：961石寶權(quán)
大唐七臺河發(fā)電有限責(zé)任公司
[摘要]通過對煤質(zhì)與火電廠安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系的探討，明確煤質(zhì)對安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的影響，確定適合鍋爐燃用的入廠煤炭指標(biāo)。
[主題詞]煤質(zhì)安全生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系探討
火電廠以燃煤為主要生產(chǎn)原料，燃煤質(zhì)量的好壞直接影響到火電廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。安全生產(chǎn)是前提，沒有安全穩(wěn)定的生產(chǎn)，就談不上經(jīng)濟(jì)效益。在保證安全生產(chǎn)的前提下，應(yīng)考慮煤種、煤質(zhì)對火電廠經(jīng)濟(jì)效益的影響。
一、選擇適合煤種
每個(gè)火電廠都有設(shè)計(jì)燃用煤種，我國電站鍋爐設(shè)計(jì)選用煤種可分為五大類：即無煙煤、半無煙煤、中揮發(fā)份煙煤、高揮發(fā)份煙煤和褐煤。發(fā)電用煤質(zhì)量優(yōu)劣的判別，主要應(yīng)考慮其煤質(zhì)指標(biāo)與鍋爐原設(shè)計(jì)選用的煤種屬同一類別。
隨著煤炭市場日趨緊張，各火電廠適合燃用的煤種愈難足量采購，造成入廠燃煤煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)值，影響鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行和火電廠經(jīng)濟(jì)效益。在這種情況下，火電廠內(nèi)部應(yīng)加大燃煤混配力度，提高混配人力、物力投入，以保證入爐煤質(zhì)符合設(shè)計(jì)值。
長期的火電廠運(yùn)行實(shí)踐表明，對安全生產(chǎn)和鍋爐熱力工況影響較大的煤質(zhì)指標(biāo)有：干燥無灰基揮發(fā)份Vdaf、收到基灰分Aar、收到基水分Mar、干燥基全硫St,d、收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar、煤灰的熔融特性T、煤的可磨性系數(shù)等。
二、各項(xiàng)煤質(zhì)指標(biāo)對安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的影響
大唐七臺河發(fā)電公司鍋爐設(shè)計(jì)燃煤指標(biāo)如下：
| 序號
| 項(xiàng)目
| 符號
| 單位
| 上限
| 設(shè)計(jì)
| 下限
|
| 1
| 干燥無灰基揮發(fā)分
| Vdaf
|
| 29.25
| 22.51
| 21.63
|
| 2
| 收到基灰分
| Aar
|
| 30.72
| 35.37
| 40.07
|
| 3
| 收到基水分
| Mar
|
| 7.56
| 10.88
| 10.11
|
| 4
| 干燥基全硫
| St,d
|
| 0.21
| 0.24
| 0.25
|
| 5
| 收到基低位發(fā)熱量
| Qnet,ar
| MF/kg
| 20.952
| 18.148
| 16.634
|
| 6
| 灰
熔
點(diǎn)
| 變形溫度
| DT
| ℃
| 1280
| 1270
| 1260
|
| 軟化溫度
| ST
| ℃
| 1460
| 1540
| 1460
|
| 融化溫度
| FT
| ℃
| 1500
| 1540
| 1500
|
1、揮發(fā)分
揮發(fā)分表征了煤受熱時(shí)釋放出氣體和氣態(tài)產(chǎn)物的程度，是判別煤的著火、燃燒特性的首要指標(biāo)。揮發(fā)分的高低對煤炭的迅速著火，快速燃燒和鍋爐穩(wěn)定燃燒起著決定性作用，是鍋爐設(shè)計(jì)選型的主要參數(shù)。爐膛的尺寸大小，燃燒器的選型布置，燃燒、點(diǎn)火助燃系統(tǒng)，空氣預(yù)熱器大小，制粉形式和防爆措施都與其有關(guān)。
