復雜煤質對火電廠生產運行的影響研究

國能（肇慶）熱電有限公司 鄭 剛

1 引言

隨著國家電力體制改革的深化，目前發電企業面臨著一個全新的市場競爭環境，面對市場競爭，企業只有不斷地進行技術創新，提高產品質量和服務水平，才能在日益激烈的市場競爭中立于不敗之地。對于火電廠而言，機組長期處于低負荷、高負荷運行狀態，因此煤質管理是火電廠生產運行管理中的一個重要環節。國家能源結構的不斷調整和電力行業的持續穩定發展，促使火電廠煤炭供應來源日趨多樣化，煤種變化也日趨頻繁。煤種變化給鍋爐運行、鍋爐設備及鍋爐熱平衡帶來諸多問題，如機組出力下降、供電煤耗上升、廠用電率升高等[1]。如何避免煤質變化帶來的不利影響，是每一個火電企業必須面對的問題。本文針對復雜煤質對火電廠生產運行的影響展開試驗研究，并提出了相應的對策及建議，希望能為促進我國火力發電事業健康可持續發展提供指導。

2 研究目的

探究不同水分、灰分、揮發分、含硫量、灰熔融性燃煤對火力發電廠機組設備、發電能量及運行經濟性的影響，從而為科學開展煤質管理，促進火力發電廠生產安全及生產經濟效益目標提升奠定基礎。

3 研究方法

3.1 煤質選擇

選取兩種煤質特征的燃煤開展實驗室研究，燃煤特征詳見表1。

表1 燃煤特征

表1 煤質特性對電廠設備及部件的影響

3.2 試驗實施

將1號煤、2號煤分別投入#1、#2機組，觀察記錄不同煤質特征的燃煤對機組生產運行的影響，包括對機組設備的、對發電能量的影響及對運行經濟性的影響等。

3.3 試驗結果

3.3.1 對機組運行設備的影響

火力發電廠燃煤應用流程如圖1所示，火力發電廠生產過程中燃煤會經過運輸、磨碎、燃燒到最后的灰處理及煙氣排放整個過程。

圖1 火力發電廠燃煤應用流程

由圖1可知，不同煤質特性會對電廠設備及部件運行產生不同影響。

煤質特性對電廠設備及部件的影響詳見表1。

通過分析，發現#1機組空氣預熱器腐蝕嚴重，煙氣中SO3含量較高，鍋爐設備堵灰嚴重，磨煤機部件及輸煤管道磨損明顯，皆因為1號煤各項指標均高于2號煤。水分較高，燃燒時會出現蒸發、汽化現象，會消耗大量熱量，致使爐膛溫度降低，煤粉無法充分燃燒，同時還會增加排煙量；灰分高、揮發分地等特性造成燃燒溫度不足，造成燃燒不充分，增加灰渣排放量，對鍋爐、電除塵器等設備造成不利影響[2]；雜質多造成燃燒不充分，爐膛溫度不足，不僅難以提升發電效率，還增加了設備磨損程度。

3.3.2 對機組發電能力的影響

經比較，#1機組比#2機組最大出力低6.9，發電能量明顯低得多，究其原因是1號煤品質更差，應用中導致機組最低不投油穩燃負荷較高，調峰能力較弱，無法滿足電網供電要求。

3.3.3 對電廠運行經濟性的影響

一是發電能耗比較。#1機組運行中，因1號煤無法充分燃燒，造成直接運行能耗上升；其次是1號煤屬于難燃煤，應用中需投入大量助燃油，增加了企業生產成本。二是燃煤用量比較。從價格上看，1號煤單價雖比2號煤便宜，但在發電過程中，煤用量較大，而很大一部分煤并未直接用于發電，僅作為發電消耗資源浪費掉。三是鍋爐經濟性。1號煤發熱量、揮發分、燃盡率、灰分等重要指標均低于2號煤，因而在燃燒過程中造成鍋爐效率不足，經濟性不達標。

4 提升復雜煤質發電效能的有效對策

4.1 加強燃煤采購環節控制

針對復雜煤質情況，在采購過程中，要重點加強對煤種、煤質的選擇，適合本電廠的煤種和煤質。

4.2 加強燃煤運輸環節控制

要合理安排運煤車輛，根據實際情況確定好卸煤方式；合理安排運煤時間，盡量減少煤車在路上停留時間；根據運輸情況合理安排人員及時對煤進行清理、分類、堆放、裝車等工作；做好對運煤車輛的跟蹤管理工作。

