)整給風量，盡量保證燃燒效率。

1.5 含水量

燃煤中的含水量對著火特性有一定的影響，如果含水量相對較小，對于高溫火焰而言，蒸汽對燃燒可起到催化作用，從而提高爐膛的溫度。水蒸氣在分解后產(chǎn)生的氫分子和氫氧根還能夠提高火焰的熱傳導率。但是如果含水量過高，加熱水分會消耗掉一定的熱量，就會降低爐內(nèi)溫度，從而導致鍋爐燃燒熱效率降低。

2 提高燃煤鍋爐運行效率的優(yōu)化措施

2.1 采用在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)

為了解決燃煤成本高的問題，多數(shù)電廠都會采用摻燒的方式。為了提高鍋爐摻燒效率，降低劣質(zhì)煤對鍋爐燃燒效率的影響，可以采用煤質(zhì)在線檢測技術(shù)，實時獲取鍋爐燃煤數(shù)據(jù)，通過與在線摻燒優(yōu)化軟件的結(jié)合，可有效提高燃燒效率。在煤種較多時煤質(zhì)會出現(xiàn)較大的波動，為了解決煤質(zhì)檢測數(shù)據(jù)滯后的問題，可以采用激光式煤炭全元素分析設備，將其架設在入爐煤皮帶上方。在上皮帶煤為原煤倉加煤時，利用高能量脈沖激光來激發(fā)待測煤流，通過對煤中水分、灰分、發(fā)熱量、硫分等進行定量分析，能夠獲取上皮帶燃煤的發(fā)熱量、灰分、灰成分以及全元素數(shù)據(jù)。在線檢測裝置在獲取煤質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)后，會將其以網(wǎng)絡的形式傳送給在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)。

摻燒優(yōu)化軟件會對入廠煤質(zhì)的數(shù)據(jù)進行分析，然后制定初期的配煤方案。在接收到上皮帶煤質(zhì)數(shù)據(jù)后，會將其與初步配煤方案中的數(shù)據(jù)進行對比，如果數(shù)據(jù)偏差較大，則會對前端配煤的煤種以及比例進行相應的調(diào)整，以保證入爐煤質(zhì)能夠達到最佳配置。在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)還會對爐內(nèi)實時燃燒的煤質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，通過數(shù)據(jù)比對分析為鍋爐運行推薦關(guān)鍵參數(shù)，以提高燃燒效率。在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)的應用，能夠及時調(diào)整前端配煤的煤種及比例，避免煤質(zhì)出現(xiàn)較大的波動，同時還能夠?qū)崟r獲取爐內(nèi)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，為調(diào)整鍋爐運行參數(shù)提供參考，既能夠提高鍋爐燃燒效率，又能夠降低運行成本。

2.2 選擇合理的配煤方式

根據(jù)我國煤炭市場以及電力市場的現(xiàn)狀，對于大多數(shù)電廠而言采用單一的設計煤種作為燃料不太現(xiàn)實。在這種情況下，可結(jié)合實際情況選擇適宜的配煤方式來減少煤質(zhì)變化對鍋爐燃燒的影響，還能夠達到節(jié)能的目的。對于爐內(nèi)混合強烈的四角燃燒可采用爐內(nèi)混合的配煤方式，尤其是對于燃燒、結(jié)渣特性相差較大的直吹式制粉系統(tǒng)的電廠而言，采用爐內(nèi)混合較為適合。根據(jù)煤種的差異，采用不同的制粉系統(tǒng)和不同的燃燒器，在爐內(nèi)燃燒過程中實現(xiàn)各煤種的混合，在燃燒過程中能夠根據(jù)負荷情況及時調(diào)整比例，確保所有煤種都能夠參與爐內(nèi)燃燒。具體的操作可分為上下兩層燃燒器，可根據(jù)實際情況選擇煤種的布局，比較常見的方式為上層燃燒其他煤種，下層燃燒易結(jié)渣煤種。

對于無法實現(xiàn)爐內(nèi)混合的電廠而言，可以采用預先混合的方式。可在煤礦或者煤炭中轉(zhuǎn)過程中進行混合，也可以在上煤過程中摻配。通過合理的配煤比例，將各煤種混合到一起，能夠有效緩解結(jié)渣問題。但是采用預先混合的方式，需要有較大的煤場能夠進行煤種的分堆存放。對于燃燒性能相差較小的煤種而言，還可以采用間斷性摻燒的方式。在選擇配煤方式時，還需要結(jié)合電廠運行現(xiàn)狀、鍋爐結(jié)構(gòu)、設計煤種性能、燃煤種類及各自性能等因素進行綜合考量，最終選擇適宜的配煤方式，以降低運行成本，提高經(jīng)濟效益。