七臺河發(fā)電公司鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)的干燥無灰基揮發(fā)分上、下限分別為21.63和29.25，歷年來入廠、入爐煤揮發(fā)分均接近上限。入爐煤揮發(fā)分較高，可減少起停鍋爐、深度調(diào)峰和事故狀態(tài)下的助燃油投入，但揮發(fā)分高出設(shè)計(jì)上限時(shí)，由于煤種和揮發(fā)分比價(jià)的變化，將使燃煤價(jià)格升高，還可能造成鍋爐噴燃器噴口因噴出的煤粉著火距離過近而燒壞。揮發(fā)分過高時(shí)（如長焰煤），煤場存煤易自燃，也容易因積煤或積粉造成制粉系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng)發(fā)生爆炸。揮發(fā)分過低時(shí)，將造成煤粉在爐膛內(nèi)著火延后，鍋爐的飛灰可燃物和機(jī)械不完全熱損失加大，對鍋爐的效率產(chǎn)生較大的影響，從而影響火電廠的經(jīng)濟(jì)效益。
一般說來，揮發(fā)分偏高時(shí)，比較容易通過運(yùn)行調(diào)節(jié)來適應(yīng)，使鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，而向偏低方向變化時(shí)，則需要通過強(qiáng)化著火的措施，如用回流熱煙氣加熱一次風(fēng)混合物，提高混合物的初始溫度，促使入爐煤粉著火提前，以及提高煤粉細(xì)度等方法來穩(wěn)定燃燒。
2、灰分
灰分中所含元素多達(dá)60多種，主要是硅、鋁、鐵、鎂、鈉、鉀、硫、磷、鈦等，這些元素在灰中主要是以氧化物形態(tài)存在，極少數(shù)是以硫酸鹽的形態(tài)存在。
灰分對火電廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益影響很大，煤中灰分高直接影響到鍋爐的穩(wěn)定燃燒，使?fàn)t膛火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，推遲煤粉著火。由于煤中灰分高，使煤中可燃物成分減少，煤炭的發(fā)熱量降低，并且煤中礦物質(zhì)變成灰分時(shí)還要吸收熱量，所以煤中灰分越高，理論燃燒溫度越低，爐膛溫度下降幅度也越大，煤的燃燼度差，機(jī)械不完全熱損失增加，排灰量增大，灰渣熱損失隨之增大，受熱面的沾污和磨損增大，爐膛受熱面的沾污易引起爐膛結(jié)渣和過熱器超溫，威脅鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，尾部受熱面的沾污則會導(dǎo)致排煙溫度的顯著升高，降低鍋爐效率。
灰分增高，還將直接增加燃煤運(yùn)費(fèi)和廠內(nèi)輸送、制粉除灰等耗電量，增加設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，減少灰場使用年限。以七臺河發(fā)電公司設(shè)計(jì)煤種灰分上、下限30.72和40.07，年耗標(biāo)煤120萬噸為例，二者年耗用天然煤量相差43.5萬噸，即使用設(shè)計(jì)下限灰分的燃煤比使用設(shè)計(jì)上限灰分的燃煤，每年廠內(nèi)輸煤、制粉、除灰設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間將增加約550小時(shí)，灰場的使用年限將縮短64，鍋爐受熱面及尾部煙道的使用壽命也將縮短大大縮短。
3、水分
煤中的水分有三種：外在水分、內(nèi)在水分和化合水分。我們所稱的煤中水分一般是指外在水分，它存在于煤表面，主要是在采煤、運(yùn)輸和保管過程中附著于煤粒表面的外來水份，如雨水和地下水等。
煤中水分不能燃燒，煤中含水量越高，可燃燒物質(zhì)越少，發(fā)熱量越低，在燃燒過程中，煤中水分還要吸熱，使煤的有效熱能降低。要使煤中1kg水分蒸發(fā)，需要2500kj的熱量。故水分對爐膛理論燃燒溫度的影響比灰分更大。
