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【摘 要】煤种的变化直接影响锅炉燃烧的好坏，从而影响锅炉运行的经济性，由煤质变化引起电厂变动成本的变化是电厂运行经济性的一个很重要的组成部分。本文从煤质的常规特性及煤质成分论述了煤质对锅炉运行及经济效率的影响，提出了对于电厂实际运行中煤质变化而可能产生的运行影响提出控制建议，以利于机组实际运行的安全稳定的运行。
【关键词】煤种变化；发电现状分析；策略探讨
一、煤炭发电现状分析
根据我国的能源政策，在化石燃料发电中，煤是发电用主要燃料，约80%的发电量来自火电。大量煤炭转化为电力支持国民经济的需求。燃煤电厂消耗了全国煤炭量的40%左右，是最大的煤炭用户。根据我国电力工业的发展规划，至少在21世纪前20年将保持快速发展势态，发电用煤量将以每年3000万吨的速度增加。由于如此大的需求，使得发电用煤几乎包括了所有的煤种，但它们的特性差异甚大，即使是同一类煤，随产区、矿点、开采年份和深度的不同，其低位发热量、灰分含量、含硫量等的变化范围也比较大，加上实际用煤中有些电厂还掺入各类洗中煤、洗研等劣质燃料，无意增大了实际煤质的变化幅度。同时，又由于能源处于一个相对紧张的状态，对发电用煤的煤种和煤质的选择余地很少，而且大多要求燃用劣质煤，这就会给锅炉带来许多不利的影响。煤质对燃煤电厂的安全与经济运行至关重要，煤质下降将给锅炉，乃至整个电厂带来很多问题，主要有：①出力受限：煤的水分或可磨指数变化，可使磨煤机达不到出力；灰分增加或灰电阻变化，电除尘器能力受限；灰成分变化，会出现积灰结渣等。②电厂煤耗及厂用电上升：煤质下降，燃烧不稳，着火困难，热损失增加，电厂煤耗上升，一般热值下降1MJ/g，煤耗上升20g/（kw.h），厂用电率上升0.5%。③可用率下降：美国有关数据指出，电厂用煤平均灰分从13%上升到18%，锅炉强迫停运率也从1.3%上升到7.5%，10年间发热量从27.328MJ/g下降到24.654MJ/g，机组可用率下降13%。④维修工程费用大幅上升：煤质下降、灰分增大、可磨指数降低或灰的腐蚀性增强等，将使锅炉各部分受热面、输煤皮带、制粉系统和风机等的磨损腐蚀加重。频繁的故障和临修，使电厂损失的电量和维修费用大增，而且为减轻磨损和适应烧劣质煤，电厂往往要进行大量的更新和改造。另外，由于烧多灰分的劣质煤的锅炉从输煤到出灰的整个生产流程中的每个部件都增加了负荷和磨损，大修间隔只能保持1.5-2年，这也使检修费用增加。⑤污染物排放明显变化。⑥发电燃料成本上升：我国燃料价格基本上是按吨位计，而不完全按质论价，劣质煤的开采成本与一般煤炭相似，运输费用则完全依据吨位，这势必形成质劣价不廉的结果。⑦发电成本增加。
二、煤的工业分析及元素分析特性对锅炉性能的影响
煤质特征，总的来讲可以包括化学特性、物理特性、力学特性、热特性、电特性、灰特性和岩石学分析等。对于动力煤，最重要的性质主要表现在煤的工业分析、元素分析、发热量、灰熔融性、灰成分、可磨性、比表面积和孔径分布，以及快速加热过程中的失重放热特性。
1、水分的影响
煤样的水分一般呈三种形式存在：外在水分、内在水分和化合水分。各种煤样的水分差别很大，最少的仅2%左右，最多的则可达到50%-60%。一般来说，随着地质年代的增加，水分逐渐减少。燃用水分高的煤，必然将不可燃的水分运进电厂，增加运输压力和电厂经济负担，也会给输煤系统带来困难；在燃烧过程中，水蒸发吸收一部分热量，降低理论燃烧温度，炉温低，会使着火困难，燃烧不完全，机械与化学不完全燃烧的热损失增加，增加了排烟量，由烟气带走的热量也增加，排煙热损失增大，降低锅炉热效率；在尾部烟道中，为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件；对过热气温也有影响，一般经验数值：水分每增加1%，过热气温就会升高1.5℃，易引起安全事故。从燃烧动力学的角度看，煤粉中含有适量的水分（指入炉煤粉中含有适量水分）对燃烧过程有某些有利作用。因为在高温火焰中水蒸汽对燃烧过程是十分有效的催化剂，水蒸汽分子可以加速煤粉焦炭残骸的气化和燃烧，增加煤焦的表面积；水蒸汽还可以提高火焰的黑度，加强到燃烧室炉壁的辐射传热。另外，水蒸汽分解时产生的氢分子及其氢氧根又可以提高火焰的热传导率。
