浅析煤质变化对锅炉燃烧及运行的影响

浅析煤质变化对锅炉燃烧及运行的影响

鱼琴娜

中天合创能源有限责任公司化工分公司内蒙古鄂尔多斯017000

摘要：在实际生产中，对于锅炉而言，其燃烧稳定性具有很重要的意义。本文主要介绍了锅炉燃烧动力煤的基本的种类以及性质，同时根据西安热工院提出的对于燃烧以及实际结渣预测模型，深入的探究了煤质变化对于锅炉燃烧及运行的影响。

关键词：煤质变化；燃烧；运行；影响

引言：

根据电力部门的统计，因锅炉事故引起的发电机组非计划停电占计划停电的40%，锅炉运行的经济性和安全性很大程度上决定着整个机组运行的安稳性。锅炉的燃烧系统是锅炉的重要组成部分，而在我国能源结构当中，燃煤火电占到全国发电总设备容量的70%，而锅炉用煤又包含了不同的煤种，实际的差异性非常大。对同一煤矿开采年份以及实际深度的不一样，其含粉量以及含硫量也不一样。尤其是在进行实际的调节电负荷的峰谷差时，许多机组都是处于频繁变负荷运行状态，在一定程度上加大了燃烧的不稳定性。因此，针对煤质变化的分析，对于锅炉的安全稳定运行具有重大的意义。

1.动力煤的分类及其性质

1.1锅炉用煤的分类

从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。主要分类有褐煤、贫煤、无烟煤、烟煤等。

火电厂用煤的质量是锅炉设计和生产过程控制的重要依据。燃料煤的特性主要包括两个方面：一是煤特性，二是灰特性。煤特性与燃烧、加工（例如磨成煤粉）、输送和储存有直接关系；灰特性对燃烧后的清洁程度、钢材的腐蚀程度以及煤灰的清除等有很大的影响。本文主要讨论煤质变化对于锅炉实际燃烧和运行过程的影响。

1.2电站锅炉对煤质的适应范围

对于实际的动力煤来说，通过工业分析，能够了解煤在燃烧时的某些特性。即按规定的条件将煤样进行干燥、加热、燃烧，以测定煤中水分、挥发分、固定碳和灰分的含量。其中，水分对于煤质燃烧非常的不利，水分会降低燃烧温度，过多时会造成原煤仓、给煤机等的堵塞。且燃烧后燃料中的水分吸热变成水蒸气并随烟气进入大气，使锅炉效率降低，引风机电耗增加。煤质的变化对于锅炉的安全稳定运行有着巨大的作用。原电力工业部根据电站锅炉特点，对锅炉允许的煤质参数实际变化范围作出了明确的规定。

2.煤质对锅炉运行的影响

2.1煤质对燃烧稳定性的影响

根据各种煤质实际的燃烧特性，对于出现燃烧问题较多的为无烟煤、贫煤等。其燃烧性能比较差，当实际的煤质发生变化的时候，就有可能出现燃烧稳定性的问题。

锅炉燃烧稳定性与煤的挥发分、发热量、炉膛热负荷、煤粉气流着火温度等参数有关。我们通过西安热工研究院总结出的稳定燃烧模型，进行有效的分析。

（1）

Dmin—锅炉不投油最低稳燃负荷，%；

IT—煤粉气流着火温度(TPRI)，℃；

Qnet—煤空气干燥基低位发热量，MJ/kg；

QL—与炉膛热负荷参数有关的参数；

Ws—与炉膛卫燃带面积有关的参数。

随着煤热值增加，火焰稳定性增强。例如某4*600MW机组的电厂，燃用无烟煤，燃煤空气干燥基低位发热量在25MJ/kg时，达45%,而，可推算出将上升至57.6%左右，已经难以保证正常的负荷调整。

