淺談電廠鍋爐混煤摻燒技術應用

摘 要：由于工業發展的需要及國內煤原料的不斷消耗，電煤供應形式相對比較緊張。為了充分利用煤資源，節省生產成本，國內電廠普遍采用混煤作為電廠燃煤鍋爐的主要燃料。該文分析了混煤的幾種特性及傳統混煤摻燒技術的優點和不足，提出了一種能夠廣泛應用于電廠燃燒體系的新型摻配方式，具體分析了新型摻配技術的兩種方法的應用，旨在尋求能夠組合出最優的混煤摻燒的方法，提高電廠的能源利用率及生產力，從而有效的提高電廠的經濟效益。

關鍵詞：電廠鍋爐 混煤摻燒 新型技術 應用

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-00-02

鍋爐是電廠的三大設備之一，主要燃料有煤、重油以及天然氣，其中以煤為主，必須根據特定的煤種設計出電廠的燃煤鍋爐。由于煤種具有特定性，這就要求鍋爐的設計結構、型號、制粉系統及運營方式等相應的比較特別，這樣設計出來的才是比較合適的鍋爐。實際上，由于經濟發展的需求居民生活的需要，國內的電廠的供電的形式相對嚴峻，在實際的生產過程中，由于現有的燃煤條件比較差，燃燒特定的煤種對很多的電廠而言比較困難。因此，在保證鍋爐燃燒穩定安全及環保的前提下，混煤摻燒已經成為電廠的經濟性選擇。在進鍋爐前將煤摻混，進入鍋爐后讓煤混燒，是電廠傳統的鍋爐混煤摻燒技術，這種技術要求摻混的煤在質量特性上的差異比較小。傳統的混煤技術靈活多變，能夠摻配出整體上質量相對均勻的煤，大多數電廠的鍋爐都是運用這種技術，而少部分電廠則配置了特定的混摻設備，目的在于讓摻配更快速更優質。然而，特殊混摻設備容易受到煤質差異性的影響，如果燃料的差異性太大會影響設備進行摻混，還可能會出現一些問題，如煤粉變粗、排煙的溫度高、飛灰及爐渣的高含碳量等[1]。而新型的混摻方式對煤質的相關參數進行充分的綜合考慮，如混煤的可磨性差異、燃燒特性，通過對煤粉的細度作嚴格的控制，區分易燃的煤種和難燃完全的煤種，這種新型的混摻技術就是“分磨制粉”。

1 混煤摻燒的理論分析

為了更好的熟悉混煤摻燒技術，首先要對混摻技術的理論有一定的了解。煤粉的燃燒是一種化學物理反應，既有燃燒化學反應，又有能量傳遞交換的物理現象，因此過程極為復雜。煤的著火特性和燃盡特性是煤燃燒特性的兩大方面。表面上看，將煤混摻是一個簡單的機械混合的過程，但實際上，各組的煤種的物理構成和特性存在很大的差別，混摻的煤放進鍋爐燃燒的過程中，不同煤的顆粒會產生互相制約互相影響的關系，很難由混摻煤種的比例來判斷混煤的特性。

1.1 混摻煤的可磨差異分析

當把兩種或幾種可磨性差異比較大的煤混摻在一起時，會得到一種比較難磨的煤種，而不是這些煤種的可磨性會相互中和，并且，由于這些煤的顆粒特性不一，混合成的煤種的煤粉粗細度也會參差不齊，導致難以燃盡。

1.2 混煤著火特性研究

當煤被加熱，溫度達到一定的標準的時候，即開始分解，揮發氣體，產生煤焦油，在煤的燃燒過程中，重要的第一階段就是熱分解，只有煤熱分解以后才會著火。活化能、溫度和升溫的速度影響煤的分解，因此在動力學角度，煤分解的模型是：

式中，a表示已燃燒的可燃質質量分數；R 是通用氣體常數；k是頻率因子；E表示活化能；T表示溫度；f表示升溫速度[2]。

很多的研究表明，不同的煤種在燃燒時會出現一個高峰，當兩種或幾種燃燒特性差異太大的煤混合燃燒時，混煤的熱解曲線會出現兩個或幾個高峰，說明在混煤在摻燒時各煤種仍然保持著本身的熱解特性，并不能和其他的煤種相適應。由此可以知道，在著火的過程中，混煤的組成煤種都有各自的著火特性，雖然講他們混合起來，但仍然不能讓著火特性一致。這就意味著，混煤摻燒時，有煤種熱分解到一定溫度時就會先著火，它們屬于易著火煤種，混煤的著火特性接近這些易著火煤種。

