火电厂煤种的混配.docx

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火电厂煤种的混配

火电厂煤种的混配

配煤，就是燃料生产流通部门根据用户对煤质的要求，将若干种不同种类、不同性质的煤按照一定比例掺配加工而成的混合煤，它虽然具有掺配单煤的某些特征，但其综合性能已有所改变，实际上是人为加工而成的一个新的“煤种”。

动力配煤的基本原理就是利用各种煤在性质上的差异，相互“取长补短”，发挥各掺配煤种的优点，最终使配出的混合煤在综合性能上达到“最佳性能状态”以满足用户的要求。

火电厂煤种的混配就是在燃煤电厂输煤系统中，利用某些手段，使混配出的混煤性能能够满足锅炉设计要求。

一、配煤的意义

动力配煤技术作为较成熟易行的煤炭燃前加工技术之一，以其投资抵、效果显著而成为能够尽快投入使用的洁净煤技术之一。

它能够在煤炭入炉前，提高煤炭的品质。

其意义在于：

⑴人们可以对煤炭的燃烧行为加以预测及控制，使原来低品质的劣质燃煤变成优质燃煤，是原来高污染、高硫排放的煤不经任何添加剂，仅仅通过配煤就可以变成低污染、低硫排放的煤。

在动力配煤的配制过程中，也可以通过添加适当的高温固硫添加剂，从而大大减少燃用配煤所产生的二氧化硫排放量；同时，由于燃烧效率的提高，排放烟气中的未燃烬粉尘及其他有害成分也能够相应减少，减轻了环境污染，并可使企业免支或少支二氧化硫排放费。

⑵使原来易结渣的煤变成不易结渣的煤，降低锅炉事故率；同时提高锅炉效率，节约大量煤炭。

我国燃煤锅炉热效率之所以低，最主要的原因是实际燃用的煤炭与锅炉设计使用的煤炭不一致，各种煤种之间燃烧性能相差甚远，煤质与炉型严重脱节。

特别是近几十年以来，随着国家煤炭政策的逐步开放，这种现象越来越严重。

过去一直采用的是以“炉改”去适应煤炭，很多新锅炉刚安装完毕就得改造，国家每年需要投入大量资金对易结渣、超温、磨损等问题锅炉进行改造。

当然改炉可以使炉型适应煤质，效果也相当明显，但“削足适履”，锅炉仍然不能适应煤种新的变化。

生产和使用动力配煤，以煤适炉，将多品种煤混合配置成接近锅炉设计煤质，然后送入锅炉中燃烧，既可以节约大量改炉费用，又可以提高锅炉效率，节约大量煤炭。

⑶提高劣质煤的利用率，充分利用当地煤炭资源。

长期以来，国家有关政策一直鼓励企业燃用当地煤。

但由于很多地方煤炭资源的质量较差，属于劣质煤，企业使用的积极性不高。

动力配煤的推广使用可以有效的改变这种情况，它能够使用户经过配煤得到质量稳定的煤炭，改善着火稳定性，提高燃烧效率。

同时又减少流通运输费用，是煤炭得到合理利用，提高流通效益。

⑷随着供用电矛盾的缓解，电网调峰任务日趋繁重，大量机组较长时间在低负荷下运行。

为了保证锅炉低负荷燃烧稳定，也需要进行煤种的混配。

⑸燃料费用占火电厂成本的比重高达70%左右，随着市场经济的深化改革，煤炭市场的开放，电厂在保证安全、经济运行的基础上，可以同时选择几个品种煤掺配燃烧，以降低燃料费用。

二、混配的约束条件

为了保证锅炉的安全性、经济性的需要，对混配煤的煤质提出一定的约束条件。

假设有n种煤，各煤的配比分别为χ1、χ2、χ3、…、χn,则首先应满足下列两个约束条件。

χ1+χ2+χ3+…+χn=1

χ1≥0,χ2≥0,χ3≥0,…,χn≥0

其他约束条件根据需要从以下几项煤质指标中选择。

1、挥发分

挥发分含量越高的煤，着火性能越好，燃烧稳定，飞灰可燃物越少；对于挥发分很少的无烟煤，焦炭很难燃尽，飞灰可燃物含量高，机械不完全燃烧热损失大。

挥发分是评价配煤的首要条件，是衡量燃煤着火难易程度的重要指标；挥发分对着火温度、着火速度都有明显的影响。

入炉煤挥发分变化太大时，空气过剩系数、热风温度、煤粉细度都要发生相应变化，给燃烧调整带来很大不便。

对于一台煤粉炉，其挥发分的适应范围很窄，挥发分不能小于某个下限值Vdaf,min,以维持低负荷燃烧的稳定性和经济性；挥发分也不能高于某个上限值Vdaf,max，以防止燃烧器喷口烧坏或引起其他事故。

