关于火电厂燃煤掺烧技术的探讨

李德军

摘 要：日益严重的的能源问题给燃煤电厂带来了巨大的挑战，火电厂对燃煤进行掺烧可以改善燃烧情况，降低污染物的排放，从而提高火电厂的经济效益。本文首先对火电厂混煤的着火特性、结渣特性以及污染物排放特性进行了分析；其次对炉前配煤和炉内配煤两种主要的燃煤掺配方式进行了介绍；再次对燃煤掺烧对发电成本的影响进行了研究，发电成本不仅要考虑燃煤成本还需要考虑辅机耗电成本、排放成本以及设备磨损成本；最后给出了燃煤掺烧最优配比的穷举法模型。提高火电厂的燃煤掺烧技术水平具有重要的意义。

关键词：火电厂；燃煤掺烧；发电成本；最佳配比

中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0179-01

火电厂燃煤掺烧是指采用两种或者更多种煤进行混合燃烧的方式。混煤相比单一煤种来讲具有很多优点。通过将不同种类的煤进行均匀混合、合理配比，能够提高煤种的燃烧效率和稳定性，从而为电厂的经济性和安全性运行提供可靠保证。适合比例的掺混还能够降低烟气中污染物的浓度，减少飞灰含碳量，从而提高电厂的环保能力，减少污染物的排放。随着我国能源紧缺和环境污染问题的不断加剧，加强对火电厂燃煤掺烧技术的研究具有重要的意义。

1 火电厂混煤燃烧特性分析

火电厂燃煤掺烧技术通过将燃煤机械混合在一起，形成了混煤。混煤在燃烧时由于不同组分煤种之间的相互影响，使得混煤的燃烧特性非常的复杂，混煤的燃烧特性不是不同组分煤种的燃烧特性的叠加。火电厂混煤燃烧特性的分析主要是对混煤的着火特性、燃烧特性以及燃尽特性进行分析和研究。通过不同煤种的筛选和配比选出机组最适合的混煤是火电厂燃煤掺烧技术研究的主要目的。

（1）混煤的着火特性。混煤的着火特性是混煤燃烧特性中最关键的性能。影响混煤着火特性的主要因素是活化能。活化能是指将分子由稳定状态转变为活化状态所花费的能量。不同煤种之间的活化能差别是很大的。按活化能由高到低排序为无烟煤最高，烟煤次之，最低是褐煤。所以褐煤最易燃烧。不同煤种在不同比例掺混下的活化能是不同的，为了改善无烟煤煤的着火性能，可以掺入活化能低的褐煤，可以对着火特性起到很大的改善作用。（2）混煤的结渣特性。火电厂煤的结渣特性不仅与煤的成分有关，还与煤的燃烧方式、过量空气系数以及炉膛结构等多种因素有关。混煤的结渣特性更加的复杂，强结渣煤种掺混弱结渣煤可以一定程度上降低结渣趋势，但有时候效果微乎其微。（3）混煤燃烧污染物的排放特性。混煤燃烧污染物的排放特性也是复杂多变的，不是不同煤组分燃烧污染物的简单加权。在混煤中不同组分之间的燃烧过程是即独立也相互影响的关系。

2 燃煤掺烧主要掺配方式

火电厂燃煤掺混按照煤的掺混位置的不同可以分成两类：第一类是在燃料进入炉膛之前对燃煤进行掺混，简称炉前配煤；第二类是在燃料进入炉膛时对燃煤进行掺混，简称炉内配煤。

在燃料进入炉膛之前对燃煤进行掺混的方式具体还可以分为三种：第一种为在配煤厂对燃煤进行掺混，配煤厂是专业对燃煤进行掺配的工厂，根据电厂的需求，配煤厂提前对燃煤进行掺混，然后再将混煤运给电厂。配煤厂的优点是配煤精度高，配煤量大，能够有效保证供给，缺点是投资和维护成本高，灵活性不够；第二种配煤方式是在电厂自己的煤场对燃煤进行掺混，这个过程是非常粗糙的，斗轮机和翻车不能实现精细化的配煤过程，只能是将不同种类的煤粗略的掺混。这种方式的优点是配煤灵活性高，且具有实时性，缺点是所配的混煤不能混合均匀，影响煤粉在炉膛的燃烧；第三种是通过不同皮带将不同组分的煤进行混合，改方法的优缺点和第二种配煤方式的优缺点相同。