1.3 混煤燃盡特性研究

如果將兩種煤種混合燃燒，混煤的燃盡率曲線位于兩種煤種的燃盡曲線率之間，這與兩種所占混煤的比例有關，但不是取平均數那么簡單，而是與較難燃盡的那各煤種相近。如果這兩種煤種的燃盡特性相差甚遠，混煤的燃盡特性與較難燃盡的煤種的燃燒特性相近，在燃燒過程中會出現混煤難燃盡的結果。這是因為，易燃煤種燃燒時會消耗鍋爐內大量的氧氣，導致另一種煤種在燃燒時缺氧，延長了混煤的燃燒時間，甚至會氧氣不足最終導致混煤沒有完全燃盡。所以，如果將兩種燃燒特性差異很大，對鍋爐在燃燒時的配風設備的要求就很高，但是大多鍋爐都不能到達這個水平，混煤較難燃盡這個難題困擾著許多電廠。

2 傳統混煤摻燒技術的優劣

傳統混煤摻燒的方式是“爐前摻配、爐內燃燒”，即先將煤種按一定的比例混合均勻，放入磨煤機中磨成煤粉，進而送入鍋爐燃燒[3]。這種方式要求比較高，優缺點主要表現在以下幾點：（1）由于混煤的可磨性接近難磨煤種，如果混煤的煤種的可磨性相差太大，在磨粉時，容易磨的煤會磨得過細，而難磨得煤則會磨得過粗，這樣磨出的煤粉會粗細不均，如果煤種的比例安排不佳或管理不到位，也會導致煤粉細度不均，可能導致電廠制粉系統磨制的煤粉燃燒效果不佳，飛灰和爐渣的碳含量過高，燃料不能得到充分的利用。（2）由于混煤的燃盡率趨向于難燃盡煤種的燃盡率，傳統的混煤摻燒方式不能解決混煤燃燒時煤種搶氧的問題，導致燃燒效率低和原料的浪費，不利于電廠效益的提高。（3）由于煤種配備比例的不同，混合出來的煤質不均，如果劣質煤過多，會影響混煤的整體質量；而優質煤過多，也會影響制粉系統的正常運行，嚴重的話還會發生意外事故。所以混摻技術精湛、設備優良且管理完善這三個條件如果一個欠缺，都將不利混煤的燃燒。另外，混煤是在鍋爐外混摻而成的，這除了要求一定的技術之外，還要求電廠有足夠的儲藏煤原料、混合煤的地方以及足夠的勞動力資源，還需要配以相關的設施，用電量也大，這無疑增加了電廠的運營成本。當然，傳統混煤摻燒方式也具有靈活的優點，這是因為，可以講事先混合磨好的煤粉放入爐內不同的燃燒器里，通過變換混摻煤種來調整放進鍋爐的煤質的指標，充分利用混煤的著火特性與易著火煤的特性相近這一特點，讓煤粉更易著火且燃燒時比較

穩定。

3 新型混煤摻燒技術研究

由于混煤的幾點特性在很大程度上影響著電廠鍋爐混煤的有效燃燒，所以，探尋出新型的混煤摻燒技術對于現代電廠的發展來說意義重大。適應于電廠的發展要求，湖南省電力公司實驗研究院將實驗分析和理論研究相結合，率先提出了“分磨制粉”的新型方式，由于具有實用性強、效果良好等優點而得到了同行廣泛的認可。所謂“分磨”，意思是將不同的煤種分別用不同的磨機進行磨制，這樣就可以保證磨制出來的煤粉的細度均勻，這個方法適用于混煤技術較差的電廠，可以有效克服混煤可磨性趨向于難磨煤種的這一特性[4]。對于不同的制粉系統，具體的分磨方法也存在差別，制粉系統一般有直吹式制粉系統和中間儲倉式制粉系統兩種，隨著技術的不斷進步及制粉設備的具體差異，分磨制粉技術分為“分磨制粉，爐內摻燒”和“分磨制粉、倉內摻混、爐內燃燒”兩種方式。