因此混配煤时，挥发分有两个约束条件，即

χ1V1+χ2V2+χ3V3+…+χnVn≥Vdaf,min

χ1V1+χ2V2+χ3V3+…+χnVn≤Vdaf,max

2、发热量

发热量，是表征煤质的综合性指标，是燃煤的最重要的性能指标。

发热量低，锅炉燃烧不稳，机械不完全燃烧和排烟热损失增大，磨煤机电耗增大，因此发热量有个最低限值Qnet,armin。

χ1Qnet,ar1+χ2Qnet,ar2+χ3Qnet,ar3+…+χnQnet,arn≥Qnet,armin

3、灰分

煤中灰分含量增加，火焰传播速度减缓，着火推迟，燃烧稳定性差；灰分含量增加，也会使焦炭燃尽程度变差，灰渣物理热损失增加；灰分含量增加，还会引起受热面污染和磨损增加，因此灰分有个最高限制Aarmax。

χ1Aar1+χ2Aar2+χ3Aar3+…+χnAarn≤Aarmax

4、水分

水分增加，煤的热量还有一部分将消耗在水分的蒸发和过热上，是炉膛燃烧温度水平降低，导致燃烧稳定性变差，减少煤粉的燃尽程度；水分增加还会引起输煤设备堵塞，因此水分就有个最高限值Marmax。

χ1Mar1+χ2Mar2+χ3Mar3+…+χnMarn≤Marmax

5、硫分

煤中硫分虽然是可燃物，但是硫份含量过高，会引起空气预热器腐蚀和堵灰同时还会引起环境污染恶化，因此硫份有个最高限值Sarmax。

χ1Sar1+χ2Sar2+χ3Sar3+…+χnSarn≤Sarmax

6、灰熔点

灰熔点是煤质是否容易结渣的指标，对锅炉的安全经济运行有重大的影响；特别要注意的是，混煤灰熔点不是单煤指标的简单线性函数关系，混煤的结果有可能使灰熔点降低很多，这一点在配煤时必须充分考虑。

三、混配比例

对于多煤种混合，首先查看含硫份、水分、挥发分、灰分和热量，这几种指标哪几项偏离设计值太大，哪项指标是我们混配后需要满足要求的，例如我们主要关心挥发分、灰分，此时应采取下列步骤计算。

列出混配后指标方程式，即

χ1V1+χ2V2+χ3V3+…+χnVn=V设计值

χ1A1+χ2A2+χ3A3+…+χnAn=A设计值

χ1M1+χ2M2+χ3M3+…+χnMn=M设计值

χ1S1+χ2S2+χ3S3+…+χnSn=S设计值

χ1+χ2+χ3+…+χn=1

式中V1、V2、V3、…、Vn--各煤种的平均干燥无灰基挥发分，%；

A1、A2、A3、…、An--各煤种的平均空气干燥基灰分，%；

M1、M2、M3、…、Mn--各煤种的平均空气干燥基水分，%；

S1、S2、S3、…、Sn--各煤种的平均空气干燥基硫分，%；

χ1、χ2、χ3、…χn--各煤种的混合比例，%；

如果是两种煤混配，就要从中选取两个方程式分别与

χ1+χ2=1组成方组，解这个方程组，得到两组解。

如果是三种煤混配，就要选三个方程式分别与χ1+χ2+χ3=1组成方组，解这个方程组，得到三组解

这些解都是有效解，但是究竟以哪组解为最优呢？

判断方法是首先将所得到的全部有效解带入下列公式。

⑴混配后平均收到基低位发热量ΣQ（kJ/kg）

ΣQ=Q1χ1+Q2χ2+Q3χ3+…+Qnχn

式中Q1、Q1、Q1、…、Qn--各煤种的平均低位发热量，kJ/kg。

从中选择使ΣQ在（0-0.05）Q设计值≤ΣQ≤（0+0.05）Q设计值

范围内的解。

⑵混配后原煤平均单价ΣY（元/t）：

ΣY=Y1χ1+Y2χ2+Y3χ3+…+Ynχn

式中Y1、Y2、Y3…Yn—各煤种的平均单价，元/t。

⑶混合后标准煤单价ΣYB（元/t）：

ΣYB=

经过计算后，ΣYB最小者，为最优配比。

实际上⑵、⑶步就是比质比价方法的应用。

例如某厂1号煤干燥无灰基挥发分V1=28%，空气干燥基灰分A1=15%，水分M1=6%，低位发热量27000kJ/kg，天然煤单价180元/t；2号煤干燥无灰基挥发分V2=18%，空气干燥基灰分A2=27%，水分M2=8%，低位发热量16000kJ/kg，天然煤单价120元/t。

