煤质变化对锅炉运行的影响及优化措施

朱亚波

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150046）

在我国很多火电厂中，仍然以燃煤作为发电的主要燃料。据相关统计，电厂中采购燃煤所需成本占据锅炉运行成本的70%以上，在煤炭市场较为紧张的背景下，电厂就会采用掺烧或者降低燃煤品质的方式来降低运行成本，提高经济效益。在煤质发生变化的情况下，与设计值出现了偏离，与锅炉结构以及运行特性也会出现一定的偏差。在锅炉运行中，就可能加剧磨损、腐蚀、结焦、爆管等现象，不仅存在巨大的安全隐患，而且还会缩短锅炉及相关设备的使用寿命，降低锅炉燃烧效率，最终导致能耗和成本的增加。为了解决煤质变化对锅炉运行的影响，可优化锅炉结构和性能设计，加强对燃煤的管理，还可以对燃烧方式以及煤质检测技术进行改进。通过先进的技术，对燃煤掺烧过程中的煤质数据进行在线检测，及时获取燃煤数据，然后与配煤设备以及掺烧软件结合，实现掺烧系统的优化调整，帮助电厂以较低的经济煤种获取最大的经济效益。

1 煤质变化对锅炉运行产生的影响

燃煤质量直接影响到锅炉燃烧的效率，通过对煤质的变化进行分析，有利于对配煤方案以及锅炉燃烧进行调整，对降低电厂成本，提高经济效益具有重要意义。

1.1 发热量

发热量是衡量煤质好坏的重要指标，较高的发热量会提升锅炉的燃烧效率。如果发热量数值较低时，可能导致锅炉出现熄火现象。在锅炉出口温度较低时，锅炉燃烧工况不稳定，直接影响到燃烧热效率。

1.2 挥发分

在燃煤燃烧的过程中，在较低的温度下挥发分就能够析出和燃烧，挥发分的析出会增加焦炭内部的空间以及外部的反应面积，有助于提高燃烧速度。所以燃煤中挥发分含量越大，煤中难以燃烧的固定碳就越少，粉煤越容易燃烬。如果挥发分含量较低，着火时间会有所延长，且炉膛受热面积缩小，尾部烟温高，排烟热损失较大。

1.3 灰分

因为灰分不会燃烧，所以在灰分含量较大的情况下，会出现着火困难和着火延迟的现象，同时还会降低炉膛温度。随着灰分含量的增加，会在碳粒表面形成灰层，由此降低燃烧速度，影响锅炉燃烧效率。飞灰浓度的增加，灰尘颗粒在排烟过程中会加剧受热面的磨损，降低锅炉使用寿命，容易出现积灰和结渣现象，影响到锅炉热效率。

1.4 颗粒度

如果煤粉的粒径较大，在锅炉燃烧过程中因为受热时间较短就会导致焦炭出现不完全燃烧，炉渣中含碳量增加，增加锅炉的物理热损失。如果粒径较小，在燃烧过程中容易被烟气带走，从而造成飞灰热损失。所以在燃烧时，要根据颗粒度的大小来调整给风量，尽量保证燃烧效率。

1.5 含水量

燃煤中的含水量对着火特性有一定的影响，如果含水量相对较小，对于高温火焰而言，蒸汽对燃烧可起到催化作用，从而提高炉膛的温度。水蒸气在分解后产生的氢分子和氢氧根还能够提高火焰的热传导率。但是如果含水量过高，加热水分会消耗掉一定的热量，就会降低炉内温度，从而导致锅炉燃烧热效率降低。

2 提高燃煤锅炉运行效率的优化措施

2.1 采用在线掺烧优化系统

为了解决燃煤成本高的问题，多数电厂都会采用掺烧的方式。为了提高锅炉掺烧效率，降低劣质煤对锅炉燃烧效率的影响，可以采用煤质在线检测技术，实时获取锅炉燃煤数据，通过与在线掺烧优化软件的结合，可有效提高燃烧效率。在煤种较多时煤质会出现较大的波动，为了解决煤质检测数据滞后的问题，可以采用激光式煤炭全元素分析设备，将其架设在入炉煤皮带上方。在上皮带煤为原煤仓加煤时，利用高能量脉冲激光来激发待测煤流，通过对煤中水分、灰分、发热量、硫分等进行定量分析，能够获取上皮带燃煤的发热量、灰分、灰成分以及全元素数据。在线检测装置在获取煤质相关数据后，会将其以网络的形式传送给在线掺烧优化系统。

掺烧优化软件会对入厂煤质的数据进行分析，然后制定初期的配煤方案。在接收到上皮带煤质数据后，会将其与初步配煤方案中的数据进行对比，如果数据偏差较大，则会对前端配煤的煤种以及比例进行相应的调整，以保证入炉煤质能够达到最佳配置。在线掺烧优化系统还会对炉内实时燃烧的煤质数据进行分析，通过数据比对分析为锅炉运行推荐关键参数，以提高燃烧效率。在线掺烧优化系统的应用，能够及时调整前端配煤的煤种及比例，避免煤质出现较大的波动，同时还能够实时获取炉内煤质数据，为调整锅炉运行参数提供参考，既能够提高锅炉燃烧效率，又能够降低运行成本。