2、灰分的影响
一般来说，煤在天然状况下所含的矿物质都称为灰分。灰分含量越大，煤种可燃成分便相对减少，容易导致着火困难，着火延迟，煤的燃尽度变差，造成较大的不完全燃烧热损失；碳粒可能为灰层严重包裹，妨碍煤中可燃质和氧气接触，碳粒表面燃烧速率减小，火焰的传播速度减慢；粒随烟气流过受热面时，如果烟速过高，灰磨损受热面，飞灰浓度越高，对锅炉的磨损越厉害，因此锅炉的事故率和强迫停运率就越高，如果烟速低，会形成受热面积灰，降低传热效果，并使排烟温度升高，增加排烟热损失，降低锅炉效率。灰分还是造成环境污染的根源：灰分的增减，对过热气温也有影响，一般经验数据是，灰分每变化士10%，过热气温相应变化士5℃。
灰分的影响也有有利的一面，例如灰中碱金属、碱土金属和铁、锰、镍等的氧化产物，能促使碳的晶格扭曲变形，使产生的碳氧络合物容易从品格上脱离出来，因而提高了碳的活性，起到催化作用。
3、低位发热量的影响
煤的发热量是设计锅炉时的一个重要参数，也是反映煤粉燃烧好坏的一个重要指标，也是重要的质量指标，是影响煤的计价的重要指标。煤的发热量大小是影响燃烧稳定性的重要因素。燃煤发热量的降低将导致炉内温度水平降低。这对着火和燃尽都会带来不利影响。当燃料发热量降低到一定程度时，会引起燃烧不稳、火焰闪烁、灭火放炮、以至必须投油助燃，影响锅炉运行的经济性。据试验数据统计，燃煤的低位发热量每下降1MJ/g，发电煤耗约上升20g/（kw.h），厂用电率约上升0.5%。因此，从发电生产的安全稳定性和经济效益考虑，发电用煤应该有一定的质量要求。煤的发热量低，同样出力下灰量大大增加，可能加剧锅炉结渣，使烟气中含灰量增加，加剧了受热面的磨损和积灰，而积灰的增加使受热面传热热阻增加，影响传热效率，导致锅炉热损失增加。但如果发热量过高，使得燃烧区域的温度升高，灰就越容易达到软化和熔融状态，产生结渣的可能性增大。同时，煤中易挥发的物质气化也就越强烈，这也为结渣创造了更有利的条件。 4、煤质变化对烟气排放的影响
煤质变化影响电厂的环保性能，燃煤含硫量偏高，脱硫岛出力不能保证烟气中的二氧化硫达标排放相对较明显；由亍挥发份降低，尤其是低挥发份劣煤，为了确保燃烧稳定，改变了配风方式、提高了燃烧区域的温度水平，造成NOX升高；由亍煤质降低或波动较大，造成锅炉燃烧不稳，效率下降，最终也导致电厂污染物排放增加等。
5、危害锅炉运行
结焦会引起过热汽温升高，并导致过热汽温、再热汽温减温水开大，甚至会招致汽水管爆破；结焦会使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉；结焦会缩短锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机消耗电量增加；由于结焦往往是不均匀的，因而水冷壁结渣会对自然循环锅炉的水循环安全性和强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响。
三、适应煤质变化的对策及建议
1、从源头上改善燃煤品质从源头上改善燃煤质量，国家倡导动力锅炉多燃用劣质煤，在掺烧中煤时注意控制煤炭来源，对不明特性的新煤种做理化研究，以制定相应的燃用策略。提高燃煤入洗率，动力煤经过清洗工艺后，容易造成燃用后环境污染的不利因素可在很大程度上被去除，同时由于改善了煤粉的表面特性，也有利于提高燃烧效率和锅炉的经济效率。
