煤質(zhì)變化的影響及其對策的討論

煤質(zhì)多變的影響

及其對策的討論前言

煤種煤質(zhì)多變電力發(fā)展迅猛異常;

煤炭開采與電煤需求的矛盾突出;

電力行業(yè)體制改革---

電廠歸屬變化（大港電廠--）電力企業(yè)購置煤礦（營口電廠--）

當前世界范圍的金融海嘯---

部分高煤價貧煤鍋爐作燒煙煤的改造

主要內(nèi)容1,動力用煤的基本特性概述

1.1褐煤1.2煙煤1.3貧煤1.4無煙煤2,煤質(zhì)特性參數(shù)變化對鍋爐設計的影響

2.1爐膛熱力特性參數(shù)與煤質(zhì)特性的相關(guān)性

2.2鍋爐本體與燃燒方式2.3制粉及燃燒系統(tǒng)

2.4爐膛及受熱面的設計3,煤質(zhì)特性參數(shù)變化對鍋爐運行的影響

3.1安全性與可調(diào)性3.2經(jīng)濟性

3.3環(huán)保性4,技術(shù)對策

4.1新建機組的優(yōu)化設計

------爐膛選型及受熱面的設計（例如SH設計減溫水量）應盡可能擴大煤種適應性;

輔機選型時應有足夠的富裕量：磨煤機、風機、吹灰器的設計布置合理---4.2及時進行燃燒工況的優(yōu)化調(diào)整

4.3強化入廠煤的管理

4.4采用必要的混煤措施

4.5設備改造---

5，不同煤種的摻燒

5.1摻燒目的

5.2現(xiàn)有摻混方式

5.3混煤特性及其燃燒性能

5.4摻（混）燒方案與實施1,動力用煤基本特性概述1.1褐煤經(jīng)過成巖作用，變質(zhì)程度低的煤，水分Mt可高達45％。含碳量較低，揮發(fā)分Vdaf為>37％，低位發(fā)熱量Qnet,v,ar大多為10.45～16.73MJ/kg。風干時易爆裂成碎煤。堿金屬較多，灰熔融性溫度較低。堆積密度較小，給運輸造成困難，貯存時易自然。

Mar>40％----高水分褐煤;Aar>40％----高灰分褐煤1.2煙煤尚有弱粘結(jié)煤、不粘結(jié)煤之分。低變質(zhì)到中等變質(zhì)（煤化）程度的煙煤，揮發(fā)分Vdaf為22～37％。易著火，燃燒性能好。水分低于褐煤，發(fā)熱量比褐煤高，有些煤還含有少量次生腐殖酸。是最好的動力用煤！1.3貧煤

Vdaf>10～20％，含氫量Hdaf一般4％～4.5%，著火溫度高，比無煙煤易著火。

1.4無煙煤煤化程度高，揮發(fā)分低Vdaf≤10%,含碳量高達90％，含氫量Hdaf一般小于4％，氧和氮比其它煤種低，抗粉碎能力高（硬、難磨、HGI低），燃燒時不易著火，化學反應性差，燃盡困難。煤質(zhì)特性的重要差別a,著火燃燒特性以熱天秤分析數(shù)據(jù)為例：煤樣

陽城無煙煤

西山貧煤

大同煙煤

白音華褐煤反應開始溫度℃400329289214反應結(jié)束溫度℃747647627628最高反應速度mg/min9.512.512.210.0最高反應速度對應溫度℃583512442324反應指數(shù)RI℃437282241227燃盡指數(shù)Cb11.1656.8704.6702.0349

著火特性極難中等易極易燃盡特性難中等易極易

典型煤種的熱天秤分析曲線燃燒效率%b,結(jié)渣特性典型的強結(jié)渣性煤有：煙煤----------神華煤、義馬煤無煙煤-------松藻貧煤----------

褐煤----------c,磨損性

煤的磨損性（沖刷磨損指數(shù)）ke

Ke<1.0輕微

Ke1.0～3.5較強

Ke3.5～5.0很強

Ke>5.0極強

灰的磨損性指數(shù)Hm

Hm>20嚴重

10<Hm<20中等

Hm<10輕微

d,煤的可磨性指數(shù)

