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摘 要：通过煤质如挥发分、发热量、灰分的变化以及不同煤种掺混燃烧、石子煤、煤质下降等情况对锅炉经济性的影响分析，提出电厂动力配煤的经济评估策略。建议综合考虑锅炉性能、机组效率、燃料价格等多方面的因素做为电厂采购经济煤种的依据。
关键词：燃用煤质；锅炉运行；经济性
目前随着动力煤市场的不断开放，煤炭按质竞争定价的机制已基本形成，加上一些电力市场的试点开放，部分电力实施竞价上网已指日可待。这都促使各电力企业考虑摆脱原来的单一煤种，开发其他可能的煤炭供应渠道，以便用最低的发电成本参与市场竞价。近年来，国内一些电厂曾在大型锅炉上进行过掺烧、试烧新的煤种并取得了一定的经济效益。但是，从总体上来讲均缺乏一套试烧新煤种对锅炉性能及成本影响的系统评估方法。本文从煤质成分变化对锅炉经济性的影响进行分析，希望给电厂动力配煤的实践提供一些参考。
1. 电厂动力用煤的成份及性质
电厂动力用煤按工业分析可包括水分、挥发分、固定碳、灰分和硫分。其中水分和灰分都是对燃烧不利的，会降低燃料的燃烧温度，妨碍可燃物质与氧气接触，增加排烟损失。另外，灰分还是炉膛结渣、受热面积灰的根源。硫分增加，则会加重受热面的腐蚀。固定碳含量反映了煤的碳化程度，含量越高就越难燃烧。挥发分是燃料燃烧的重要特性，挥发分着火温度低，使煤容易着火。挥发分也是对煤进行分类的重要依据。
2. 煤质变化对锅炉经济性的影响
2.1 煤中挥发分对锅炉经济性的影响
挥发分是固体燃料的重要成分特性，对燃料的着火和燃烧有很大影响。挥发分是气体可燃物，其着火温度低，使煤易于着火。另外，挥发分从煤粉颗粒内部析出后使煤粉颗粒具有孔隙性，与助燃空气接触面积变大，因而易于燃烬。挥发分含量降低时情况则相反，锅炉飞灰可燃物相对偏高；同时，火焰中心上移，对流受热面的吸热量增加，尾部排烟温度也随之上升，排烟热损失增大。
2.2 煤的发热量对经济性的影响
煤的发热量降低，则同样的锅炉负荷所用的实际煤量增大，而对于直吹式制粉系统，输送煤粉所需的一次风量也相应增加，导致理论燃烧温度和炉内的温度水平下降，使煤粉气流的着火延迟，燃烧稳定性变差，影响煤粉的燃尽。煤的发热量降低同时会使锅炉排烟温度升高，增加排烟热损失。煤的发热量降低还可能导致锅炉熄火等严重事故的发生。
2.3 煤的灰分对经济性的影响
灰分对电厂运行的经济性和可靠的影响体现在以下几个方面：
（1）影响着火和燃烧过程。煤质中灰分在锅炉燃烧中起到阻碍氧气与碳产生化学反应的作用，灰分升高容易导致着火延迟，同时炉膛燃烧温度下降，煤的燃烬度变差，从而造成较大的不完全燃烧损失。
（2）煤炭中的灰分是不可燃部分，在煤炭燃烧过程中，不但不发生热量，反而因由炉膛排出的高温炉渣，损失大量的物理显热。
（3）影响安全运行。随着灰分的增高，备煤系统、锅炉设备以及排灰系统的部件磨损几乎成正比增加，同时使受热面的沾污和结渣以及管路的腐蚀加剧，从而造成安全隐患。
2.4 不同煤种混合的影响
为保证锅炉正常运行，常常将劣质煤种与热值相对较高、挥发分较大的煤进行掺混，再送人炉内燃烧。不同的煤种混合后虽然从成分分析上看能够满足锅炉要求，但不同煤种的燃烧特性完全不一样，因而在炉内燃烧时，混合煤种容易发生燃烧分级现象，这也是造成飞灰含碳量上升的主要原因之一。
2.5 石子煤的影响
石子煤从磨煤机排放后如果不能得到循环利用即成为损失。煤质变差往往造成磨煤机石子煤量增大，长时间运行，则会对机组煤耗带来不利的影响。某机组煤耗试验的数据表明，煤质下降后石子煤量达到人炉煤的1.5% 左右，增加了约一倍，按石子煤热值等于三分之一原煤热值计算，影响机组煤耗约1.1 g/（kW·h）。
2.6 煤质下降引起其它经济性方面的影响
（1）煤粉细度变粗
当发热量降低，灰分增大时，煤的可磨性系数变小，磨煤机磨损件磨损加快，煤粉细度变粗。为保证锅炉出力不变，燃煤量增加，磨煤机出力就要增加，甚至增加运行磨煤机，进一步加剧煤粉细度变粗造成的影响。
