俄罗斯煤掺烧的运行特性与优化

王忠宝 徐海洋 杨铁强

摘要：在当前国内燃煤市场下，煤炭的经济安全燃用是火力发电厂的重要工作之一，为了提高机组经济性，众多电厂开展了锅炉非设计煤种的掺烧工作。笔者在某2026t/h亚临界汽包锅炉上开展了俄罗斯煤掺烧试验，就掺烧俄罗斯煤的多种适应性问题进行了全面的分析和总结，对掺烧俄罗斯煤提出了意见和建议。

关键词：汽包锅炉;掺烧;俄罗斯煤;经济性

一、煤种特性分析

对设计煤种和掺烧煤种进行煤质分析实验，特性分析数据见表1和表2。表1给出了两种煤质的工业分析、元素分析结果，用于判断掺烧煤质与设计煤质的基本差异;表2给出了煤灰的组分，以此分析煤灰的结渣、磨损及灰污特性。

二、掺烧俄罗斯煤的安全性

2.1磨损

影响受热面磨损的因素很多，包括飞灰特性、飞灰浓度、烟气流速以及锅炉结构布置等等。由于不同的掺烧煤种的灰分含量和灰成份不同，因而使烟气中飞灰浓度和飞灰特性有所差异，继而对受热面的磨损产生不同的影响。

煤灰磨损指数Hm可表示为：

通过磨损指数可定量地相对比较各煤种对受热面磨损强、弱程度，一般来讲：当磨损指数低于10时，磨损性为轻度;磨损指数在10～20之间磨损性为中等;磨损指数大于20磨损性为强。根据式（1）计算，Hm（神木煤）=6.09，Hm（俄罗斯煤）=11.77，可以判断俄罗斯煤的煤灰磨损性较强，且俄罗斯煤的灰分稍高，掺烧后对受热面磨损影响要高于全烧神木煤工况。

2.2结渣

衡量煤种结渣特性的指标有多种，常见的有灰熔点、碱酸比、硅铝比、灰污指数等。灰熔融性测试选择在还原性气氛中进行，测试煤颗粒的软化温度（ST）。碱酸比是灰中碱性氧化物含量与酸性氧化物含量之比，其计算公式为：

B/A=（Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O）/（SiO2+Al2O3+TiO2）。

据有关资料，SiO2是较易和其他碱性成分结合而生成低熔点的化合物。当两种煤具有相同的碱酸比时，硅铝比较高的煤具有较低的灰熔点，硅铝比计算公式为：S/L=SiO2/AL2O3。硅比G计算公式为：G=（100SiO2）/（SiO2+Fe2O3+CaO+MgO）。各指标的计算结果见表3。

上表结果显示，俄罗斯煤的软化温度、硅比高于神木煤，而碱酸比、硅铝比低于神木煤，从各指标的定义来看，均表明俄罗斯煤结渣能力更弱，不易于结渣。

2.3积灰

以对流或辐射换热为主的受热面在运行中其管子表面会积灰，其积灰的速度和灰层的密度与Na2O的含量有关。当Na2O含量降低时，积灰性也随之减弱。神木煤Na2O为0.84%，俄罗斯煤Na2O为2.56%，均属于积灰性较弱的煤种，但俄罗斯煤的积灰性相对较强。

神木煤、俄罗斯煤的含硫量均较低，俄罗斯煤灰中的Fe2O3含量非常低，其管子上积灰层是较疏松的，不会形成较为紧密、腐蚀性强、吹灰器难以吹掉的积灰层，掺烧后炉渣比全烧神木煤时更加稀软也证明其弱积灰性。

2.4制粉系统

俄罗斯煤可磨指数略高于神木煤，硬度相对较低。对于B磨，试验显示研磨神木煤出力26.64t/h时电机电流40.07A，研磨俄罗斯煤出力32.30t/h时电机电流40.63A，俄罗斯煤的磨煤电耗更低。由于俄罗斯煤一次风煤比较小，一次风量较低，一次风机电流较小，制粉电耗下降。

俄羅斯煤的失重温度、燃尽温度和最大反应速度温度均高于神木煤，表明俄罗斯煤着火温度较高，燃尽程度较难，最剧烈燃烧时燃烧温度较高，在原有的制粉系统条件下，俄罗斯煤着火晚、燃烧慢。为了提高掺烧俄罗斯煤的经济性，适当减少磨煤机风煤比，提高磨煤机出口温度2～3℃，增加俄罗斯煤与现有制粉系统的适应性。

2.5汽温

为了考察掺烧俄罗斯煤对汽温的影响，分别进行全烧神木煤、掺烧一仓、掺烧三仓和全烧俄罗斯煤四种工况试验，试验选择在相同的机组负荷和燃烧方式下进行，试验结果见图2所示。试验结果表明，掺烧俄罗斯煤后锅炉主蒸汽温度和再热蒸汽温度均有所下降，掺烧比例越高，主蒸汽温度越低。

俄罗斯煤的结渣能力较神木煤明显薄弱，试烧时观察炉膛水冷壁和过热器发现，掺烧俄罗斯煤后炉膛的结渣程度减轻，较设计煤种——神木煤结渣量少，结构疏松，容易粉化和脱落，因此很少发现结渣现象。对于汽包炉来说，在“汽机跟随”的机组控制方式下，炉膛壁面结渣减轻必将增加水冷壁吸热量和汽包蒸发量，减少过热蒸汽和再热蒸汽吸热量，导致过热汽温降低，而再热区以对流吸热为主，受影响相对较小。

三、掺烧俄罗斯煤的经济性

掺烧俄罗斯煤对机组煤耗的影响是评估掺烧效果的主要工作，而煤质又是影响锅炉效率的主要因素之一，煤的各种成分是决定烟气成分、烟气量和排烟温度的关键因素，影响锅炉效率;而主、再热汽温和减温水流量影响汽轮机热耗率;这些因素共同影响机组煤耗率，决定机组的经济性水平。

掺烧俄罗斯煤的最终经济效益还跟俄罗斯煤的价格、配煤成本等有关，而且，随着国内外煤炭市场的变化，俄罗斯煤的市场价格因供求关系变化而波动，需要综合经济效益比较后才能确定。

四、掺烧运行优化

鉴于俄罗斯煤煤质特性，经过掺烧调整试验后，对设计煤种为神木煤的锅炉掺烧俄罗斯煤做了下列优化调整：

（1）俄罗斯煤着火温度较高，因此适当提高磨煤机出口温度，提高煤粉进入燃烧的温度，同时适当减少一次风量，降低喷口风速，缩短着火时间。

（2）由于俄罗斯煤燃尽时间长，飞灰含碳量较高，而制约碳燃尽的主要因素在于燃烧时间而非总风量，因此增加燃烧时间和行程是解决俄罗斯煤飞灰含碳量较高的主要途径。

（3）适当减少俄罗斯煤的一次风量，降低一次风压，减小一次风机电流，同时一次风量降低会减少入炉冷风量，提高锅炉效率。

（4）燃烧俄罗斯煤时，过再热汽温有所下降，通过燃烧器摆角和风烟挡板调整避免汽温大幅下降。

参考文献：

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