[摘要]文章通过煤质如挥发分、发热量、灰分的变化以及不同煤种掺混燃烧、石子煤、煤质下降等情况对锅炉经济性的影响分析,提出电厂动力配煤的经济评估策略。建议综合考虑锅炉性能、机组效率、燃料价格等多方面的因素作为电厂采购经济煤种的依据。
[关键词]火电厂;燃用煤质;锅炉运行;经济性
[作者简介]范玉勤,粤电集团沙角A厂,广东东莞,523936
[中图分类号] F273[文献标识码] A[文章编号] 1007-7723(2008)08-0093-0003
一、煤质特性指标对火电厂生产运行的影响
(一)煤中水分对火电厂生产运行的影响
水分的存在不仅使煤中可燃质含量相对减少,降低了发热量,还会因受热蒸发、汽化而消耗大量的热量(1Kg水汽化约耗去2.3Mj热量),导致炉膛温度降低、煤粉着火困难、排烟量增大,增加了厂用电率。同时,还增加了输煤系统堵塞的几率,影响正常供电。
燃用多水分煤,烟气中的水蒸汽分压高,促进了烟气中三氧化硫形成硫酸蒸汽,增加锅炉尾部低温处硫酸的凝结沉积,造成空气预热器腐蚀、堵灰和烟囱内衬的剥落。一般认为,煤中水分(Mf)大于8%时,常给输煤系统带来麻烦,若水分(Mt)超过12%~17%,则将会严重威胁运行的安全。
(二)灰分对火电厂生产运行的影响
1.燃烧不正常。灰分增加,炉膛燃烧温度下降。如灰分从30%增大到50%,每增加1%的灰分,理论燃烧温度平均约降低5℃。煤的燃尽度差,排灰量增大,机械不完全燃烧热损失增加,飞灰和灰渣带走的物理热损失增加。同时,由于炉膛温度降低,使煤粉着火困难,引起燃烧不良,严重时引起熄火。
2.事故率增高。燃用多灰分煤还会增加锅炉受热面的污染、积灰,从而导致排烟温度升高,排烟热损失增加,降低了锅炉运行的经济性。当煤的折算灰分(Az)大于15%时还会造成输煤、制粉、引风、除尘等设备的磨损,从而引起锅炉设备的漏风、堵灰等事故增加。因此,从燃烧稳定和运行安全、经济考虑,固态排渣炉燃用的灰分不宜超过40%。
3.环境污染严重。燃用多灰煤,灰量成倍或数倍地增加,使电厂排放的粉尘、灰渣急剧增加,严重污染环境,破坏生态环境。
4.燃用多灰分煤还给锅炉设备造成很大的磨损,缩短运行寿命,特别是制粉系统,尤为显著。
5.增加了基建投资和厂用电量。灰分增多,使输煤和制粉、除尘等设备容量增加,储灰场容量加大,投资增加;灰分增高,用煤量、排灰量增加,导致输煤、制粉、除尘系统耗电量增大。
(三)挥发分对火电厂生产运行的影响
挥发分是发电厂用煤的重要指标,挥发分的高低对煤的着火和燃烧有较大影响。挥发分高的煤易着火、火焰大、燃烧稳定,但火焰温度较低。相反,挥发分低的煤,不易点燃、燃烧不稳定,化学和机械不完全燃烧热损失增加,严重时,甚至还能引起熄火。锅炉燃烧器的结构形式和一、二次风的选择,炉膛形状及大小燃烧带的铺设,制粉系统的选型和防爆措施的设计等都与挥发分有密切关系。除此之外,煤的挥发分还与煤的存放及制粉系统的安全运行有密切关系。煤粉阴燃的温度随煤的挥发分含量增高而降低,如Vdaf为15%~30%的煤阴燃温度为270~300度,Vdaf为40%的煤阴燃温度为210度。因此,当煤中挥发分高时,制粉系统煤粉积集时容易使煤粉着火自燃。
(四)煤中硫对火电厂生产运行的影响
就电力用煤而言,煤中硫可分为可燃硫和不可燃硫,两者之和称为全硫。硫分是一种极其有害的杂质,对焦化、气化和燃烧都会带来极不利的影响。锅炉燃用高硫煤对锅炉设备主要产生下列不良后果:
1.引起锅炉高、低温受热面的腐蚀,特别是高、低温段空气预热器,往往运行不到一年,就发现有腐蚀穿孔且伴随堵灰的现象。
2.加速磨煤机部件及输煤管道的磨损,尤其含黄铁矿多的煤,更为严重。因为黄铁矿的莫氏硬度仅次于石英,为6~6.5。对钢球磨煤机、磨制灰分大的煤比灰分小的煤,其吨煤钢球消耗约大4倍。
3.促进煤氧化自燃。对变质程度浅的煤在煤场组堆或煤粉贮存时,若含有较多的黄铁矿,则会由于黄铁矿受氧化放热而加剧煤的氧化自燃。
4.增加大气污染。煤中硫燃烧后绝大多数形成SO2随烟气逸出烟囱,增加了对周围环境的污染。煤中硫每增加1%,则每用1吨煤就多排放约20千克的SO2气体。
(五)发热量对火电厂生产运行的影响
发热量是煤炭作为燃料利用的一个重要的煤质特性指标,它对于电力安全生产和经济运行均有重要的意义,主要表现在以下方面:
1.在煤炭管理上,入厂煤属于商务贸易。它的计价、编制电厂燃料的消耗定额和供应计划、核算发电成本和计算能源利用效率等,都要以发热量作为主要依据。
