劣质煤对煤粉锅炉运行的影响分析

张向前，安香菊

（同煤集团漳泽电力股份有限公司河津发电分公司，山西 运城 043300）

以煤炭为燃料的火力发电企业，煤炭质量对机组运行的可靠性、经济性影响较大。全国火力发电企业以煤炭为燃料的发电机组占较大比例，煤炭消耗量逐年增长，煤炭资源日趋紧张，煤炭价格不断攀升。电煤价格持续上涨，导致发电成本增加，为了降低煤炭价格，各发电企业在进煤时常常会掺配设计煤种以外的煤矸石、高硫分的无烟煤等，以降低燃料成本。煤质差、燃烧煤质与锅炉的设计煤质不同使锅炉燃烧不稳定，影响锅炉的安全稳定运行，增加输煤与制粉系统的磨损性。高硫煤使设备腐蚀加速，增加了厂用电率和降低了锅炉的燃烧效率，长期使用会增加电厂的运行维护及改造费用，降低电厂的长期经济效益。文章以300MW机组为例，掺烧高灰分劣质煤和高硫的无烟煤时对锅炉运行的影响进行分析。

1 锅炉煤质设计与实际煤质情况

1.1 300MW机组对煤质的设计要求

煤质是设计锅炉、制粉系统、电除尘器等主要设备的基础，不能随意混合各种煤炭进入锅炉燃烧。电厂使用的煤质确定之后，其主要设备的结构参数、选型和技术性能指标就随之确定。300MW燃煤机组煤质设计为烟煤中的原煤，使用煤的灰分一般为20%～30%，热值为17～21MJ/kg，干燥无灰基挥发分为20%～30%，全水分为6%～7%，全硫含量1.50%左右。

1.2 不同煤种的着火温度不同

由于煤的挥发分不同，在相同燃烧条件下，不同煤种的着火温度不同，如表1所示。

表1 不同煤种的着火温度 单位：℃

不同煤种的煤混合在一起，进入锅炉内燃烧时，由于着火温度不同，在设计好的锅炉内，不同品种的煤燃烧的位置就会发生变化，如褐煤在喷燃器入口开始燃烧，烟煤在炉膛内燃烧，无烟煤就会在过热器处燃烧。

1.3 锅炉实际运行时煤质情况

在实际入厂煤的进煤中，可能混合有煤泥、洗中煤、煤矸石、高硫的无烟煤等。2019年6月某电厂入厂煤煤质情况表如表2所示。由于煤矸石的灰分含量大，干燥无灰基挥发分的数据无实际意义，所以统计为空干基挥发分。

2019年6月某电厂入炉煤煤质如表3所示。

表2 2019年6月入厂煤煤质偏差情况表

表3 2019年6月入炉煤煤质

2 劣质煤对煤粉锅炉运行的影响

2.1 增大锅炉系统的磨损

煤在破碎过程中，对金属磨件产生一定的磨损作用。煤粉喷进炉膛对气氛管道、喷燃器壁等存在冲刷磨损，高硫的无烟煤与煤矸石都是煤中硬度很高的物质，如高岭土的莫氏硬度为2.5，方解石为3，白云石为3.5～4，磁铁矿为5.5～6，黄铁矿为6～6.5，石英为7[1]。煤中配置大量的矸石与高硫分的无烟煤，大大提高了煤的硬度，煤在破碎、制粉、运输过程中，对管道、磨煤机、喷燃器壁的冲刷作用增强，长期使用会造成管道的泄漏、磨煤机的磨损增大（钢球磨的钢球损耗增大）等。对设计好的煤粉锅炉，其煤粉输送管道、喷燃器壁、磨煤机等的使用寿命大大降低，影响机组的安全经济运行。

2.2 高硫煤加剧锅炉的腐蚀与结渣

煤中全硫含量对锅炉的腐蚀和结渣有很大的影响，对于煤粉锅炉，当St,d＜1.5%时，锅炉尾部受热面不会产生明显的堵灰与腐蚀；当含硫量达到1.5%～3.0%时，锅炉产生明显的堵灰与腐蚀；当St,d＞3.0时，就会出现严重的堵灰与腐蚀情况，会大大缩短空预器的寿命。

