煤质变化的影响及其对策的讨论

煤质多变的影响

及其对策的讨论前言

煤种煤质多变电力发展迅猛异常;

煤炭开采与电煤需求的矛盾突出;

电力行业体制改革---

电厂归属变化（大港电厂--）电力企业购置煤矿（营口电厂--）

当前世界范围的金融海啸---

部分高煤价贫煤锅炉作烧烟煤的改造

主要内容1,动力用煤的基本特性概述

1.1褐煤1.2烟煤1.3贫煤1.4无烟煤2,煤质特性参数变化对锅炉设计的影响

2.1炉膛热力特性参数与煤质特性的相关性

2.2锅炉本体与燃烧方式2.3制粉及燃烧系统

2.4炉膛及受热面的设计3,煤质特性参数变化对锅炉运行的影响

3.1安全性与可调性3.2经济性

3.3环保性4,技术对策

4.1新建机组的优化设计

------炉膛选型及受热面的设计（例如SH设计减温水量）应尽可能扩大煤种适应性;

辅机选型时应有足够的富裕量：磨煤机、风机、吹灰器的设计布置合理---4.2及时进行燃烧工况的优化调整

4.3强化入厂煤的管理

4.4采用必要的混煤措施

4.5设备改造---

5，不同煤种的掺烧

5.1掺烧目的

5.2现有掺混方式

5.3混煤特性及其燃烧性能

5.4掺（混）烧方案与实施1,动力用煤基本特性概述1.1褐煤经过成岩作用，变质程度低的煤，水分Mt可高达45％。含碳量较低，挥发分Vdaf为>37％，低位发热量Qnet,v,ar大多为10.45～16.73MJ/kg。风干时易爆裂成碎煤。碱金属较多，灰熔融性温度较低。堆积密度较小，给运输造成困难，贮存时易自然。

Mar>40％----高水分褐煤;Aar>40％----高灰分褐煤1.2烟煤尚有弱粘结煤、不粘结煤之分。低变质到中等变质（煤化）程度的烟煤，挥发分Vdaf为22～37％。易着火，燃烧性能好。水分低于褐煤，发热量比褐煤高，有些煤还含有少量次生腐殖酸。是最好的动力用煤！1.3贫煤

Vdaf>10～20％，含氢量Hdaf一般4％～4.5%，着火温度高，比无烟煤易着火。

1.4无烟煤煤化程度高，挥发分低Vdaf≤10%,含碳量高达90％，含氢量Hdaf一般小于4％，氧和氮比其它煤种低，抗粉碎能力高（硬、难磨、HGI低），燃烧时不易着火，化学反应性差，燃尽困难。煤质特性的重要差别a,着火燃烧特性以热天秤分析数据为例：煤样

阳城无烟煤

西山贫煤

大同烟煤

白音华褐煤反应开始温度℃400329289214反应结束温度℃747647627628最高反应速度mg/min9.512.512.210.0最高反应速度对应温度℃583512442324反应指数RI℃437282241227燃尽指数Cb11.1656.8704.6702.0349

着火特性极难中等易极易燃尽特性难中等易极易

典型煤种的热天秤分析曲线燃烧效率%b,结渣特性典型的强结渣性煤有：烟煤----------神华煤、义马煤无烟煤-------松藻贫煤----------

褐煤----------c,磨损性

煤的磨损性（冲刷磨损指数）ke

Ke<1.0轻微

Ke1.0～3.5较强

Ke3.5～5.0很强

Ke>5.0极强

灰的磨损性指数Hm

Hm>20严重

10<Hm<20中等

Hm<10轻微

d,煤的可磨性指数

HGImin---32~34KBTUe,

其它

含硫量St

硫分小于1%的低硫煤约占65%-70%；硫分1%-2%的约占15%-20%。

灰含量及成分所有这些差别都会对锅炉的设计与运行产生重大影响！

2,煤质特性参数变化对锅炉设计的影响2.1炉膛热力特性参数与煤质特性的相关性

炉膛热力特性参数的物理意义炉膛容积放热强度锅炉输入热功率与炉膛有效容积的比值，即

qv＝（P／V）×103kw/m3

qv的物理意义是它基本反映了在炉内流动场和温度场条件下燃料及燃烧产物在炉膛内停留的时间。在给定P条件下，qv愈小，说明炉膛容积愈大，停留时间愈长，对煤粉燃尽愈有利些；炉壁的可能性也少些；炉膛排出NOx浓度也可能有所降低。炉膛断面放热强度锅炉输入热功率与炉膛燃烧器区横断面积的比值，即

