關于火電廠燃煤摻燒技術的探討

李德軍

摘 要：日益嚴重的的能源問題給燃煤電廠帶來了巨大的挑戰，火電廠對燃煤進行摻燒可以改善燃燒情況，降低污染物的排放，從而提高火電廠的經濟效益。本文首先對火電廠混煤的著火特性、結渣特性以及污染物排放特性進行了分析；其次對爐前配煤和爐內配煤兩種主要的燃煤摻配方式進行了介紹；再次對燃煤摻燒對發電成本的影響進行了研究，發電成本不僅要考慮燃煤成本還需要考慮輔機耗電成本、排放成本以及設備磨損成本；最后給出了燃煤摻燒最優配比的窮舉法模型。提高火電廠的燃煤摻燒技術水平具有重要的意義。

關鍵詞：火電廠；燃煤摻燒；發電成本；最佳配比

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0179-01

火電廠燃煤摻燒是指采用兩種或者更多種煤進行混合燃燒的方式。混煤相比單一煤種來講具有很多優點。通過將不同種類的煤進行均勻混合、合理配比，能夠提高煤種的燃燒效率和穩定性，從而為電廠的經濟性和安全性運行提供可靠保證。適合比例的摻混還能夠降低煙氣中污染物的濃度，減少飛灰含碳量，從而提高電廠的環保能力，減少污染物的排放。隨著我國能源緊缺和環境污染問題的不斷加劇，加強對火電廠燃煤摻燒技術的研究具有重要的意義。

1 火電廠混煤燃燒特性分析

火電廠燃煤摻燒技術通過將燃煤機械混合在一起，形成了混煤。混煤在燃燒時由于不同組分煤種之間的相互影響，使得混煤的燃燒特性非常的復雜，混煤的燃燒特性不是不同組分煤種的燃燒特性的疊加。火電廠混煤燃燒特性的分析主要是對混煤的著火特性、燃燒特性以及燃盡特性進行分析和研究。通過不同煤種的篩選和配比選出機組最適合的混煤是火電廠燃煤摻燒技術研究的主要目的。

（1）混煤的著火特性。混煤的著火特性是混煤燃燒特性中最關鍵的性能。影響混煤著火特性的主要因素是活化能。活化能是指將分子由穩定狀態轉變為活化狀態所花費的能量。不同煤種之間的活化能差別是很大的。按活化能由高到低排序為無煙煤最高，煙煤次之，最低是褐煤。所以褐煤最易燃燒。不同煤種在不同比例摻混下的活化能是不同的，為了改善無煙煤煤的著火性能，可以摻入活化能低的褐煤，可以對著火特性起到很大的改善作用。（2）混煤的結渣特性。火電廠煤的結渣特性不僅與煤的成分有關，還與煤的燃燒方式、過量空氣系數以及爐膛結構等多種因素有關。混煤的結渣特性更加的復雜，強結渣煤種摻混弱結渣煤可以一定程度上降低結渣趨勢，但有時候效果微乎其微。（3）混煤燃燒污染物的排放特性。混煤燃燒污染物的排放特性也是復雜多變的，不是不同煤組分燃燒污染物的簡單加權。在混煤中不同組分之間的燃燒過程是即獨立也相互影響的關系。

2 燃煤摻燒主要摻配方式

火電廠燃煤摻混按照煤的摻混位置的不同可以分成兩類：第一類是在燃料進入爐膛之前對燃煤進行摻混，簡稱爐前配煤；第二類是在燃料進入爐膛時對燃煤進行摻混，簡稱爐內配煤。

在燃料進入爐膛之前對燃煤進行摻混的方式具體還可以分為三種：第一種為在配煤廠對燃煤進行摻混，配煤廠是專業對燃煤進行摻配的工廠，根據電廠的需求，配煤廠提前對燃煤進行摻混，然后再將混煤運給電廠。配煤廠的優點是配煤精度高，配煤量大，能夠有效保證供給，缺點是投資和維護成本高，靈活性不夠；第二種配煤方式是在電廠自己的煤場對燃煤進行摻混，這個過程是非常粗糙的，斗輪機和翻車不能實現精細化的配煤過程，只能是將不同種類的煤粗略的摻混。這種方式的優點是配煤靈活性高，且具有實時性，缺點是所配的混煤不能混合均勻，影響煤粉在爐膛的燃燒；第三種是通過不同皮帶將不同組分的煤進行混合，改方法的優缺點和第二種配煤方式的優缺點相同。

