基于工業(yè)分析預測燃煤電廠煤質(zhì)發(fā)熱量方法探討

高湘彬

摘要：分析了燃煤電廠煤質(zhì)發(fā)生波動時對鍋爐設備及燃燒的影響， 出了具有可操作性的對策和配煤時應注意的要點。

關(guān)鍵詞：工業(yè)分析預測;燃煤電廠煤質(zhì)發(fā)熱量

1. 煤質(zhì)波動帶來的影響

1.1 煤質(zhì)變化對鍋爐效率的影響

鍋爐效率與煤質(zhì)及運行條件有關(guān)，但主要取決于煤質(zhì)。煤質(zhì)是設計電廠鍋爐的基礎，鍋爐只有在燃用接近設計煤種時，才能取得較好效益，大范圍改變煤種，其運行特性也將發(fā)生較大變化。比如：燃用煤質(zhì)水分小于設計值較多時，應就水分變化對鍋爐效率的影響進行修正，因為水分降低直觀上使排煙損失降低 （不考慮其它因素），但實際上水分降低使制粉系統(tǒng)用熱風量減少，調(diào)溫風摻入較多， 在相同爐膛出口過?？諝庀禂?shù)下，通過空氣預熱器風量減少，使排煙溫度升高，降低了鍋爐效率。

1.2 煤質(zhì)變化對制粉系統(tǒng)的影響

煤質(zhì)（發(fā)熱量、可磨性指數(shù)、水分等）發(fā)生變化時，磨煤機出力、煤粉細度、磨煤功耗、磨煤機磨損件壽命等也將相應發(fā)生變化，當發(fā)熱量降低（可磨性系數(shù)不變）時，為保證鍋爐出力不變，磨煤機出力就要增加，制粉風量增大，使得煤粉變粗，加大了磨煤機部件的磨損。

1.3 煤質(zhì)變化對空氣預熱器的影響

煤灰的黏附性增高會降低空氣預熱器的傳熱效率，使排煙溫度升高，導致熱損失增加并降低鍋爐效率。煤質(zhì)含硫量增加，會使酸露點溫度降低，將可能加速空氣預熱器的低溫腐蝕速度。

1.4 煤質(zhì)變化對鍋爐受熱面黏污的影響

受熱面黏污與煤灰的酸堿比、熔渣黏度、含鐵百分比、灰熔融溫度、煤的燒結(jié)強度和含鈉量有關(guān)。煤種變化會引起各受熱面黏污偏離設計狀態(tài)，從而導致吸熱量分配的變化。

1.5 煤質(zhì)變化對鍋爐受熱面結(jié)渣的影響

結(jié)渣除與爐內(nèi)空氣動力場、溫度水平等有密切關(guān)系，更與煤灰的熔融性溫度、黏污性等有關(guān)，實踐表明，低灰熔融性煤種是導致爐膛和受熱面結(jié)渣的主要原因。

1.6 煤質(zhì)變化對鍋爐受熱面磨損的影響

鍋爐受熱面的磨損與灰的特性、溫度、煙氣流速和灰量有關(guān)。低灰分且堅硬物含量較少的煤種可選用高煙氣流速，也無需采用防磨措施，如將該鍋爐改為燃用高灰分且灰中堅硬物質(zhì)含量較多的煤時，煙氣通道中灰量增加，同時對于多灰的煤為了燃燒完全又需增大供風量，使煙速提高，將使受熱面磨損加快。

1.7 煤質(zhì)變化對其它設備的影響

煤質(zhì)改變將影響進入除塵器的飛灰量和除塵器運行中的煙氣環(huán)境，煤質(zhì)改變使鍋爐排煙溫度升高較多時，會改變進入除塵器的煙氣流量和灰的比電阻值，從而影響除塵器性能和引風機出力，如引風機的容量已達極限值，就必須更或改進風機;有些煤質(zhì)變化對除塵器的影響通過在運行中改變振打和靜電電壓，可以基本消除，但也有些電廠因煤質(zhì)變化而使除塵器效率降低。

2. 試驗結(jié)果及分析

2.1 水分的分析

2.1.1 水分的分布

水分是衡量煤炭質(zhì)量及使用價值的基本指標。在鍋爐設計與工況調(diào)整、應用標準煤樣校準儀器、基準換算、判別煤種和分析燃燒特性時，均離不開空氣干燥基水分 Mad （簡稱空干基水分）的測定。因此要嚴格遵循國家標準方法準確測定空干基水分空干基水分是實驗室內(nèi)一般分析煤樣與周圍空氣濕度達到平衡時所含有的水分，試樣粒度小于0.2 mm。研究樣本的空干基水分直方圖及正態(tài)曲線?？崭苫纸普龖B(tài)分布，這為統(tǒng)計方法的選擇奠定了基礎。 數(shù)據(jù)集中在 0.00%～4.00% 。峰的高度超過正態(tài)峰高，右側(cè)拖尾，表明有部分空干基水分較高的褐煤樣品。

