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煤質對電廠鍋爐運行及經濟性的影響研究
煤炭是古代植物埋藏在地下經歷了復雜的生物化學和物理化學變化逐漸形成的固體可燃性礦物。是一種固體可燃有機巖，主要由植物遺體經生物化學作用，埋藏后再經地質作用轉變而成，俗稱煤炭。煤炭被人們譽為黑色的金子，工業的食糧，它是十八世紀以來人類世界使用的主要能源之一。
摘要：煤質的變化情況會直接影響電廠鍋爐運行燃燒效率，影響電廠鍋爐運行的經濟性，要想實現電廠考核運行經濟性，需要分析煤質對其的影響。煤的種類會很大程度影響鍋爐燃燒的受熱、結構、安全性、經濟性，因此需控制不同煤質，以便于提高燃燒效率。文章分析了電廠鍋爐運行現狀、煤質變化對經濟性的影響，并提出了解決建議。
關鍵詞：煤質;經濟性;燃燒效率;煤炭資源;電廠鍋爐運行
國家的一次能源實際上就是指煤炭，由于煤炭資源消耗量日益增加，使得價格不斷增加、市場越來越緊張，促使現階段燃煤市場普遍存在使用混煤的問題：一是電廠被動應用混煤。生產煤炭的部門利用不同的摻和方式來不斷滿足實際需求，改變劣質煤自身特點，降低煤價;二是為了保證電廠可以穩定、安全地降低成本，改善煤質特性也是混煤的主要原因。依據特定煤種合理設計燃煤電廠鍋爐，設計煤種的差異，導致不同結構、不同爐型、不同燃燒器以及運行后的方式也不相同。電廠鍋爐運行的過程中，煤質變化會在一定程度上影響安全性和經濟性，所以需要不斷分析煤質對電廠鍋爐運行及經濟性的影響。
一、燃煤電廠鍋爐運行現狀分析
電廠鍋爐能否正常運行是保證電廠運營產能和安全經濟運行的基礎，電廠鍋爐運行的過程中，需要實時進行監視，保證正常的汽包水位、爐膛壓力和主汽參數，需要具有一致的機組負荷和鍋爐蒸發量。
1.1 爐膛結渣分析
在設計大型燃煤電廠鍋爐的時候，需要合理分析燃煤的種類，依據業主所提供的煤種，來當作設計燃燒器和鍋爐爐膛的重要選型參數。設計相關人員需要切實掌握好燃煤煤種特性和著火燃盡性，在設計鍋爐爐膛的時候，例如，在選擇爐膛斷面熱負荷、爐膛的容積熱負荷、爐膛火焰高度、燃燒器區域壁面熱負荷等相關參數的時候，需要保證有一定的可靠性。如果爐膛容積、水冷壁面積、爐膛橫截面積等設計參數選用過小，會導致嚴重的結渣問題。在電廠鍋爐運行過程中，影響爐膛結渣的原因就是燃煤特性和種類。一般情況下，電廠鍋爐燃煤都不能完全滿足設計的實際規范需求，在燃燒的過程中，判斷是否會形成結渣的最主要依據是灰的熔融性，利用鍋爐運行過程中灰成分和還原性氣氛強弱來決定灰熔點的高低，如果具有比較低的灰熔點，會出現比較嚴重的結渣問題。
1.2 氮氧化物的排放分析
隨著人們生活水平的不斷提高，使得人們越來越重視環境保護問題，國家不斷提高治理空氣的力度，制定更加嚴格的排放標準，所以需要合理分析電廠燃煤鍋爐運行現狀，績效考核的基本規范就是監控氮氧化物的排放。在燃燒燃煤的時候，高溫的情況下，氨會與氧氣發生一定反應，形成氮氧化物，主要包括二氧化氮、一氧化氮，90%以上都是一氧化氮，在低溫情況下，一氧化氮會由于空氣中的氧化作用形成二氧化氮。在上述反應過程中，溫度會具有一定的影響，因此降低氮氧化物的主要方式就是降低在鍋爐燃燒中煙氣停留在高溫區域的時間和降低煙氣溫度，不斷分析低碳燃燒技術，主要包括爐內還原及再燃技術、空氣分級技術、低氮燃燒器技術等，可以很好地解決上述排放氮氧化物的問題，以便于能夠保證排放氮氧化物的質量和濃度符合國家標準。
1.3 混煤燃燒分析
電廠燃煤鍋爐是煤炭資源消耗大戶，為了能夠有效降低成本、增加能源的利用率，需要依據燃燒分子結構和性能來劃分不同煤種，然后依據相應比例進行混合，最后進行加工生產，然后形成具有一定運行效率的混合煤，不但可以緩解目前緊缺煤炭資源的問題，也可以充分滿足實際供電需求。但是在使用混合煤的時候，會具有一定的問題和不足，由于混合煤沒有設計好燃燒性能以及單種煤性能，因此需要不斷克服摻燒技術的不足，例如燃燒穩定性、不易著火等問題，需要合理匹配鍋爐和燃盡量，并且保證能夠合理地解決爐膛負壓波動和風機點偏離的問題。
二、不同煤種燃燒技術指標
如表1所示是幾種不同煤質的燃燒數據，從表1可以發現，燃燒性能最好的就是神混2號和伊泰神木煤;次之的是神華神木煤和神華配煤2號。燃燒熱效率接近93.6%的就是神華神木煤、伊泰神木煤、神混2號煤，其中相對較低的是神華配煤2號，大約具有93.4%的熱效率，主要含量就是灰分，導致不能充分燃燒。從低到高的供電耗能為：神混2號、神華神木煤、山西優混煤(Vad1=29.1)、神華配煤2號、伊泰神木煤和山西優混煤。
