浅谈优化进煤结构及分负荷段混配掺烧的均匀度对锅炉安全经济性的影响

摘 要：面对目前电力体制改革加速落地，各种因素影响下，火电企业迎来巨大市场竞争压力，出现亏损。本文通过对300MW机组锅炉运行进行分析，找出入炉煤煤质中挥发分、热量、灰分、含硫量的掺配均匀度对锅炉安全经济性与标煤单价的影响程度。

关键词：分负荷段掺配；均匀度；优化结构；锅炉安全经济性；降本增效

1 300MW机组锅炉设计参数与设计煤种成分

1.1 300MW机组锅炉设计参数

300MW机组HG-102l/18.2YM9亚临界、一次中间再热、自然循环锅炉，采用平衡通风及四角切园燃烧技术，燃料为烟煤。采用中间储仓式乏气送粉方式。锅炉以MCR工况为设计参数，在机组电负荷为331MW情况下的锅炉最大连续蒸发量为102lt/h。机组电负荷为300MW时，锅炉额定蒸发量为908t。

1.2 300MW机组锅炉设计煤种成分

1.3 入厂煤的主要来源

入厂煤主要入厂煤主要来源于3个部分：

（1）某矿务局的气肥煤，占总量的1/2，其收到基低位发热量在20～22MJ/kg，干燥无灰基挥发分在30%～38%，干基硫分在1.2%以下，干基灰分在30%以下。

（2）地方煤矿的掺混煤（中高灰煤），占总量的1/5，其收到基低位发热量在15.5～16.7MJ/kg，干燥无灰基挥发分在30%～42%，硫分在2.0%以上，灰分在35%以上。

（3）贫瘦煤，占总量的3/10，其收到基低位发热量在21MJ/kg左右，干燥无灰基挥发分在20%以下，干基硫分在2.5%以上，干基灰分在30%以上。

2 入炉煤成分对锅炉安全经济性的影响

对于300MW的火电机组来说，通常锅炉效率每变化1%，机组煤耗约变化3.5g/kWh，锅炉效率对机组的经济性影响是十分明显的。而入炉煤的低位发热量、挥发分、灰分、硫分、水分、灰熔点、可磨性系数对锅炉的效率影响最为严重，同时对锅炉的安全稳定燃烧影响至关重要，以下主要从理论上分析入炉煤低位发热量、干燥无灰基挥发分、干基灰分与干基硫分对锅炉安全经济性的影响。

2.1 煤的低位发热量对锅炉安全经济性的影响

煤的入炉煤发热量是设计锅炉时的一个重要数据。如果实际入炉煤的发热量低于锅炉的设计选定煤种，理论燃烧温度必然下降，炉膛温度水平降低。将导致机械部完全燃烧损失和排烟温度的增加，锅炉热效率降低。当发热量降低到一定限度，将导致燃烧不稳定。如果所用的煤的发热量低于锅炉的设计煤种发热量的技术低限值，就不能直接单独入炉燃烧。如果入炉煤的发热量高于设计水平，炉膛温度必然升高，容易形成炉膛结焦现象。就燃烧而言，判别煤质的好坏，不能简单以发热量的高低来衡量，而应与煤的挥发分高低结合考虑，当然也不能只以挥发分来决定，煤的干燥无灰基挥发分与收到基低位发热量Vdaf与Qnet，ar组成判别煤质着火燃烧特性指标。

2.2 煤的挥发分对锅炉安全经济性的影响

挥发分是判别煤的着火、燃烧特性的首要指标。如果挥发分高，挥发分的热值也高，则挥发分燃烧产生的热值就高，着火点就短，容易达到焦炭的着火温度，使焦炭提前着火，火焰稳定。如果挥发分低，挥发分燃烧产生的热量较少，焦炭不容易着火，火焰就不稳定。挥发分的释放量不仅与煤种有关系，还与加热速度、加热温度、煤粒尺寸等因素有关。如果煤中灰分也多，将阻碍挥发分释出，又减少煤的空隙率与反应表面积，将导致后期的燃烧速度降低，甚至有脱火的可能，造成锅炉灭火。

2.3 煤中灰分對锅炉安全经济性的影响

灰分对燃烧的影响首先表现在对着火的影响。灰分高会使火焰的传播速度减慢，使着火推迟；另外，煤的灰分越多，可燃物的成分相对减少，燃料的发热量降低，炉膛温度下降的幅度越大，煤的燃尽度变差和排灰量增大，均使q4随之增加。在焦炭燃烧过程中，内在灰分还会裹在内层焦炭上形成灰壳，阻碍氧气向焦炭表面扩散，降低燃烧速度。灰分的增加，还将导致受热面的沾污使排烟温度升高，同时使受热面磨损加剧。对于一般固态排渣的煤粉炉，煤中的灰分不宜超过40%。