在燃料進入爐膛時對燃煤進行摻混通常是指將不同種類的煤按一定的組分投入磨煤機中，在制粉的同時實現不同煤種之間的混合，所以這種燃煤摻混方式也成為分磨摻燒，目前電廠廣泛采用的配煤方式就是爐內摻燒。

3 燃煤摻燒對發電成本的影響

發電成本是燃煤摻燒過程中首先需要考慮的因素，根據對不同煤質組分時發電成本的對比分析，找出最小發電成本時的燃煤摻燒方案就是最佳的燃煤摻燒配比方案。

發電成本不是簡單的燃煤成本，還需要考慮燃煤摻燒時的輔機耗電成本、排放成本以及設備磨損成本。具體如圖1所示。這些影響因素都會對火電廠機組的發電成本造成重要的影響。因此需要對摻混煤進行綜合的經濟性分析。

為了分析燃煤摻燒對發電成本的影響，需要對不同的影響因素進行分析。在影響發電成本的因素中，燃煤成本、輔機耗電成本以及排放成本三個因素可以通過對機組熱力性能計算得到。但是，設備磨損成本不能通過計算得到，因為磨損是日積月累造成的，所以不容易量化。設備磨損不僅包括設備在運行過程中受到摩擦和撞擊的影響導致表面的剝落還包括化學因素引起的零部件的腐蝕和老化。對發電成本的不同影響因素都分析后就可以尋找煤質發生變化時，發電成本的最小值，此時的燃煤摻燒方案就是最佳的方案。而且通過對不同摻燒方案時發電成本的分析，可以詳細分析出燃煤成本、輔機耗電成本、排放成本以及設備磨損成本四種成本的變化趨勢，進而在制定燃煤摻燒方案時作出有針對性的選擇。

4 燃煤摻燒最優配比模型

燃煤摻燒配比可以用數學方法進行簡化，已知燃煤摻燒的目的是得到最小發電成本的配煤比例，那么就可以將該目的作為目標函數，而發電成本中燃煤成本、輔機耗電成本、排放成本以及設備磨損成本就是該目標函數的四個約束條件，該問題就是一個典型的線性規劃問題。

本文采用的配比模型是窮舉法。通過對所有可能的混煤比例下火電廠的發電成本的對比，找出最小發電成本下的混煤比例，從而得到最優的配煤方案。窮舉法是一種遍歷搜索的方法，其計算效率對電廠的配煤問題完全的適用。模型的具體流程如下：首先確定電廠鍋爐的運行參數以及需要摻混的煤種參數；其次運用窮舉模型，遍歷所有煤種組合時的發電成本；最后從所得到的發電成本中選出最小值，該值所對應的混煤摻混比例也就是最優的配煤比例。

燃煤摻燒配比模型還應具有以下的功能：

（1）能夠滿足多目標的要求，當目標發生變化時能夠自動改變約束條件。（2）在已知配煤方案后可以對上煤方案進行計算。（3）能夠實現對磨煤機出力的調整，實現對配煤的二次優化調整。（4）能夠對摻燒的實際效果進行反饋，形成閉環模型。

5 結語

本文主要對火電廠燃煤摻燒技術進行了研究。火電廠混沒的著火特性、結渣特性以及污染物排放特性不同于單一煤種的性質，也不是各組分特性的簡單相加。最優的配比方案需要從火電廠的發電成本出發，分別對比不同比例下發電成本的大小，發電成本最低的即為最優摻燒配比方案。窮舉法模型是本文所采用的模型，應用該模型可以得到最優的摻燒配比。

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