：961石宝权
大唐七台河发电有限责任公司
[摘要]通过对煤质与火电厂安全生产和经济效益关系的探讨，明确煤质对安全生产和经济效益的影响，确定适合锅炉燃用的入厂煤炭指标。
[主题词]煤质安全生产经济效益关系探讨
火电厂以燃煤为主要生产原料，燃煤质量的好坏直接影响到火电厂的安全稳定生产和经济效益。安全生产是前提，没有安全稳定的生产，就谈不上经济效益。在保证安全生产的前提下，应考虑煤种、煤质对火电厂经济效益的影响。
一、选择适合煤种
每个火电厂都有设计燃用煤种，我国电站锅炉设计选用煤种可分为五大类：即无烟煤、半无烟煤、中挥发份烟煤、高挥发份烟煤和褐煤。发电用煤质量优劣的判别，主要应考虑其煤质指标与锅炉原设计选用的煤种属同一类别。
随着煤炭市场日趋紧张，各火电厂适合燃用的煤种愈难足量采购，造成入厂燃煤煤质偏离设计值，影响锅炉稳定运行和火电厂经济效益。在这种情况下，火电厂内部应加大燃煤混配力度，提高混配人力、物力投入，以保证入炉煤质符合设计值。
长期的火电厂运行实践表明，对安全生产和锅炉热力工况影响较大的煤质指标有：干燥无灰基挥发份Vdaf、收到基灰分Aar、收到基水分Mar、干燥基全硫St,d、收到基低位发热量Qnet,ar、煤灰的熔融特性T、煤的可磨性系数等。
二、各项煤质指标对安全生产和经济效益的影响
大唐七台河发电公司锅炉设计燃煤指标如下：
| 序号
| 项目
| 符号
| 单位
| 上限
| 设计
| 下限
|
| 1
| 干燥无灰基挥发分
| 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
| 收到基低位发热量
| Qnet,ar
| MF/kg
| 20.952
| 18.148
| 16.634
|
| 6
| 灰
熔
点
| 变形温度
| DT
| ℃
| 1280
| 1270
| 1260
|
| 软化温度
| ST
| ℃
| 1460
| 1540
| 1460
|
| 融化温度
| FT
| ℃
| 1500
| 1540
| 1500
|
1、挥发分
挥发分表征了煤受热时释放出气体和气态产物的程度，是判别煤的着火、燃烧特性的首要指标。挥发分的高低对煤炭的迅速着火，快速燃烧和锅炉稳定燃烧起着决定性作用，是锅炉设计选型的主要参数。炉膛的尺寸大小，燃烧器的选型布置，燃烧、点火助燃系统，空气预热器大小，制粉形式和防爆措施都与其有关。
七台河发电公司锅炉设计煤质的干燥无灰基挥发分上、下限分别为21.63和29.25，历年来入厂、入炉煤挥发分均接近上限。入炉煤挥发分较高，可减少起停锅炉、深度调峰和事故状态下的助燃油投入，但挥发分高出设计上限时，由于煤种和挥发分比价的变化，将使燃煤价格升高，还可能造成锅炉喷燃器喷口因喷出的煤粉着火距离过近而烧坏。挥发分过高时（如长焰煤），煤场存煤易自燃，也容易因积煤或积粉造成制粉系统和输煤系统发生爆炸。挥发分过低时，将造成煤粉在炉膛内着火延后，锅炉的飞灰可燃物和机械不完全热损失加大，对锅炉的效率产生较大的影响，从而影响火电厂的经济效益。
一般说来，挥发分偏高时，比较容易通过运行调节来适应，使锅炉运行稳定，而向偏低方向变化时，则需要通过强化着火的措施，如用回流热烟气加热一次风混合物，提高混合物的初始温度，促使入炉煤粉着火提前，以及提高煤粉细度等方法来稳定燃烧。
2、灰分
灰分中所含元素多达60多种，主要是硅、铝、铁、镁、钠、钾、硫、磷、钛等，这些元素在灰中主要是以氧化物形态存在，极少数是以硫酸盐的形态存在。