2、经过试验得出挥发分含量越高，着火特性就越好，所需的着火温度越低，燃烧也越稳定。这是因为挥发分析出时会产生空隙，从而加大的反应面积，有利于燃烧，飞灰中的可燃物降低。随着挥发分含量的加大，燃煤中难燃的固定碳含量降低，从而更利于燃烧的进行。燃烧放出的热量多，更易于维持炉膛内温度。但当挥发分含量降低时，着火温度会随之提高，燃尽时间延长，燃烧变得不稳定，火焰中心上移，吸热面积减少，过热器热负荷加大，同时排烟温度升高，热损失加大。运行参数的调整对于挥发分含量较高的煤种，由于炉膛内高温核心上移，需要降低一次风量，同时加大二次风量。对于低挥发分煤种，则需要提高一次风量来增加供氧量，降低二次风量以保证燃烧的稳定性。针对煤粉颗粒大小，当碎煤系统无法更改时，当粒度较大时，应适当增加一次风量、减少二次风量来调整物料循环量，从而保证炉膛内的物料平衡。当燃煤的热值过大时，适当地降低给煤量即可，一、二次风量一般无需调整。当燃煤含水量过大时，应适当提高磨煤机入口温度，保证其出口温度正常，同时适量减小给煤量。当出现燃烧不稳定状况时，应及时投油稳燃。
3、建立健全煤质评价体系。系统地研究各煤种品质特性，在做掺烧时可方便的根据不同煤种的特性来进行配比。在保证电站运行的安全稳定性的同时，努力提高其经济性。
4、研究煤质预报方法，优化锅炉运行
针对目前我国电站锅炉燃煤质量與设计煤质不相符合的现状，国内应借鉴国外经验，大力研究开发煤质变化对电站锅炉影响的预报控制系统。该预报控制系统将定量评估煤质变化对锅炉运行和经济性的影响，为优化运行提供依据，并且根据适应该煤质的最佳工况自行或人工调节运行参数，从而取得较高的安全性和经济性。具体地讲，该系统应结合煤质在线测量装置，使电厂运行人员在煤进入锅炉燃烧前及时获得煤质情况和燃煤对锅炉影响的预测，并且指导运行人员根据这些预测结果重新设定有关参数，如调整运行工况和修改有关参数，使其与即将燃烧的煤种相适应，从而达到优化操作，提高锅炉运行安全性、经济性的目的。
参考文献：
[1]姚伟，韩立芳，薛宁，等.煤质变化对电站锅炉运行的影响[J].热力发电，2005，07：22
【关键词】煤种变化；发电现状分析；策略探讨
一、煤炭发电现状分析
根据我国的能源政策，在化石燃料发电中，煤是发电用主要燃料，约80%的发电量来自火电。大量煤炭转化为电力支持国民经济的需求。燃煤电厂消耗了全国煤炭量的40%左右，是最大的煤炭用户。根据我国电力工业的发展规划，至少在21世纪前20年将保持快速发展势态，发电用煤量将以每年3000万吨的速度增加。由于如此大的需求，使得发电用煤几乎包括了所有的煤种，但它们的特性差异甚大，即使是同一类煤，随产区、矿点、开采年份和深度的不同，其低位发热量、灰分含量、含硫量等的变化范围也比较大，加上实际用煤中有些电厂还掺入各类洗中煤、洗研等劣质燃料，无意增大了实际煤质的变化幅度。同时，又由于能源处于一个相对紧张的状态，对发电用煤的煤种和煤质的选择余地很少，而且大多要求燃用劣质煤，这就会给锅炉带来许多不利的影响。煤质对燃煤电厂的安全与经济运行至关重要，煤质下降将给锅炉，乃至整个电厂带来很多问题，主要有：①出力受限：煤的水分或可磨指数变化，可使磨煤机达不到出力；灰分增加或灰电阻变化，电除尘器能力受限；灰成分变化，会出现积灰结渣等。②电厂煤耗及厂用电上升：煤质下降，燃烧不稳，着火困难，热损失增加，电厂煤耗上升，一般热值下降1MJ/g，煤耗上升20g/（kw.h），厂用电率上升0.5%。③可用率下降：美国有关数据指出，电厂用煤平均灰分从13%上升到18%，锅炉强迫停运率也从1.3%上升到7.5%，10年间发热量从27.328MJ/g下降到24.654MJ/g，机组可用率下降13%。④维修工程费用大幅上升：煤质下降、灰分增大、可磨指数降低或灰的腐蚀性增强等，将使锅炉各部分受热面、输煤皮带、制粉系统和风机等的磨损腐蚀加重。