HGImin---32~34KBTUe,

其它

含硫量St

硫分小于1%的低硫煤約占65%-70%；硫分1%-2%的約占15%-20%。

灰含量及成分所有這些差別都會對鍋爐的設計與運行產(chǎn)生重大影響！

2,煤質(zhì)特性參數(shù)變化對鍋爐設計的影響2.1爐膛熱力特性參數(shù)與煤質(zhì)特性的相關(guān)性

爐膛熱力特性參數(shù)的物理意義爐膛容積放熱強度鍋爐輸入熱功率與爐膛有效容積的比值，即

qv＝（P／V）×103kw/m3

qv的物理意義是它基本反映了在爐內(nèi)流動場和溫度場條件下燃料及燃燒產(chǎn)物在爐膛內(nèi)停留的時間。在給定P條件下，qv愈小，說明爐膛容積愈大，停留時間愈長，對煤粉燃盡愈有利些；爐壁的可能性也少些；爐膛排出NOx濃度也可能有所降低。爐膛斷面放熱強度鍋爐輸入熱功率與爐膛燃燒器區(qū)橫斷面積的比值，即

qF＝（P／FC）MW/m2

qF的物理意義是它反映了爐膛水平斷面上的燃燒產(chǎn)物平均流動速度。qF愈小，斷面平均流速愈低；一般認為此時氣粉流的湍流脈動和混合條件可能減弱，會使燃燒強度和著火穩(wěn)定性受到影響，但在高溫區(qū)的停留時間有所增加，也會有利于減輕水冷壁表面的結(jié)渣和高溫腐蝕。燃燒器區(qū)壁面放熱強度鍋爐輸入熱功率與燃燒器區(qū)爐壁面積的比值，即

qB＝（P／FB）MW/m2

qB的物理意義是它可以在一定程度上反映爐內(nèi)燃燒中心區(qū)的火焰溫度水平。qB愈小，該區(qū)的溫度水平愈低些；相對較大的燃燒器區(qū)域空間和較低的溫度水平有利于減輕該區(qū)壁面結(jié)渣傾向。燃盡區(qū)容積放熱強度鍋爐輸入熱功率與燃盡區(qū)爐膛容積的比值，即

qm＝（P／Vm）×103

qm的物理意義是它基本反映了最上層噴口噴出的煤粉在爐內(nèi)的最短可能停留時間。qm愈小，停留時間愈長，該層煤粉射流的燃盡愈可得到保證，也有利于降低屏區(qū)入口局部煙溫，避免沾污結(jié)渣傾向。h1–最上排燃燒器中心至屏下緣的距離，mh1=qF/qm機組容量和煤質(zhì)特性

對特征參數(shù)限值的影響趨勢qv

qF

qBqmh1機組容量↑↓↑↑煤的結(jié)渣性↑↓↓↓↓↑煤的著火性↓↓↑↑煤的燃盡性↓↓↓↑

隨著市場與技術(shù)的進步與不斷的完善，現(xiàn)在與過去相比，現(xiàn)在相同條件下的爐膛比過去要大，中國也一樣;同時，中國又比外國的大。

2.2鍋爐本體及燃燒方式

爐型：“∏”型;塔式;“T”型;“W”型

切圓燃燒：角式布置;墻式布置墻式燃燒：前墻布置;對沖布置液態(tài)排渣鍋爐;CFB

鍋爐選型的基本原則

a,鍋爐爐型選與制造廠傳統(tǒng)（流派、擅長）有很大關(guān)系

B&W;原CE;原EVT;俄羅斯“T”

歐洲—塔式;美國---“∏”b,鍋爐燃燒方式的選擇主要取決于設計煤質(zhì)特性：

Vdaf

;Aar

;（Hm）;Mar;Q

;DT/ST;

著火特性—Vdaf;IT,℃;

一般性煤均可采用常規(guī)爐型及燃燒方式----※高灰分Aar

、強磨損性煤Hm----塔式c,嚴重結(jié)渣性煤常規(guī)爐型---qVqFqB;

燃燒器的設計布置;

有效的吹灰設施.

