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浅论低质煤与优质煤的混配掺烧

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陈金龙

[导读] 摘要：本文从八个方面对低质煤的混配与掺烧作出论述：（1）为什么要进行混配与掺烧；（2）低质煤混配与掺烧的内容；（3）混配与掺烧的理论依据；（4）混配与掺烧的原则；（5）配煤的方法；（6）混配煤的程序；（7）燃煤混配的配煤比及均匀度测定；（8）掺烧在实际运用中的一些方法：a.计算机在掺烧中的运用；b.建立煤质区、煤场示意图；c.提高化验准确度，保证掺烧方案正确合理；d.实践经验与理论计算相结合，建立

        华电能源股份有限公司佳木斯热电厂黑龙江佳木斯 154002
        摘要：本文从八个方面对低质煤的混配与掺烧作出论述：（1）为什么要进行混配与掺烧；（2）低质煤混配与掺烧的内容；（3）混配与掺烧的理论依据；（4）混配与掺烧的原则；（5）配煤的方法；（6）混配煤的程序；（7）燃煤混配的配煤比及均匀度测定；（8）掺烧在实际运用中的一些方法：a.计算机在掺烧中的运用；b.建立煤质区、煤场示意图；c.提高化验准确度，保证掺烧方案正确合理；d.实践经验与理论计算相结合，建立混掺档案。
        关键词：低质煤；优质煤；混配掺烧
        前言：
        火力发电厂的锅炉都是根据特定煤种设计的。特定煤种可能是单一的独特的煤种或者是混配煤种。随着科学和技术的发展，燃用单一煤种的火力发电厂不断减少，而燃用低煤质的火力发电厂的比重不断增加。特别是近年来由于我国经济高速发展，对于能源需求大量增加，虽2000年以来煤炭市场经过整治，由2000年的全国年产19亿吨降为2001年的10亿吨，可是仅仅4年时间中国用煤量，到2004年底全国的煤炭生产总量就越升为20亿吨     自去年以来煤炭价格增长了1/3左右。以后的几年里中国煤炭行业将会持续这种状态，对于用煤大户，用煤发电厂是一个冲击。为了降低煤电成本，本文就低质煤的混配与掺烧的原因，混配的理论依据、程序、原则，掺混后煤质的测定及在实际运用中的一些方法进行论述。
        1 理论及实际运用方法简介
        1.1 为什么要进行混配与掺烧
        首先，我国火电厂燃料以煤炭为主，每年燃用煤炭约占全国煤炭产量的1/4，是全国第一用煤大户，火电厂多烧低质煤对缓解工业用煤紧张、稳定全国用煤格局有重要作用。以华能鹤岗发电有限公司为例：发热量5200大卡的煤，2004年的购入价格为223元，数量120万吨，电煤缺口还有35万吨，需要购入小矿煤。小矿煤平均发热量为4500大卡，价格为200元，数量为35万吨。其次，燃料费用在火力发电厂生产成本中所占比重为70~80%，煤炭供应出现卖方市场后，电厂在保证锅炉安全、经济运行的条件下，同时选用几种煤搭配燃烧，以降低燃料费用。再次，随着电网容量不断增加，调峰任务日趋频繁，要求机组较长时间在60~80%负荷下运行，要保持锅炉低负荷燃烧的稳定性，必然要对煤种进行混配。
        掺混燃烧技术还对锅炉结渣有重要作用，“在了解煤炭熔融特性的基础上，通过燃煤混配以求得所需的煤炭熔点也是解决锅炉结渣有的效途径。”“随着电力工业的发展，锅炉容量增加，几乎所有大中型电厂均得燃用混煤，… …熔融温度高低不同的煤炭按一定比例混和起来，可以得到比较合适的灰熔融特性，致使某些低熔融性的煤种在因态除渣锅炉上燃用也不会结渣，以及某些高熔融温度的煤种在液态排渣炉上燃用成为可能，这样对混煤的研究就具有重要的实际价值。”
        适当的混配还与燃煤供应有关。当前我国火是电厂的燃煤供应有三个明显的变化趋势：一是煤种多变。因煤炭的产、供、销等情况有变化，往往向电厂提供几种特性相差悬殊的煤种。二是劣质煤比例大。随着地方小煤窑有大量涌现，供应电力生产的低质煤逐年增长。三是计划外采购、来煤加工多渠道及煤炭市场的开放，使电厂可能同时购进多个煤种。因此电厂用煤应以变应变，掺混燃烧成为势在必行的发展方向。
        1.2 低质煤的混配与掺烧的内容
        低质煤的混配与掺烧包括低质煤各煤种之间种类的选择与数量比例的构成，低质煤与高质煤之间种类的选择与数量比例的构成。这里主要指低质煤与高质煤之间种类的选择与数量比例的构成。
        1.3 混配与掺烧的理论依据
        电厂锅炉是按特定煤种要求设计的，因此，锅炉燃烧对煤质要求具有一定变化范围。在此变化范围内，可进行煤种间的混配。