2.在设计锅炉机组时,煤炭发热量是用来计算炉膛热负荷、选择磨煤机容量和计算物料平衡等必不可少的煤质参数。
3.在锅炉机组运行时,煤炭发热量又是锅炉热平衡、配煤燃烧及负荷调节等的主要依据。同时也是计算发供电煤耗经济指标的依据之一。
4.煤的低位发热量降低时,在锅炉负荷不变的情况下,燃料量增加,总烟气量通常增加,炉膛出口温度升高,而炉膛内单位辐射吸热却降低;燃料量增加,反映在各制粉系统上,各制粉系统的出力增加,导致一次风量的增加,煤粉细度相对变粗。而一次风量相对于总风量的比例增加,使炉膛内冷风量增加,炉内燃烧区域的平均温度降低,燃烧损失q3和q4增加,同时由于燃料量的增加,必须增加制粉系统的数量,使炉内火焰中心温度上移;燃料量的增加,使锅炉受热面的积灰程度增加,锅炉传热下降,使尾部烟道的烟气温度上升,排烟温度和烟气量均上升,排烟损失q2增加;由于燃料量的增加,锅炉的排渣量增加,使炉渣物理热损失增加,进一步降低锅炉的效率。
(六)哈氏可磨性指数对火电厂生产运行的影响
由于电厂中绝大部分安装的是煤粉锅炉,故衡量煤磨制成粉难易程度的可磨性,就成为一项对电力生产有关重要影响的煤质特性指标。提供可靠的可磨性指数,对电厂设计时选择磨煤机的类型及容量,预测磨煤机所需动力及了解磨煤机运行工况等方面,都是不可缺少的参数。哈氏可磨性指数越大,在消耗一定能量的条件下,磨煤机出力越大。哈氏可磨性相差10个指数,在磨制相同细度的条件下,磨煤机约相差25%的压力。为了减少能耗,电力用煤的哈氏可磨性指数宜选择较大一些的煤源。哈氏可磨性指数为70,属于可磨性中等程度煤;其值如能达到80~90,是较为易磨;而值为50~60,则算作难磨煤。
(七)灰熔融性对火电厂生产运行的影响
灰熔融性是影响锅炉安全经济运行的重要特性指标。煤灰熔融温度低,则锅炉容易结渣,这对电厂安全经济运行关系很大。某些锅炉结渣事故,导致人员伤亡,造成了严重的经济损失。
为了避免锅炉严重结渣,对煤质与灰渣特性的要求是:煤中灰分及含硫量不宜过大,煤粉也不宜太粗;要选用灰熔融温度高的煤,一般是ST要高于1350℃,越高越好;要避免选用灰熔融温度较低的短渣煤,因为燃用这种煤,最易导致严重情况的发生;宜选用煤灰熔融性不受或少受气氛条件影响的煤。由于这种煤的灰渣特性受锅炉运行工况波动的影响较小,从而有助于锅炉的稳定燃烧。
二、当前火电厂燃煤具有的特点
1.燃煤数量多。因单座火电厂装机容量的增多,其所需的燃煤量也相应增多。
2.燃煤品种杂。除极少数靠近产煤地区的火电厂外,多数火电厂燃用部分或相当部分的小窑煤,致使煤品种繁杂,少则一二十种,多则达四五十种,有的甚至更多。
3.燃煤杂质多。燃煤中除含有矸石外,还经常夹杂有从开采、运输中混入的木片、金属物、棉纱或塑料制品等杂质。
4.粒级范围大。燃用地方小窑煤的火电厂,因供煤多是未经加工处理的原煤,一般粒级范围大,且其波动性范围也大。
三、建议采取的措施及对策
第一,加强混煤或配煤工作。混煤或配煤工作可提高劣质煤的利用率,降低燃料成本,减少排放。通过合理地将不同类、不同性质的煤种,按照一定比例加工混合成混煤,在保证机组安全运行的条件下,使混煤的价格最低,可以有效地降低发电成本。
第二,锅炉运行人员要及时掌握入炉煤的煤质分析情况,特别是入炉煤的挥发分、发热量、灰分的含量,尤其是入炉煤的挥发分数据,以便在控制锅炉运行时做到有的放矢。直吹式锅炉运行人员可以根据给煤机煤量大致判断煤质优劣,特别应避免入炉煤煤质的突然大幅波动。
第三,锅炉的一次风速、二次风速、煤粉浓度是与锅炉煤粉燃烧最为密切的控制参数。应根据煤质情况(挥发分)调整控制一次风速在合理的范围。
第四,加强锅炉运行人员现场巡检,特别是检查炉内煤粉燃烧情况,如燃烧器喷口煤粉着火距离或煤粉燃烧状况,及时发现是否存在结渣或燃烧不稳现象。可用红外或光学高温计测量炉内各部分的炉膛温度。
第五,通过燃烧调整试验确定锅炉一、二次风的配风方式,根据煤质控制炉膛出口的氧量。煤质差时,在制粉系统允许的条件下,调整粗粉分离器档板开度及合格煤粉细度,有利于煤粉燃烧。
第六,加强来煤的煤质管理,及时准确掌握入炉煤的工业分析数据,特别是挥发分和灰分,及时提供给锅炉运行人员,便于他们及时运行调整。
四、结语
一般情况下,锅炉最好燃用其设计煤种或与设计煤种比较接近的煤种,以确保燃烧稳定及各参数在正常范围内运行。但近年来,由于电煤资源的供需平衡遭到破坏,促使发电企业电煤供应日趋多元化,电煤质量波动幅度增大,入炉煤质控制难度加大,从而对锅炉的稳定燃烧和运行安全造成了很大的影响。