浅析煤质变化对锅炉燃烧的影响

浅析煤质变化对锅炉燃烧的影响

李超

皖能铜陵发电有限公司 安徽省铜陵市 244000

摘要：本文从煤炭的燃烧过程入手，探究煤质变化对锅炉燃烧的影响，并进一步提出有效的应对措施。提高煤炭利用率，减少锅炉运行成本。

关键词：煤质变化；锅炉燃烧；应对措施

前言：煤炭是人们日常生活中不可或缺的资源。尤其是在发电企业运行过程中，燃煤的重要性不言而喻。煤炭燃烧为锅炉运行提供了基本动力，与此同时，煤质变化会对锅炉燃烧造成一系列的影响。煤质变化会影响锅炉的稳定燃烧、降低锅炉热效率，导致锅炉运行安全受到威胁，因而要进一步对煤质变化与锅炉燃烧稳定性之间的关系进行分析

一、煤炭的燃烧过程

分析煤炭在锅炉中的燃烧过程，能够进一步探究各个燃烧阶段中，煤炭发生的物理或化学反应，从而分析其中影响燃烧效率及锅炉运行稳定的因素。煤炭进入锅炉炉膛中，到完全燃烧殆尽，一共经历4个阶段。一是水分蒸发阶段、二是挥发分着火阶段、三是焦炭燃烧阶段，也是大量供热阶段、四是燃尽阶段。水分蒸发阶段，温度约在105摄氏度左右，水分完全被蒸发；挥发份着火阶段，随着煤吸收热量的增加，挥发份会随之析出，挥发份的燃烧速度更快，会在达到着火点后快速燃烧，燃烧时间仅为煤炭燃烧的1/10；余下的部分即为碳、灰组成的焦炭部分。这一部分会产生大量的热量，是最主要的燃烧阶段；最后，灰渣中的焦炭接近烧完，煤炭燃烧放热过程结束。从煤炭燃烧过程来看，良好的燃烧效率、稳定的锅炉供能主要需要考虑三个方面：一是燃烧温度，燃烧温度与燃烧的彻底性有关，温度越高，煤炭燃烧产生的化学反应速率越快，燃烧就会越彻底，1100℃到1300℃是最为稳定的燃烧温度；二是空气，当流动的空气经过煤炭表面时，就会实现碳和氧的接触，空气流通速率越快，碳氧接触越好，燃烧速率加快。三是时间，要有充分的燃烧时间，才能够保证灰渣中的焦炭接近燃烧殆尽，这样才能降低不完全燃烧的热损失。

二、煤质变化对锅炉燃烧的影响

（一）水分变化造成的影响

燃煤过程中，水分是最主要的无机质，也是最先燃烧的部分。如果水分含量增加，就会导致煤炭的可燃烧量降低，煤炭的放热量降低，煤炭的可燃性及产热值均会受到影响。水分含量过高，会导致煤炭不彻底燃烧，堵塞燃煤系统，影响后续供煤。同时，水分变化也会造成排烟量的异常，增大的水分，导致排烟量提高，增加了锅炉引风机的工作压力。

（二）挥发分变化造成的影响[1]

挥发分是煤炭质量的重要指标，挥发分燃烧点较低，在较低温度下即可完成燃烧。且在挥发析出后，会造成煤炭颗粒之间的空隙加大，提高燃煤速率。如挥发分减小，就会导致燃煤完全燃烧所需的温度增高，消耗大量能源，同时导致煤炭燃烧不充分，降低锅炉燃烧稳定性。

（三）灰分变化造成的影响

灰分是煤炭材料中的不利成分。灰分会包裹重要燃烧过程中的焦炭，导致煤粉的燃烧面不足，影响焦炭燃烧过程中与氧气的接触，导致煤炭无法完全燃烧。灰分的增加，不仅会导致煤炭燃烧过程中的热量损失，同时会影响锅炉设备的使用寿命。大量积聚的灰分，会不断分散到防尘设备上，引起设备的磨损，同时会在锅炉中造成堵塞，引发安全事故。此外，高灰分煤炭燃烧后，会产生大量的烟尘，造成不必要的环境污染。

