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摘 要：由于工业发展的需要及国内煤原料的不断消耗，电煤供应形式相对比较紧张。为了充分利用煤资源，节省生产成本，国内电厂普遍采用混煤作为电厂燃煤锅炉的主要燃料。该文分析了混煤的几种特性及传统混煤掺烧技术的优点和不足，提出了一种能够广泛应用于电厂燃烧体系的新型掺配方式，具体分析了新型掺配技术的两种方法的应用，旨在寻求能够组合出最优的混煤掺烧的方法，提高电厂的能源利用率及生产力，从而有效的提高电厂的经济效益。
关键词：电厂锅炉 混煤掺烧 新型技术 应用
中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-00-02
锅炉是电厂的三大设备之一，主要燃料有煤、重油以及天然气，其中以煤为主，必须根据特定的煤种设计出电厂的燃煤锅炉。由于煤种具有特定性，这就要求锅炉的设计结构、型号、制粉系统及运营方式等相应的比较特别，这样设计出来的才是比较合适的锅炉。实际上，由于经济发展的需求居民生活的需要，国内的电厂的供电的形式相对严峻，在实际的生产过程中，由于现有的燃煤条件比较差，燃烧特定的煤种对很多的电厂而言比较困难。因此，在保证锅炉燃烧稳定安全及环保的前提下，混煤掺烧已经成为电厂的经济性选择。在进锅炉前将煤掺混，进入锅炉后让煤混烧，是电厂传统的锅炉混煤掺烧技术，这种技术要求掺混的煤在质量特性上的差异比较小。传统的混煤技术灵活多变，能够掺配出整体上质量相对均匀的煤，大多数电厂的锅炉都是运用这种技术，而少部分电厂则配置了特定的混掺设备，目的在于让掺配更快速更优质。然而，特殊混掺设备容易受到煤质差异性的影响，如果燃料的差异性太大会影响设备进行掺混，还可能会出现一些问题，如煤粉变粗、排烟的温度高、飞灰及炉渣的高含碳量等[1]。而新型的混掺方式对煤质的相关参数进行充分的综合考虑，如混煤的可磨性差异、燃烧特性，通过对煤粉的细度作严格的控制，区分易燃的煤种和难燃完全的煤种，这种新型的混掺技术就是“分磨制粉”。
1 混煤掺烧的理论分析
为了更好的熟悉混煤掺烧技术，首先要对混掺技术的理论有一定的了解。煤粉的燃烧是一种化学物理反应，既有燃烧化学反应，又有能量传递交换的物理现象，因此过程极为复杂。煤的着火特性和燃尽特性是煤燃烧特性的两大方面。表面上看，将煤混掺是一个简单的机械混合的过程，但实际上，各组的煤种的物理构成和特性存在很大的差别，混掺的煤放进锅炉燃烧的过程中，不同煤的颗粒会产生互相制约互相影响的关系，很难由混掺煤种的比例来判断混煤的特性。
1.1 混掺煤的可磨差异分析
当把两种或几种可磨性差异比较大的煤混掺在一起时，会得到一种比较难磨的煤种，而不是这些煤种的可磨性会相互中和，并且，由于这些煤的颗粒特性不一，混合成的煤种的煤粉粗细度也会参差不齐，导致难以燃尽。
1.2 混煤着火特性研究
当煤被加热，温度达到一定的标准的时候，即开始分解，挥发气体，产生煤焦油，在煤的燃烧过程中，重要的第一阶段就是热分解，只有煤热分解以后才会着火。活化能、温度和升温的速度影响煤的分解，因此在动力学角度，煤分解的模型是：
式中，a表示已燃烧的可燃质质量分数；R 是通用气体常数；k是频率因子；E表示活化能；T表示温度；f表示升温速度[2]。