灰分对火电厂的安全生产和经济效益影响很大，煤中灰分高直接影响到锅炉的稳定燃烧，使炉膛火焰传播速度减慢，推迟煤粉着火。由于煤中灰分高，使煤中可燃物成分减少，煤炭的发热量降低，并且煤中矿物质变成灰分时还要吸收热量，所以煤中灰分越高，理论燃烧温度越低，炉膛温度下降幅度也越大，煤的燃烬度差，机械不完全热损失增加，排灰量增大，灰渣热损失随之增大，受热面的沾污和磨损增大，炉膛受热面的沾污易引起炉膛结渣和过热器超温，威胁锅炉安全稳定运行，尾部受热面的沾污则会导致排烟温度的显著升高，降低锅炉效率。
灰分增高，还将直接增加燃煤运费和厂内输送、制粉除灰等耗电量，增加设备维护费用，减少灰场使用年限。以七台河发电公司设计煤种灰分上、下限30.72和40.07，年耗标煤120万吨为例，二者年耗用天然煤量相差43.5万吨，即使用设计下限灰分的燃煤比使用设计上限灰分的燃煤，每年厂内输煤、制粉、除灰设备的运行时间将增加约550小时，灰场的使用年限将缩短64，锅炉受热面及尾部烟道的使用寿命也将缩短大大缩短。
3、水分
煤中的水分有三种：外在水分、内在水分和化合水分。我们所称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、运输和保管过程中附着于煤粒表面的外来水份，如雨水和地下水等。
煤中水分不能燃烧，煤中含水量越高，可燃烧物质越少，发热量越低，在燃烧过程中，煤中水分还要吸热，使煤的有效热能降低。要使煤中1kg水分蒸发，需要2500kj的热量。故水分对炉膛理论燃烧温度的影响比灰分更大。
进入煤粉炉的煤粉早在制粉、送粉过程中经过干燥处理，煤粉的表面水分已经蒸发，所以煤的干湿对锅炉热力工况的影响，就煤粉炉而言主要反映在输送和制粉过程中。
一般的烟煤，当收到基水分Mar小于8时，设备运行基本正常，当Mar大于或等于8时，常会造成输煤系统堵塞，同时造成磨煤机出力下降。
就黑龙江省而言，煤中水分也影响到冬季存煤的取用，即使冬季煤中水分小于8，在严寒季节也易造成原煤斗蓬煤，另外，入厂煤冬季水分大时，使冻车现象严重，影响接卸车进度，增大解冻耗热量。
4、硫分
煤中硫分大体可分为有机硫和无机硫两种。有机硫一般由植物本体所生成，它均匀地分布在煤体里，燃烧时一部分变成气体逸出，另一部分残留在煤灰中。无机硫又分为两种，一种是硫酸盐中所含，不能燃烧，全部残留在煤灰中，另一种是硫和金属的化合物、能够燃烧。1kg硫燃烧后可放出9.2MJ热量，但它更多的是不利成份，因含硫而产生的SO2排污费和对受热面的腐蚀不是少量硫发热量所能弥补的。
七台河地区煤炭的含硫量约在0.20-0.25之间，属于低硫煤，相对山东省衮州矿务局煤炭4.5左右的高含硫量而言，对设备的影响较小，不会使锅炉尾部受热面产生明显的堵灰和腐蚀，涉及到每年交纳的环保费用也能控制在较低水平。
5、发热量
火力发电厂就是利用燃料的化学能转变成蒸汽热能，再转换成电能的工厂，煤的发热量越高，转换的热能动力越多。煤的发热量分为高位发热量和低位发热量两种，差别在于燃烧时形成的水蒸汽是否凝结成水，凝结成水时，煤炭放出的热量称为高位发热量，不能凝结成水的放出的仅是低位发热量。由于火电厂的锅炉排烟温度不会低于100℃，烟气中的水蒸汽不会凝结成水而放出汽化潜热，所以锅炉所能利用的仅是煤的低位发热量。