        根据燃煤的主要特性参数，收到基低位发热量、干燥无灰基挥发分、灰分、水分、硫分，这些参数具有可加性，即参数不同的煤种按不同比例混配后，可得混和后的一加权平均值作为混煤参数，以上指标与煤种配比成线性关系，为线性约束条件。煤的灰分融熔点具有可加性，混和后的不同煤种，仍保持各自原来的熔点。即灰的融熔性与煤种配比是非线性关系，为非线性约束条件。在煤的配比计算中，应将它转化为线性约束条件。
        假定有n种煤，各种煤的配比为X1，X2，X3，… …Xn，则首先必须满足下列两个约束条件：
        X1+X2+X3+… …Xn =1                            （1）
        X1≥0，X2≥0，X3≥0，… …，Xn≥0              （2）
        a.可燃质挥发分的约束条件：
        X1 V1 + X2 V2+ X3 V3+… …XnVn≥Vdaf.min                （3）
        X1 V1 + X2 V2+ X3 V3+… …XnVn≤Vdaf.min                （4）
        b.发热量：
        X1Qnet.ar1+X2Qnet.ar2+… …XnQnet.arn ≥Qnet.arn               （5）
        c.灰分：
        X1Aar1+X2Aar2+… …+XnAarn≤Aarm                    （6）
        d.水分：
        X1Mar1+X2Mar2+… …+XnMarn≤Marm                    （7）
        e.硫分：
        X1STar1+X2STar2+… …+XnSTarn≤STarm                 （8）
        f.灰的融熔特性：
        由于灰的熔点与煤种配比为非线性关系，为了得到线性约束条件，应进行下列转换。灰分组成中含有SiO2和AL2O3越多，灰熔点愈高；含有Na2O、CaO和Fe2O3越多，灰熔点愈低。

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煤炭科学院推荐采用下列公式：
        ST=26AL2O3+10（SiO2+TiO2）+7（CaO+MgO）+8（Fe2O3+Na2O+K2O）℃
        由于灰分组成含量与配煤比成线性关系，则ST的下限为STM时，约束条件为：
        在电厂进行煤种混配时，应根据具体情况，选择其中一部分为约束条件。
        1.4 混配与掺烧的原则
        1.4.1燃煤混配后的煤煤质指标必须在锅炉设计参数范围内。掺混燃烧的首要目的是保证锅炉安全，稳定地运行。
        1993年浙江北仑港电厂发生锅炉严重结渣，造成一起恶性事故。1996年贵州贵阳发电厂也因配煤煤质偏离锅炉设计参数，引起炉膛“打炮”。综合无数次的事故原因，在掺混方面，我们必须遵循的首要原则就是保证锅炉安全、稳定运行。只有在这个前提下，才能考虑其它因素。
        1.4.2混配时，首先考虑满足挥发分，然后再考虑发热量。
        1.4.3在满足锅炉安全、稳定燃烧的前提下，努力降低入炉煤的成本，提高经济效益。
        此原则从以下方面考虑：一上分析各矿点的煤种质量及单价，对于接近锅炉设计参数且单价较低的煤，尽量多烧；二是考虑入厂煤对输煤和制粉系统的磨损情况和耗电量，煤质低则磨损大、耗电多，煤质好则相反。综合两方面因素，得出最佳煤质参数。
        1—燃煤成本与煤质关系曲线；2—耗电磨损费用与煤质关系曲线；0—为最佳煤质参数图。
        混配后的煤质参数应以0值为准。
        1.4.4燃煤的混配比例应尽量取整数，有利于配煤、取煤、掺煤的机械操作与控制。
        1.5 配煤的方法
        配煤的方法一般有：
        1.5.1分堆或分罐配法
        分堆混配法是将煤种分堆存放，易于掺烧烧旧存新，新旧混配。分罐混配法是有贮煤罐的电厂按高、中、低罐层将煤分别贮存，掺烧时，调节贮罐闸开度来控制煤的比例，进行煤的混配。
        1.5.2 堆放混煤床法
        堆放混煤床法分为人字形分层煤堆、间垛菱形煤堆和人字菱形混合煤堆。
        1.6 混配煤的程序
        1.6.1分析月计划来煤的煤质及数量，通过配比计算，判定该批量煤的煤质是否在锅炉的设计参数范围内，然后选择该用的煤种及数量。若得出的煤质参数与锅炉设计参数接近（波动范围在0~5%），这时混配一定要控制在混配煤的煤质上限；若计算所得煤质参数高出锅炉设计值的10%以上，则可适当提高煤质。