（2）厂用电率增加
煤质变差造成燃煤量增加，磨煤电耗将增加，制粉系统的阻力也随着增大，导致所需风机的压头升高，风机电耗也相应增大。同时，对于预热器来说，一次风压头的提高将使漏风增加，从而增加了吸风机的负荷。
3. 煤质对锅炉其他运行成本的影响
煤质对电厂发电成本有着复杂的影响。它不仅影响到机组的经济性指标，更影响到机组的安全性，包括磨煤机的磨损，锅炉的结焦、粘污、腐蚀及磨损，也影响电除尘的性能等。分析煤质对火力发电厂成本的影响应考虑机组的综合成本，决定机组综合发电成本有以下4个主要因素：（1）可用率；（2）维修量；（3）能量转换效率；（4）机组出力。如果只注重燃烧特性、灰的利用及煤的差价等显成本效益，而忽略对锅炉运行、设备寿命及排放等付出的隐性成本，其在成本效益的计算方法上就存在着较大的缺陷。随着国家环保要求越来越严格，分析煤质对成本的影响还要考虑到煤质对锅炉排放总量的影响。煤质下降对飞灰排放浓度的影响主要表现为煤的灰量增加与灰的比电阻变化，煤的灰量增加将导致飞灰排放浓度或总量的上升；灰的比电阻变化则会要求电除尘器的运行参数作出相应的调整，倘若现有电除尘器无法达到所需电压，就将导致除尘效率降低、粉尘排放浓度或总量的上升。
4. 結论
燃料品质优劣会直接影响锅炉性能和机组效率，有时还影响到机组的安全指标。采购最经济的煤种，需要综合考虑锅炉性能、机组效率、燃料价格等多方面的因素，具体情况具体分析。
（1）对煤质的评价不能仅从其发热量或挥发分来考虑，而应该综合考虑煤在电站燃烧过程中对锅炉及辅助设备的影响大小和煤本身的价格。
（2）灰含量高、发热量低的煤，不仅使燃料运输的成本增加，也使锅炉运行的安全性、经济性下降。因此，高灰分、低热量的煤尽管煤价低，但发电费用并不一定比燃用低灰分煤低。
（3）机组效率是发电成本中一个重要的可变因素，节能和效率控制是一个关键。通过机组优化运行和能耗偏差分析，可以将成本控制在源头。
（4）要降低煤质变化对锅炉的不良影响，尽量选择与设计煤质相近的燃煤。如烧混煤，则应控制混煤的质量，使之接近设计煤质。
（5）要降低我国的供电煤耗，特别是大型机组的供电煤耗，实现锅炉设备的安全经济运行，必须保证燃用煤质的适应性和燃用煤质的稳定性。■
关键词：燃用煤质；锅炉运行；经济性
目前随着动力煤市场的不断开放，煤炭按质竞争定价的机制已基本形成，加上一些电力市场的试点开放，部分电力实施竞价上网已指日可待。这都促使各电力企业考虑摆脱原来的单一煤种，开发其他可能的煤炭供应渠道，以便用最低的发电成本参与市场竞价。近年来，国内一些电厂曾在大型锅炉上进行过掺烧、试烧新的煤种并取得了一定的经济效益。但是，从总体上来讲均缺乏一套试烧新煤种对锅炉性能及成本影响的系统评估方法。本文从煤质成分变化对锅炉经济性的影响进行分析，希望给电厂动力配煤的实践提供一些参考。
1. 电厂动力用煤的成份及性质
电厂动力用煤按工业分析可包括水分、挥发分、固定碳、灰分和硫分。其中水分和灰分都是对燃烧不利的，会降低燃料的燃烧温度，妨碍可燃物质与氧气接触，增加排烟损失。另外，灰分还是炉膛结渣、受热面积灰的根源。硫分增加，则会加重受热面的腐蚀。固定碳含量反映了煤的碳化程度，含量越高就越难燃烧。挥发分是燃料燃烧的重要特性，挥发分着火温度低，使煤容易着火。挥发分也是对煤进行分类的重要依据。
2. 煤质变化对锅炉经济性的影响
2.1 煤中挥发分对锅炉经济性的影响
挥发分是固体燃料的重要成分特性，对燃料的着火和燃烧有很大影响。挥发分是气体可燃物，其着火温度低，使煤易于着火。另外，挥发分从煤粉颗粒内部析出后使煤粉颗粒具有孔隙性，与助燃空气接触面积变大，因而易于燃烬。挥发分含量降低时情况则相反，锅炉飞灰可燃物相对偏高；同时，火焰中心上移，对流受热面的吸热量增加，尾部排烟温度也随之上升，排烟热损失增大。
2.2 煤的发热量对经济性的影响
煤的发热量降低，则同样的锅炉负荷所用的实际煤量增大，而对于直吹式制粉系统，输送煤粉所需的一次风量也相应增加，导致理论燃烧温度和炉内的温度水平下降，使煤粉气流的着火延迟，燃烧稳定性变差，影响煤粉的燃尽。煤的发热量降低同时会使锅炉排烟温度升高，增加排烟热损失。煤的发热量降低还可能导致锅炉熄火等严重事故的发生。