煤的发热量是设计锅炉的一个重要数据，也是煤质好坏的一个重要标志。如果实际入炉煤的发热量低于设计值，炉膛内理论燃烧温度必然降低，炉膛温度水平下降，不利于煤粉的着火和燃烬，还会导致机械不完全燃烧和排烟损失的增加，使锅炉效率下降。当发热量降到一定程度时，将引起燃烧不稳，甚至灭火放炮，以致需要投油助燃。如果煤的发热量降低，而入炉煤量不增加，将使蒸汽参数和蒸发量下降，如增加入炉给煤量，则使烟气流量增加，各对流受热面吸热量增加，造成过热汽温升高，炉膛排烟温度随之增加。若增加锅炉减温水量，又会造成省煤器沸腾。反之，如果煤的发热量高于设计值，炉膛温度必然升高，煤灰大多软化、熔融、容易造成炉膛结渣。
煤质的好坏不能仅凭发热量的高低来评价，而应与挥发分高低综合考虑。如果入炉煤的发热量偏低，炉膛温度水平低，但若该种煤的挥发分较高，逸出快、容易着火，同样可以正常燃烧。反之，如果入炉煤的发热量较高，炉膛温度水平高，就能加快挥发分的逸出和着火，该种煤的挥发分偏低同样不会造成着火延迟。
煤质偏低对火电厂的经济运行有非常大的影响，除上述对锅炉效率的影响外，对输送、制粉、除灰等也都有很大影响。七台河发电公司设计煤种上下限热值分别为20.952MJ/kg和16.63MJ/kg，如果全年需用标煤120万吨，用上限煤质需天然煤量167.6万吨，使用下限煤质需用天然煤量为211.2万吨，两者相差43.6万吨。如果按输煤系统出力800t/h计算，使用下限煤质输煤系统一年多运行550小时，多耗电68.5万千瓦时，磨煤机全年多耗厂用电749.5万千瓦时。随着设备运行时间增加，设备的磨损和维护费用也将大幅度上升。
6、灰熔点
所谓灰熔点即是煤灰的熔融性。由于煤灰没有明显的熔点温度，所以又把其分为变形温度DT，软化温度ST，流动温度FT三个温度值。常说的灰熔点指的是软化温度ST。
煤灰的灰熔点与煤灰的成分有关，灰分中含有熔点高的物质（如SiO2和Al2O3）越多，则灰熔点越高，反之，含有熔点低的物质（如Na2O、CaO和Fe2O3）越多，则灰熔点越低。七台河所产煤炭煤灰中SiO2含量高于65，Al2O3含量高于19，实际灰熔点软化温度大于1400℃。根据运行经验，当煤灰的ST<1350℃就有可能造成锅炉结渣。另外，煤灰熔融性应与该煤种的发热量结合起来判别，烧用发热量高的煤种须特别注意该煤种的灰熔点。而烧用发热量低的煤即使灰熔点低一些也不致结渣。
7、可磨性系数
煤的可磨性系数直接代表了粉碎煤炭的难易程度，该系数是将试验燃料与标准燃料相对比而言的，可磨性系数越小，煤越硬，越难磨。
可磨性系数长期以来没有被列入到煤炭质量验收指标系列，也没有引起相关人员的重视，这在煤炭市场平衡时是可以理解的。但在煤炭市场趋紧后，煤炭掺杂使假现象愈演愈烈，导致煤中含矸量加大。含矸硬度造成火电厂制粉系统不能正常工作，促使我们不得不关注煤炭的可磨性系数。这也是新的煤炭供应形势下不得不重视的新问题。
煤炭的可磨性系数的降低带来的直接危害是制粉系统不能达到额定出力，造成球磨机内石子煤过多，钢球和护板磨损加大。对风扇磨而言，大大缩短叶轮的使用周期。据佳二电厂介绍，该厂原来风扇磨叶轮的使用周期是500小时，现在煤炭质量下降后叶轮的使用周期仅为250小时左右。
在煤炭验收中，我们要把煤中含矸量，尤其是含矸的硬度做为一个重要的验收指标，采用目测、敲击、粉碎等方式确定其硬度，对明显含矸量大，含矸硬度超标的煤炭应拒收拒卸，以保证入厂煤炭的可磨性系数合格。
三、结束语
通过将煤炭各项质量指标对火电厂安全生产和经济效益的影响进行定性和定量分析，使我们认识到燃煤质量各项指标偏离设计值给火电厂造成的危害。明确了燃煤采购原则和验收掌握的尺度，希望对火电厂的燃煤供应及验收工作有一定的参考作用。
来源：中国电厂化学