4.3 加強燃煤儲存環節控制

要建立完善的儲煤管理制度，制定合理的儲煤計劃；合理安排儲存場地和儲煤場地。

4.4 加強對入爐煤質的檢測

加強對入爐煤質量的檢測工作，通過安裝煤質在線檢測設備進行煤炭質量檢測，掌握煤炭運輸過程中的煤質變化情況，從而在應用過程中進行配煤方案優化調整，降低劣質煤品對發電生產的影響；根據檢測結果及時調整運行方式，同時要合理調整燃燒系統運行方式和鍋爐運行方式，注重對燃料系統設備的檢查維護，確保燃料系統始終處于安全高效運轉狀態中。

4.5 充分做好各煤種的配煤、混煤工作

按比例進行混配。這種方法適用于混煤成分較單一且燃燒穩定狀況。通過該方式方法進行混配，減少了因煤質變化帶來的不利影響。但煤質變化時，若按比例進行混合，則會造成混煤燃燒不穩定，且對鍋爐燃燒調整提出了更高的要求。如果混煤中出現發熱量偏低或揮發分偏低的現象時，對鍋爐運行會造成不利影響[3]。

按煤種進行配煤。即通過不同煤種間的相互適應，克服配煤方案選擇時確定煤種類別多、配煤要求高、混合后難以控制等缺點，保證鍋爐正常運行。這種方法雖然能解決部分煤質變化造成鍋爐出力下降或排煙溫度升高等問題，但要確定不同煤種之間相互適應的最優比例比較困難。一是盡量使用變質程度較低的煤種；二是盡量減少用水洗煤的次數；三是在不影響鍋爐安全運行的前提下盡可能提高原煤磨制后的細度；四是應盡量縮短原煤存放時間以減少變質程度較高煤種對鍋爐運行造成不利影響。在實際應用中需要嚴格控制摻燒比例，如果摻燒比例過大，會造成鍋爐燃燒不穩；如果摻燒比例過小，則會造成鍋爐出力不足。因此要根據電廠企業應對不同煤種摻燒比例進行配煤設計，盡可能減少混合后的變質程度較高煤種對鍋爐燃燒穩定性的影響。

4.6 優選鍋爐運行方式

燃煤鍋爐運行方式選擇，應綜合考慮負荷變化、煤種變化、經濟性等因素進行優化組合。國內火電廠的鍋爐運行方式主要有帶負荷運行方式和備用燃燒方式兩種。兩種運行方式各有其優缺點。

帶負荷運行方式。是指在鍋爐啟動過程中，當燃煤品種變化時，為了保證鍋爐燃燒穩定，要適當降低負荷，以達到燃燒穩定的目的。在帶負荷運行方式下，可以保證鍋爐出力滿足鍋爐設計要求，但是當燃料品種變化時，則會因煤質變化使鍋爐出力下降或增加輔機設備的消耗。雖然該運行方式會對機組經濟性產生有一定影響，但隨著負荷的變化和輔機設備的完善，這種影響會逐漸減小。

備用燃燒方式。是指在機組啟動過程中，為了保證鍋爐穩定燃燒，而在機組運行時降低負荷。這種運行方式可以保證鍋爐出力滿足設計要求和滿足機組輔機設備消耗等要求。但當燃料品種變化時會造成鍋爐出力下降、負荷下降，甚至造成鍋爐無法燃燒以及輔機設備消耗增加等問題。

當煤質發生變化后，如果仍然采取傳統的帶負荷燃燒方式會使機組出力下降、廠用電率升高、設備可靠性降低等不利影響，因此，在日常生產過程中要隨時關注煤質變化情況，并實時調整配煤方案和鍋爐運行方式，以確保機組安全經濟運行。

4.7 加強現場巡檢，做好監督管理

電廠企業在運行生產期間，應加強現場巡檢工作，尤其應重點檢查爐內煤粉的燃燒情況，及時發現燃燒不穩定、結渣等燃燒異?，F象，對發現的問題及時處理并反饋；建立專業的煤品質監隊伍，嚴格控制煤品運輸質量，嚴防吹安摻水，摻假，倒煤等行為。利用肉眼觀察和化學檢驗方式進行檢驗，如果發現煤炭質量不符合要求，應該將檢測信息反饋到采購部，并采取單獨存放、退回或拒收等方式進行處理。

5 結語

電煤資源供應日益緊張的局面造成煤質變化幅度加大，在很大程度上增加了煤質管理難度。復雜煤質應用于火電生產中，不僅增加相關設備磨損程度，還增加了生產能耗與生產成本，甚至加大了環境污染程度，為此，積極探究復雜煤質對電廠生產的影響，并提出科學有效的對策能夠降低火電生產能耗，通過配煤方案優化，確保煤品能充分燃燒，促進電能產量的穩定提升。