电厂锅炉混煤掺烧技术应用

2015-03-24孙煜

电气技术与经济 2015年5期

孙煜

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂）

0 引言

我国目前采用的发电形式主要是火力发电，煤炭作为这一方式的主要能量来源，已经造成了过度的消耗，但是随着时代的发展和进步，人类生活已经离不开电力的支持，所以解决煤炭燃烧问题已经引起了相关学者的高度重视。锅炉的设计需要根据煤炭的特性进行研制和改造，这样才能相对符合国民发展的目标，在保证锅炉环境稳定的前提下，混煤掺烧已经成为各个电厂的经济性选择。

1 电厂锅炉混煤掺烧理论分析

1.1 混煤的可磨特性

煤炭的可磨特性主要分为难磨煤种和易磨煤种，在煤炭磨制过程中，根据其自身不同的可磨特性，难磨煤种在加工完成后的煤粉较粗，在使用燃烧过程中会造成燃烧时间延长或延烧不彻底等问题，易磨煤种在加工完成后形成的煤粉较细，基本上不存在燃烧不彻底的问题，因此在煤粉燃烧过程中，对于难磨煤种就需要充分考虑到其是否能够燃尽的问题，因为煤粉如果无法燃尽，很难进行二次利用，这样就会造成能源浪费，也加大了电力生产的成本[1]。

1.2 混煤的着火特性

物质往往只有在达到自身需要的一定温度条件才可以燃烧放热，因此当媒体在锅炉内进行燃烧时，必须有足够高的温度才可以使煤炭受热分解，从而产生能量。煤炭在锅炉中燃烧时，具有决定性因素的主要是活化能、温度、升温率等其他因素。而混煤是由不同的煤种掺配混合而成的，在锅炉内燃烧过程中，会因为煤种不同而产生不同的热解特性曲线，并且根据煤质的不同，会呈现出不同的曲线高峰。混煤至少是由两种煤炭混合而成的，也有的是由多种煤炭掺杂制成，因此在燃烧时不同煤种会保持自身所需的燃烧温度，这样燃烧温度较低的煤炭会先被点燃，释放热量，其释放的热量在供电厂使用的同时也将锅炉的温度进行了一定程度上的提升，节约了煤炭燃烧的时间，根据相关的实践研究，混煤的着火点温度大多数都与其成分中的易着火的煤种着火温度相近[2]。

1.3 混煤的燃尽特性

将两种挥发差异较大的煤种混合制成混煤后，在燃烧过程中两种煤炭会由于自身的特性不同而出现“抢风”的现象，这种现象的发生并不利于混煤在锅炉中彻底燃烧。在燃烧过程中，燃烧特性差异较大煤种的混煤在燃烧时对锅炉运行的陪风有着严苛的要求，因此，锅炉的单一构造难以满足两种煤炭各自不同的燃烧条件。由于混煤的可磨特性和“抢风”现象，导致混煤的燃尽特性与难燃尽煤种更为接近。

2 传统“炉前掺配、炉内混烧”方式的技术特性

传统的混煤掺烧手段是在煤炭进行燃烧之前，将两种或者多种煤炭用一定的方法进行混合，将不同种类的煤炭混合均匀以后再进行磨煤的操作，将混合好的煤炭充分研磨，制成粉后再送入锅炉内进行燃烧使用。这种传统的混煤掺烧方式在电厂具有较大的存贮场地和掺混煤场的情况下对于可磨性相近的煤炭可以在混煤使用之前将两种煤种充分混合，对于煤粉的着火特性和燃烧过程中的稳定性有着极其重要的作用[3]。

2.1 煤粉不均匀

由于煤质之间的差异性较大，导致磨煤机在将混煤进行加工研磨的过程中无法明确煤炭的研磨程度，容易造成难磨性的煤种研磨不够或者易磨煤种过分研磨的情况发生，这样煤粉的粗细程度和均匀性就无法达到一致的效果，可能会因此导致煤粉燃烧之后的飞灰含碳量和炉渣的含碳质量分数较高，造成煤炭资源的大量浪费，不仅导致电厂的成本提升，也不符合国家目前的发展目标[4]。

