韩宏洲
（大唐安徽发电有限公司 安徽合肥230071 ）
摘 要：论述了混煤燃烧特性、结渣特性受单煤煤质特性、配比影响；阐述了影响以混煤为燃料的燃煤锅炉污染物排放量的各项因素；对比了炉前掺混掺烧与炉内掺混掺烧的优缺点。
关键词：混煤；配比优化；燃烧特性；结渣特性；污染物排放量；计算模型
0引 言
混煤掺烧对燃煤锅炉的影响包括以下几个方面：（1）影响锅炉稳定燃烧；（2）影响锅炉热效率；（3）影响锅炉污染物排放；（4）影响锅炉辅机运行。本文由混煤燃烧特性研究入手，结合混煤掺烧出现的各类实际问题，介绍不同配煤掺烧技术应用。
1混煤燃烧特性
各掺烧原煤在经历简单的机械混合后，实际的综合特性早已改变，已然成为一种新的煤种。国内某700MW超临界机组在进行配煤掺烧试验中，锅炉带额定负荷时，各试验方案入炉煤质加权平均热值最高与最低偏差4.2%，进风修正后锅炉效率偏差1.9%，总煤量偏差为11.9%，可见相同原煤不同配比的混煤在炉内燃烧工况差别较大，工程中需研究不同配比原煤燃烧特性对燃煤锅炉运行进行指导、优化。
1.1混煤着火特性
国内外学者大多采用热重技术检测煤燃烧过程的失重曲线来研究分析混煤的着火特性与燃烧特性。试验中，为探究各掺烧原煤比例对混煤着火特性影响，往往控制煤样质量、粒径分布、氧化气体成分、升温速率等因素，以着火温度作为着火特性指标。为更好的反馈混煤着火特性，文献[1]采用可燃指数来进行对比分析，其计算公式如1-1所示：
(1-1)
文献[2]则通过积分法求取掺烧煤活化能大小，以此判断混煤着火性能。
一般认为，着火性能相近两种煤质掺混，掺混后煤质着火性能与原煤质变化不大；着火性能相差较大的两种煤质掺混，掺混后煤质着火性能趋向于着火性能好的煤质。
1.2混煤燃尽特性
混煤燃尽特性直接影响锅炉的燃烧效率，并且与电除尘效率，灰品质等密切相关。福州某电厂1号、2号锅炉（1150t/h），因在设计用烟煤掺入无烟煤，造成磨煤机研磨能力下降、煤粉变粗，飞灰可燃物达到5.39%。
辨别混煤燃尽特性方法较多，文献[3]选用傅张指数Fz辨别燃尽特性，其表达式如1-2所示：
(1-2)
式中：Vad—空气干燥基挥发分；
Wad—空气干燥基水分；
FCad—空气干燥固定碳；
Fz指数由小到大表示掺烧煤燃尽特性不断增强。
但由于傅张指数不能反映混煤中优质煤“抢风”现象，更多采用燃尽特性辨别指数Rj表示混煤燃尽特性，其表达式如1-3，1-4所示：
式中：分别为—难燃峰烧掉燃料量、—难燃峰最大燃烧速度对应温度、—难燃峰最大燃烧速度对应温度、—烧掉98%燃料所需时间对应的燃尽等级。
Rj表征混煤燃尽特性与Fz指数相似，均随指数增大燃尽特性不断增强。
文献[4]则构造指标Rb表征混煤燃尽能力：
式中：Li为第i层燃烧器与锅炉屏区下缘的距离，Wy为炉膛内烟气平均上升速度，Ci为混煤固定碳，Bi为磨煤机出力。Rb代表炉膛内混煤中的固定碳在炉内停留的平均时间（数值越大，燃尽程度越高），只用于横向工况对比，不用于表示真实燃尽程度。
煤粉燃尽是一个复杂的过程，与粒径分布、燃烧模式、表面反应系数、煤粉细度及膨胀、过量空气等因素有关。利用飞灰含碳量/热重曲线辨别不同显微组分原煤的燃尽特性，认为显微组分相差较小时，易燃煤种可改善难燃煤种燃烧特性；显微组分相差较大时，混煤燃尽特性不符合加权平均。燃烧特性相差较大的原煤，混合掺烧受“抢风”现象影响（燃烧特性好的原煤先行燃烧，消耗较多氧气使燃烧特性差的原煤燃尽困难），混煤燃尽特性较差。
2混煤结渣特性
燃煤锅炉受热面积灰与结渣严重影响锅炉经济、安全运行。煤质结渣特性，主要分为灰熔点型结渣特性指数、灰成分型结渣指数法、灰粘度型结渣指数法，特种方法和综合判别法。这其中灰分型结渣特性指数应用较少，这是由于煤灰是由多种元素组成，融化时将结成多元晶体，各种元素相互影响，只对灰元素中一种或几种进行判别，很难代表整个煤种的结渣特性，灰熔点则成为普遍认可的一种判断煤质结渣特性的指数。较多学者选用焦渣比作为煤质结渣特性的辨别特性而影响燃煤锅炉结渣的因素，大致可分为两个方面：1.煤质自身因素（软化温度、硅铝比、碱酸比、硅比G）；2.外界其它因素（炉膛结构、运行工况）。