（四）硫分变化造成的影响

硫分是煤炭中的有害成分。在煤炭燃烧过程中，硫分会通过化学反应，影响锅炉燃烧的稳定性。硫分含量较多，就会在燃烧中产生大量的硫化物，在蒸汽遇冷后，直接产生硫酸附着在锅炉受热面上。硫酸会腐蚀设备表面，影响锅炉运行安全，同时大量的硫化气体排出，也会造成严重的环境污染。

（五）灰熔点变化造成的影响

灰熔点又叫煤灰熔融性，就是煤炭在燃烧中随加热温度到变得煤灰变形（DT）、软化（ST）、融化（FT）特征物理状态、一般用软化温度（ST）来表示煤的一项参数指标。这一指标在燃烧时显得尤为重要，根据它可以预估锅炉运行中结焦和沾污作用。灰熔点低，容易发生结焦，所以在运行时要随时注意炉膛燃烧情况，高灰熔点煤炭对锅炉长久运行有一定的安全保障。

（六）煤粉粗细程度变化造成的影响[2]

煤粉粗细程度，与煤粉均匀性有关。如煤粉的粗细程度，达不到煤炭质量控制中的细度要求，那么煤炭就无法保证充分燃烧，煤块过大，会卡住分层给煤器和锅炉炉排，影响煤炭稳定燃烧和锅炉平稳运行；如煤粉粗细程度超过煤炭质量控制中的细度标准，就会造成炉膛出口温度异常升高，会导致能源的浪费，不利于节能降耗生产。

三、煤质变化造成锅炉燃烧影响的应对措施

（一）采用性能优良的燃烧器

采用性能优良的燃烧器，能够提高燃煤的着火速率，促使煤炭充分燃烧。燃烧器的合理布置，能够形成锅炉内部的回流区，这样在燃烧过程中，煤炭能够利用炉内高温烟气提高煤粉气流温度，同时将高温烟气回流的热量，利用于燃烧火焰根部，强化着火过程，进一步提升煤炭燃烧效率。

（二）热风送粉和预热空气温度

热风送粉及预热空气温度，同样是加快着火速率的有效策略。通过这一策略，能够提升煤粉的初始加热温度，从而确保煤粉在加热过程中，能够迅速达到燃烧点，提高着火速率。

（三）提高燃烧器区域的温度[3]

提高燃烧器区域的温度，能够进一步保证煤粉均匀受热、充分燃烧。同时配合较低的一次风率和一次风速，能够保证煤粉周围气流的稳定，始终保证充足的空气供应，提高着火速率，保证燃烧效率。

（四）强化煤种混烧与掺配煤技术

以某火电厂为例，其电煤缺口约170万吨，均需要从市场采购。市场招标煤基本是混煤，单一煤种少，均匀性差，给安全、环保和经济性带来压力。但这也是电厂必须面对、无法回避的现实。如何实现发电安全与经济效益的综合提升，必须要从配煤参烧上下功夫。

不同的锅炉，有不同的燃烧特性，煤层厚度、炉排速度、鼓引风量以及风室的配风参数差异，都会影响煤质的燃烧效率。因此，要通过不断的燃烧调整、分析试验，强化锅炉燃烧的煤种混烧与配煤技术。通过不同煤种之间的混烧、掺烧和配煤技术，充分的调整煤的发热量，降低其中水分、灰分、硫分等不良组分，确保不同媒质相互配合，充分燃烧，提升锅炉运行的稳定性和经济性。鉴于该电厂机组实际运行情况，新机组和旧机组供煤掺烧应区别对待。

新机组：国内领先的大容量机组，其设计煤种特点是低硫、高灰熔点，校核煤种也只是在硫份和灰分上有所差别。在该前提下新机组适烧煤种局限于神华神混系列、准系列以及低硫的外购石炭系列，对灰熔点的要求必须大于1350℃；对同煤的大友系列、同友及金优系列不适应，表现在可磨性差石子煤量大、飞灰含碳量大。之前新机组也做过低灰熔点煤碳掺烧试验，低灰熔点煤炭掺烧可达40%，保证机组稳定运行。在此基础上如果加大设备针对性的改造，提高煤种适应性，改造后再配合司炉人员精心调整，可选择的煤种就相对多些，掺配煤的经济性就会更好一些。

