：961石寶權
大唐七臺河發電有限責任公司
[摘要]通過對煤質與火電廠安全生產和經濟效益關系的探討，明確煤質對安全生產和經濟效益的影響，確定適合鍋爐燃用的入廠煤炭指標。
[主題詞]煤質安全生產經濟效益關系探討
火電廠以燃煤為主要生產原料，燃煤質量的好壞直接影響到火電廠的安全穩定生產和經濟效益。安全生產是前提，沒有安全穩定的生產，就談不上經濟效益。在保證安全生產的前提下，應考慮煤種、煤質對火電廠經濟效益的影響。
一、選擇適合煤種
每個火電廠都有設計燃用煤種，我國電站鍋爐設計選用煤種可分為五大類：即無煙煤、半無煙煤、中揮發份煙煤、高揮發份煙煤和褐煤。發電用煤質量優劣的判別，主要應考慮其煤質指標與鍋爐原設計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，造成入廠燃煤煤質偏離設計值，影響鍋爐穩定運行和火電廠經濟效益。在這種情況下，火電廠內部應加大燃煤混配力度，提高混配人力、物力投入，以保證入爐煤質符合設計值。
長期的火電廠運行實踐表明，對安全生產和鍋爐熱力工況影響較大的煤質指標有：干燥無灰基揮發份Vdaf、收到基灰分Aar、收到基水分Mar、干燥基全硫St,d、收到基低位發熱量Qnet,ar、煤灰的熔融特性T、煤的可磨性系數等。
二、各項煤質指標對安全生產和經濟效益的影響
大唐七臺河發電公司鍋爐設計燃煤指標如下：
| 序號
| 項目
| 符號
| 單位
| 上限
| 設計
| 下限
|
| 1
| 干燥無灰基揮發分
| 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
| 收到基低位發熱量
| Qnet,ar
| MF/kg
| 20.952
| 18.148
| 16.634
|
| 6
| 灰
熔
點
| 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、揮發分
揮發分表征了煤受熱時釋放出氣體和氣態產物的程度，是判別煤的著火、燃燒特性的首要指標。揮發分的高低對煤炭的迅速著火，快速燃燒和鍋爐穩定燃燒起著決定性作用，是鍋爐設計選型的主要參數。爐膛的尺寸大小，燃燒器的選型布置，燃燒、點火助燃系統，空氣預熱器大小，制粉形式和防爆措施都與其有關。
七臺河發電公司鍋爐設計煤質的干燥無灰基揮發分上、下限分別為21.63和29.25，歷年來入廠、入爐煤揮發分均接近上限。入爐煤揮發分較高，可減少起停鍋爐、深度調峰和事故狀態下的助燃油投入，但揮發分高出設計上限時，由于煤種和揮發分比價的變化，將使燃煤價格升高，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。揮發分過高時（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和輸煤系統發生爆炸。揮發分過低時，將造成煤粉在爐膛內著火延后，鍋爐的飛灰可燃物和機械不完全熱損失加大，對鍋爐的效率產生較大的影響，從而影響火電廠的經濟效益。
一般說來，揮發分偏高時，比較容易通過運行調節來適應，使鍋爐運行穩定，而向偏低方向變化時，則需要通過強化著火的措施，如用回流熱煙氣加熱一次風混合物，提高混合物的初始溫度，促使入爐煤粉著火提前，以及提高煤粉細度等方法來穩定燃燒。
2、灰分
灰分中所含元素多達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存在，極少數是以硫酸鹽的形態存在。
灰分對火電廠的安全生產和經濟效益影響很大，煤中灰分高直接影響到鍋爐的穩定燃燒，使爐膛火焰傳播速度減慢，推遲煤粉著火。由于煤中灰分高，使煤中可燃物成分減少，煤炭的發熱量降低，并且煤中礦物質變成灰分時還要吸收熱量，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渣和過熱器超溫，威脅鍋爐安全穩定運行，尾部受熱面的沾污則會導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費和廠內輸送、制粉除灰等耗電量，增加設備維護費用，減少灰場使用年限。以七臺河發電公司設計煤種灰分上、下限30.72和40.07，年耗標煤120萬噸為例，二者年耗用天然煤量相差43.5萬噸，即使用設計下限灰分的燃煤比使用設計上限灰分的燃煤，每年廠內輸煤、制粉、除灰設備的運行時間將增加約550小時，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，可燃燒物質越少，發熱量越低，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，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。
進入煤粉爐的煤粉早在制粉、送粉過程中經過干燥處理，煤粉的表面水分已經蒸發，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，當收到基水分Mar小于8時，設備運行基本正常，當Mar大于或等于8時，常會造成輸煤系統堵塞，同時造成磨煤機出力下降。
