煤質(zhì)對(duì)電廠鍋爐運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性的影響研究
煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的固體可燃性礦物。是一種固體可燃有機(jī)巖，主要由植物遺體經(jīng)生物化學(xué)作用，埋藏后再經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成，俗稱煤炭。煤炭被人們譽(yù)為黑色的金子，工業(yè)的食糧，它是十八世紀(jì)以來(lái)人類世界使用的主要能源之一。
摘要：煤質(zhì)的變化情況會(huì)直接影響電廠鍋爐運(yùn)行燃燒效率，影響電廠鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，要想實(shí)現(xiàn)電廠考核運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，需要分析煤質(zhì)對(duì)其的影響。煤的種類會(huì)很大程度影響鍋爐燃燒的受熱、結(jié)構(gòu)、安全性、經(jīng)濟(jì)性，因此需控制不同煤質(zhì)，以便于提高燃燒效率。文章分析了電廠鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀、煤質(zhì)變化對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響，并提出了解決建議。
關(guān)鍵詞：煤質(zhì);經(jīng)濟(jì)性;燃燒效率;煤炭資源;電廠鍋爐運(yùn)行
國(guó)家的一次能源實(shí)際上就是指煤炭，由于煤炭資源消耗量日益增加，使得價(jià)格不斷增加、市場(chǎng)越來(lái)越緊張，促使現(xiàn)階段燃煤市場(chǎng)普遍存在使用混煤的問(wèn)題：一是電廠被動(dòng)應(yīng)用混煤。生產(chǎn)煤炭的部門利用不同的摻和方式來(lái)不斷滿足實(shí)際需求，改變劣質(zhì)煤自身特點(diǎn)，降低煤價(jià);二是為了保證電廠可以穩(wěn)定、安全地降低成本，改善煤質(zhì)特性也是混煤的主要原因。依據(jù)特定煤種合理設(shè)計(jì)燃煤電廠鍋爐，設(shè)計(jì)煤種的差異，導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)、不同爐型、不同燃燒器以及運(yùn)行后的方式也不相同。電廠鍋爐運(yùn)行的過(guò)程中，煤質(zhì)變化會(huì)在一定程度上影響安全性和經(jīng)濟(jì)性，所以需要不斷分析煤質(zhì)對(duì)電廠鍋爐運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性的影響。
一、燃煤電廠鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀分析
電廠鍋爐能否正常運(yùn)行是保證電廠運(yùn)營(yíng)產(chǎn)能和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，電廠鍋爐運(yùn)行的過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)視，保證正常的汽包水位、爐膛壓力和主汽參數(shù)，需要具有一致的機(jī)組負(fù)荷和鍋爐蒸發(fā)量。
1.1 爐膛結(jié)渣分析
在設(shè)計(jì)大型燃煤電廠鍋爐的時(shí)候，需要合理分析燃煤的種類，依據(jù)業(yè)主所提供的煤種，來(lái)當(dāng)作設(shè)計(jì)燃燒器和鍋爐爐膛的重要選型參數(shù)。設(shè)計(jì)相關(guān)人員需要切實(shí)掌握好燃煤煤種特性和著火燃盡性，在設(shè)計(jì)鍋爐爐膛的時(shí)候，例如，在選擇爐膛斷面熱負(fù)荷、爐膛的容積熱負(fù)荷、爐膛火焰高度、燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷等相關(guān)參數(shù)的時(shí)候，需要保證有一定的可靠性。如果爐膛容積、水冷壁面積、爐膛橫截面積等設(shè)計(jì)參數(shù)選用過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)渣問(wèn)題。在電廠鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，影響爐膛結(jié)渣的原因就是燃煤特性和種類。一般情況下，電廠鍋爐燃煤都不能完全滿足設(shè)計(jì)的實(shí)際規(guī)范需求，在燃燒的過(guò)程中，判斷是否會(huì)形成結(jié)渣的最主要依據(jù)是灰的熔融性，利用鍋爐運(yùn)行過(guò)程中灰成分和還原性氣氛強(qiáng)弱來(lái)決定灰熔點(diǎn)的高低，如果具有比較低的灰熔點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的結(jié)渣問(wèn)題。
