基于工业分析预测燃煤电厂煤质发热量方法探讨

高湘彬

摘要：分析了燃煤电厂煤质发生波动时对锅炉设备及燃烧的影响， 出了具有可操作性的对策和配煤时应注意的要点。

关键词：工业分析预测;燃煤电厂煤质发热量

1. 煤质波动带来的影响

1.1 煤质变化对锅炉效率的影响

锅炉效率与煤质及运行条件有关，但主要取决于煤质。煤质是设计电厂锅炉的基础，锅炉只有在燃用接近设计煤种时，才能取得较好效益，大范围改变煤种，其运行特性也将发生较大变化。比如：燃用煤质水分小于设计值较多时，应就水分变化对锅炉效率的影响进行修正，因为水分降低直观上使排烟损失降低 （不考虑其它因素），但实际上水分降低使制粉系统用热风量减少，调温风掺入较多， 在相同炉膛出口过剩空气系数下，通过空气预热器风量减少，使排烟温度升高，降低了锅炉效率。

1.2 煤质变化对制粉系统的影响

煤质（发热量、可磨性指数、水分等）发生变化时，磨煤机出力、煤粉细度、磨煤功耗、磨煤机磨损件寿命等也将相应发生变化，当发热量降低（可磨性系数不变）时，为保证锅炉出力不变，磨煤机出力就要增加，制粉风量增大，使得煤粉变粗，加大了磨煤机部件的磨损。

1.3 煤质变化对空气预热器的影响

煤灰的黏附性增高会降低空气预热器的传热效率，使排烟温度升高，导致热损失增加并降低锅炉效率。煤质含硫量增加，会使酸露点温度降低，将可能加速空气预热器的低温腐蚀速度。

1.4 煤质变化对锅炉受热面黏污的影响

受热面黏污与煤灰的酸碱比、熔渣黏度、含铁百分比、灰熔融温度、煤的烧结强度和含钠量有关。煤种变化会引起各受热面黏污偏离设计状态，从而导致吸热量分配的变化。

1.5 煤质变化对锅炉受热面结渣的影响

结渣除与炉内空气动力场、温度水平等有密切关系，更与煤灰的熔融性温度、黏污性等有关，实践表明，低灰熔融性煤种是导致炉膛和受热面结渣的主要原因。

1.6 煤质变化对锅炉受热面磨损的影响

锅炉受热面的磨损与灰的特性、温度、烟气流速和灰量有关。低灰分且坚硬物含量较少的煤种可选用高烟气流速，也无需采用防磨措施，如将该锅炉改为燃用高灰分且灰中坚硬物质含量较多的煤时，烟气通道中灰量增加，同时对于多灰的煤为了燃烧完全又需增大供风量，使烟速提高，将使受热面磨损加快。

1.7 煤质变化对其它设备的影响

煤质改变将影响进入除尘器的飞灰量和除尘器运行中的烟气环境，煤质改变使锅炉排烟温度升高较多时，会改变进入除尘器的烟气流量和灰的比电阻值，从而影响除尘器性能和引风机出力，如引风机的容量已达极限值，就必须更或改进风机;有些煤质变化对除尘器的影响通过在运行中改变振打和静电电压，可以基本消除，但也有些电厂因煤质变化而使除尘器效率降低。

2. 试验结果及分析

2.1 水分的分析

2.1.1 水分的分布

水分是衡量煤炭质量及使用价值的基本指标。在锅炉设计与工况调整、应用标准煤样校准仪器、基准换算、判别煤种和分析燃烧特性时，均离不开空气干燥基水分 Mad （简称空干基水分）的测定。因此要严格遵循国家标准方法准确测定空干基水分空干基水分是實验室内一般分析煤样与周围空气湿度达到平衡时所含有的水分，试样粒度小于0.2 mm。研究样本的空干基水分直方图及正态曲线。空干基水分近似正态分布，这为统计方法的选择奠定了基础。 数据集中在 0.00%～4.00% 。峰的高度超过正态峰高，右侧拖尾，表明有部分空干基水分较高的褐煤样品。