2.2煤质对锅炉经济性的影响

（1）煤中挥发分对锅炉经济性的影响

煤的挥发分是指失去水分的煤样，在隔绝空气的条件下加热至（900±10）℃，使燃料中有机物分解而析出的气体产物。一般包含各种氢碳化合物、氢、一氧化碳等可燃气体，此外，还包含少量氧、二氧化碳等不可燃气体。挥发分是固体燃料的重要组成成分，对燃料实际着火以及燃烧具有非常大的影响。挥发分着火温度低，使煤容易着火。挥发分多的煤，其挥发析出后，燃料表面呈多孔性，与助燃空气接触的机会增多，使煤易于燃尽，燃烧损失较少。挥发分较低时正好相反，着火困难，不容易燃烧完全。燃烧时易使得火焰中心上移，对流受热面吸热量增加，尾部排烟温度上升，使得排烟热损失增大。

（2）煤的发热量对经济性的影响

发热量是指单位质量或体积的燃料完全燃烧时所放出的热量。煤的发热量降低，同样锅炉负荷所用的实际煤量增大。对于直吹式制粉系统而言，输送煤粉所需的一次风量相应的增加，导致理论燃烧温度、实际的炉内温度水平不断的下降，使煤粉气流着火延迟，燃烧稳定性变差，影响煤粉的燃尽。煤的发热量降低会使锅炉排烟温度升高，排烟热损失增加。同时，发热量降低时也会一定程度上影响锅炉燃烧效率，不利于提高锅炉效率。

（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性的影响体现在以下几个方面:

①影响着火和燃烧过程。煤质中的灰分非但不能燃烧，而且还妨碍可燃质与空气的接触，增加燃料着火和燃尽的困难，使燃烧热损失增加。多灰的劣质煤往往着火困难，燃烧不稳定。

②影响锅炉安全运行。灰分增加，锅炉制粉系统、输灰排渣系统等部件的磨损几乎成正比增加。燃料中灰分的存在是炉膛结渣、受热面积灰和磨损的根源，对锅炉安全运行造成安全隐患。

（4）煤质下降引起其它经济性方面的影响

①煤粉细度变粗。煤粉细度是指一定质量的煤粉通过一定尺寸的筛孔进行筛分时，筛子上剩余量占筛分煤粉总量的百分比。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。为了维持锅炉负荷，此时要增加燃煤量，磨煤机出力相应的增加，甚至出现增加运行磨煤机台数的情况，进一步加剧了煤粉细度变粗造成的影响。

②电厂的实际厂用电率增加。当煤质变差时，燃煤量增加，磨煤机电耗增大，制粉系统的阻力也增大，导致风机电耗也相应增大，厂用电率随之上升。

2.3煤质变化对锅炉结渣性的影响

采用TPRI结渣性能模型分析煤质变化对锅炉结渣的影响:

(2)

式中Su—实际锅炉结渣指数,分1～5级；

ST—煤灰软化温度,℃；

Sc—维火焰炉得出的结渣指数[4]；

我们可以得到以下几点结论：

(1)煤的发热量增加,炉内结渣倾向加重,这与发热量增加可强化燃烧稳定性、提高燃烧经济性的结论相悖。

(2)煤灰熔融特性(如ST、Sc)是反映锅炉结渣的主要指标。对燃用ST为1350℃的煤出现结渣的锅炉，燃用ST为1250℃的煤时即可出现较严重的结渣倾向。

参考文献：

[1]电安生[1993]540号，加强大型燃煤锅炉燃烧管理的若干规定[S].

[2]欧聪,马素霞,崔志刚,600MW机组旋流对冲燃烧锅炉在变煤质工况下的燃烧优化模拟[J].热力发电,2018.

[3]潘文斌.煤质差锅炉燃烧控制对燃煤锅炉效率的影响分析[J].机电信息,2019,576(06):65-66.

[4]黄孝彬,田宏伟,王煜伟,etal.复杂煤质下锅炉燃烧精细化运行技术[J].中国电力,2018,51(09):43-49.