液態(tài)排渣鍋爐---環(huán)境、投資與經(jīng)濟性綜合評價;+低NOX措施d,難著火煤宜選用拱式“W”型鍋爐（Vdaf

≦8%）（對較難著火煤Vdaf

>8%的煤可采用配雙進雙出磨半直吹的常規(guī)燃燒方式的鍋爐）煤粉氣流著火溫度與揮發(fā)分

煤的著火

I區(qū)：IT>800℃,Vdaf<15%:

較難著火煤類

II區(qū)：IT=800~700℃,Vdaf=10~25%:

中等著火煤類

III區(qū)：IT<700℃,Vdaf>20%:

較易著火煤類e,非單一煤種

Vdaf相差大---不宜、混磨混燒：按低Vdaf

取R90

分磨分燒：按Vdaf

分別取R90Aar相差大---必須有可靠的混煤措施結(jié)渣性相差大--必須有可靠的混煤措施f,關(guān)鍵因素除爐膛設施(如爐膛形狀、大小及衛(wèi)燃帶)外，還與制粉系統(tǒng)、燃燒器及配風裝置的性能設計和布置，以及煤粉細度、風溫及配風條件有關(guān)。2.3制粉及燃燒系統(tǒng)

磨煤機選型—Vdaf

、Mt

、Aar

、HGI、ke

鋼球磨、中速磨、風扇磨;

鋼球磨貯倉式熱風送粉—無煙煤、貧煤鋼球磨貯倉式乏氣送粉—貧煤、煙煤閉式水分不高的煤;

開式-穩(wěn)定燃燒水分很高的煤半開式水分不太高而為穩(wěn)定燃燒雙進雙出鋼球磨直吹（個別普通鋼球磨直吹）;

雙進雙出鋼球磨半直吹—低揮發(fā)分煤;

中速磨煤機直吹系統(tǒng);

風扇磨煤機直吹系統(tǒng)—褐煤干燥介質(zhì)的選?。汉置?-高、低溫爐煙、熱風對于其他煤種---熱風少數(shù)鋼球磨---爐煙—珞璜、江油等

(法國stein公司)2.4爐膛結(jié)構(gòu)及受熱面的設計

a,對爐膛結(jié)構(gòu)選型的影響

---如前述“選型原則”

b,對爐膛大小的影響如下圖：

c,受熱面的設計布置輻射與對流受熱面的匹配;

Mar、Aar、St、Hm

熱風溫度與排煙溫度的選取;