很多的研究表明，不同的煤种在燃烧时会出现一个高峰，当两种或几种燃烧特性差异太大的煤混合燃烧时，混煤的热解曲线会出现两个或几个高峰，说明在混煤在掺烧时各煤种仍然保持着本身的热解特性，并不能和其他的煤种相适应。由此可以知道，在着火的过程中，混煤的组成煤种都有各自的着火特性，虽然讲他们混合起来，但仍然不能让着火特性一致。这就意味着，混煤掺烧时，有煤种热分解到一定温度时就会先着火，它们属于易着火煤种，混煤的着火特性接近这些易着火煤种。
1.3 混煤燃尽特性研究
如果将两种煤种混合燃烧，混煤的燃尽率曲线位于两种煤种的燃尽曲线率之间，这与两种所占混煤的比例有关，但不是取平均数那么简单，而是与较难燃尽的那各煤种相近。如果这两种煤种的燃尽特性相差甚远，混煤的燃尽特性与较难燃尽的煤种的燃烧特性相近，在燃烧过程中会出现混煤难燃尽的结果。这是因为，易燃煤种燃烧时会消耗锅炉内大量的氧气，导致另一种煤种在燃烧时缺氧，延長了混煤的燃烧时间，甚至会氧气不足最终导致混煤没有完全燃尽。所以，如果将两种燃烧特性差异很大，对锅炉在燃烧时的配风设备的要求就很高，但是大多锅炉都不能到达这个水平，混煤较难燃尽这个难题困扰着许多电厂。
2 传统混煤掺烧技术的优劣
传统混煤掺烧的方式是“炉前掺配、炉内燃烧”，即先将煤种按一定的比例混合均匀，放入磨煤机中磨成煤粉，进而送入锅炉燃烧[3]。这种方式要求比较高，优缺点主要表现在以下几点：（1）由于混煤的可磨性接近难磨煤种，如果混煤的煤种的可磨性相差太大，在磨粉时，容易磨的煤会磨得过细，而难磨得煤则会磨得过粗，这样磨出的煤粉会粗细不均，如果煤种的比例安排不佳或管理不到位，也会导致煤粉细度不均，可能导致电厂制粉系统磨制的煤粉燃烧效果不佳，飞灰和炉渣的碳含量过高，燃料不能得到充分的利用。（2）由于混煤的燃尽率趋向于难燃尽煤种的燃尽率，传统的混煤掺烧方式不能解决混煤燃烧时煤种抢氧的问题，导致燃烧效率低和原料的浪费，不利于电厂效益的提高。（3）由于煤种配备比例的不同，混合出来的煤质不均，如果劣质煤过多，会影响混煤的整体质量；而优质煤过多，也会影响制粉系统的正常运行，严重的话还会发生意外事故。所以混掺技术精湛、设备优良且管理完善这三个条件如果一个欠缺，都将不利混煤的燃烧。另外，混煤是在锅炉外混掺而成的，这除了要求一定的技术之外，还要求电厂有足够的储藏煤原料、混合煤的地方以及足够的劳动力资源，还需要配以相关的设施，用电量也大，这无疑增加了电厂的运营成本。当然，传统混煤掺烧方式也具有灵活的优点，这是因为，可以讲事先混合磨好的煤粉放入炉内不同的燃烧器里，通过变换混掺煤种来调整放进锅炉的煤质的指标，充分利用混煤的着火特性与易着火煤的特性相近这一特点，让煤粉更易着火且燃烧时比较 稳定。
3 新型混煤掺烧技术研究
由于混煤的几点特性在很大程度上影响着电厂锅炉混煤的有效燃烧，所以，探寻出新型的混煤掺烧技术对于现代电厂的发展来说意义重大。适应于电厂的发展要求，湖南省电力公司实验研究院将实验分析和理论研究相结合，率先提出了“分磨制粉”的新型方式，由于具有实用性强、效果良好等优点而得到了同行广泛的认可。所谓“分磨”，意思是将不同的煤种分别用不同的磨机进行磨制，这样就可以保证磨制出来的煤粉的细度均匀，这个方法适用于混煤技术较差的电厂，可以有效克服混煤可磨性趋向于难磨煤种的这一特性[4]。对于不同的制粉系统，具体的分磨方法也存在差别，制粉系统一般有直吹式制粉系统和中间储仓式制粉系统两种，随着技术的不断进步及制粉设备的具体差异，分磨制粉技术分为“分磨制粉，炉内掺烧”和“分磨制粉、仓内掺混、炉内燃烧”两种方式。