1.2 氮氧化物的.排放分析
隨著人們生活水平的不斷提高，使得人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，國(guó)家不斷提高治理空氣的力度，制定更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，所以需要合理分析電廠燃煤鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀，績(jī)效考核的基本規(guī)范就是監(jiān)控氮氧化物的排放。在燃燒燃煤的時(shí)候，高溫的情況下，氨會(huì)與氧氣發(fā)生一定反應(yīng)，形成氮氧化物，主要包括二氧化氮、一氧化氮，90%以上都是一氧化氮，在低溫情況下，一氧化氮會(huì)由于空氣中的氧化作用形成二氧化氮。在上述反應(yīng)過(guò)程中，溫度會(huì)具有一定的影響，因此降低氮氧化物的主要方式就是降低在鍋爐燃燒中煙氣停留在高溫區(qū)域的時(shí)間和降低煙氣溫度，不斷分析低碳燃燒技術(shù)，主要包括爐內(nèi)還原及再燃技術(shù)、空氣分級(jí)技術(shù)、低氮燃燒器技術(shù)等，可以很好地解決上述排放氮氧化物的問(wèn)題，以便于能夠保證排放氮氧化物的質(zhì)量和濃度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 混煤燃燒分析
電廠燃煤鍋爐是煤炭資源消耗大戶，為了能夠有效降低成本、增加能源的利用率，需要依據(jù)燃燒分子結(jié)構(gòu)和性能來(lái)劃分不同煤種，然后依據(jù)相應(yīng)比例進(jìn)行混合，最后進(jìn)行加工生產(chǎn)，然后形成具有一定運(yùn)行效率的混合煤，不但可以緩解目前緊缺煤炭資源的問(wèn)題，也可以充分滿足實(shí)際供電需求。但是在使用混合煤的時(shí)候，會(huì)具有一定的問(wèn)題和不足，由于混合煤沒(méi)有設(shè)計(jì)好燃燒性能以及單種煤性能，因此需要不斷克服摻燒技術(shù)的不足，例如燃燒穩(wěn)定性、不易著火等問(wèn)題，需要合理匹配鍋爐和燃盡量，并且保證能夠合理地解決爐膛負(fù)壓波動(dòng)和風(fēng)機(jī)點(diǎn)偏離的問(wèn)題。
二、不同煤種燃燒技術(shù)指標(biāo)
如表1所示是幾種不同煤質(zhì)的燃燒數(shù)據(jù)，從表1可以發(fā)現(xiàn)，燃燒性能最好的就是神混2號(hào)和伊泰神木煤;次之的是神華神木煤和神華配煤2號(hào)。燃燒熱效率接近93.6%的就是神華神木煤、伊泰神木煤、神混2號(hào)煤，其中相對(duì)較低的是神華配煤2號(hào)，大約具有93.4%的熱效率，主要含量就是灰分，導(dǎo)致不能充分燃燒。從低到高的供電耗能為：神混2號(hào)、神華神木煤、山西優(yōu)混煤(Vad1=29.1)、神華配煤2號(hào)、伊泰神木煤和山西優(yōu)混煤。
三、煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響
眾所周知，分析煤工業(yè)的時(shí)候，包括以下方面：揮發(fā)分、灰分、水分、硫分、發(fā)熱量以及固定碳。需要充分了解以及掌握上述因素對(duì)電廠鍋爐安全運(yùn)行的影響及意義。在設(shè)計(jì)鍋爐的時(shí)候，需要保證能夠具有最佳的熱效率，如果設(shè)計(jì)的時(shí)候具有偏離的鍋爐參數(shù)，會(huì)很大程度上影響燃燒的情況。
3.1 水分的影響
燃燒過(guò)程中如果具有水分，不僅會(huì)降低發(fā)熱量和可燃物質(zhì)的含量，還會(huì)由于氣化、蒸發(fā)等消耗大量熱量，促使降低爐膛內(nèi)部溫度，使得煤粉很難著火，具有比較大的排煙量，增加用電量，此外還會(huì)提高堵塞輸煤系統(tǒng)的概率。水分越高，會(huì)越容易導(dǎo)致倉(cāng)內(nèi)的煤形成板結(jié)，提高通風(fēng)阻力，從而降低爐內(nèi)溫度，擁有比較靠后的爐內(nèi)著火點(diǎn)，降低有效著火范圍，縮短燃燒時(shí)間，提高化學(xué)以及機(jī)械的不完善損失，還會(huì)提高煙氣量，使得不斷提高煙熱的損失，減少熱效率，提高引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，為腐蝕和低溫受熱提供一定基礎(chǔ)和保證。
3.2 揮發(fā)分的影響