Mar、Aar、St、

d,材質(zhì)的選用

St

燃燒方式3,煤質(zhì)特性參數(shù)變化對鍋爐運行的影響

3.1安全性與可調(diào)性對制粉系統(tǒng)的影響：Mar、Aar、HGI、Ke

著火燃燒穩(wěn)定性：Vdaf、Aar、Mar、一Sar、

CL、CaO、MgO、FeS

著火不良或推遲----火焰檢測著火提前----燃燒器燒損火焰長度改變—UBC、CO/NO

水冷壁高溫腐蝕、AH低溫腐蝕—S、CL

積灰、結(jié)渣---CaO、MgO、FeS

對受熱面的高、溫腐蝕性St、CL

四管爆漏高、低負荷限制

3.2經(jīng)濟性

Mar、Aar、Vdaf、St、Q

對制粉系統(tǒng)的影響—效率

3.3環(huán)保性

N、S---

煤中水分變化對鍋爐運行的影響水分增加，導致原煤倉或給煤機下煤困難（煙煤：外在水分不宜>10%;當>15%則嚴重影響運行可靠性）影響制粉系統(tǒng)出力(干燥、研磨)爐膛溫度下降（對理論燃燒溫度的影響比灰分更大），影響煤粉氣流著火燃燒的穩(wěn)定性，煤粉燃盡度降低，固體不完全燃燒熱損失增加煙氣量增加，排煙溫度及排煙熱損失增加，引鳳機電流上升，廠用電增大煤灰分變化對鍋爐設備運行的影響灰分增加，煤粉氣流著火推遲，爐膛火焰溫度降低，煤粉燃燒穩(wěn)定性下降。固體不完全燃燒熱損失增加（飛灰可燃物含量常略有降低）。輸煤、制粉、鍋爐受熱面、引風機和除塵磨損嚴重，事故率增加。爐膛受熱面沾污、結(jié)渣加重，可能引起SH/RH超溫，威脅安全運經(jīng);受熱面?zhèn)鳠嶙儾?，排煙溫度顯著升高，鍋爐效率下降。排放粉塵和灰渣量增加，影響環(huán)境污染。煤中揮發(fā)分變化對鍋爐運行的影響揮發(fā)分高易著火，低則難著火。對燃燒穩(wěn)定性及對制粉、輸粉系統(tǒng)運行安全性產(chǎn)生影響(與爐膛形狀，容積熱負荷、衛(wèi)燃帶的形式與大小、煤粉細度、熱風溫度、噴口風速、防爆措施等有關(guān))揮發(fā)分降低，導致燃燒推遲，效率下降;

大幅度下降會引起燃燒不穩(wěn)定;

突然大幅度降低可能發(fā)生爐膛滅火。揮發(fā)分升高-著火燃燒提前—燃燒器燒損

--制粉系統(tǒng)摻冷風—鍋爐效率下降;

制粉系統(tǒng)防爆。無煙煤與貧煤、貧煤與煙煤、煙煤與褐煤尚可混燒，不宜跨等級摻燒。煤中硫分變化對鍋爐運行的影響磨煤機及管道的磨損，黃鐵礦莫氏硬度6.0～6.5，石英為7.0引起鍋爐爐膛水冷壁高溫腐蝕，空氣預熱器低溫腐蝕、堵灰，使煤粉陰燃傾向加大，甚至自燃，因此燃燒高硫煤時粉倉內(nèi)煤粉不宜久存。煙氣中的硫化物污染大氣

煤中含硫量增加，導致灰熔融性增加結(jié)渣指數(shù)RS=堿性氧化物/酸性氧化物×Sｔ,ｄ當煤中灰成分一定時，結(jié)渣指數(shù)取決于煤中含硫量的高低煤中發(fā)熱量變化對鍋爐運行的影響煤的發(fā)熱量過低于設計和校核煤種時，磨煤機需要超負荷運行,長此以往導致磨煤機及系統(tǒng)磨損增加，嚴重時影響鍋爐帶負荷為滿足鍋爐負荷要求，煤粉細度變粗，火焰中心上移，排煙溫度升高，排煙和固體不完全熱損失增加。對ST較低的煤種還可能引起結(jié)渣如果是灰量增加所引起發(fā)熱量低，則可能引起爐內(nèi)磨損，大渣和飛灰量增加，可能導致灰渣系統(tǒng)運行的困難爐內(nèi)結(jié)渣對鍋爐運行的影響爐內(nèi)結(jié)渣砸壞冷灰斗水冷壁管---常見！冷灰斗大量積渣，或水冷壁高溫大渣下落，冷灰斗失穩(wěn)坍塌斷裂，“冷灰斗爆炸”，造成嚴重事故，人員傷亡冷灰斗大量積渣，撈渣機過載停運，停爐清渣大渣下落可能造成爐膛滅火在噴燃器出口處，可能會因結(jié)渣而擾亂煤粉氣流的正常噴射，引起氣流偏移，形成局部高溫，燒壞噴燃器爐內(nèi)結(jié)渣引起爐膛出口溫度、排煙溫度升高，鍋爐效率降低，影響鍋爐運行經(jīng)濟性爐內(nèi)火焰中心上移，高溫受熱面管壁超溫（SH、RH），乃至引起爆管再熱器大幅度投減溫水降低機組的效率，影響機組的經(jīng)濟性若爐膛及其出口高溫受熱面嚴重結(jié)渣還可能引起過熱器管壁高溫腐蝕低灰熔點煤ST≤1250℃在我國動力用煤中所占比例大約在30%左右見上表，其中占全國動力用煤44.54%儲量的煙煤是我國、特別是沿海地區(qū)電站鍋爐的主要燃煤