3 入炉煤掺配均匀度对锅炉安全经济性的影响

3.1 300MW入炉煤掺配现状

入炉煤掺配合格率半年内基本处于69%～75%的范围内徘徊。入炉煤掺配各项指标频繁出现向两极化发展的现象，极大地影响了锅炉的安全与经济性指标。

3.2 入炉煤挥发分掺配均匀度对锅炉主汽温度、排烟温度、飞灰可燃物的影响

入炉煤挥发分是对锅炉安全经济燃烧的重要指标，以下主要针对每天的低谷负荷段的入炉煤挥发分进行研究，找出最有代表性的两组数据，分析挥发分掺配均匀度对锅炉主汽温度、排烟温度、飞灰可燃物的影响。

3.3 入炉煤发热量掺配均匀度对锅炉主汽温度、排烟温度、飞灰可燃物的影响

入炉煤低位发热量是对锅炉安全经济燃烧重要的数据之一，因此入炉煤低位发热量的掺配均匀度也是对锅炉燃烧影响的关键问题，以下从低负荷段抽取的两组发热量数据，分析其对锅炉经济指标的影响。

4 影响入炉煤掺配均匀度的因素

下面从技术的角度分析影响入炉煤掺配均匀度的主要因素。

4.1 入炉煤掺配存在的技术问题

在入炉煤掺配中，一直延续一种掺配方式，就是用一个数学模型代替全天的入炉煤掺配，而负荷在全天中并非是直线运行，这就造成了入炉煤与负荷不相匹配的现象，以至于出现入炉煤掺配均匀度波动很大的现象。

4.2 负荷高低对煤质的要求

一般来讲，负荷的高低对入炉煤煤质的要求是不同的，高负荷工况下，需要相对高热值、低挥发分的煤质；而低负荷需要相对高挥发分、低热值的煤质。这样既满足了高负荷工况下带负荷的要求，又满足了低负荷工况下锅炉稳定燃烧的需要。同时可以有效地掺烧一批同煤种的劣质烟煤，以便在一定范围内有效地降低标煤单价。

5 解决入炉煤掺配均匀度的具体方案

根据中间储仓式乏气送粉结构燃烧到新上煤的时间大约需要4小时进行推算，特试验制定入炉煤掺配菜单与掺配的数学模型及优化配煤掺烧系统性管理。

5.1 建立煤场定值存放数据库，实时掌握煤场存煤信息

对煤场进行定值存放管理，煤场两侧挡煤墙标记具体刻度标杆，并分为适烧区、高热值高挥发区、低硫区、低热值区，将不同矿点和不同煤质的来煤分类、分堆合理存放，在煤场库存动态管理图板上准确标记来煤的热值、挥发份和硫份等数据。每日煤场堆煤和煤场取煤数据均准确录入煤场库存动态管理图板上，实时掌握存煤情况，這样通过对煤场所有定值区域存放煤量、煤质的加权平均统计，就可得出煤场的平均热值以及库存总量，为燃料入炉的掺配烧提供条件。

5.2 动力配煤优化配方数学模型的常规求解方法

动力配煤优化配方的数学模型确定后，剩下的问题是如何求解。求解的方法有很多种，较常用的图解法和单纯形法，但是用图解法、单纯形法或其他数学方法对动力配煤优化配方的数学模型求解是相当复杂的。特别是当3种煤相配时，用上述方法对混配煤优化配方的数学模型求解相当困难而且费时。随着计算机的普及应用，根据各厂实际设计入炉煤智能化掺配烧系统软件，可很容易的解决此类计算问题，并且简单、快捷、准确。

5.3 智能化掺配烧对入炉煤的优化管理体现在以下几个方面

（1）智能化掺配烧以煤场定值存放和数字化管理为基础，加上较为准确的来煤预测体系，有效地对原有人工调度掺配烧进行革命性改进，摈弃了原有人工调度掺配烧落后的工作方式。

（2）在上文中的进煤优化方案中已经考虑到入炉煤掺配烧的因素，从煤源数量和质量供应上为优化掺配烧提供保证。

（3）采用计算机技术将传统的供煤、存煤的粗放式管理提高为集约式管理。通过将煤场分区域定值存放、数字化管理，通过火车、汽车来煤预报和以往发运情况对来煤煤质、煤量进行预测，能更好地降低输煤电耗，同时还可以提高卸煤速度，降低火车回空车时间。做到既能保证一定库存来满足安全生产，又能最大限度地满足锅炉燃料要求，降低了燃料储存成本。

6 结论

优化入厂进煤结构后，对入炉煤掺配方式采取分负荷段优化掺配后，根据统计，锅炉燃烧的安全性与经济性得到极大的改善.因此，由以上论述可以总结得到，通过入厂煤采购优化结构和入炉煤分负荷段进行均匀掺配，是提高锅炉安全经济运行的有效手段之一。

参考文献

[1]韩宇.统计学原理[M].北京大学出版社，2012.

[2]李宝山.管理经济学（第一版）[M].企业管理出版社，1997.

（作者单位：华电漯河发电有限公司）

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