qF＝（P／FC）MW/m2

qF的物理意义是它反映了炉膛水平断面上的燃烧产物平均流动速度。qF愈小，断面平均流速愈低；一般认为此时气粉流的湍流脉动和混合条件可能减弱，会使燃烧强度和着火稳定性受到影响，但在高温区的停留时间有所增加，也会有利于减轻水冷壁表面的结渣和高温腐蚀。燃烧器区壁面放热强度锅炉输入热功率与燃烧器区炉壁面积的比值，即

qB＝（P／FB）MW/m2

qB的物理意义是它可以在一定程度上反映炉内燃烧中心区的火焰温度水平。qB愈小，该区的温度水平愈低些；相对较大的燃烧器区域空间和较低的温度水平有利于减轻该区壁面结渣倾向。燃尽区容积放热强度锅炉输入热功率与燃尽区炉膛容积的比值，即

qm＝（P／Vm）×103

qm的物理意义是它基本反映了最上层喷口喷出的煤粉在炉内的最短可能停留时间。qm愈小，停留时间愈长，该层煤粉射流的燃尽愈可得到保证，也有利于降低屏区入口局部烟温，避免沾污结渣倾向。h1–最上排燃烧器中心至屏下缘的距离，mh1=qF/qm机组容量和煤质特性

对特征参数限值的影响趋势qv

qF

qBqmh1机组容量↑↓↑↑煤的结渣性↑↓↓↓↓↑煤的着火性↓↓↑↑煤的燃尽性↓↓↓↑

随着市场与技术的进步与不断的完善，现在与过去相比，现在相同条件下的炉膛比过去要大，中国也一样;同时，中国又比外国的大。

2.2锅炉本体及燃烧方式

炉型：“∏”型;塔式;“T”型;“W”型

切圆燃烧：角式布置;墙式布置墙式燃烧：前墙布置;对冲布置液态排渣锅炉;CFB

锅炉选型的基本原则

a,锅炉炉型选与制造厂传统（流派、擅长）有很大关系

B&W;原CE;原EVT;俄罗斯“T”

欧洲—塔式;美国---“∏”b,锅炉燃烧方式的选择主要取决于设计煤质特性：

Vdaf

;Aar

;（Hm）;Mar;Q

;DT/ST;

着火特性—Vdaf;IT,℃;

一般性煤均可采用常规炉型及燃烧方式----※高灰分Aar

、强磨损性煤Hm----塔式c,严重结渣性煤常规炉型---qVqFqB;

燃烧器的设计布置;

有效的吹灰设施.

液态排渣锅炉---环境、投资与经济性综合评价;+低NOX措施d,难着火煤宜选用拱式“W”型锅炉（Vdaf

≦8%）（对较难着火煤Vdaf

>8%的煤可采用配双进双出磨半直吹的常规燃烧方式的锅炉）煤粉气流着火温度与挥发分

煤的着火

I区：IT>800℃,Vdaf<15%:

较难着火煤类

II区：IT=800~700℃,Vdaf=10~25%:

中等着火煤类

III区：IT<700℃,Vdaf>20%:

较易着火煤类e,非单一煤种

Vdaf相差大---不宜、混磨混烧：按低Vdaf

取R90

分磨分烧：按Vdaf

分别取R90Aar相差大---必须有可靠的混煤措施结渣性相差大--必须有可靠的混煤措施f,关键因素除炉膛设施(如炉膛形状、大小及卫燃带)外，还与制粉系统、燃烧器及配风装置的性能设计和布置，以及煤粉细度、风温及配风条件有关。2.3制粉及燃烧系统

磨煤机选型—Vdaf

、Mt

、Aar

、HGI、ke

钢球磨、中速磨、风扇磨;

钢球磨贮仓式热风送粉—无烟煤、贫煤钢球磨贮仓式乏气送粉—贫煤、烟煤闭式水分不高的煤;