煤粉細度變粗的影響煤粉細度對燃燒的經(jīng)濟性和環(huán)保性至關(guān)重要：未燃碳熱損失未燃CO熱損失

NOx的排放

采用煤粉動態(tài)分離器大有可為：動靜態(tài)分離器結(jié)構(gòu)動態(tài)分離器（旋轉(zhuǎn)分離器）靜態(tài)分離器SimplifiedFunctionofvariousClassifiers（不同分離器的作用）LSKSClassifier（動靜態(tài)）GroundDynamicClassifier（動態(tài)）PF（煤粉）

85%PF（煤粉）65%PF（煤粉）

98%GroundGroundCoursePFPulverizerStaticClassifier（靜態(tài)）PulverizerPulverizerCoalCoalCoalCoursePFCoursePF動靜式旋轉(zhuǎn)分離器4,技術(shù)對策

4.1新建機組的優(yōu)化設計

------爐膛選型及受熱面的設計（例如SH設計減溫水量）應盡可能擴大煤種適應性;

輔機選型時應有足夠的富裕量：磨煤機、風機、吹灰器的設計布置合理---4.2及時進行燃燒工況的優(yōu)化調(diào)整

4.3強化入廠煤的管理嚴格控制入廠煤質(zhì);

及時分析化驗并告知運行有關(guān)人員

4.4采用必要的混煤措施（下面介紹）

4.5設備改造---

近年來煤炭市場大幅波動;

沿海地區(qū)貧煤、無焰煤供應緊缺，

---通過設備改造燃燒煙煤！爐膛改造困難、制粉系統(tǒng)改造尚可5，不同煤種的摻燒

5.1摻混原因

煤源限制---不得不將燃燒特性相差較大的煤種摻燒降低爐內(nèi)結(jié)渣趨勢低結(jié)渣煤種和高結(jié)渣煤種摻燒以降低爐內(nèi)結(jié)渣趨勢提高燃燒火焰穩(wěn)定性---難燃煤摻燒易燃煤改善可磨性---

可磨性較差的煤樣和可磨性較高的煤樣摻燒，以滿足磨煤機出力要求降低硫排放（SO2、NOx

）及其他

5.2現(xiàn)有摻燒方式第一種為爐內(nèi)混燒，即采用不同磨煤機，不同燃燒器分別燃用煤種，使不同煤種在爐內(nèi)燃燒過程中混合.(可隨時根據(jù)負荷等調(diào)節(jié)比例）

該種混合方式對爐內(nèi)混合強烈的四角燃燒方式較為有效，對前后墻燃燒方式則作用有限。

國內(nèi)目前主要采用如下兩種燃煤入爐方式：

1）上層燃燒器燃燒其他不易結(jié)渣煤，下部燃燒器燃燒易結(jié)渣煤（如神華煤）。上海地區(qū)電廠多采用該類方案，其基本思想是：下部燃燒溫度偏低，有利于防止結(jié)渣。由于下部煤種總是要經(jīng)過高溫區(qū)，所以該方案對部分電廠并不理想。下層燃燒器距冷灰斗折點較近的鍋爐不宜用該方案。2）上部燃燒器燃用易結(jié)渣煤（如神華煤），下部燃用其他不易結(jié)渣煤種。應用電廠不多，但效果較好。如南通電廠、利港電廠（對沖燃燒、距冷灰斗近）。第二種為預先進行煤種混合:該種方式是目前應用最廣的，有多種實現(xiàn)手段：1）在煤礦或煤炭中轉(zhuǎn)過程中混合目前神華侏羅紀煤與神華石炭煤即以該方案摻燒，其摻配地點在秦皇島和黃驊港煤碼頭，沿海較多電廠均燃用該類煤。在配煤比例適合的情況下，可有效緩解結(jié)渣問題。具體方式是按不同的燃煤配比調(diào)整取料機速度，將各混合煤種倒換至同一皮帶上，因通過多次皮帶轉(zhuǎn)運進行混合，其混合效果較好，但要求有較大的煤場實現(xiàn)煤種分堆。