旧机组：作为90年代就投产的老机组，按照运行规程，低灰熔点的煤炭是不允许燃烧的。但是由于其制粉系统可磨性强，可以尽量掺配燃烧新机组排泄的石子煤；同时，旧机组利用小时数低、平均负荷并不高，在热值方面也可以选择一些低热值的煤炭供应，这样一来也会降低由于长期堆存导致的发生风化、自燃等损耗情况。

根据发电机组特性掌握不同煤种燃烧时的配方需求，提升燃煤质量。目标就是通过混烧、掺烧和配煤，能够在保证燃烧效率的同时，充分提升劣质煤的利用率，降低锅炉运行成本，提高发电效益。

（五）加强技术创新和提高设备可靠性

在日常工作中，针对锅炉燃烧设备及辅助设备，要加强巡检及维修工作。尤其是在长期开展经济煤种掺配时，每次检修都要及时清理其中的灰分积聚，对锅炉内樘磨损及腐蚀面进行加强维护。同时制定科学的巡检方法，及时发现锅炉故障问题，并快速进行排除。要保证巡检质量，避免多次返工维护，影响运行效率。

在宏观政策层上，2021年2月1日《碳排放交易管理办法（试行）》正式实施，而在我国火电厂是最大最集中的二氧化碳（CO2）排放源。作为传统大型火电厂每年CO2排放可高达上千万吨，CO2排放强度大。面对这样的环境形势，传统火电厂在经营方面一是可以采购较高热值作为降低煤耗的一种手段；二是加大经济煤种的掺配力度，通过煤炭价格差实现指标盈利。在生产方面可以将烟气中的CO2进行捕集，制造出副产品液态CO2销售，这样可以进一步符合国家政策，提高利润收入。因此创新发展，加强技改是提高传统燃煤电厂经济性，降低碳排放的最有效途径。

（六）加强锅炉的燃烧调节工作

锅炉的运行调节至关重要，因此要持续提升司炉人员操作能力。司炉人员要准确分析煤质，根据实际情况对锅炉燃烧进行调节，确保锅炉在运行过程中，煤粉与炉内空间量，要达到良好的匹配度，这样才能够保证煤炭燃烧与氧气充分接触，控制炉膛燃烧温度，同时要对锅炉负荷进行细致的调整，针对各项参数的变化进行监控，确保炉膛运行符合各项参数要求，如果出现了燃烧异常等问题，就要通过人工干预的方式调整，进一步提升燃烧的充分性与均匀性使锅炉运行始终保持最佳的燃烧状态。

（七）完善煤炭运输堆存管理

煤炭保管运输同样关系着煤炭的质量。要根据煤炭保管区域内的实际情况，采取有效措施，避免储煤的风化或自燃情况，既要保证储煤地点具有一定的湿度，又要避免湿度过高，影响煤炭质量。此外，根据储煤区域的实际情况，要完善输煤管理，根据煤种的差异，进行分区域堆放，同时结合燃烧所用煤种，进行储煤位置的合理分布。储煤过程中，结合锅炉燃烧调节工作，提前将掌握燃煤性质，并完成供煤计划，降低司炉人员工作量，保障锅炉的稳定运行。

结语：要关注煤炭水分、灰分、挥发分、硫分、灰熔点以及粗细程度变化造成的锅炉燃烧影响，进一步强化煤种混烧与掺配煤技术、加强锅炉的燃烧调节工作、重视技术创新和设备的可靠性、完善煤炭运输堆存管理，采取科学的应对措施，确保锅炉运行优化，提高企业整体效益。

参考文献：

[1]李亚军,朱国琪.煤质变化对锅炉燃烧影响及其应对措施[J].宁夏电力,2009:46-48.

[2]马娟.煤质变化对供热锅炉的影响及应对措施[J].科技创新与应用,2016:119.

[3]张伯良.煤质发生变化对锅炉燃烧的影响与应对措施[J].建材与装饰,2016