研究认为灰熔点不满足线性加权，这是由于不同煤中的FeO、SiO2和Al2O3等成分在高温作用下生成熔点在1000~1200℃的低熔点共晶体，上述成分发生反应，使灰熔融特性与单煤存在差异；同时，单煤中的某些成分形成共熔点，改变了混煤灰熔点。
鉴于混煤灰熔融特性不满足线性加权且对燃煤锅炉安全运行产生重要影响，不少学者利用神经网络模型对混煤的熔融特性进行预测。以往神经网络预测灰熔点结果误差波动大，不具有实际应用价值，而以结渣程度为预测结果虽预测精度高，但概念较为笼统，难以界定。因此，以灰熔点为预测结果，寻求更佳的预测方式即成为一项亟需解决的问题。
3混煤组分与污染物排放特性
燃煤机组主要污染物包括：烟尘、二氧化硫、氮氧化物。混煤灰分、挥发分、低位发热量、硫污染物排放量特性参数线性拟合较好，可近似通过加权平均求得。且单煤及混煤燃烧时硫析出速率曲线都呈现出典型的双峰结构。
沉降炉试验台上炉温由1000℃升至1400℃，氧化性气氛下浙混煤NO排放浓度较还原气氛下提升约两倍。在不分级燃烧条件下，混煤NOx排放量主要受挥发分氮影响，分级燃烧条件下，混煤NOx排放量则主要受热力型氮和焦炭氮影响。特定条件下（温度1200℃、氧浓度20%）影响煤样氮氧化物排放量的主要煤质特性参数排序为：碳含量>氮含量>氢含量>硫含量。而燃煤机组运行中影响氮氧化物排放量因素较多、除混煤自身因素外（挥发分、氮含量）还与NOx生成机理及燃煤机组燃烧条件（一次风率、总风量、旋流燃烧器旋流强度等）密切相关。以锅炉负荷、磨煤机风量、二次风门开度、磨煤机煤种元素分析及低位发热量、燃尽风开度、风箱与炉膛压差、燃烧器摆角、锅炉效率共计45个变量作为输入节点，录入BP神经网络对燃煤锅炉氮氧化物排放量进行预测，模型最大误差为9.55%，平均误差为3.63%。
4混煤掺烧方式对燃煤锅炉影响
燃煤锅炉配煤方式主要分为两大类，即：炉前掺混掺烧与炉内掺混掺烧。
如1.1中所述，着火性能相差较大的两种煤质掺混，掺混后煤质着火性能趋向于着火性能好的煤质，炉前掺混掺烧正是利用这点，期望以此增强混煤煤粉着火特性和燃烧稳定性；锅炉实际运行中，该掺混方式下各层燃烧器中煤粉的煤质不发生变化，因此使机组对负荷的相应能力较强。
炉内掺混掺烧又可分为：分磨制粉，直吹炉内掺烧；分磨制粉，分仓储存，炉内掺烧；分磨制粉，仓内掺混，炉内掺烧。研究混煤“炉内”、“炉外”掺混方式对燃烧特性的影响表明：“炉内”掺混可较好解决“抢风”现象且NOx排放量较低。
5混煤配比优化系统应用
合理的混煤比例不仅为燃煤锅炉稳定燃烧提供良好的条件，而且能有效控制燃煤机组污染物排放，降低原料成本。但因燃煤锅炉运行工况复杂，难以对燃煤锅炉实际运行中各类混煤比例工况进行掺烧试验研究。因此，学者们致力于对不同配比混煤成分进行预测并优化混煤配比，减小运行人员工作量的同时保证燃煤锅炉安全、经济、环保运行。
确定最佳的混煤比例，其核心在于全面考虑燃煤锅炉受混煤比例影响，结合电厂自身要求，对各因素赋予不同权重，利用科学的计算方法获取评价最高的混煤比例方案。
寻优算法模型，大致可分为：线形规划模型、非线性规划模型、模糊决策模型。线性规划模型简单且易于工程实际应用，但利用线性模型计算混煤煤质时存在较大误差。非线性规划模型可综合考虑混煤各类特性，且结果较为准确，但训练网格时间较长、需要样本空间数量较大。模糊决策模型可直观表现寻优过程，与非线性规划模型相似可全面对混煤特性进行评估，但影响决策的各因素权重需要人为界定，易出现决策性失误。
4结 论
1.受混煤中各原煤无机化合物在高温条件下相互反应影响，混煤各项特性不符合各项单煤特性的平均加权，随易着火煤掺配比例升高，混煤着火性能增强；混煤燃烧性受易燃煤对掺烧煤燃烧存在促进和抑制两种作用，混煤燃尽特性需辨别何种因素的影响更大。
2.以神经网络预测灰熔点结果误差波动大，不具有实际应用价值，而以结渣程度为预测结果虽预测精度高，但概念较为笼统，难以界定；使用线性模型可以较精确的预测混煤硫污染物排放量，但氮氧化物排放量受各类因素共同影响，使用非线性模型预测误差波动较大。
3.炉内掺混燃烧较炉外掺混燃烧在相同的燃烧条件下，可更好的解决“抢风”现象，提高混煤燃尽率。
4.现今国内外混煤配比优化系统较多，但实际运行中，使其难以对入炉煤质进行有效监测，影响系统优化结果。
参考文献：
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