频繁的故障和临修，使电厂损失的电量和维修费用大增，而且为减轻磨损和适应烧劣质煤，电厂往往要进行大量的更新和改造。另外，由于烧多灰分的劣质煤的锅炉从输煤到出灰的整个生产流程中的每个部件都增加了负荷和磨损，大修间隔只能保持1.5-2年，这也使检修费用增加。⑤污染物排放明显变化。⑥发电燃料成本上升：我国燃料价格基本上是按吨位计，而不完全按质论价，劣质煤的开采成本与一般煤炭相似，运输费用则完全依据吨位，这势必形成质劣价不廉的结果。⑦发电成本增加。
二、煤的工业分析及元素分析特性对锅炉性能的影响
煤质特征，总的来讲可以包括化学特性、物理特性、力学特性、热特性、电特性、灰特性和岩石学分析等。对于动力煤，最重要的性质主要表现在煤的工业分析、元素分析、发热量、灰熔融性、灰成分、可磨性、比表面积和孔径分布，以及快速加热过程中的失重放热特性。
1、水分的影响
煤样的水分一般呈三种形式存在：外在水分、内在水分和化合水分。各种煤样的水分差别很大，最少的仅2%左右，最多的则可达到50%-60%。一般来说，随着地质年代的增加，水分逐渐减少。燃用水分高的煤，必然将不可燃的水分运进电厂，增加运输压力和电厂经济负担，也会给输煤系统带来困难；在燃烧过程中，水蒸发吸收一部分热量，降低理论燃烧温度，炉温低，会使着火困难，燃烧不完全，机械与化学不完全燃烧的热损失增加，增加了排烟量，由烟气带走的热量也增加，排煙热损失增大，降低锅炉热效率；在尾部烟道中，为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件；对过热气温也有影响，一般经验数值：水分每增加1%，过热气温就会升高1.5℃，易引起安全事故。从燃烧动力学的角度看，煤粉中含有适量的水分（指入炉煤粉中含有适量水分）对燃烧过程有某些有利作用。因为在高温火焰中水蒸汽对燃烧过程是十分有效的催化剂，水蒸汽分子可以加速煤粉焦炭残骸的气化和燃烧，增加煤焦的表面积；水蒸汽还可以提高火焰的黑度，加强到燃烧室炉壁的辐射传热。另外，水蒸汽分解时产生的氢分子及其氢氧根又可以提高火焰的热传导率。
2、灰分的影响
一般来说，煤在天然状况下所含的矿物质都称为灰分。灰分含量越大，煤种可燃成分便相对减少，容易导致着火困难，着火延迟，煤的燃尽度变差，造成较大的不完全燃烧热损失；碳粒可能为灰层严重包裹，妨碍煤中可燃质和氧气接触，碳粒表面燃烧速率减小，火焰的传播速度减慢；粒随烟气流过受热面时，如果烟速过高，灰磨损受热面，飞灰浓度越高，对锅炉的磨损越厉害，因此锅炉的事故率和强迫停运率就越高，如果烟速低，会形成受热面积灰，降低传热效果，并使排烟温度升高，增加排烟热损失，降低锅炉效率。灰分还是造成环境污染的根源：灰分的增减，对过热气温也有影响，一般经验数据是，灰分每变化士10%，过热气温相应变化士5℃。
灰分的影响也有有利的一面，例如灰中碱金属、碱土金属和铁、锰、镍等的氧化产物，能促使碳的晶格扭曲变形，使产生的碳氧络合物容易从品格上脱离出来，因而提高了碳的活性，起到催化作用。
3、低位发热量的影响
煤的发热量是设计锅炉时的一个重要参数，也是反映煤粉燃烧好坏的一个重要指标，也是重要的质量指标，是影响煤的计价的重要指标。煤的发热量大小是影响燃烧稳定性的重要因素。燃煤发热量的降低将导致炉内温度水平降低。这对着火和燃尽都会带来不利影响。当燃料发热量降低到一定程度时，会引起燃烧不稳、火焰闪烁、灭火放炮、以至必须投油助燃，影响锅炉运行的经济性。据试验数据统计，燃煤的低位发热量每下降1MJ/g，发电煤耗约上升20g/（kw.h），厂用电率约上升0.5%。因此，从发电生产的安全稳定性和经济效益考虑，发电用煤应该有一定的质量要求。煤的发热量低，同样出力下灰量大大增加，可能加剧锅炉结渣，使烟气中含灰量增加，加剧了受热面的磨损和积灰，而积灰的增加使受热面传热热阻增加，影响传热效率，导致锅炉热损失增加。但如果发热量过高，使得燃烧区域的温度升高，灰就越容易达到软化和熔融状态，产生结渣的可能性增大。同时，煤中易挥发的物质气化也就越强烈，这也为结渣创造了更有利的条件。 4、煤质变化对烟气排放的影响