燃煤设计参数为：

干燥无灰基挥发分V3=24%,空气干燥基灰分A3=20%，水分M3=8%，低位发热量22000kJ/kg,求其混配比。

解首先解方程组：

χ128%+χ218%=24%

χ1+χ2=1

得χ1=0.6、χ2=0.4

分别代入ΣQ=Q1χ1+Q2χ2=0.6×27000+0.4×16000=22600（kJ/kg）

ΣY=Y1χ1+Y2χ2=0.6×180+0.4×120=156（元/t）

ΣYB=

=

=202.30（元/t）

再求方程解组：

χ115%+χ227%=20%

χ1+χ2=1

得χ1=0.58、χ2=0.42

分别代入ΣQ=Q1χ1+Q2χ2=0.58×27000+0.42×16000=22380（kJ/kg）ΣY=Y1χ1+Y2χ2=0.58×180+0.42×120=154.8（元/t）

ΣYB=

=

=202.72（元/t）

由于202.72元/t＞202.3元/t，显然χ1=0.6、χ2=0.4是最优配比。

四、配煤方法

1、国外配煤方法

在配煤技术方面，国外配煤一般采用仓混式、带混式或采用炉内直接混合等形式，并且已经发展到依靠配煤理论、运用计算机指导煤场和电厂的动力配煤。

计算及优化配煤运行是一种应付当今火电厂燃煤频繁变更，控制入炉煤煤质的重要手段，可以有效的控制入炉煤质，保证锅炉的稳定运行，减轻锅炉受热面结渣、积灰、腐蚀和磨损。

例如美国Praxic公司于20世纪90年代中期开发的电厂优化配煤系统（CBAS），已经用于美国和加拿大的部分电厂，根据Praxic公司的最新系统分析显示：

美国Pennsylvania电厂在使用了CBAS系统后，一改往日只使用固定煤种的情况，采用多煤种的配煤燃烧，仅此一项每年可节约2,000,000美元。

肯塔基州电厂在使用了CBAS系统后，通过配煤燃烧，增加了廉价煤的使用量，降低了成本，同时降低了SO2和NOx的排放，全年总计节约1,000,000美元。

2、国内配煤途径

我国按锅炉台数或容量统计，实际燃煤与设计煤种不符合的占60%以上，许多燃煤锅炉主动或被动地燃用混煤。

由此引起许多锅炉燃烧方面的问题，诸如结渣、腐蚀、磨损、燃烧效率低等，甚至出现由于混煤不当而造成的燃烧不稳定、结渣停炉等事故，严重的影响了电厂的安全和经济性。

按我国的国情，要从根本上解决煤质变差的问题，使锅炉燃用设计煤种存在很大困难。

而采用不同煤种掺配燃烧是解决锅炉煤质适应性的一个行之有效的办法。

燃煤火电厂的配煤途径包括两种途径。

一种是煤炭生产销售企业生产混煤，如市场上广泛存在的大同混煤；另一种途径是在发电厂内部混煤，由于发电企业众多，锅炉设计煤种差异很大，很难由少数煤炭生产销售企业提供各种品质的发电混煤，因此发电厂针对自身锅炉特点进行配煤更为切合实际，这种需求在煤炭市场短缺时更为突出。

国内有很多发电厂针对自身锅炉燃用煤种与设计煤种不符的矛盾突出而采用了混煤方案。

浙江大学、东南大学、华中理工大学、南京大陆公司等单位针对电厂混煤技术进行了专门的研究和开发，北仑电厂、南京华能、谏壁电厂、江苏利港电厂等一些大型电厂在混煤技术方面积累了一定的经验。

配煤掺烧对电厂的效益十分明显，掺烧的的煤种通常比原有煤种价格低30～50元，2台300MW机组一年可以增加千万元以上的效益。

3、配煤的机械实现方式

电厂配煤不同于动力配煤场，不必要添置大量的专门设备建设全新的配煤生产线。

同时电厂配煤的指标要求也与动力配煤场有很大差别，火电厂配煤煤种相对较少，配比控制范围相对宽松，混煤的均匀度要求也相对较低一些，这都与电厂用煤的特点、现场条件和投入等多方面因素有关。