2.3 加強煤場庫存結(jié)構(gòu)的優(yōu)化管理

高效的庫存管理不僅關(guān)系到燃煤電廠運行的安全性和連續(xù)性，而且還會對煤質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。尤其是在燃煤種類較多的情況下，煤質(zhì)更容易出現(xiàn)較大的波動，進而對鍋爐運行效率和能耗產(chǎn)生一定的影響。煤種不同，熱值、硫分、揮發(fā)分、灰熔點、水分、灰分等相關(guān)性存在一定的差別，如果庫存管理不妥，會直接影響到煤質(zhì)。所以在庫存管理中，不僅要保證各個煤種在數(shù)量上的合理控制，還要做好煤質(zhì)的管理。為了保證電廠配煤摻燒總體熱量值保持在一定范圍內(nèi)，應該根據(jù)鍋爐設計以及實際摻燒情況，合理控制庫存煤種的熱值結(jié)構(gòu)。為了預防脫硫設備運行效率低的情況，應該保證一定量的低硫媒庫存量。受到存煤揮發(fā)分的影響，在存放過程中可能會出現(xiàn)損耗、自燃、揮發(fā)分析出等現(xiàn)象，所以要做好存煤在揮發(fā)分方面的影響。存煤的灰熔點、水分、灰分等對鍋爐的燃燒效率會產(chǎn)生不同的影響，所以要優(yōu)化對庫存煤質(zhì)的結(jié)構(gòu)管理。

為了保證電廠燃煤庫存結(jié)構(gòu)的優(yōu)化管理，可以采用動態(tài)管理方法，利用動態(tài)規(guī)劃模型，根據(jù)電廠每天的耗煤量、每天的配煤方案，計劃購煤量等因素，制定出合理的采煤計劃，確保煤場庫存的煤質(zhì)能夠符合電廠的需求。對于庫存結(jié)構(gòu)中任何一項煤質(zhì)特性而言，由于鍋爐的燃燒特性以及環(huán)保排放都有一定的要求，所以既要保證庫存量處于最小安全值之上，又要保證各項煤質(zhì)屬性均在配煤規(guī)定的范圍內(nèi)。采用動態(tài)管理庫存的方式，不僅能夠滿足電廠生產(chǎn)的正常運行，而且還能夠在煤質(zhì)結(jié)構(gòu)上達到最佳狀態(tài)。

2.4 加強電廠的全過程管理

因為煤質(zhì)的好壞直接影響到鍋爐的燃燒效率以及電廠的經(jīng)濟效益，所以在煤種較多的情況下，為了將煤質(zhì)變化控制在最小范圍內(nèi)，應該加強電廠燃煤的全過程管理。

針對電廠燃煤采購、存放、使用的特點，制定出完善的管理方案。對于有條件的電廠，盡量使用設計煤種。對于需要摻燒的電廠，要加強對進煤的質(zhì)量管理，及時準確地掌握煤炭市場信息，盡量選擇煤質(zhì)好、較為穩(wěn)定的合作企業(yè)。在燃煤進場后，做好燃煤存放管理工作，根據(jù)煤種和煤質(zhì)的差異性，分類存放，并做好防護措施，防止儲煤出現(xiàn)風化和自燃現(xiàn)象，盡量避免煤質(zhì)發(fā)生變化。在輸煤過程中，根據(jù)配煤方案的需求，合理搭配煤種，及時清理燃煤中的雜質(zhì)。值班人員要做好入爐煤的煤質(zhì)分析工作，尤其是煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、顆粒度等，并且能夠根據(jù)煤質(zhì)的不同來調(diào)整燃燒參數(shù)。在燃燒過程中，做好觀察工作，確保煤與空氣能夠充分混合接觸，控制好爐膛內(nèi)的溫度，監(jiān)視爐膛負壓、排煙溫度、氧氣、二氧化碳等數(shù)據(jù)，通過對鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)，確保鍋爐運行參數(shù)達到最佳狀態(tài)。各個部門的人員應該加強合作，對煤質(zhì)在每個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息進行詳細的記錄，最終通過煤質(zhì)變化、鍋爐運行狀態(tài)等各項因素的綜合對比分析，不斷進行燃燒調(diào)整實驗，最終探索出不同煤種的混燒、摻燒和配煤技術(shù)，切實提升各煤種的利用率，降低燃燒成本。

3 結(jié)束語

為了保證電廠生產(chǎn)運行的安全性、經(jīng)濟性、環(huán)保性和穩(wěn)定性，在制粉、鍋爐、脫硫、脫銷、除塵、輸灰等系統(tǒng)運行過程中，盡量使用設計煤種或者校核煤種。雖然設計煤種是為了保證鍋爐的燃燒熱效率，但是受到煤炭市場以及電力市場的影響，燃煤摻燒已經(jīng)成為燃煤電廠普遍面臨的問題。在燃煤摻燒過程中，由于煤種的不同，會導致發(fā)熱量、水分、灰分等性能參數(shù)與設計值或者校核值出現(xiàn)一定的偏差，從而對鍋爐運行效率以及電廠經(jīng)濟效益產(chǎn)生一定的影響。在這種情況下，解決燃煤摻燒中煤質(zhì)的變化是解決電廠可持續(xù)發(fā)展的重要問題，電廠急需加強對燃煤管理、煤質(zhì)檢測等技術(shù)的提升，在保持鍋爐處于最佳運行狀態(tài)的同時，還能夠保證電廠獲取最大的經(jīng)濟效益。