开式-稳定燃烧水分很高的煤半开式水分不太高而为稳定燃烧双进双出钢球磨直吹（个别普通钢球磨直吹）;

双进双出钢球磨半直吹—低挥发分煤;

中速磨煤机直吹系统;

风扇磨煤机直吹系统—褐煤干燥介质的选取：褐煤--高、低温炉烟、热风对于其他煤种---热风少数钢球磨---炉烟—珞璜、江油等

(法国stein公司)2.4炉膛结构及受热面的设计

a,对炉膛结构选型的影响

---如前述“选型原则”

b,对炉膛大小的影响如下图：

c,受热面的设计布置辐射与对流受热面的匹配;

Mar、Aar、St、Hm

热风温度与排烟温度的选取;

Mar、Aar、St、

d,材质的选用

St

燃烧方式3,煤质特性参数变化对锅炉运行的影响

3.1安全性与可调性对制粉系统的影响：Mar、Aar、HGI、Ke

着火燃烧稳定性：Vdaf、Aar、Mar、一Sar、

CL、CaO、MgO、FeS

着火不良或推迟----火焰检测着火提前----燃烧器烧损火焰长度改变—UBC、CO/NO

水冷壁高温腐蚀、AH低温腐蚀—S、CL

积灰、结渣---CaO、MgO、FeS

对受热面的高、温腐蚀性St、CL

四管爆漏高、低负荷限制

3.2经济性

Mar、Aar、Vdaf、St、Q

对制粉系统的影响—效率

3.3环保性

N、S---

煤中水分变化对锅炉运行的影响水分增加，导致原煤仓或给煤机下煤困难（烟煤：外在水分不宜>10%;当>15%则严重影响运行可靠性）影响制粉系统出力(干燥、研磨)炉膛温度下降（对理论燃烧温度的影响比灰分更大），影响煤粉气流着火燃烧的稳定性，煤粉燃尽度降低，固体不完全燃烧热损失增加烟气量增加，排烟温度及排烟热损失增加，引凤机电流上升，厂用电增大煤灰分变化对锅炉设备运行的影响灰分增加，煤粉气流着火推迟，炉膛火焰温度降低，煤粉燃烧稳定性下降。固体不完全燃烧热损失增加（飞灰可燃物含量常略有降低）。输煤、制粉、锅炉受热面、引风机和除尘磨损严重，事故率增加。炉膛受热面沾污、结渣加重，可能引起SH/RH超温，威胁安全运经;受热面传热变差，排烟温度显著升高，锅炉效率下降。排放粉尘和灰渣量增加，影响环境污染。煤中挥发分变化对锅炉运行的影响挥发分高易着火，低则难着火。对燃烧稳定性及对制粉、输粉系统运行安全性产生影响(与炉膛形状，容积热负荷、卫燃带的形式与大小、煤粉细度、热风温度、喷口风速、防爆措施等有关)挥发分降低，导致燃烧推迟，效率下降;

大幅度下降会引起燃烧不稳定;

突然大幅度降低可能发生炉膛灭火。挥发分升高-着火燃烧提前—燃烧器烧损

--制粉系统掺冷风—锅炉效率下降;

制粉系统防爆。无烟煤与贫煤、贫煤与烟煤、烟煤与褐煤尚可混烧，不宜跨等级掺烧。煤中硫分变化对锅炉运行的影响磨煤机及管道的磨损，黄铁矿莫氏硬度6.0～6.5，石英为7.0引起锅炉炉膛水冷壁高温腐蚀，空气预热器低温腐蚀、堵灰，使煤粉阴燃倾向加大，甚至自燃，因此燃烧高硫煤时粉仓内煤粉不宜久存。烟气中的硫化物污染大气