锅炉的结渣与煤中全硫的关系[1]：

式中：ω灰中碱性氧化物为灰中Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O的含量，%；ω灰中酸性氧化物为灰中SiO2、Al2O3及TiO2的含量，%；Rs为锅炉结渣指数。

当煤灰中的碱性氧化物与酸性氧化物一定时，结渣指数与煤中全硫含量成正比关系，即煤中全硫含量越高，锅炉结渣指数越高，锅炉越易结渣。尤其是高硫煤进入锅炉时由于掺配不均匀，煤中硫会集中在某一部位，造成锅炉管道结渣，长期运行会发生锅炉爆管。

2.3 煤粉锅炉燃烧时热量利用率降低

煤矸石、无烟煤与原煤混合制成煤粉后，进入炉膛内燃烧，由于不同煤种的煤着火温度不同，煤矸石、无烟煤及原煤在炉膛内的着火位置存在很大差异。原煤在炉膛的水冷壁位置正常燃烧，无烟煤由于挥发分较小，在风力作用下到过热器的位置才达到着火温度，使火焰上移，导致过热器蒸汽温度过高，增加减温水进行减温，锅炉内这部分的热量属于无用功。煤矸石的比重远远大于煤的比重，煤矸石进入锅炉后，它的干燥无灰基挥发分虽然比较高，但是由于灰分含量高达50%以上，干燥无灰基挥发分不能真实反映煤矸石的易燃情况。煤矸石在炉膛内着火燃烧开始时，煤粉已经开始下落进入炉膛底部，大部分的热量是炉膛外进行，煤粉中的热量也做了无用功，所以劣质的煤矸石与高硫无烟煤在煤粉锅炉内的热量有效利用率比较低。

2.4 劣质煤燃烧后灰分可燃物增加

在入厂煤中掺配大量的煤矸石和高硫无烟煤后，由于煤质的硬度增加，使磨煤机的出力降低，为了提高制粉量，增大一次风量，使磨煤机的煤粉粒度增大。煤粉进入锅炉后，煤粉粒度增大，在不调整锅炉运行的情况下，煤粉机械燃烧的效率会大大降低，致使煤灰中的含碳量成倍的增加[2]。如某电厂锅炉设计飞灰可燃物为3.2%，由于煤中掺烧大量煤矸石和无烟煤，煤灰中的飞灰可燃物达到9.9%甚至更高。

2.5 锅炉运行工作量及用电量增大

煤矸石与无烟煤在煤粉锅炉中燃烧时其热量的利用率低，为了满足机组运行的要求，在实际工作中，要增加煤量，会使输煤运行时间增加，磨煤机工作量增加，锅炉燃烧所需要的煤量增加，输送煤粉的风量也要增加。如果高灰分煤的掺烧比例达到15%，锅炉炉渣量也要增加，同时厂用电率也要增加，供电煤耗也升高了。

2.6 锅炉燃烧不稳定

锅炉的燃烧性能通常包括煤粉的着火稳定性、煤粒的燃尽性能、炉膛的结渣性能，在原煤中掺烧的煤矸石和高硫无烟煤比例增加，入炉煤在掺配过程中，掺配的均匀程度差，尤其是在煤源紧张、煤场存煤量较少的情况下，入炉煤掺配更加不均匀，在锅炉中煤矸石与无烟煤着火燃烧迟缓，会使锅炉燃烧不稳定，甚至发生灭火现象[3]。

3 对煤粉锅炉的煤质情况建议

锅炉设计是根据提供的煤质情况而定的，锅炉设计参数确定后，锅炉对煤质的要求基本就会确定。电厂运行经济性受煤价、煤耗指标、机组效率、设备维护费用、运行消耗材料费用以及相应管理费用的影响。燃用低品质煤可以带来短期的经济利益，而对于机组长期的运行情况，必然造成机组运行维护成本升高、能耗升高、设备改造费用增加，长期运行经济利益偏低。建议入厂煤进煤过程中，在锅炉设计煤种的基础上，灰分偏离设计值的±5%～±10%的范围内进行调整，而不应该掺配过度偏离设计的煤矸石和高硫无烟煤。