一般說來，水分隨煤變質(zhì)程度加深而減少，可據(jù)此大致判別煤種。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)值，繪制餅圖可以大致看出煤種比例?？梢园l(fā)現(xiàn) 1891 個樣品中主要是煙煤和無煙煤，褐煤比例較小。國家標準 GB/T212 — 2008 中水分測定方法 B 空氣干燥法可以運用于絕大部分試樣。但是褐煤的變質(zhì)程度淺，易受空氣氧化，含水量高。為了進一步提高水分檢測準確度，尤其是對于褐煤水分的測定，還是應該加強國家標準方法 A 即通氮干燥法和微波干燥法的運用。 如果積累足量數(shù)據(jù)，也可以在通氮干燥法和空氣干燥法之間建立回歸方程，對空氣干燥法測得的褐煤水分值進行校正。

2.1.2 水分與發(fā)熱量的相關(guān)分析

水分是不可燃組分，理論上應與發(fā)熱量負相關(guān)，對兩者進行相關(guān)分析，有效數(shù)據(jù)對為 217 個，雙側(cè)顯著性檢驗結(jié)果證明（ p>0.05 ），兩者相關(guān)不顯著。由此，可以初步判斷：空干基水分與空干基高位發(fā)熱量的數(shù)值變動方向沒有規(guī)律性。

2.2 灰分的分析

2.2.1 灰分的分布

灰分是評價煤質(zhì)的重要指標，直接關(guān)系到煤的使用價值和買賣雙方的經(jīng)濟利益。灰分高，熱值相對就低，碎煤、制粉、送風、排風、除灰、排灰的能耗大大增加，且影響鍋爐運行。將空干基換算成干基，通過直方圖，可以更清楚地看到灰分分布狀況因為數(shù)據(jù)相對離散，中值 31.61% 和眾數(shù) 32.33%更能反映數(shù)據(jù)的集中趨勢。按干基灰分 0.00%～15.00% ， 15%～40% ， 40%～90% 劃分煤樣， 繪制條形圖?？梢姡苫曳衷?15%～40% 的樣品占大多數(shù)，高灰分樣品和低灰分的樣本數(shù)量較少。為保證鍋爐安全經(jīng)濟運行，電廠不宜選用灰分高于 40% 的劣質(zhì)煤，也不宜使用灰分低于 15% 而價格高的精煤，宜根據(jù)鍋爐設計煤質(zhì)，合理配置。隨著煤炭資源的日益枯竭，如何利用劣質(zhì)煤和褐煤，應受到更多重視。

2.2.2 灰分與發(fā)熱量的相關(guān)分析

灰分是不可燃物，理論上應與發(fā)熱量成負相關(guān)。排除水分影響，對干基灰分和干基高位發(fā)熱量進行雙變量相關(guān)分析，有效數(shù)據(jù)對為 217 個，雙側(cè)顯著性檢驗結(jié)果證明（ p<0.01 ），兩者呈顯著負相關(guān)，灰分與發(fā)熱量 Pearson 相關(guān)系數(shù)為 -0.910 。由此，可以初步判斷：干基灰分越大，干基高位發(fā)熱量越低。

2.3 揮發(fā)分的分析

2.3.1 揮發(fā)分的分布

揮發(fā)分產(chǎn)率由煤的變質(zhì)程度決定，是判別煤種及其類別的主要依據(jù)，對爐內(nèi)的燃燒穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，鍋爐設計、調(diào)試試驗、熱力計算中，均需提供揮發(fā)分數(shù)值。將空干基揮發(fā)分 V ad 換算成干基揮發(fā)分 V d 繪制樣本直方圖。數(shù)據(jù)成左右雙峰狀態(tài)，分別出現(xiàn)在11% 和 26% 左右。為方便進行統(tǒng)計運算，從 15.60%處將數(shù)據(jù)拆分，

2.3.2 揮發(fā)分與發(fā)熱量的相關(guān)分析

揮發(fā)分與燃燒關(guān)系密切。將干基揮發(fā)分的左右兩峰分離后，對干基揮發(fā)分和干基高位發(fā)熱量進行雙變量相關(guān)分析當然，這并不意味著揮發(fā)分越高越好。揮發(fā)分過高，爐內(nèi)火焰中心逼近噴燃器，可能燒壞噴燃器或者造成水冷壁受熱不均勻。煤粉陰燃溫度隨揮發(fā)分增高而降低，即揮發(fā)分高，則堆積煤粉容易著火自燃。電廠供煤盡可能選擇揮發(fā)分與鍋爐設計相匹配的煤種。

3. 結(jié)語

通過定性分析燃煤電廠在發(fā)生煤質(zhì)變差或者煤質(zhì)波動較大時給鍋爐機組的設備及燃燒帶來的安全性與經(jīng)濟性方面的影響，提出了幾個重點的可具操作性的應對措施。對于不能使用設計煤種的電廠，建議采用混配煤技術(shù)，但同時也指出了混配煤過程中需要注意的幾個要點問題。

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