進(jìn)入煤粉爐的煤粉早在制粉、送粉過程中經(jīng)過干燥處理，煤粉的表面水分已經(jīng)蒸發(fā)，所以煤的干濕對鍋爐熱力工況的影響，就煤粉爐而言主要反映在輸送和制粉過程中。
一般的煙煤，當(dāng)收到基水分Mar小于8時(shí)，設(shè)備運(yùn)行基本正常，當(dāng)Mar大于或等于8時(shí)，常會造成輸煤系統(tǒng)堵塞，同時(shí)造成磨煤機(jī)出力下降。
就黑龍江省而言，煤中水分也影響到冬季存煤的取用，即使冬季煤中水分小于8，在嚴(yán)寒季節(jié)也易造成原煤斗蓬煤，另外，入廠煤冬季水分大時(shí)，使凍車現(xiàn)象嚴(yán)重，影響接卸車進(jìn)度，增大解凍耗熱量。
4、硫分
煤中硫分大體可分為有機(jī)硫和無機(jī)硫兩種。有機(jī)硫一般由植物本體所生成，它均勻地分布在煤體里，燃燒時(shí)一部分變成氣體逸出，另一部分殘留在煤灰中。無機(jī)硫又分為兩種，一種是硫酸鹽中所含，不能燃燒，全部殘留在煤灰中，另一種是硫和金屬的化合物、能夠燃燒。1kg硫燃燒后可放出9.2MJ熱量，但它更多的是不利成份，因含硫而產(chǎn)生的SO2排污費(fèi)和對受熱面的腐蝕不是少量硫發(fā)熱量所能彌補(bǔ)的。
七臺河地區(qū)煤炭的含硫量約在0.20-0.25之間，屬于低硫煤，相對山東省袞州礦務(wù)局煤炭4.5左右的高含硫量而言，對設(shè)備的影響較小，不會使鍋爐尾部受熱面產(chǎn)生明顯的堵灰和腐蝕，涉及到每年交納的環(huán)保費(fèi)用也能控制在較低水平。
5、發(fā)熱量
火力發(fā)電廠就是利用燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成蒸汽熱能，再轉(zhuǎn)換成電能的工廠，煤的發(fā)熱量越高，轉(zhuǎn)換的熱能動(dòng)力越多。煤的發(fā)熱量分為高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量兩種，差別在于燃燒時(shí)形成的水蒸汽是否凝結(jié)成水，凝結(jié)成水時(shí)，煤炭放出的熱量稱為高位發(fā)熱量，不能凝結(jié)成水的放出的僅是低位發(fā)熱量。由于火電廠的鍋爐排煙溫度不會低于100℃，煙氣中的水蒸汽不會凝結(jié)成水而放出汽化潛熱，所以鍋爐所能利用的僅是煤的低位發(fā)熱量。
煤的發(fā)熱量是設(shè)計(jì)鍋爐的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，也是煤質(zhì)好壞的一個(gè)重要標(biāo)志。如果實(shí)際入爐煤的發(fā)熱量低于設(shè)計(jì)值，爐膛內(nèi)理論燃燒溫度必然降低，爐膛溫度水平下降，不利于煤粉的著火和燃燼，還會導(dǎo)致機(jī)械不完全燃燒和排煙損失的增加，使鍋爐效率下降。當(dāng)發(fā)熱量降到一定程度時(shí)，將引起燃燒不穩(wěn)，甚至滅火放炮，以致需要投油助燃。如果煤的發(fā)熱量降低，而入爐煤量不增加，將使蒸汽參數(shù)和蒸發(fā)量下降，如增加入爐給煤量，則使煙氣流量增加，各對流受熱面吸熱量增加，造成過熱汽溫升高，爐膛排煙溫度隨之增加。若增加鍋爐減溫水量，又會造成省煤器沸騰。反之，如果煤的發(fā)熱量高于設(shè)計(jì)值，爐膛溫度必然升高，煤灰大多軟化、熔融、容易造成爐膛結(jié)渣。
煤質(zhì)的好壞不能僅憑發(fā)熱量的高低來評價(jià)，而應(yīng)與揮發(fā)分高低綜合考慮。如果入爐煤的發(fā)熱量偏低，爐膛溫度水平低，但若該種煤的揮發(fā)分較高，逸出快、容易著火，同樣可以正常燃燒。反之，如果入爐煤的發(fā)熱量較高，爐膛溫度水平高，就能加快揮發(fā)分的逸出和著火，該種煤的揮發(fā)分偏低同樣不會造成著火延遲。