三、煤質變化對鍋爐經濟性的影響
眾所周知，分析煤工業的時候，包括以下方面：揮發分、灰分、水分、硫分、發熱量以及固定碳。需要充分了解以及掌握上述因素對電廠鍋爐安全運行的影響及意義。在設計鍋爐的時候，需要保證能夠具有最佳的熱效率，如果設計的時候具有偏離的鍋爐參數，會很大程度上影響燃燒的情況。
3.1 水分的影響
燃燒過程中如果具有水分，不僅會降低發熱量和可燃物質的含量，還會由于氣化、蒸發等消耗大量熱量，促使降低爐膛內部溫度，使得煤粉很難著火，具有比較大的排煙量，增加用電量，此外還會提高堵塞輸煤系統的概率。水分越高，會越容易導致倉內的煤形成板結，提高通風阻力，從而降低爐內溫度，擁有比較靠后的爐內著火點，降低有效著火范圍，縮短燃燒時間，提高化學以及機械的不完善損失，還會提高煙氣量，使得不斷提高煙熱的損失，減少熱效率，提高引風機的負荷，為腐蝕和低溫受熱提供一定基礎和保證。
3.2 揮發分的影響
在燃燒煤的過程中，最重要的指標就是揮發分，在比較低溫度的情況下，揮發分會燃燒和析出，并且隨著不斷燃燒放熱，促使快速增加焦碳粒溫度，為燃燒以及著火提供了依據和保障，此外，析出揮發分會提高內部焦炭孔隙以及外部反應面積，可以在一定程度上增加燃燒焦炭的速度。具有越高的揮發分，就會越容易燃燒煤，也就擁有越高的燃燒效果，提前煤粉著火點，下移火焰中心，對于鍋爐吸收熱具有一定作用，還可以不斷減少炮眼溫度，對于降低發電耗能和提高熱效率具有很大作用。
3.3 灰分的影響
在燃燒過程中，燃料灰分不僅不會釋放出相應的熱量，還會不斷吸收熱量，所以具有越大的灰分含量，就存在越低的發熱量，使得延遲著火和著火困難，此外，還會明顯降低爐膛內部燃燒溫度，降低煤的燃盡度，使得出現高的飛灰可燃物。如果具有比較大含量的灰分，灰分可能會包裹碳粒，降低碳粒表面燃燒速度，減少傳播火焰的速度，出現不良燃燒的問題。煤提高1%的灰分，從理論上來說，就會降低5℃的燃燒溫度，所以會使得發生困難著火、不良燃燒或者爆炸等問題。
四、提高電廠鍋爐運行效率的措施
4.1 做好燃煤的選擇
在設計電廠燃煤鍋爐的時候，設計過程中需要以特定煤種為基礎，選擇不同種類的燃煤，設計鍋爐結構、爐型就會不同，此外，還會具有不同的制粉系統、燃燒器、鍋爐運行方式，所以，在選擇燃煤的時候，如果具有和設計不一致煤種的時候，會對鍋爐整體運行的安全性和經濟性造成影響，影響電廠燃煤運行實際效率的主要原因就是燃煤的選擇。相關人員通過對電廠進行實際燃燒實驗，分析不同種類的燃燒的經濟性、結渣特性、燃燒指標、相對磨損性等，可以發現，最小燃盡性能的就是2號燃煤和伊泰神木煤;伊泰神木煤中存在一定的山西優質混煤，具有相對比較低含量的飛灰可燃物;對電廠鍋爐內部具有最小相對磨損性的就是伊泰神木煤;摻燒或者單燒煤的時候，都具有比較輕微的對于屏式過熱器以及鍋爐水冷壁的結渣程度。綜合分析電廠燃煤鍋爐的實際負荷能力、運行成本、飛灰利用狀態、維護成本、供電成本等因素，在選擇燃煤的時候，作為電廠主要的煤種需要優先考慮山西優混煤、伊泰神木煤、華神木煤、神華配煤。
4.2 提高鍋爐燃料燃燒的質量
想要有效增加燃燒燃料的質量，需要不斷分析和重視爐膛、煤種等，合理調節輸送二次風和一次風的情況，增加電廠燃煤鍋爐實際運行效率，如合理調節燃燒煤粉需要的過量空氣系數和空氣量，以便于可以增加燃燒燃煤的質量。一般來說，在燃燒煤粉的時候主要應用的是劣質煤、無煙煤、貧煤等，其中最好的過量空氣系數α就是在1.2～1.25之間，燃用煙煤和褐煤的最好過量空氣系數就是在1.15～1.20之間。在運行電廠鍋爐的時候，用來加熱和干燥煤粉的就是一次風，為燃燒提供一定熱量，利用送風機進入到燃燒設備中用來吸高溫煙氣的是二次風，此外，還可以為燃燒提供一定的氧氣，保證可以正常運行。所以，需要有效地控制一、二次風，合理控制出口溫度，不斷增加燃燒燃料的質量，同時，需要選擇合理的煤種，一般小粒徑不能高于6mm的20%、大粒徑不能高于40mm的20%，上述方式可以在一定程度上增加燃燒效率。
五、結語
總而言之，研究煤質對電廠鍋爐運行及經濟性影響，對于促進電廠經濟發展、安全運行具有重要意義，分析煤質情況，可以利用不同方式來控制不同煤種，充分提高燃燒效率，達到企業效益最大化的目的。
參考文獻：
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[2] 溫智勇，譚晶，鐘俊，等.煤質對電廠鍋爐運行及經濟性影響的研究[J].電力科學與工程，2012，28(9).
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