3.1 “分磨制粉，炉内掺烧”的应用分析
如果电厂的制粉系统是直吹式制粉系统，那么具体混煤方法就是将不同的煤种放入不同的磨煤机中进行相应的磨制，由于是分开磨制，所以可以根据煤种的可磨特性磨不同的时间，让磨制出来的煤粉整体上粗细均匀，进而经过各煤机一次风管将磨制好的煤粉直接送入锅炉燃烧，并不是在进入锅炉前混掺，虽然需要配置不同类型的磨制机，但是节省了入锅炉前的混掺所需的时间、场地及劳动力，同时克服了煤粉细度不均技术难题，保证燃煤的稳定性，有效提高煤粉的燃烧率。这种掺烧方式的有效性在很多电厂都得到了验证，适合推广。如果电厂的制粉系统是仓储式制粉系统，那么具体的混煤方式是：用不同的磨煤机将不同的煤种磨制好以后，放置各自的储粉仓，由粉仓将煤粉输送到不同的燃烧器喷口，煤粉会在燃烧过程中完成混合[5]。这种混合方式的优点在于，煤种可以被送到合适的温度区域，锅炉内的燃烧环境得以改善，如高热负荷区域的燃烧器比较适合不易结渣的煤粉的燃烧。有些电厂由于煤源紧张，在混煤时掺进了很多本地的无烟劣质煤，由于电厂条件的限制，运用传统的混煤掺烧方法很难保证燃煤的稳定性与安全性和效益性，然而，采用了新型的分磨制粉、炉内掺烧的方式以后，解决场地人手不足等难题，减少了飞灰和炉渣的碳含量，保证了设备的正常运行和混煤燃烧的良好效果。
3.2 “分磨制粉、仓内掺混、炉内燃烧”的应用分析
这一种方式需要在仓内掺混，所以只适用于仓储式制粉系统，具體操作：仓储式制粉系统的磨粉机先将各自选定的一种煤种磨制好后，煤粉会被输入到同一煤粉仓里面，在粉仓内完成混掺，混掺好后分入各燃烧器内。采用这种混煤方式，既克服了混煤燃尽特性与难燃煤种相近的缺点，又发挥了混煤着火特性与易着火煤种相近的优点，对飞灰和炉渣的碳含量的减少也成效显著，这种方式也被运用在很多电厂的生产上，成果得到了肯定。
4 结语
随着电力技术的不断发展及电力需求的不断扩大，传统的混煤掺烧技术已经无法满足电力生产的需要，新型“分磨制粉”的混掺技术具有高燃烧率低浪费率的优点，充分考虑了混煤的特性，结合了电厂制粉系统的具体设计，扬长避短，因材制宜，探寻出两种不同的混煤掺烧方式，适用于绝大多数电厂的制粉系统，能有效增强电厂的生产力，提高经济效益，适合大范围的推广。对于新设计的锅炉，可以设置仓储式制粉系统，采用这种设计的锅炉，既可以采用“分磨制粉，炉内掺烧”的方式，也可以采用“分磨制粉、仓内混掺、炉内混烧”的的方式，这两种方式各有其优点和特色，可以根据电厂自身条件的限制，如资金相对紧张、场地不足等等的情况，配置相应的设备，选择更符合电厂实际情况的混煤方式，旨在提高能源利用率及电厂的效益。
参考文献
[1] 侯栋岐，冯金梅，陈春元，等.混煤煤粉着火和燃尽特性的试验研究[J].电站系统工程，1995，11（2）：30-34.
[2] 张晓杰，孙绍增，孙锐，等.混煤着火模型研究[J].燃烧科学与技术，2001，7（1）：89-92.
[3] 高正阳，方立军，周健，等.混煤燃烧特性的热重试验研究[J].动力工程，2002，22（3）：1764-1768.
[4] 钟德惠，丘纪华，可磨性对混煤燃烧特性的影响[J].电站系统工程，2003，19（2）：13-14.
[5] 段学农，朱光明，焦庆丰，等，电厂锅炉混煤掺烧技术研究与实践[J].中国电力，2008，6（42）：53-54.