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，在嚴寒季節也易造成原煤斗蓬煤，另外，入廠煤冬季水分大時，使凍車現象嚴重，影響接卸車進度，增大解凍耗熱量。
4、硫分
煤中硫分大體可分為有機硫和無機硫兩種。有機硫一般由植物本體所生成，它均勻地分布在煤體里，燃燒時一部分變成氣體逸出，另一部分殘留在煤灰中。無機硫又分為兩種，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，因含硫而產生的SO2排污費和對受熱面的腐蝕不是少量硫發熱量所能彌補的。
七臺河地區煤炭的含硫量約在0.20-0.25之間，屬于低硫煤，相對山東省袞州礦務局煤炭4.5左右的高含硫量而言，對設備的影響較小，不會使鍋爐尾部受熱面產生明顯的堵灰和腐蝕，涉及到每年交納的環保費用也能控制在較低水平。
5、發熱量
火力發電廠就是利用燃料的化學能轉變成蒸汽熱能，再轉換成電能的工廠，煤的發熱量越高，轉換的熱能動力越多。煤的發熱量分為高位發熱量和低位發熱量兩種，差別在于燃燒時形成的水蒸汽是否凝結成水，凝結成水時，煤炭放出的熱量稱為高位發熱量，不能凝結成水的放出的僅是低位發熱量。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熱量。
煤的發熱量是設計鍋爐的一個重要數據，也是煤質好壞的一個重要標志。如果實際入爐煤的發熱量低于設計值，爐膛內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，還會導致機械不完全燃燒和排煙損失的增加，使鍋爐效率下降。當發熱量降到一定程度時，將引起燃燒不穩，甚至滅火放炮，以致需要投油助燃。如果煤的發熱量降低，而入爐煤量不增加，將使蒸汽參數和蒸發量下降，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，如果煤的發熱量高于設計值，爐膛溫度必然升高，煤灰大多軟化、熔融、容易造成爐膛結渣。
煤質的好壞不能僅憑發熱量的高低來評價，而應與揮發分高低綜合考慮。如果入爐煤的發熱量偏低，爐膛溫度水平低，但若該種煤的揮發分較高，逸出快、容易著火，同樣可以正常燃燒。反之，如果入爐煤的發熱量較高，爐膛溫度水平高，就能加快揮發分的逸出和著火，該種煤的揮發分偏低同樣不會造成著火延遲。
煤質偏低對火電廠的經濟運行有非常大的影響，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。七臺河發電公司設計煤種上下限熱值分別為20.952MJ/kg和16.63MJ/kg，如果全年需用標煤120萬噸，用上限煤質需天然煤量167.6萬噸，使用下限煤質需用天然煤量為211.2萬噸，兩者相差43.6萬噸。如果按輸煤系統出力800t/h計算，使用下限煤質輸煤系統一年多運行550小時，多耗電68.5萬千瓦時，磨煤機全年多耗廠用電749.5萬千瓦時。隨著設備運行時間增加，設備的磨損和維護費用也將大幅度上升。
6、灰熔點
所謂灰熔點即是煤灰的熔融性。由于煤灰沒有明顯的熔點溫度，所以又把其分為變形溫度DT，軟化溫度ST，流動溫度FT三個溫度值。常說的灰熔點指的是軟化溫度ST。
煤灰的灰熔點與煤灰的成分有關，灰分中含有熔點高的物質（如SiO2和Al2O3）越多，則灰熔點越高，反之，含有熔點低的物質（如Na2O、CaO和Fe2O3）越多，則灰熔點越低。七臺河所產煤炭煤灰中SiO2含量高于65，Al2O3含量高于19，實際灰熔點軟化溫度大于1400℃。根據運行經驗，當煤灰的ST<1350℃就有可能造成鍋爐結渣。另外，煤灰熔融性應與該煤種的發熱量結合起來判別，燒用發熱量高的煤種須特別注意該煤種的灰熔點。而燒用發熱量低的煤即使灰熔點低一些也不致結渣。
7、可磨性系數
煤的可磨性系數直接代表了粉碎煤炭的難易程度，該系數是將試驗燃料與標準燃料相對比而言的，可磨性系數越小，煤越硬，越難磨。
可磨性系數長期以來沒有被列入到煤炭質量驗收指標系列，也沒有引起相關人員的重視，這在煤炭市場平衡時是可以理解的。但在煤炭市場趨緊后，煤炭摻雜使假現象愈演愈烈，導致煤中含矸量加大。含矸硬度造成火電廠制粉系統不能正常工作，促使我們不得不關注煤炭的可磨性系數。這也是新的煤炭供應形勢下不得不重視的新問題。
煤炭的可磨性系數的降低帶來的直接危害是制粉系統不能達到額定出力，造成球磨機內石子煤過多，鋼球和護板磨損加大。對風扇磨而言，大大縮短葉輪的使用周期。據佳二電廠介紹，該廠原來風扇磨葉輪的使用周期是500小時，現在煤炭質量下降后葉輪的使用周期僅為250小時左右。
在煤炭驗收中，我們要把煤中含矸量，尤其是含矸的硬度做為一個重要的驗收指標，采用目測、敲擊、粉碎等方式確定其硬度，對明顯含矸量大，含矸硬度超標的煤炭應拒收拒卸，以保證入廠煤炭的可磨性系數合格。
三、結束語
通過將煤炭各項質量指標對火電廠安全生產和經濟效益的影響進行定性和定量分析，使我們認識到燃煤質量各項指標偏離設計值給火電廠造成的危害。明確了燃煤采購原則和驗收掌握的尺度，希望對火電廠的燃煤供應及驗收工作有一定的參考作用。
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