在燃料进入炉膛时对燃煤进行掺混通常是指将不同种类的煤按一定的组分投入磨煤机中，在制粉的同时实现不同煤种之间的混合，所以这种燃煤掺混方式也成为分磨掺烧，目前电厂广泛采用的配煤方式就是炉内掺烧。

3 燃煤掺烧对发电成本的影响

发电成本是燃煤掺烧过程中首先需要考虑的因素，根据对不同煤质组分时发电成本的对比分析，找出最小发电成本时的燃煤掺烧方案就是最佳的燃煤掺烧配比方案。

发电成本不是简单的燃煤成本，还需要考虑燃煤掺烧时的辅机耗电成本、排放成本以及设备磨损成本。具体如图1所示。这些影响因素都会对火电厂机组的发电成本造成重要的影響。因此需要对掺混煤进行综合的经济性分析。

为了分析燃煤掺烧对发电成本的影响，需要对不同的影响因素进行分析。在影响发电成本的因素中，燃煤成本、辅机耗电成本以及排放成本三个因素可以通过对机组热力性能计算得到。但是，设备磨损成本不能通过计算得到，因为磨损是日积月累造成的，所以不容易量化。设备磨损不仅包括设备在运行过程中受到摩擦和撞击的影响导致表面的剥落还包括化学因素引起的零部件的腐蚀和老化。对发电成本的不同影响因素都分析后就可以寻找煤质发生变化时，发电成本的最小值，此时的燃煤掺烧方案就是最佳的方案。而且通过对不同掺烧方案时发电成本的分析，可以详细分析出燃煤成本、辅机耗电成本、排放成本以及设备磨损成本四种成本的变化趋势，进而在制定燃煤掺烧方案时作出有针对性的选择。

4 燃煤掺烧最优配比模型

燃煤掺烧配比可以用数学方法进行简化，已知燃煤掺烧的目的是得到最小发电成本的配煤比例，那么就可以将该目的作为目标函数，而发电成本中燃煤成本、辅机耗电成本、排放成本以及设备磨损成本就是该目标函数的四个约束条件，该问题就是一个典型的线性规划问题。

本文采用的配比模型是穷举法。通过对所有可能的混煤比例下火电厂的发电成本的对比，找出最小发电成本下的混煤比例，从而得到最优的配煤方案。穷举法是一种遍历搜索的方法，其计算效率对电厂的配煤问题完全的适用。模型的具体流程如下：首先确定电厂锅炉的运行参数以及需要掺混的煤种参数；其次运用穷举模型，遍历所有煤种组合时的发电成本；最后从所得到的发电成本中选出最小值，该值所对应的混煤掺混比例也就是最优的配煤比例。

燃煤掺烧配比模型还应具有以下的功能：

（1）能够满足多目标的要求，当目标发生变化时能够自动改变约束条件。（2）在已知配煤方案后可以对上煤方案进行计算。（3）能够实现对磨煤机出力的调整，实现对配煤的二次优化调整。（4）能够对掺烧的实际效果进行反馈，形成闭环模型。

5 结语

本文主要对火电厂燃煤掺烧技术进行了研究。火电厂混没的着火特性、结渣特性以及污染物排放特性不同于单一煤种的性质，也不是各组分特性的简单相加。最优的配比方案需要从火电厂的发电成本出发，分别对比不同比例下发电成本的大小，发电成本最低的即为最优掺烧配比方案。穷举法模型是本文所采用的模型，应用该模型可以得到最优的掺烧配比。

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