2.2 选择合理的配煤方式

根据我国煤炭市场以及电力市场的现状，对于大多数电厂而言采用单一的设计煤种作为燃料不太现实。在这种情况下，可结合实际情况选择适宜的配煤方式来减少煤质变化对锅炉燃烧的影响，还能够达到节能的目的。对于炉内混合强烈的四角燃烧可采用炉内混合的配煤方式，尤其是对于燃烧、结渣特性相差较大的直吹式制粉系统的电厂而言，采用炉内混合较为适合。根据煤种的差异，采用不同的制粉系统和不同的燃烧器，在炉内燃烧过程中实现各煤种的混合，在燃烧过程中能够根据负荷情况及时调整比例，确保所有煤种都能够参与炉内燃烧。具体的操作可分为上下两层燃烧器，可根据实际情况选择煤种的布局，比较常见的方式为上层燃烧其他煤种，下层燃烧易结渣煤种。

对于无法实现炉内混合的电厂而言，可以采用预先混合的方式。可在煤矿或者煤炭中转过程中进行混合，也可以在上煤过程中掺配。通过合理的配煤比例，将各煤种混合到一起，能够有效缓解结渣问题。但是采用预先混合的方式，需要有较大的煤场能够进行煤种的分堆存放。对于燃烧性能相差较小的煤种而言，还可以采用间断性掺烧的方式。在选择配煤方式时，还需要结合电厂运行现状、锅炉结构、设计煤种性能、燃煤种类及各自性能等因素进行综合考量，最终选择适宜的配煤方式，以降低运行成本，提高经济效益。

2.3 加强煤场库存结构的优化管理

高效的库存管理不仅关系到燃煤电厂运行的安全性和连续性，而且还会对煤质产生一定的影响。尤其是在燃煤种类较多的情况下，煤质更容易出现较大的波动，进而对锅炉运行效率和能耗产生一定的影响。煤种不同，热值、硫分、挥发分、灰熔点、水分、灰分等相关性存在一定的差别，如果库存管理不妥，会直接影响到煤质。所以在库存管理中，不仅要保证各个煤种在数量上的合理控制，还要做好煤质的管理。为了保证电厂配煤掺烧总体热量值保持在一定范围内，应该根据锅炉设计以及实际掺烧情况，合理控制库存煤种的热值结构。为了预防脱硫设备运行效率低的情况，应该保证一定量的低硫媒库存量。受到存煤挥发分的影响，在存放过程中可能会出现损耗、自燃、挥发分析出等现象，所以要做好存煤在挥发分方面的影响。存煤的灰熔点、水分、灰分等对锅炉的燃烧效率会产生不同的影响，所以要优化对库存煤质的结构管理。

为了保证电厂燃煤库存结构的优化管理，可以采用动态管理方法，利用动态规划模型，根据电厂每天的耗煤量、每天的配煤方案，计划购煤量等因素，制定出合理的采煤计划，确保煤场库存的煤质能够符合电厂的需求。对于库存结构中任何一项煤质特性而言，由于锅炉的燃烧特性以及环保排放都有一定的要求，所以既要保证库存量处于最小安全值之上，又要保证各项煤质属性均在配煤规定的范围内。采用动态管理库存的方式，不仅能够满足电厂生产的正常运行，而且还能够在煤质结构上达到最佳状态。

2.4 加强电厂的全过程管理

因为煤质的好坏直接影响到锅炉的燃烧效率以及电厂的经济效益，所以在煤种较多的情况下，为了将煤质变化控制在最小范围内，应该加强电厂燃煤的全过程管理。

针对电厂燃煤采购、存放、使用的特点，制定出完善的管理方案。对于有条件的电厂，尽量使用设计煤种。对于需要掺烧的电厂，要加强对进煤的质量管理，及时准确地掌握煤炭市场信息，尽量选择煤质好、较为稳定的合作企业。在燃煤进场后，做好燃煤存放管理工作，根据煤种和煤质的差异性，分类存放，并做好防护措施，防止储煤出现风化和自燃现象，尽量避免煤质发生变化。在输煤过程中，根据配煤方案的需求，合理搭配煤种，及时清理燃煤中的杂质。值班人员要做好入炉煤的煤质分析工作，尤其是煤的发热量、挥发分、灰分、颗粒度等，并且能够根据煤质的不同来调整燃烧参数。在燃烧过程中，做好观察工作，确保煤与空气能够充分混合接触，控制好炉膛内的温度，监视炉膛负压、排烟温度、氧气、二氧化碳等数据，通过对锅炉的燃烧调节，确保锅炉运行参数达到最佳状态。各个部门的人员应该加强合作，对煤质在每个环节的数据信息进行详细的记录，最终通过煤质变化、锅炉运行状态等各项因素的综合对比分析，不断进行燃烧调整实验，最终探索出不同煤种的混烧、掺烧和配煤技术，切实提升各煤种的利用率，降低燃烧成本。

3 结束语

为了保证电厂生产运行的安全性、经济性、环保性和稳定性，在制粉、锅炉、脱硫、脱销、除尘、输灰等系统运行过程中，尽量使用设计煤种或者校核煤种。虽然设计煤种是为了保证锅炉的燃烧热效率，但是受到煤炭市场以及电力市场的影响，燃煤掺烧已经成为燃煤电厂普遍面临的问题。在燃煤掺烧过程中，由于煤种的不同，会导致发热量、水分、灰分等性能参数与设计值或者校核值出现一定的偏差，从而对锅炉运行效率以及电厂经济效益产生一定的影响。在这种情况下，解决燃煤掺烧中煤质的变化是解决电厂可持续发展的重要问题，电厂急需加强对燃煤管理、煤质检测等技术的提升，在保持锅炉处于最佳运行状态的同时，还能够保证电厂获取最大的经济效益。