煤质变化影响电厂的环保性能，燃煤含硫量偏高，脱硫岛出力不能保证烟气中的二氧化硫达标排放相对较明显；由亍挥发份降低，尤其是低挥发份劣煤，为了确保燃烧稳定，改变了配风方式、提高了燃烧区域的温度水平，造成NOX升高；由亍煤质降低或波动较大，造成锅炉燃烧不稳，效率下降，最终也导致电厂污染物排放增加等。
5、危害锅炉运行
结焦会引起过热汽温升高，并导致过热汽温、再热汽温减温水开大，甚至会招致汽水管爆破；结焦会使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉；结焦会缩短锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机消耗电量增加；由于结焦往往是不均匀的，因而水冷壁结渣会对自然循环锅炉的水循环安全性和强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响。
三、适应煤质变化的对策及建议
1、从源头上改善燃煤品质从源头上改善燃煤质量，国家倡导动力锅炉多燃用劣质煤，在掺烧中煤时注意控制煤炭来源，对不明特性的新煤种做理化研究，以制定相应的燃用策略。提高燃煤入洗率，动力煤经过清洗工艺后，容易造成燃用后环境污染的不利因素可在很大程度上被去除，同时由于改善了煤粉的表面特性，也有利于提高燃烧效率和锅炉的经济效率。
2、经过试验得出挥发分含量越高，着火特性就越好，所需的着火温度越低，燃烧也越稳定。这是因为挥发分析出时会产生空隙，从而加大的反应面积，有利于燃烧，飞灰中的可燃物降低。随着挥发分含量的加大，燃煤中难燃的固定碳含量降低，从而更利于燃烧的进行。燃烧放出的热量多，更易于维持炉膛内温度。但当挥发分含量降低时，着火温度会随之提高，燃尽时间延长，燃烧变得不稳定，火焰中心上移，吸热面积减少，过热器热负荷加大，同时排烟温度升高，热损失加大。运行参数的调整对于挥发分含量较高的煤种，由于炉膛内高温核心上移，需要降低一次风量，同时加大二次风量。对于低挥发分煤种，则需要提高一次风量来增加供氧量，降低二次风量以保证燃烧的稳定性。针对煤粉颗粒大小，当碎煤系统无法更改时，当粒度较大时，应适当增加一次风量、减少二次风量来调整物料循环量，从而保证炉膛内的物料平衡。当燃煤的热值过大时，适当地降低给煤量即可，一、二次风量一般无需调整。当燃煤含水量过大时，应适当提高磨煤机入口温度，保证其出口温度正常，同时适量减小给煤量。当出现燃烧不稳定状况时，应及时投油稳燃。
3、建立健全煤质评价体系。系统地研究各煤种品质特性，在做掺烧时可方便的根据不同煤种的特性来进行配比。在保证电站运行的安全稳定性的同时，努力提高其经济性。
4、研究煤质预报方法，优化锅炉运行
针对目前我国电站锅炉燃煤质量與设计煤质不相符合的现状，国内应借鉴国外经验，大力研究开发煤质变化对电站锅炉影响的预报控制系统。该预报控制系统将定量评估煤质变化对锅炉运行和经济性的影响，为优化运行提供依据，并且根据适应该煤质的最佳工况自行或人工调节运行参数，从而取得较高的安全性和经济性。具体地讲，该系统应结合煤质在线测量装置，使电厂运行人员在煤进入锅炉燃烧前及时获得煤质情况和燃煤对锅炉影响的预测，并且指导运行人员根据这些预测结果重新设定有关参数，如调整运行工况和修改有关参数，使其与即将燃烧的煤种相适应，从而达到优化操作，提高锅炉运行安全性、经济性的目的。
参考文献：
[1]姚伟，韩立芳，薛宁，等.煤质变化对电站锅炉运行的影响[J].热力发电，2005，07：22