煤中含硫量增加，导致灰熔融性增加结渣指数RS=碱性氧化物/酸性氧化物×Sｔ,ｄ当煤中灰成分一定时，结渣指数取决于煤中含硫量的高低煤中发热量变化对锅炉运行的影响煤的发热量过低于设计和校核煤种时，磨煤机需要超负荷运行,长此以往导致磨煤机及系统磨损增加，严重时影响锅炉带负荷为满足锅炉负荷要求，煤粉细度变粗，火焰中心上移，排烟温度升高，排烟和固体不完全热损失增加。对ST较低的煤种还可能引起结渣如果是灰量增加所引起发热量低，则可能引起炉内磨损，大渣和飞灰量增加，可能导致灰渣系统运行的困难炉内结渣对锅炉运行的影响炉内结渣砸坏冷灰斗水冷壁管---常见！冷灰斗大量积渣，或水冷壁高温大渣下落，冷灰斗失稳坍塌断裂，“冷灰斗爆炸”，造成严重事故，人员伤亡冷灰斗大量积渣，捞渣机过载停运，停炉清渣大渣下落可能造成炉膛灭火在喷燃器出口处，可能会因结渣而扰乱煤粉气流的正常喷射，引起气流偏移，形成局部高温，烧坏喷燃器炉内结渣引起炉膛出口温度、排烟温度升高，锅炉效率降低，影响锅炉运行经济性炉内火焰中心上移，高温受热面管壁超温（SH、RH），乃至引起爆管再热器大幅度投减温水降低机组的效率，影响机组的经济性若炉膛及其出口高温受热面严重结渣还可能引起过热器管壁高温腐蚀低灰熔点煤ST≤1250℃在我国动力用煤中所占比例大约在30%左右见上表，其中占全国动力用煤44.54%储量的烟煤是我国、特别是沿海地区电站锅炉的主要燃煤

煤粉细度变粗的影响煤粉细度对燃烧的经济性和环保性至关重要：未燃碳热损失未燃CO热损失

NOx的排放

采用煤粉动态分离器大有可为：动静态分离器结构动态分离器（旋转分离器）静态分离器SimplifiedFunctionofvariousClassifiers（不同分离器的作用）LSKSClassifier（动静态）GroundDynamicClassifier（动态）PF（煤粉）

85%PF（煤粉）65%PF（煤粉）

98%GroundGroundCoursePFPulverizerStaticClassifier（静态）PulverizerPulverizerCoalCoalCoalCoursePFCoursePF动静式旋转分离器4,技术对策

4.1新建机组的优化设计

------炉膛选型及受热面的设计（例如SH设计减温水量）应尽可能扩大煤种适应性;

辅机选型时应有足够的富裕量：磨煤机、风机、吹灰器的设计布置合理---4.2及时进行燃烧工况的优化调整

4.3强化入厂煤的管理严格控制入厂煤质;

及时分析化验并告知运行有关人员

4.4采用必要的混煤措施（下面介绍）

4.5设备改造---

近年来煤炭市场大幅波动;

沿海地区贫煤、无焰煤供应紧缺，

---通过设备改造燃烧烟煤！炉膛改造困难、制粉系统改造尚可5，不同煤种的掺烧

5.1掺混原因

煤源限制---不得不将燃烧特性相差较大的煤种掺烧降低炉内结渣趋势低结渣煤种和高结渣煤种掺烧以降低炉内结渣趋势提高燃烧火焰稳定性---难燃煤掺烧易燃煤改善可磨性---

可磨性较差的煤样和可磨性较高的煤样掺烧，以满足磨煤机出力要求降低硫排放（SO2、NOx

）及其他

5.2现有掺烧方式第一种为炉内混烧，即采用不同磨煤机，不同燃烧器分别燃用煤种，使不同煤种在炉内燃烧过程中混合.(可随时根据负荷等调节比例）

该种混合方式对炉内混合强烈的四角燃烧方式较为有效，对前后墙燃烧方式则作用有限。

国内目前主要采用如下两种燃煤入炉方式：

1）上层燃烧器燃烧其他不易结渣煤，下部燃烧器燃烧易结渣煤（如神华煤）。上海地区电厂多采用该类方案，其基本思想是：下部燃烧温度偏低，有利于防止结渣。由于下部煤种总是要经过高温区，所以该方案对部分电厂并不理想。下层燃烧器距冷灰斗折点较近的锅炉不宜用该方案。2）上部燃烧器燃用易结渣煤（如神华煤），下部燃用其他不易结渣煤种。应用电厂不多，但效果较好。如南通电厂、利港电厂（对冲燃烧、距冷灰斗近）。第二种为预先进行煤种混合:该种方式是目前应用最广的，有多种实现手段：1）在煤矿或煤炭中转过程中混合目前神华侏罗纪煤与神华石炭煤即以该方案掺烧，其掺配地点在秦皇岛和黄骅港煤码头，沿海较多电厂均燃用该类煤。在配煤比例适合的情况下，可有效缓解结渣问题。具体方式是按不同的燃煤配比调整取料机速度，将各混合煤种倒换至同一皮带上，因通过多次皮带转运进行混合，其混合效果较好，但要求有较大的煤场实现煤种分堆。