⑴堆混。

堆混需要足够的场地、大型堆料机械，特别是堆混的方法操作比较复杂，对操作工的技术要求很高，消耗动力大，堆混时间长。

但堆混也可以遵循简单的操作，这就是利用铲车等大型机械进行简单的堆混，这种情况比较常见，这是国内电厂目前最常应用的方法，但主要是针对临时性的混配需要，特别是混配数量有限时经常采用，不太可能对大量煤进行长期性的混配，因为这样的工作量太大。

⑵抓斗混。

此法只适用于设有门式抓煤设施的电厂，各煤种的抓斗数量依据预定的混配比确定。

如甲、乙两种煤混合，确定其比例为2:

1，则应抓一斗甲煤，抓两斗乙煤，混合均匀后，再用抓斗转移到专业煤场备用。

⑶皮带混。

在上煤过程中，用两套输煤设备，按所需的比例，分别取两种煤，在下一级输煤皮带上汇合，进入原煤斗之前将煤混配好。

这是最实际可行的、经济灵活的方法。

混合常利用进入煤斗前的各个自然流通环节实现混煤，也可专门改造，设置混合装置。

⑷挡板混。

通过调整煤斗挡板开度，来调节输煤皮带的出力，从而达到该煤种单位时间内的预定送煤量，如甲、乙两煤种需按1:

3混配，则预先分别调节好甲、乙两煤斗挡板开度，使其皮带输煤量为1:

3，以达到预定的配煤比，也是目前常见的方法之一。

⑸自动配煤。

国外已推广一种自动配煤系统（如CBAS系统），国内许多单位也开发了此类系统。

自动配煤系统主要由计量料斗、煤质在线检测装置、电气控制和若干输煤皮带组成。

在配煤过程中，可依据煤质在线检测装置测量的煤质参数调节料斗给煤速度，已达到预先选定的煤质要求，该系统配煤均匀性好，配煤质量高。

五、配煤试验的研究结论

1、中国电力科技研究院曾对华东地区常用的10个煤种按3种煤种组分以不同比例配置后的混煤，进行了挥发分、发热量、着火特性、燃烧特性、结渣特性及污染物排放特性进行了系统的试验研究。

他们分别对试验煤种及三组分混煤进行工业分析和发热量测定，然后用单煤种挥发分、发热量分析数据按混煤的掺混比例计算出其加权平均挥发分V'ad和发热量Q'net，ad,做出实测值与计算值的关系曲线，发现实测值与计算值虽有一定差异，但具有良好的线性关系，经回归计算，其线性关系式为

Vad=1.0899V'ad-3.10

Qnet，ad=0.9460Q'net，ad+2166

式中Vad--混煤实测的空气干燥基挥发分，%；

Qnet，ad--混煤实测的空气干燥基低位发热量，kJ/kg;

V'ad--混煤计算的空气干燥基挥发分，%；

Q'net，ad--混煤计算的的空气干燥基低位发热量，kJ/kg。

⑴挥发分。

试验表明混煤的实际挥发分小于按单煤种加权平均计算的挥发分。

挥发分低的煤种比例越大，混煤的实际挥发分减少越多，也就是说，配煤不当会使混煤实际的挥发分部分的减少，造成着火困难，燃烧不稳定。

⑵发热量。

不同煤质按各种比例混合后，实测空气干燥基低位发热量要比按加权平均计算的发热量大一些，其增加的值随发热量的降低而增大。

在相同的燃烧情况下，可以提高燃尽度，所以配煤具有节能的效果。

⑶着火特性。

煤的固定碳与挥发份的比值称为燃料比，它是判断煤的燃烧性能的指标，燃料比越小，说明煤的固定碳含量越低，煤的着火越容易，燃烧性能越好。

一般认为燃料比（FC/Vad）<4.0时，煤的着火性能越好，易燃；（FC/Vad）<9.0时难燃；4≤（FC/Vad）≤9时煤的着火和燃尽度属于中等。

着火性能与燃料比有直接的关系，混煤的着火温度ti与燃料比的回归关系为

ti=33.24×（FC/Vad）+439.7℃

组分煤种的燃料比小且比例接近时，则混煤的着火较为容易；组分煤种的燃料比大的煤种掺量过多，则混煤对着火不利。

⑷混煤SO2排放特性。

实验证明混煤中实测硫含量与惨配单煤硫分加权平均计算的硫分具有较好的相关性，通过在高硫煤中掺配低硫煤，能降低SO2的排放量。