煤质对电厂运行的评价

煤质对电厂运行的评价一、煤的成型过程及煤的成型条件不同对煤质或动力煤的影响煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的。这个转变过程叫做植物的成煤作用。一般认为，成煤过程分为两个阶段泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。在泥炭化阶段，植物残骸既分解又化合，最后形成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥都含有大量的腐植酸，其组成和植物的组成已经有很大的不同。煤化阶段包含两个连续的过程：第一个过程，在地热和压力的作用下，泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少。因为煤是一种有机岩，所以这个过程又叫做成岩作用。第二个过程，是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程又叫做变质作用。地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚。在地热和静压力的作用下，褐煤继续经受着物理化学变化而被压实、失水。其内部组成、结构和性质都进一步发生变化。这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐植酸在烟煤中已经不存在了。烟煤继续进行着变质作用。由低变质程度向高变质程度变化。从而出现了低变质程度的长焰烟、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。温度对于在成煤过程中的化学反应有决定性的作用。随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就逐渐加深。高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈高，反之亦然。在温度和时间的同时作用下，煤的变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。压力也是煤形成过程中的一个重要因素。随着煤化过程中气体的析出和压力的增高，反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分和增加密度。当地球处于不同地质年代，随着气候和地理环境的改变，生物也在不断地发展和演化。就植物而言，从无生命一直发展到被子植物。这些植物在相应的地质年代中造成了大量的煤。在整个地质年代中，全球范围内有三个大的成煤期：(1)古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要是袍子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。(2)中生代的株罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。(3)新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。二、煤的分类煤有褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤等几种。云南常用的是褐煤、烟煤、无烟煤三种。煤的种类不同，其成分组成与质量不同，发热量也不相同。单位重量燃料燃烧时放出的热量称为发热量，人为规定以每公斤发热量7000千卡的煤作为标准煤，并以此标准折算耗煤量。1．褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），燃烧时间短，需经常加煤。2．烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。3．无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度。4．泥煤：碳化程度最浅，含碳量少，水分多，Mar可高达90%，所以需要露天风干后使用；泥煤的灰分很容易熔化，发热量低，挥发分含量很多，因此极易着火燃烧。泥煤可燃性好，很容易着火燃烧，反应性强，含硫量低，灰分熔点低，但机械强度较低。因此，泥煤在工业上使用价值不高，更不宜长途运输，一般只作为地方性燃料使用。产区分布于西南各省和浙江（西湖泥煤）等地1989年10月，国家标准局发布《中国煤炭分类国家标准》(GB5751-86)，依据干燥无灰基挥发分Vdaf、粘结指数G、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b、煤样透光性P、煤的恒湿无灰基高位发热量Qgr，maf等6项分类指标，将煤分为14类。即褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。根据其岩石结构不同分类，可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。含有95%以上镜质体的为镜煤，煤表面光亮，结构坚实，含有镜质体和亮质体的为亮煤，含粗粒体的为暗煤，含丝质体的为丝炭，由许多小孢子形成的微粒体组成的为烛煤。根据煤中含有的挥发性成分多少来分类，可以分为贫煤（无烟煤，含挥发分低于12%）、瘦煤（含挥发分为12-18%）、焦煤（含挥发分为18-26%）、肥煤（含挥发分为26-35%）、气煤（含挥发分为35-44%）和长焰煤（含挥发分超过42%）。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳，挥发分过低不粘结，过高会膨胀都无法用于炼焦，但一般炼焦要将多种煤配合。煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50%～60%，褐煤为60%～70%，烟煤为74%～92%，无烟煤为90%～98%。煤中硫是最有害的化学成分。煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。煤中硫的含量可分为5级：高硫煤，大于4%；富硫煤，为2.5%～4%；中硫煤，为1.5%～2.5%；低硫煤，为1.0%～1.5%；特低硫煤，小于或等于1%。煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。三、煤种（煤质）变化对电厂经济性安全性影响的评价。3.1煤中挥发份对锅炉的影响挥发分是固体燃料的重要成分特性,对燃料的着火和燃烧有很大影响。挥发分是气体可燃物，其着火温度低，使煤易于着火。另外，挥发分从煤粉颗粒内部析出后使煤粉颗粒具有孔隙性，与助燃空气接触面积变大,因而易于燃烬。挥发分含量降低时情况则相反，锅炉飞灰可燃物相对偏高；同时，火焰中心上移，对流受热面的吸热量增加，尾部排烟温度也随之上升，排烟热损失增大。3.2煤的发热量对经济性的影响煤的发热量降低，则同样的锅炉负荷所用的实际煤量增大，而对于直吹式制粉系统，输送煤粉所需的一次风量也相应增加，导致理论燃烧温度和炉内的温度水平下降，使煤粉气流的着火延迟，燃烧稳定性变差，影响煤粉的燃尽。煤的发热量降低同时会使锅炉排烟温度升高，增加排烟热损失。煤的发热量降低还可能导致锅炉熄火等严重事故的发生。3.3煤的灰分对锅炉的影响灰分对电厂运行的经济性和可靠的影响体现在以下几个方面:(1)影响着火和燃烧过程。煤质中灰分在锅炉燃烧中起到阻碍氧气与碳产生化学反应的作用，灰分升高容易导致着火延迟，同时炉膛燃烧温度下降，煤的燃烬度变差，从而造成较大的不完全燃烧损失。(2)煤炭中的灰分是不可燃部分，在煤炭燃烧过程中，不但不发生热量，反而因由炉膛排出的高温炉渣，损失大量的物理显热。(3)影响安全运行。随着灰分的增高，备煤系统、锅炉设备以及排灰系统的部件磨损几乎成正比增加，同时使受热面的沾污和结渣以及管路的腐蚀加剧，从而造成安全隐患。3.4不同煤种混合的影响为保证锅炉正常运行，常常将劣质煤种与热值相对较高、挥发分较大的煤进行掺混，再送入炉内燃烧。不同的煤种混合后虽然从成分分析上看能够满足锅炉要求，但不同煤种的燃烧特性完全不一样，因而在炉内燃烧时，混合煤种容易发生燃烧分级现象，这也是造成飞灰含碳量上升的主要原因之一。3.5石子煤的影响石子煤从磨煤机排放后如果不能得到循环利用即成为损失。煤质变差往往造成磨煤机石子煤量增大，长时间运行，则会对机组煤耗带来不利的影响。某机组煤耗试验的数据表明，煤质下降后石子煤量达到入炉煤的1.5%左右，增加了约一倍，按石子煤热值等于三分之一原煤热值计算,影响机组煤耗约1.1g/(kWh)。3.6煤质下降引起其它经济性方面的影响(1)煤粉细度变粗当发热量降低，灰分增大时,煤的可磨性系数变小，磨煤机磨损件磨损加快，煤粉细度变粗。为保证锅炉出力不变,燃煤量增加，磨煤机出力就要增加，甚至增加运行磨煤机，进一步加剧煤粉细度变粗造成的影响。(2)厂用电率增加煤质变差造成燃煤量增加，磨煤电耗将增加，制粉系统的阻力也随着增大，导致所需风机的压头升高，风机电耗也相应增大。同时，对于三分仓预热器来说，一次风压头的提高将使漏风增加，从而增加了吸风机的负荷。3.7煤质变化对锅炉经济性影响的定量分析如前所述,煤质变化会对厂用电、蒸汽参数和石子煤等多方面因数产生影响，这里从煤质本身成分变化对机组煤耗的影响进行分析，即锅炉相同运行参数条件下，煤质的变化会造成锅炉各项损失的改变，从而影响锅炉运行的效率。某公司典型300MW机组锅炉煤质变化对经济性影响的定量分析如表1所示：3.8煤质对锅炉其他运行成本的影响煤质对电厂发电成本有着复杂的影响。它不仅影响到机组的经济性指标，更影响到机组的安全性，包括磨煤机的磨损,锅炉的结焦、粘污、腐蚀及磨损，也影响电除尘的性能等。分析煤质对火力发电厂成本的影响应考虑机组的综合成本，决定机组综合发电成本有以下4个主要因素:(1)可用率；(2)维修量；(3)能量转换效率；(4)机组出力。如果只注重燃烧特性、灰的利用及煤的差价等显成本效益，而忽略对锅炉运行、设备寿命及排放等付出的隐成本，其在成本效益的计算方法上就存在着较大的缺陷。随着国家环保要求越来越严格，分析煤质对成本的影响还要考虑到煤质对锅炉排放总量的影响。煤质下降对飞灰排放浓度的影响主要表现为煤的灰量增加与灰的比电阻变化，煤的灰量增加将导致飞灰排放浓度或总量的上升；灰的比电阻变化则会要求电除尘器的运行参数作出相应的调整，倘若现有电除尘器无法达到所需电压，就将导致除尘效率降低、粉尘排放浓度或总量的上升。综上所述，燃料品质优劣会直接影响锅炉性能和机组效率，有时还影响到机组的安全指标。采购最经济的煤种，需要综合考虑锅炉性能、机组效率、燃料价格等多方面的因素，具体情况具体分析。(1)对煤质的评价不能仅从其发热量或挥发分来考虑，而应该综合考虑煤在电站燃烧过程中对锅炉及辅助设备的影响大小和煤本身的价格。(2)灰含量高、发热量低的煤，不仅使燃料运输的成本增加,也使锅炉运行的安全性、经济性下降。因此，高灰分、低热量的煤尽管煤价低，但发电费用并不一定比燃用低灰分煤低。(3)机组效率是发电成本中一个重要的可变因素，节能和效率控制是一个关键。通过机组优化运行和能耗偏差分析，可以将成本控制在源头。(4)要降低煤质变化对锅炉的不良影响，尽量选择与设计煤质相近的燃煤。如烧混煤，则应控制混煤的质量，使之接近设计煤质。(5)要降低我国的供电煤耗，特别是大型机组的供电煤耗，实现锅炉设备的安全经济运行，必须保证燃用煤质的适应性和燃用煤质的稳定性。