一般说来，水分随煤变质程度加深而减少，可据此大致判别煤种。根据经验数值，绘制饼图可以大致看出煤种比例。可以发现 1891 个样品中主要是烟煤和无烟煤，褐煤比例较小。国家标准 GB/T212 — 2008 中水分测定方法 B 空气干燥法可以运用于绝大部分试样。但是褐煤的变质程度浅，易受空气氧化，含水量高。为了进一步提高水分检测准确度，尤其是对于褐煤水分的测定，还是应该加强国家标准方法 A 即通氮干燥法和微波干燥法的运用。 如果积累足量数据，也可以在通氮干燥法和空气干燥法之间建立回归方程，对空气干燥法测得的褐煤水分值进行校正。

2.1.2 水分与发热量的相关分析

水分是不可燃组分，理论上应与发热量负相关，对两者进行相关分析，有效数据对为 217 个，双侧显著性检验结果证明（ p>0.05 ），两者相关不显著。由此，可以初步判断：空干基水分与空干基高位发热量的数值变动方向没有规律性。

2.2 灰分的分析

2.2.1 灰分的分布

灰分是评价煤质的重要指标，直接关系到煤的使用价值和买卖双方的经济利益。灰分高，热值相对就低，碎煤、制粉、送风、排风、除灰、排灰的能耗大大增加，且影响锅炉运行。将空干基换算成干基，通过直方图，可以更清楚地看到灰分分布状况因为数据相对离散，中值 31.61% 和众数 32.33%更能反映数据的集中趋势。按干基灰分 0.00%～15.00% ， 15%～40% ， 40%～90% 划分煤样， 绘制条形图。可见，干基灰分在 15%～40% 的样品占大多数，高灰分样品和低灰分的样本数量较少。为保证锅炉安全经济运行，电厂不宜选用灰分高于 40% 的劣质煤，也不宜使用灰分低于 15% 而价格高的精煤，宜根据锅炉设计煤质，合理配置。随着煤炭资源的日益枯竭，如何利用劣质煤和褐煤，应受到更多重视。

2.2.2 灰分与发热量的相关分析

灰分是不可燃物，理论上应与发热量成负相关。排除水分影响，对干基灰分和干基高位发热量进行双变量相关分析，有效数据对为 217 个，双侧显著性检验结果证明（ p<0.01 ），两者呈显著负相关，灰分与发热量 Pearson 相关系数为 -0.910 。由此，可以初步判断：干基灰分越大，干基高位发热量越低。

2.3 挥发分的分析

2.3.1 挥发分的分布

挥发分产率由煤的变质程度决定，是判别煤种及其类别的主要依据，对炉内的燃烧稳定性至关重要。因此，锅炉设计、调试试验、热力计算中，均需提供挥发分数值。将空干基挥发分 V ad 换算成干基挥发分 V d 绘制样本直方图。数据成左右双峰状态，分别出现在11% 和 26% 左右。为方便进行统计运算，从 15.60%处将数据拆分，

2.3.2 挥发分与发热量的相关分析

挥发分与燃烧关系密切。将干基挥发分的左右两峰分离后，对干基挥发分和干基高位发热量进行双变量相关分析当然，这并不意味着挥发分越高越好。挥发分过高，炉内火焰中心逼近喷燃器，可能烧坏喷燃器或者造成水冷壁受热不均匀。煤粉阴燃温度随挥发分增高而降低，即挥发分高，则堆积煤粉容易着火自燃。电厂供煤尽可能选择挥发分与锅炉设计相匹配的煤种。

3. 结语

通过定性分析燃煤电厂在发生煤质变差或者煤质波动较大时给锅炉机组的设备及燃烧带来的安全性与经济性方面的影响，提出了几个重点的可具操作性的应对措施。对于不能使用设计煤种的电厂，建议采用混配煤技术，但同时也指出了混配煤过程中需要注意的几个要点问题。

参考文献：

[1]刘戈柳，宋伟峰，桂三元，朱天宇，陈金楷.燃煤电厂库存量优化模型及应用[J].能源与环境，2019（01）：101-103+109.

[2]贺江南.基于SPSS软件的淮南煤发热量计算数学模型研究[J].煤质技术，2019，34（01）：34-36.

[3]曹宏芳，付忠广，齐敏芳.PSO-SVM软测量方法在火电厂煤质发热量测量中的应用[J].热能动力工程，2014，29（06）：731-735+764-765.

[4]李莉.电厂用煤元素组成与发热量的数值关系研究[J].山东电力技术，2014（01）：57-62.