2）電廠煤堆上混合，國外較多電廠采用電廠煤場儲存過程中的混煤措施方法較多，需強化煤場管理，特別是燃用兩種煤質(zhì)差異較大的煤時，方式不當可導致燃煤混合不勻，將嚴重影響機組的安全、經(jīng)濟運行。

---出現(xiàn)磨煤機出口溫度的頻繁波動、制粉系統(tǒng)的自燃。同時，爐內(nèi)燃燒、結(jié)渣問題也頻頻出現(xiàn)，給機組運行帶來了較大麻煩。3）在給原煤倉上煤過程中摻配

在入爐煤上煤過程中摻配主要用于煤種差異較大、中儲式系統(tǒng)，或無法實現(xiàn)爐內(nèi)混合及煤礦預混時采用。如來賓B電廠：不同入廠煤存于不同場地---入不同貯罐----分別通過煤秤（荷重傳感器）計量----匯合于一條輸煤皮帶，入原煤倉4)在磨煤機內(nèi)混合

最典型的是邯峰電廠660WM的“W”型鍋爐（共12個煤倉;24臺給煤機;6臺D-12D）邯峰貧煤與萬年無煙煤（我國最難燒的煤）在煤倉中分別貯存;

分別通過D-12D磨煤機兩端不同的給煤機（每端各2臺）進入磨煤機混合并研磨;

混合比率調(diào)控自如;

混合效果很好第三種為：間斷性摻燒

間斷燃燒易結(jié)渣煤（如神華煤）與其他不易結(jié)渣煤種，有珠江電廠和汕頭電廠等，運行中問題不大。但該種混合方式只能用于燃燒性能相差較小的煤種。5.3混煤特性及其燃燒性能混煤的工業(yè)分析、元素分析及發(fā)熱量可用各單一煤質(zhì)數(shù)據(jù)按混合比的加權(quán)平均求得;

但混煤是不同固體礦物料的物理摻混，在爐內(nèi)的燃燒過程是復雜的化學反應過程，其燃燒特性決不是兩種或者多種煤質(zhì)特性的加權(quán)平均。（1）混煤的燃燒性能一般單一煤種在熱天平測試的燃燒曲線為單峰或者雙峰；而在熱天平中測試的混煤燃燒曲線有時出現(xiàn)3個或者4個峰，說明在混合狀態(tài)煤燃燒時仍保持各自的特性，迅速燃燒的高峰并不一定重合。根據(jù)試驗表明難燃煤種中摻燒易燃煤種能提高燃燒穩(wěn)定性，比例越大，則燃燒穩(wěn)定性指數(shù)越高，即燃燒穩(wěn)定性越好（2）混煤的著火穩(wěn)定性——通?；烀航橛诟鲉我幻悍N之間揮發(fā)分是判別著火難易的概略指標;

混煤的著火特性需采用煤粉氣流著火溫度測定?？偟恼f來，難著火的煤與易著火的煤混燒，著火難易程度是趨近易著火煤的著火特性，即難燃煤種摻燒易燃煤種來改善著火特性，其作用會較顯著（3）混煤的燃盡性能——各單一煤種性能差別過大時，由于易燃煤種“搶風”，使難燃煤種燃盡更加困難，導致混煤燃盡性能急劇下降，總體說來，混煤的燃盡性能趨于難燃盡煤種；一維火焰爐及1MW燃燒試驗臺、熱天平等可以對混煤的燃盡性能進行測量（4）煤的結(jié)渣性能——

由于各煤灰成分不同，一但形成共熔體，混煤的結(jié)渣性可能高于所有單一煤種?；烀旱慕Y(jié)渣性能可通過混煤的灰渣成分、灰熔融特性、顯微鏡粘度分析等、以及一維火焰爐結(jié)渣工況試驗和1MW燃燒試驗臺等進行分析混煤燃燒特性舉例神華侏羅紀煤與石炭紀煤摻混侏羅紀煤種儲藏大量、低灰、低硫、低熔融溫度的，如何降低神華侏羅紀煤的結(jié)渣傾向，是目前眾多燃用和擬燃用神華煤電廠急需解決的問題屬石炭紀的保德煤，具有高的灰熔融性，兩類煤都屬較好的動力煤。

保