2）电厂煤堆上混合，国外较多电厂采用电厂煤场储存过程中的混煤措施方法较多，需强化煤场管理，特别是燃用两种煤质差异较大的煤时，方式不当可导致燃煤混合不匀，将严重影响机组的安全、经济运行。

---出现磨煤机出口温度的频繁波动、制粉系统的自燃。同时，炉内燃烧、结渣问题也频频出现，给机组运行带来了较大麻烦。3）在给原煤仓上煤过程中掺配

在入炉煤上煤过程中掺配主要用于煤种差异较大、中储式系统，或无法实现炉内混合及煤矿预混时采用。如来宾B电厂：不同入厂煤存于不同场地---入不同贮罐----分别通过煤秤（荷重传感器）计量----汇合于一条输煤皮带，入原煤仓4)在磨煤机内混合

最典型的是邯峰电厂660WM的“W”型锅炉（共12个煤仓;24台给煤机;6台D-12D）邯峰贫煤与万年无烟煤（我国最难烧的煤）在煤仓中分别贮存;

分别通过D-12D磨煤机两端不同的给煤机（每端各2台）进入磨煤机混合并研磨;

混合比率调控自如;

混合效果很好第三种为：间断性掺烧

间断燃烧易结渣煤（如神华煤）与其他不易结渣煤种，有珠江电厂和汕头电厂等，运行中问题不大。但该种混合方式只能用于燃烧性能相差较小的煤种。5.3混煤特性及其燃烧性能混煤的工业分析、元素分析及发热量可用各单一煤质数据按混合比的加权平均求得;

但混煤是不同固体矿物料的物理掺混，在炉内的燃烧过程是复杂的化学反应过程，其燃烧特性决不是两种或者多种煤质特性的加权平均。（1）混煤的燃烧性能一般单一煤种在热天平测试的燃烧曲线为单峰或者双峰；而在热天平中测试的混煤燃烧曲线有时出现3个或者4个峰，说明在混合状态煤燃烧时仍保持各自的特性，迅速燃烧的高峰并不一定重合。根据试验表明难燃煤种中掺烧易燃煤种能提高燃烧稳定性，比例越大，则燃烧稳定性指数越高，即燃烧稳定性越好（2）混煤的着火稳定性——通常混煤介于各单一煤种之间挥发分是判别着火难易的概略指标;

混煤的着火特性需采用煤粉气流着火温度测定。总的说来，难着火的煤与易着火的煤混烧，着火难易程度是趋近易着火煤的着火特性，即难燃煤种掺烧易燃煤种来改善着火特性，其作用会较显著（3）混煤的燃尽性能——各单一煤种性能差别过大时，由于易燃煤种“抢风”，使难燃煤种燃尽更加困难，导致混煤燃尽性能急剧下降，总体说来，混煤的燃尽性能趋于难燃尽煤种；一维火焰炉及1MW燃烧试验台、热天平等可以对混煤的燃尽性能进行测量（4）煤的结渣性能——

由于各煤灰成分不同，一但形成共熔体，混煤的结渣性可能高于所有单一煤种。混煤的结渣性能可通过混煤的灰渣成分、灰熔融特性、显微镜粘度分析等、以及一维火焰炉结渣工况试验和1MW燃烧试验台等进行分析混煤燃烧特性举例神华侏罗纪煤与石炭纪煤掺混侏罗纪煤种储藏大量、低灰、低硫、低熔融温度的，如何降低神华侏罗纪煤的结渣倾向，是目前众多燃用和拟燃用神华煤电厂急需解决的问题属石炭纪的保德煤，具有高的灰熔融性，两类煤都属较好的动力煤。

保