（国电科学技术研究院江苏南京210046）
摘要：目前燃煤电厂由于缺乏必要的煤质分析手段，对混煤煤质及拟掺烧煤种与锅炉设备的适应性认知不足，导致在混煤煤质特性远离设计煤种时，易出现结渣严重、排烟温度高、管壁超温等问题，影响锅炉出力以及设备安全稳定运行。因此，对配煤掺烧技术开展深入研究，分析了解混煤煤质特性、掺烧比例的确定、掺烧方式的选取以及运行特性评价指标等参数，并结合燃煤电厂机组运行方式，给出合理建议，提高锅炉的安全经济性和对煤种的适应能力具有十分重要的意义。
关键词：配煤掺烧；混煤；煤质
作为我国的基础能源行业，燃煤电厂能否健康发展和国家的命脉息息相关，然而很多燃煤电厂由于设备和技术的落后，不仅锅炉燃烧效率低，造成资源浪费，而且还给环境造成了严重的污染，这与我国“十三五”关于“节能减排”的重要指示是背道而驰的。为了缓解这一问题，同时也为了适应煤炭资源分布不均衡的现状，拓宽煤炭采购渠道，使电煤来源多元化，燃煤电厂纷纷将配煤掺烧技术作为企业发展的突破口。配煤掺烧技术是使混煤特性与锅炉设备设计参数相匹配，满足锅炉安全运行、出力要求、环保要求，以及燃煤设备对煤质要求的前提下，最大限度利用低质煤，从而降低发电成本。
然而锅炉设备都是按设计煤种设计和制造的，不能随意将原煤掺混送入炉内燃烧。当混煤燃料特性远离设计煤种时，锅炉在运行过程中会出现许多问题，严重影响了锅炉的安全、经济运行，主要表现为以下几类：
（1）烟煤锅炉掺烧低挥发分无烟煤，易引起煤粉燃尽度变差和燃烧不稳；
（2）锅炉掺烧低灰熔点煤，燃烧器区和屏区受热面出现严重结渣，引起管壁超温、排烟温度升高、锅炉降参数运行和锅炉效率降低等。
（3）锅炉掺烧高挥发分、高水分褐煤，引起磨煤机落煤管堵塞和制粉系统积粉爆炸等。
为了解决燃煤锅炉在配煤掺烧过程中遇到的问题，更好地保证锅炉的安全经济运行，本文在此对配煤掺烧过程中涉及的煤质特性评价、掺烧方式的选取、掺烧比例的选取和运行特性评价等问题进行分析和讨论，希望能对电厂的配煤掺烧工作有所帮助。
1混煤煤质指标
为了保证燃煤电厂锅炉的安全经济运行，应按设计煤（或校核煤质）煤质参数进行掺配，主要的煤质指标有挥发分、灰分、水分、发热量、灰熔点以及硫分，这也是电厂化验室一般能得出的化验指标，可以用来进行煤质分析。结合原电力部下发的《加强大型燃煤锅炉燃烧管理的若干规定》，其中对燃煤电厂煤质参数允许的波动范围做了明确规定，其参数以设计煤为基准，详见表1。
其中，混煤煤质的水分M、灰分A、发热量Q、挥发分V、硫S、氮N、哈氏可磨性系数（HGI）可按加权平均进行简易计算，但混煤的灰熔融温度表现出非线性特征，需通过实验室进行检测分析才能得出准确数据。有研究结果表明，混煤的挥发分通常低于按加权平均计算出的挥发分数据，利用挥发分进行着火温度、燃尽率计算和煤粉细度选择时存在一名义挥发分。当各单一煤种性能差别过大时，由于易燃煤种“抢风”，使难燃煤种在较低氧分压下燃烧，燃烧条件恶化，燃尽更加困难，导致混煤燃尽性能急剧下降。
2配煤掺烧技术的分类与特点
各电厂在选择掺烧煤种、配煤掺烧方式时受多种条件的限制，如煤的结渣特性、煤场配煤条件、运行安全和经济性等。目前较为常用的配煤掺烧方式有“炉前掺配、炉内混烧”、“分磨制粉、炉内掺烧”、“分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧”三大类。
其中，“炉前掺配、炉内混烧”，该技术将原煤按一定比例掺混后送入磨煤机制粉，再送入炉内燃烧，进入每个燃烧器的煤粉成分大致相同，有利于煤粉的着火和稳定燃烧。两种单煤掺混燃烧，若两种煤的煤质特性相近，则混煤的着火温度和着火稳定性相对于单煤的着火温度变化不大；若两种煤的煤质特性相差较大，则混煤的着火温度和着火稳定性与单煤相比变化较大，混煤的着火温度接近易燃煤的着火温度，混煤的着火稳定性接近于难燃煤。在难燃煤中加入易燃煤，混煤的着火温度会得到明显改善，但采用煤质相差较大的煤进行掺混，会降低混煤的着火稳定性，影响锅炉安全。此外，对于煤质差异较大的煤进行掺混所得混煤在磨煤机中磨制时，磨出口煤粉均匀性难以保证，通常易磨煤偏细，难磨煤偏粗，导致锅炉飞灰含碳量和炉渣含碳量偏高，锅炉效率下降。可见对于煤质特性差异不大的煤种，可方便地实施“炉前掺配、炉内混烧”技术。