在燃燒煤的過(guò)程中，最重要的指標(biāo)就是揮發(fā)分，在比較低溫度的情況下，揮發(fā)分會(huì)燃燒和析出，并且隨著不斷燃燒放熱，促使快速增加焦碳粒溫度，為燃燒以及著火提供了依據(jù)和保障，此外，析出揮發(fā)分會(huì)提高內(nèi)部焦炭孔隙以及外部反應(yīng)面積，可以在一定程度上增加燃燒焦炭的速度。具有越高的揮發(fā)分，就會(huì)越容易燃燒煤，也就擁有越高的燃燒效果，提前煤粉著火點(diǎn)，下移火焰中心，對(duì)于鍋爐吸收熱具有一定作用，還可以不斷減少炮眼溫度，對(duì)于降低發(fā)電耗能和提高熱效率具有很大作用。
3.3 灰分的影響
在燃燒過(guò)程中，燃料灰分不僅不會(huì)釋放出相應(yīng)的熱量，還會(huì)不斷吸收熱量，所以具有越大的灰分含量，就存在越低的發(fā)熱量，使得延遲著火和著火困難，此外，還會(huì)明顯降低爐膛內(nèi)部燃燒溫度，降低煤的燃盡度，使得出現(xiàn)高的飛灰可燃物。如果具有比較大含量的灰分，灰分可能會(huì)包裹碳粒，降低碳粒表面燃燒速度，減少傳播火焰的速度，出現(xiàn)不良燃燒的問(wèn)題。煤提高1%的灰分，從理論上來(lái)說(shuō)，就會(huì)降低5℃的燃燒溫度，所以會(huì)使得發(fā)生困難著火、不良燃燒或者爆炸等問(wèn)題。
四、提高電廠鍋爐運(yùn)行效率的措施
4.1 做好燃煤的選擇
在設(shè)計(jì)電廠燃煤鍋爐的時(shí)候，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要以特定煤種為基礎(chǔ)，選擇不同種類的燃煤，設(shè)計(jì)鍋爐結(jié)構(gòu)、爐型就會(huì)不同，此外，還會(huì)具有不同的制粉系統(tǒng)、燃燒器、鍋爐運(yùn)行方式，所以，在選擇燃煤的時(shí)候，如果具有和設(shè)計(jì)不一致煤種的時(shí)候，會(huì)對(duì)鍋爐整體運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成影響，影響電廠燃煤運(yùn)行實(shí)際效率的主要原因就是燃煤的選擇。相關(guān)人員通過(guò)對(duì)電廠進(jìn)行實(shí)際燃燒實(shí)驗(yàn)，分析不同種類的燃燒的經(jīng)濟(jì)性、結(jié)渣特性、燃燒指標(biāo)、相對(duì)磨損性等，可以發(fā)現(xiàn)，最小燃盡性能的就是2號(hào)燃煤和伊泰神木煤;伊泰神木煤中存在一定的山西優(yōu)質(zhì)混煤，具有相對(duì)比較低含量的飛灰可燃物;對(duì)電廠鍋爐內(nèi)部具有最小相對(duì)磨損性的就是伊泰神木煤;摻燒或者單燒煤的時(shí)候，都具有比較輕微的對(duì)于屏式過(guò)熱器以及鍋爐水冷壁的結(jié)渣程度。綜合分析電廠燃煤鍋爐的實(shí)際負(fù)荷能力、運(yùn)行成本、飛灰利用狀態(tài)、維護(hù)成本、供電成本等因素，在選擇燃煤的時(shí)候，作為電廠主要的煤種需要優(yōu)先考慮山西優(yōu)混煤、伊泰神木煤、華神木煤、神華配煤。
4.2 提高鍋爐燃料燃燒的質(zhì)量
想要有效增加燃燒燃料的質(zhì)量，需要不斷分析和重視爐膛、煤種等，合理調(diào)節(jié)輸送二次風(fēng)和一次風(fēng)的情況，增加電廠燃煤鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率，如合理調(diào)節(jié)燃燒煤粉需要的過(guò)量空氣系數(shù)和空氣量，以便于可以增加燃燒燃煤的質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，在燃燒煤粉的時(shí)候主要應(yīng)用的是劣質(zhì)煤、無(wú)煙煤、貧煤等，其中最好的過(guò)量空氣系數(shù)α就是在1.2～1.25之間，燃用煙煤和褐煤的最好過(guò)量空氣系數(shù)就是在1.15～1.20之間。在運(yùn)行電廠鍋爐的時(shí)候，用來(lái)加熱和干燥煤粉的就是一次風(fēng)，為燃燒提供一定熱量，利用送風(fēng)機(jī)進(jìn)入到燃燒設(shè)備中用來(lái)吸高溫?zé)煔獾氖嵌物L(fēng)，此外，還可以為燃燒提供一定的氧氣，保證可以正常運(yùn)行。所以，需要有效地控制一、二次風(fēng)，合理控制出口溫度，不斷增加燃燒燃料的質(zhì)量，同時(shí)，需要選擇合理的煤種，一般小粒徑不能高于6mm的20%、大粒徑不能高于40mm的20%，上述方式可以在一定程度上增加燃燒效率。
五、結(jié)語(yǔ)
總而言之，研究煤質(zhì)對(duì)電廠鍋爐運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性影響，對(duì)于促進(jìn)電廠經(jīng)濟(jì)發(fā)展、安全運(yùn)行具有重要意義，分析煤質(zhì)情況，可以利用不同方式來(lái)控制不同煤種，充分提高燃燒效率，達(dá)到企業(yè)效益最大化的目的。
參考文獻(xiàn)：
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