        1.6.2结合电厂实际上的混配经验、锅炉燃烧情况、负荷情况，制定出混配掺烧方案。
        1.6.3方案送总工程师审批后，分送燃料、燃运、锅炉及生产技术部门。
        1.6.4方案由燃运部门执行、主要通过叶轮给煤机、运输皮带等设备控制入炉煤各煤种的混配比例。
        1.7 燃煤混配有配煤比及均匀度测定
        1.7.1重量对比法
        该方法是以煤的重量为依据。首先测出输煤皮带的出力因数（千克／米），用这个因数乘以皮带正常运行速度，即得该煤种每小时向锅炉上煤的重量。按同样方法，分别对其他煤种的转运皮带进行测定。全部测定后，就可按合适的输煤皮带出力因数来达到配煤方法的要求，满足锅炉正常燃烧需要发。对叶轮给煤机则先测出其正常转速下的出力因数，然后控制其转速得出不同的届斩因数。以满足混配方案的要求，控制不同煤种的混配方案比例。
        1.7.2灰分对比法
        这种方法适于直接的在输煤皮带上进行混配的电厂：在混配前载有不同煤种的皮带上取样，时间不少于2小时，各煤种不少于30个。与此同时，在混配后的输煤皮带上取样，木样份不少于60个，每份重量不少于100克。然后对混配前的各煤样及混配岳各煤样，分别测定灰分含量，并逆算出控制灰分比例，通过皮带控制输煤皮带的出力因数，满足混配要求。
        1.7.3混配煤均匀度的测定
        配煤均匀度是控制单位时间内入炉煤的质量指标，用它来检验混配的准确性。其方法为：
        1.7.3.1采样
        1.7.3.2分析计算：
        1.7.3.2.1
        △A：采样所得8个灰分的数值分别与混配方案要求的数值的差值。
        n：分析试样个数。
        1.7.3.2.2 M=（n- n′）／n×100‰
        M：均匀度；n：分析试样个数；n′：误差超过δ的个数。
        1.8 掺混在实际应运中的方法
        1.8.1计算机在掺混中的应用
        计算机在掺混中的应用可分为两个方面：一方面用于锅炉的燃烧情况与混配煤设备的运行控制，如图2所示；另一方面用于选取混配煤的最佳方案；当制订最佳混配方案时，向计算机输入本厂锅炉设计参数、入厂煤煤种及主要参数（Qnet.ar、Vdaf）、煤种数量作为约束条件，即可由计算机列出若班干组混配方案，从而选出最佳方案。尤其对入厂煤种类多、数量大的大容量火电厂，计算机更可显示出优越性。
        1.8.2建立煤质区，绘制煤场示意图
        随着煤炭市场的开放，地方小窑煤大量涌现，计划外来煤的采购和来煤加工呈现多渠道局面，使电厂来煤出现低质煤大增、煤种混杂的特点，赞成实际工作中的无规则配煤，使掺混的步骤不是由叶轮给煤机或劳动其他运输工具按照掺混方案进行，而是在进煤堆放时就无方案、无条件，无规则地自由混配了。据我们的实践经验，这是掺混燃烧率不高的重量原因之一。以下这个方法，在实践中证明是有效克服问题的手段：根据煤场特点，将煤场划分为若干个空间，每个空间建立一个煤质区，由此绘制出煤场示意图。工作人员根据煤场示意图，来何种煤就放在何处，上何种煤就到相应位置取之，根据预定的混配方案准确地掺配上煤。
        1.8.3提高化验准确度，保证掺混方案正确合理
        各煤种的化验结果是制定掺混方案的主要依据，如果化验结果不准确，则掺混方案一定不正确，假如化验指标出现较大误差，轻则影响锅炉的安全运行，重则引起“打炮”熄火，甚至其他重大事故。
        提高化验准确性的另一个含义是重视化验的严格性，即便同一煤种在不同位置的采样点，不同的气候条件下，煤质化验结果也有相当的差距，因此要严格按照化验要求，准确地进行化验操作。
        1.8.4实践经验与理论计算相合，建立混掺档案
        我们应在掺混的原理、原则指导下，以正确的程序制定掺混方案，但是，由于人们对煤的认识，对锅炉燃烧的认识仍未全面充分彻底，许多研究仍在继续之中。我们往往发现，很多在理论计算中合理的掺混方案，在实践中却有好的效果。如果每个电厂都建立起自己的掺混档案，那么对煤和锅炉的研究及混配在锅炉中燃烧的效果均有极大的好处。
        参考文献：
        [1]曹长武电力用煤采制化技术及其应用中国电力出版社 1999年3月第一版
        [2]方文沐李天荣杜惠敏燃料分析技术问答中国电力出版社 1993年12月第一版
        [3]中华人民共和国职业技能鉴定规范电力行业燃料运行与检修专业 1999年9月