“分磨制粉、炉内掺烧”，该技术主要用于直吹式制粉系统的电站锅炉，该方式综合考虑掺混煤种相关煤质参数，将不同煤种分别控制合理的煤粉细度，同时兼顾了易燃煤种的着火性能和难燃尽煤种的燃尽性，将不同煤粉分别输送到不同的燃烧器喷口，煤粉的混合在炉内燃烧过程中完成。采用基于“分磨制粉”的混煤燃烧技术时，要取得好的效果，就要掌握不同种类、不同粒径的煤粉的燃烧特性，了解不同煤粉射流组织方式下炉内温度场、速度场、氧浓度分布和着火燃尽特性的变化规律，熟悉不同运行方式对制粉系统电耗等参数的影响，因此，该技术对电厂运行人员的要求较高。而且该中配煤掺烧方式对四角切圆锅炉比较有效，对前后墙对冲燃烧方式则比较受限。此外，在控制炉内结渣时，上部燃烧器燃用易结渣煤的效果要优于下部燃烧器。在不影响着火稳定性的前提下，将难燃尽煤送入下层燃烧器有利于提高煤粉的燃尽率。
当中间仓储式制粉系统具备一定条件时，可采用“分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧”，即磨煤机磨制各自选定的煤种，然后将煤粉输入同一个煤粉仓，在煤粉仓内完成煤粉的混合，各燃烧器燃用同样的混煤。该技术由于分磨制粉可保证不同煤种具有合理的煤粉细度，同时仓内掺混使得进入每只燃烧器的混煤成分大致相同，保证煤粉的着火和稳定燃烧，从而克服了混煤燃尽特性接近于难燃尽煤种的特点。
3掺烧比例的选取
配煤掺烧技术的开展，除掺烧方式的选取之外，掺烧比例的大小无疑也是一个十分重要的参数。掺烧比例的确定不仅受到煤的结渣特性的影响，以及锅炉出力、磨煤机出力的制约，还与锅炉设备的安全、环保、经济运行息息相关。因此，掺烧比例的选取虽然可以在考虑各种约束条件的情况下通过理论计算得出，但考虑到锅炉燃烧及辅助设备的复杂性，采用理论计算与现场掺烧试验相结合的方法对掺烧比例进行确认则显得更为科学，对配煤掺烧燃烧效果的预判也更为准确。
4运行特性评估指标
在配煤掺烧方式及掺烧比例初步确定的基础上，开展试烧研究，这就需要对配煤掺烧过程中的锅炉运行特性进行评估，主要评估指标有以下几个方面：
4.1安全性指标
安全是开展配煤掺烧试验研究的前提，主要指标有：
燃烧稳定性指标，主要监测观察火检强度、炉膛负压；
结渣指标，通过看火孔观察燃烧器区、屏区和冷灰斗区的结渣情况，以及炉膛出口烟温、
空气预热器入口和脱硫系统入口烟温等参数；
超温、爆管指标，主要监测水冷壁、高温过热器和高温再热器壁温、减温水量等参数；
制粉系统爆炸特性指标，根据混煤煤质特性合理控制磨煤机进出口温度、一次风管气流含氧量等参数。
4.2经济性指标
经济性指标作为配煤掺烧技术推广的核心竞争力，首先考虑的是煤价，其次为由锅炉效率、辅机电耗、厂用电率、主/再热蒸汽参数、再热器减温水量变化引起的机组经济性的变化，通常用供电煤耗来反映；再次由于煤质特性变化，造成排污成本以及设备寿命的变化引起的成本变化通常是较为容易忽略的一项。
4.3环保性指标
环保性指标主要为SO2、NOx排放质量浓度和粉尘排放质量浓度。
4.4设备适应性指标
煤质特性的变化势必对锅炉及主要辅助系统产生影响，这就需要对诸如燃烧系统、制粉系统、脱硫系统、除灰除渣系统、风机系统等与煤质关联性较大的系统进行混煤适应性评价，分析其是否存在安全、经济性和出力不足的情况。
5配煤掺烧建议
5.1煤种选择及煤质特性
对于燃用煤种难以稳定供应的电厂，原则上不掺烧煤质相差较大的煤种，尽可能让混煤煤质接近设计值，并结合煤价、煤场掺混条件等因素确定不同煤的掺混比例，开展相关试验，分析比较不同煤的掺混比例下，混煤灰熔融特性及沾污结渣特性随掺混比例的变化。
5.2运行管理
首先应结合现场试烧试验结果确定最佳掺烧方式，并根据入炉混煤煤质特性及时进行燃烧调整，如磨煤机进出口风温调节。当掺烧高硫煤或强结渣性煤时，应注意炉膛壁面氛围，并开展必要的测试和调整。
5.3煤场管理
加强煤场管理，首先要让加强燃料采购人员对锅炉燃烧设备及其性能的了解，熟悉锅炉对煤质的要求，尽可能避免影响锅炉安全的煤种到厂。同时实现煤种合理堆放和燃料调配，并及时向有关人员提供各煤场煤质数据，加强对入厂煤和入炉煤的煤质监督，建立完善的煤场管理及混煤工作制定并认真执行。
6结语
作为电厂的生命线，为了保证燃料供应、降低掺烧劣质煤的风险，使之满足锅炉设备安全经济运行的需要，这就要求我们结合配煤掺烧技术开展深入研究，不仅要考虑燃料价格，还应从锅炉设备的适应能力出发，将煤质特性以及配煤条件结合起来加以考虑。并在配煤掺烧过程中，加强运行监督，通过配煤掺烧试验确定合理的掺配比例、掺烧方式，在煤质大幅改变后重新确定较佳的锅炉主要运行参数，是合理燃用混煤的有效保证，也是配煤掺烧技术得以推广的前提。
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