3.1 “分磨制粉，爐內摻燒”的應用分析

如果電廠的制粉系統是直吹式制粉系統，那么具體混煤方法就是將不同的煤種放入不同的磨煤機中進行相應的磨制，由于是分開磨制，所以可以根據煤種的可磨特性磨不同的時間，讓磨制出來的煤粉整體上粗細均勻，進而經過各煤機一次風管將磨制好的煤粉直接送入鍋爐燃燒，并不是在進入鍋爐前混摻，雖然需要配置不同類型的磨制機，但是節省了入鍋爐前的混摻所需的時間、場地及勞動力，同時克服了煤粉細度不均技術難題，保證燃煤的穩定性，有效提高煤粉的燃燒率。這種摻燒方式的有效性在很多電廠都得到了驗證，適合推廣。如果電廠的制粉系統是倉儲式制粉系統，那么具體的混煤方式是：用不同的磨煤機將不同的煤種磨制好以后，放置各自的儲粉倉，由粉倉將煤粉輸送到不同的燃燒器噴口，煤粉會在燃燒過程中完成混合[5]。這種混合方式的優點在于，煤種可以被送到合適的溫度區域，鍋爐內的燃燒環境得以改善，如高熱負荷區域的燃燒器比較適合不易結渣的煤粉的燃燒。有些電廠由于煤源緊張，在混煤時摻進了很多本地的無煙劣質煤，由于電廠條件的限制，運用傳統的混煤摻燒方法很難保證燃煤的穩定性與安全性和效益性，然而，采用了新型的分磨制粉、爐內摻燒的方式以后，解決場地人手不足等難題，減少了飛灰和爐渣的碳含量，保證了設備的正常運行和混煤燃燒的良好效果。

3.2 “分磨制粉、倉內摻混、爐內燃燒”的應用分析

這一種方式需要在倉內摻混，所以只適用于倉儲式制粉系統，具體操作：倉儲式制粉系統的磨粉機先將各自選定的一種煤種磨制好后，煤粉會被輸入到同一煤粉倉里面，在粉倉內完成混摻，混摻好后分入各燃燒器內。采用這種混煤方式，既克服了混煤燃盡特性與難燃煤種相近的缺點，又發揮了混煤著火特性與易著火煤種相近的優點，對飛灰和爐渣的碳含量的減少也成效顯著，這種方式也被運用在很多電廠的生產上，成果得到了肯定。

4 結語

隨著電力技術的不斷發展及電力需求的不斷擴大，傳統的混煤摻燒技術已經無法滿足電力生產的需要，新型“分磨制粉”的混摻技術具有高燃燒率低浪費率的優點，充分考慮了混煤的特性，結合了電廠制粉系統的具體設計，揚長避短，因材制宜，探尋出兩種不同的混煤摻燒方式，適用于絕大多數電廠的制粉系統，能有效增強電廠的生產力，提高經濟效益，適合大范圍的推廣。對于新設計的鍋爐，可以設置倉儲式制粉系統，采用這種設計的鍋爐，既可以采用“分磨制粉，爐內摻燒”的方式，也可以采用“分磨制粉、倉內混摻、爐內混燒”的的方式，這兩種方式各有其優點和特色，可以根據電廠自身條件的限制，如資金相對緊張、場地不足等等的情況，配置相應的設備，選擇更符合電廠實際情況的混煤方式，旨在提高能源利用率及電廠的效益。

參考文獻

[1]侯棟岐，馮金梅，陳春元，等.混煤煤粉著火和燃盡特性的試驗研究[J].電站系統工程，1995，11（2）：30-34.

[2]張曉杰，孫紹增，孫銳，等.混煤著火模型研究[J].燃燒科學與技術，2001，7（1）：89-92.

[3]高正陽，方立軍，周健，等.混煤燃燒特性的熱重試驗研究[J].動力工程，2002，22（3）：1764-1768.

[4]鐘德惠，丘紀華，可磨性對混煤燃燒特性的影響[J].電站系統工程，2003，19（2）：13-14.

[5]段學農，朱光明，焦慶豐，等，電廠鍋爐混煤摻燒技術研究與實踐[J].中國電力，2008，6（42）：53-54.