煤質(zhì)偏低對火電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有非常大的影響，除上述對鍋爐效率的影響外，對輸送、制粉、除灰等也都有很大影響。七臺河發(fā)電公司設(shè)計(jì)煤種上下限熱值分別為20.952MJ/kg和16.63MJ/kg，如果全年需用標(biāo)煤120萬噸，用上限煤質(zhì)需天然煤量167.6萬噸，使用下限煤質(zhì)需用天然煤量為211.2萬噸，兩者相差43.6萬噸。如果按輸煤系統(tǒng)出力800t/h計(jì)算，使用下限煤質(zhì)輸煤系統(tǒng)一年多運(yùn)行550小時(shí)，多耗電68.5萬千瓦時(shí)，磨煤機(jī)全年多耗廠用電749.5萬千瓦時(shí)。隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間增加，設(shè)備的磨損和維護(hù)費(fèi)用也將大幅度上升。
6、灰熔點(diǎn)
所謂灰熔點(diǎn)即是煤灰的熔融性。由于煤灰沒有明顯的熔點(diǎn)溫度，所以又把其分為變形溫度DT，軟化溫度ST，流動(dòng)溫度FT三個(gè)溫度值。常說的灰熔點(diǎn)指的是軟化溫度ST。
煤灰的灰熔點(diǎn)與煤灰的成分有關(guān)，灰分中含有熔點(diǎn)高的物質(zhì)（如SiO2和Al2O3）越多，則灰熔點(diǎn)越高，反之，含有熔點(diǎn)低的物質(zhì)（如Na2O、CaO和Fe2O3）越多，則灰熔點(diǎn)越低。七臺河所產(chǎn)煤炭煤灰中SiO2含量高于65，Al2O3含量高于19，實(shí)際灰熔點(diǎn)軟化溫度大于1400℃。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)煤灰的ST<1350℃就有可能造成鍋爐結(jié)渣。另外，煤灰熔融性應(yīng)與該煤種的發(fā)熱量結(jié)合起來判別，燒用發(fā)熱量高的煤種須特別注意該煤種的灰熔點(diǎn)。而燒用發(fā)熱量低的煤即使灰熔點(diǎn)低一些也不致結(jié)渣。
7、可磨性系數(shù)
煤的可磨性系數(shù)直接代表了粉碎煤炭的難易程度，該系數(shù)是將試驗(yàn)燃料與標(biāo)準(zhǔn)燃料相對比而言的，可磨性系數(shù)越小，煤越硬，越難磨。
可磨性系數(shù)長期以來沒有被列入到煤炭質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)系列，也沒有引起相關(guān)人員的重視，這在煤炭市場平衡時(shí)是可以理解的。但在煤炭市場趨緊后，煤炭摻雜使假現(xiàn)象愈演愈烈，導(dǎo)致煤中含矸量加大。含矸硬度造成火電廠制粉系統(tǒng)不能正常工作，促使我們不得不關(guān)注煤炭的可磨性系數(shù)。這也是新的煤炭供應(yīng)形勢下不得不重視的新問題。
煤炭的可磨性系數(shù)的降低帶來的直接危害是制粉系統(tǒng)不能達(dá)到額定出力，造成球磨機(jī)內(nèi)石子煤過多，鋼球和護(hù)板磨損加大。對風(fēng)扇磨而言，大大縮短葉輪的使用周期。據(jù)佳二電廠介紹，該廠原來風(fēng)扇磨葉輪的使用周期是500小時(shí)，現(xiàn)在煤炭質(zhì)量下降后葉輪的使用周期僅為250小時(shí)左右。
在煤炭驗(yàn)收中，我們要把煤中含矸量，尤其是含矸的硬度做為一個(gè)重要的驗(yàn)收指標(biāo)，采用目測、敲擊、粉碎等方式確定其硬度，對明顯含矸量大，含矸硬度超標(biāo)的煤炭應(yīng)拒收拒卸，以保證入廠煤炭的可磨性系數(shù)合格。
三、結(jié)束語
通過將煤炭各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)對火電廠安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的影響進(jìn)行定性和定量分析，使我們認(rèn)識到燃煤質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)偏離設(shè)計(jì)值給火電廠造成的危害。明確了燃煤采購原則和驗(yàn)收掌握的尺度，希望對火電廠的燃煤供應(yīng)及驗(yàn)收工作有一定的參考作用。
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