2.2 煤质波动受到限制

煤质波动较大的混煤对于混配设备的质量和电厂的管理上都有着较高标准的要求，劣质煤炭含硫量高而且燃烧效率较低，在燃烧过程中还会造成严重的空气污染。在混煤之中如果掺杂的劣质煤含量过多，不仅会导致掺混手段欠缺、掺混不均匀等问题发生，还会导致煤炭在燃烧过程中局部灭火或者是出现结焦的现象。如果在劣质煤含量严重超标的情况下掺入优质煤，甚至会导致煤粉系统发生爆炸事故或者烧损风管[5]。

2.3 运行时间过长导致成本增加

即便是在炉前混掺手段欠缺的情况下，混煤也要保证炉前混掺的均匀性，这样就需要大量的人工劳动力进行操作，此外，输配煤设施也必须保证可以长时间正常运行，不仅加大了劳动强度，也造成了电量的过度消耗。

3 新型混煤掺烧技术的研究

在传统的混煤掺烧方式中一直存在着“抢风”、难磨煤种、难燃尽煤种等一系列问题，没有得到妥善的处理，所以在国民经济快速发展的时代背景下，能源需求越来越大，不可再生能源的消耗也越来越多，所以面对这些没有实质进展的现实问题，必须有效改进煤炭燃烧过程中的稳定性、经济性、安全性等亟待解决的问题，相关的专业学者，立足实际情况，在传统混煤掺烧的方式上进行大胆改进，全面创新，研制出了“分磨制粉”的混煤掺烧方式。通过实际应用，“分磨制粉”方式有效地解决了传统方式对燃烧性能造成的负面影响，并且得到了市场的认可，因此，这种改进的方式应该进一步地推广和应用。“分磨制粉”掺配方式是指将不同特性的煤种用不同的磨煤机进行加工研磨，对于直吹式制粉系统，煤粉经过磨煤机一次风管直接输送到锅炉内进行燃烧，对于中间储仓式制粉系统，煤粉送入不同或者同一粉仓储存，然后再一起送入锅炉内燃烧。这种方式适用于混煤手段尚不健全的电厂，对于可磨性差异较大的煤种掺烧更加适合[6]。

3.1 “分磨制粉，炉内掺烧”的应用分析

“分磨制粉，炉内掺烧”在直吹式制粉系统的锅炉中使用的掺烧方式就是使用不同的磨煤机磨制不同种类的原煤粒，研磨之后的煤粉会经过用来研磨自身煤粉的磨煤机一次风管直接输送到锅炉内进行燃烧，经由不同磨煤机磨制的煤粉会在锅炉内部进行混掺燃烧。采用“分磨制粉，炉内掺烧”方式，有效解决了混煤在燃烧过程中的不稳定性，并且改善了煤粉掺烧的经济性。在仓储式制粉系统中应用“分磨制粉，炉内燃烧”的方式，是指磨煤机磨制各自选定的煤种，将煤炭磨制成粉之后进入各自的粉仓，不同种类的煤粉会由不同的粉仓分别输送到不同的燃烧器喷口，而煤粉的混合则与锅炉的燃烧过程同时进行。这种混合方式的主要依据是根据锅炉内的不同温度区域将适合不同温度的煤粉送入到合适的区域中，以此来改善锅炉内部的燃烧环境[7]。

3.2 “分磨制粉，仓内掺混，炉内燃烧”的应用分析

在锅炉系统具备相应的条件时，中储式制粉系统的磨煤机会磨制各自选定的煤种，将煤炭充分研磨后形成的煤粉输入同一个煤粉仓，这样，煤粉的混合就会在煤粉仓内进行，而燃烧器在燃烧过程中使用的就是性质完全相同的混煤。“分磨制粉，仓内混掺，炉内燃烧”的混合方式保留了混煤本身着火特性接近于易着火煤种的优点，同时由于分磨制粉的方式充分保证了具有难磨特性的煤种可以得到充分研磨，以确保在燃烧时难磨煤种可以燃烧彻底，克服了混煤燃尽特性接近于难燃尽煤种的缺点，大幅度提高了煤炭的利用率。电力技术的不断发展使得传统的混煤掺烧技术已经无法满足社会对电力的大量需求，新型“分磨制粉”的混掺技术充分考虑了混煤的特性，结合电厂制粉系统的设计情况，以其高燃烧率和低浪费率的优点和适用于大多数电厂的制粉系统赢得了广泛的认可，有效增强了电厂的生产力，提高了经济效益。电厂还可以根据自身的实际情况对这两种方式作出相应合理的调整，以实现经济效益最大化[8]。