2.3 煤的灰分对经济性的影响
灰分对电厂运行的经济性和可靠的影响体现在以下几个方面：
（1）影响着火和燃烧过程。煤质中灰分在锅炉燃烧中起到阻碍氧气与碳产生化学反应的作用，灰分升高容易导致着火延迟，同时炉膛燃烧温度下降，煤的燃烬度变差，从而造成较大的不完全燃烧损失。
（2）煤炭中的灰分是不可燃部分，在煤炭燃烧过程中，不但不发生热量，反而因由炉膛排出的高温炉渣，损失大量的物理显热。
（3）影响安全运行。随着灰分的增高，备煤系统、锅炉设备以及排灰系统的部件磨损几乎成正比增加，同时使受热面的沾污和结渣以及管路的腐蚀加剧，从而造成安全隐患。
2.4 不同煤种混合的影响
为保证锅炉正常运行，常常将劣质煤种与热值相对较高、挥发分较大的煤进行掺混，再送人炉内燃烧。不同的煤种混合后虽然从成分分析上看能够满足锅炉要求，但不同煤种的燃烧特性完全不一样，因而在炉内燃烧时，混合煤种容易发生燃烧分级现象，这也是造成飞灰含碳量上升的主要原因之一。
2.5 石子煤的影响
石子煤从磨煤机排放后如果不能得到循环利用即成为损失。煤质变差往往造成磨煤机石子煤量增大，长时间运行，则会对机组煤耗带来不利的影响。某机组煤耗试验的数据表明，煤质下降后石子煤量达到人炉煤的1.5% 左右，增加了约一倍，按石子煤热值等于三分之一原煤热值计算，影响机组煤耗约1.1 g/（kW·h）。
2.6 煤质下降引起其它经济性方面的影响
（1）煤粉细度变粗
当发热量降低，灰分增大时，煤的可磨性系数变小，磨煤机磨损件磨损加快，煤粉细度变粗。为保证锅炉出力不变，燃煤量增加，磨煤机出力就要增加，甚至增加运行磨煤机，进一步加剧煤粉细度变粗造成的影响。
（2）厂用电率增加
煤质变差造成燃煤量增加，磨煤电耗将增加，制粉系统的阻力也随着增大，导致所需风机的压头升高，风机电耗也相应增大。同时，对于预热器来说，一次风压头的提高将使漏风增加，从而增加了吸风机的负荷。
3. 煤质对锅炉其他运行成本的影响
煤质对电厂发电成本有着复杂的影响。它不仅影响到机组的经济性指标，更影响到机组的安全性，包括磨煤机的磨损，锅炉的结焦、粘污、腐蚀及磨损，也影响电除尘的性能等。分析煤质对火力发电厂成本的影响应考虑机组的综合成本，决定机组综合发电成本有以下4个主要因素：（1）可用率；（2）维修量；（3）能量转换效率；（4）机组出力。如果只注重燃烧特性、灰的利用及煤的差价等显成本效益，而忽略对锅炉运行、设备寿命及排放等付出的隐性成本，其在成本效益的计算方法上就存在着较大的缺陷。随着国家环保要求越来越严格，分析煤质对成本的影响还要考虑到煤质对锅炉排放总量的影响。煤质下降对飞灰排放浓度的影响主要表现为煤的灰量增加与灰的比电阻变化，煤的灰量增加将导致飞灰排放浓度或总量的上升；灰的比电阻变化则会要求电除尘器的运行参数作出相应的调整，倘若现有电除尘器无法达到所需电压，就将导致除尘效率降低、粉尘排放浓度或总量的上升。
4. 結论
燃料品质优劣会直接影响锅炉性能和机组效率，有时还影响到机组的安全指标。采购最经济的煤种，需要综合考虑锅炉性能、机组效率、燃料价格等多方面的因素，具体情况具体分析。
（1）对煤质的评价不能仅从其发热量或挥发分来考虑，而应该综合考虑煤在电站燃烧过程中对锅炉及辅助设备的影响大小和煤本身的价格。
（2）灰含量高、发热量低的煤，不仅使燃料运输的成本增加，也使锅炉运行的安全性、经济性下降。因此，高灰分、低热量的煤尽管煤价低，但发电费用并不一定比燃用低灰分煤低。
（3）机组效率是发电成本中一个重要的可变因素，节能和效率控制是一个关键。通过机组优化运行和能耗偏差分析，可以将成本控制在源头。
（4）要降低煤质变化对锅炉的不良影响，尽量选择与设计煤质相近的燃煤。如烧混煤，则应控制混煤的质量，使之接近设计煤质。
（5）要降低我国的供电煤耗，特别是大型机组的供电煤耗，实现锅炉设备的安全经济运行，必须保证燃用煤质的适应性和燃用煤质的稳定性。■