关键词：电厂锅炉 混煤掺烧 新型技术 应用
中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-00-02
锅炉是电厂的三大设备之一，主要燃料有煤、重油以及天然气，其中以煤为主，必须根据特定的煤种设计出电厂的燃煤锅炉。由于煤种具有特定性，这就要求锅炉的设计结构、型号、制粉系统及运营方式等相应的比较特别，这样设计出来的才是比较合适的锅炉。实际上，由于经济发展的需求居民生活的需要，国内的电厂的供电的形式相对严峻，在实际的生产过程中，由于现有的燃煤条件比较差，燃烧特定的煤种对很多的电厂而言比较困难。因此，在保证锅炉燃烧稳定安全及环保的前提下，混煤掺烧已经成为电厂的经济性选择。在进锅炉前将煤掺混，进入锅炉后让煤混烧，是电厂传统的锅炉混煤掺烧技术，这种技术要求掺混的煤在质量特性上的差异比较小。传统的混煤技术灵活多变，能够掺配出整体上质量相对均匀的煤，大多数电厂的锅炉都是运用这种技术，而少部分电厂则配置了特定的混掺设备，目的在于让掺配更快速更优质。然而，特殊混掺设备容易受到煤质差异性的影响，如果燃料的差异性太大会影响设备进行掺混，还可能会出现一些问题，如煤粉变粗、排烟的温度高、飞灰及炉渣的高含碳量等[1]。而新型的混掺方式对煤质的相关参数进行充分的综合考虑，如混煤的可磨性差异、燃烧特性，通过对煤粉的细度作严格的控制，区分易燃的煤种和难燃完全的煤种，这种新型的混掺技术就是“分磨制粉”。
1 混煤掺烧的理论分析
为了更好的熟悉混煤掺烧技术，首先要对混掺技术的理论有一定的了解。煤粉的燃烧是一种化学物理反应，既有燃烧化学反应，又有能量传递交换的物理现象，因此过程极为复杂。煤的着火特性和燃尽特性是煤燃烧特性的两大方面。表面上看，将煤混掺是一个简单的机械混合的过程，但实际上，各组的煤种的物理构成和特性存在很大的差别，混掺的煤放进锅炉燃烧的过程中，不同煤的颗粒会产生互相制约互相影响的关系，很难由混掺煤种的比例来判断混煤的特性。
1.1 混掺煤的可磨差异分析
当把两种或几种可磨性差异比较大的煤混掺在一起时，会得到一种比较难磨的煤种，而不是这些煤种的可磨性会相互中和，并且，由于这些煤的颗粒特性不一，混合成的煤种的煤粉粗细度也会参差不齐，导致难以燃尽。
1.2 混煤着火特性研究
当煤被加热，温度达到一定的标准的时候，即开始分解，挥发气体，产生煤焦油，在煤的燃烧过程中，重要的第一阶段就是热分解，只有煤热分解以后才会着火。活化能、温度和升温的速度影响煤的分解，因此在动力学角度，煤分解的模型是：
式中，a表示已燃烧的可燃质质量分数；R 是通用气体常数；k是频率因子；E表示活化能；T表示温度；f表示升温速度[2]。
很多的研究表明，不同的煤种在燃烧时会出现一个高峰，当两种或几种燃烧特性差异太大的煤混合燃烧时，混煤的热解曲线会出现两个或几个高峰，说明在混煤在掺烧时各煤种仍然保持着本身的热解特性，并不能和其他的煤种相适应。由此可以知道，在着火的过程中，混煤的组成煤种都有各自的着火特性，虽然讲他们混合起来，但仍然不能让着火特性一致。这就意味着，混煤掺烧时，有煤种热分解到一定温度时就会先着火，它们属于易着火煤种，混煤的着火特性接近这些易着火煤种。
1.3 混煤燃尽特性研究
如果将两种煤种混合燃烧，混煤的燃尽率曲线位于两种煤种的燃尽曲线率之间，这与两种所占混煤的比例有关，但不是取平均数那么简单，而是与较难燃尽的那各煤种相近。如果这两种煤种的燃尽特性相差甚远，混煤的燃尽特性与较难燃尽的煤种的燃烧特性相近，在燃烧过程中会出现混煤难燃尽的结果。这是因为，易燃煤种燃烧时会消耗锅炉内大量的氧气，导致另一种煤种在燃烧时缺氧，延長了混煤的燃烧时间，甚至会氧气不足最终导致混煤没有完全燃尽。所以，如果将两种燃烧特性差异很大，对锅炉在燃烧时的配风设备的要求就很高，但是大多锅炉都不能到达这个水平，混煤较难燃尽这个难题困扰着许多电厂。
2 传统混煤掺烧技术的优劣
传统混煤掺烧的方式是“炉前掺配、炉内燃烧”，即先将煤种按一定的比例混合均匀，放入磨煤机中磨成煤粉，进而送入锅炉燃烧[3]。这种方式要求比较高，优缺点主要表现在以下几点：（1）由于混煤的可磨性接近难磨煤种，如果混煤的煤种的可磨性相差太大，在磨粉时，容易磨的煤会磨得过细，而难磨得煤则会磨得过粗，这样磨出的煤粉会粗细不均，如果煤种的比例安排不佳或管理不到位，也会导致煤粉细度不均，可能导致电厂制粉系统磨制的煤粉燃烧效果不佳，飞灰和炉渣的碳含量过高，燃料不能得到充分的利用。（2）由于混煤的燃尽率趋向于难燃尽煤种的燃尽率，传统的混煤掺烧方式不能解决混煤燃烧时煤种抢氧的问题，导致燃烧效率低和原料的浪费，不利于电厂效益的提高。（3）由于煤种配备比例的不同，混合出来的煤质不均，如果劣质煤过多，会影响混煤的整体质量；而优质煤过多，也会影响制粉系统的正常运行，严重的话还会发生意外事故。所以混掺技术精湛、设备优良且管理完善这三个条件如果一个欠缺，都将不利混煤的燃烧。另外，混煤是在锅炉外混掺而成的，这除了要求一定的技术之外，还要求电厂有足够的储藏煤原料、混合煤的地方以及足够的劳动力资源，还需要配以相关的设施，用电量也大，这无疑增加了电厂的运营成本。当然，传统混煤掺烧方式也具有灵活的优点，这是因为，可以讲事先混合磨好的煤粉放入炉内不同的燃烧器里，通过变换混掺煤种来调整放进锅炉的煤质的指标，充分利用混煤的着火特性与易着火煤的特性相近这一特点，让煤粉更易着火且燃烧时比较 稳定。
3 新型混煤掺烧技术研究
由于混煤的几点特性在很大程度上影响着电厂锅炉混煤的有效燃烧，所以，探寻出新型的混煤掺烧技术对于现代电厂的发展来说意义重大。适应于电厂的发展要求，湖南省电力公司实验研究院将实验分析和理论研究相结合，率先提出了“分磨制粉”的新型方式，由于具有实用性强、效果良好等优点而得到了同行广泛的认可。所谓“分磨”，意思是将不同的煤种分别用不同的磨机进行磨制，这样就可以保证磨制出来的煤粉的细度均匀，这个方法适用于混煤技术较差的电厂，可以有效克服混煤可磨性趋向于难磨煤种的这一特性[4]。对于不同的制粉系统，具体的分磨方法也存在差别，制粉系统一般有直吹式制粉系统和中间储仓式制粉系统两种，随着技术的不断进步及制粉设备的具体差异，分磨制粉技术分为“分磨制粉，炉内掺烧”和“分磨制粉、仓内掺混、炉内燃烧”两种方式。
3.1 “分磨制粉，炉内掺烧”的应用分析
如果电厂的制粉系统是直吹式制粉系统，那么具体混煤方法就是将不同的煤种放入不同的磨煤机中进行相应的磨制，由于是分开磨制，所以可以根据煤种的可磨特性磨不同的时间，让磨制出来的煤粉整体上粗细均匀，进而经过各煤机一次风管将磨制好的煤粉直接送入锅炉燃烧，并不是在进入锅炉前混掺，虽然需要配置不同类型的磨制机，但是节省了入锅炉前的混掺所需的时间、场地及劳动力，同时克服了煤粉细度不均技术难题，保证燃煤的稳定性，有效提高煤粉的燃烧率。这种掺烧方式的有效性在很多电厂都得到了验证，适合推广。如果电厂的制粉系统是仓储式制粉系统，那么具体的混煤方式是：用不同的磨煤机将不同的煤种磨制好以后，放置各自的储粉仓，由粉仓将煤粉输送到不同的燃烧器喷口，煤粉会在燃烧过程中完成混合[5]。这种混合方式的优点在于，煤种可以被送到合适的温度区域，锅炉内的燃烧环境得以改善，如高热负荷区域的燃烧器比较适合不易结渣的煤粉的燃烧。有些电厂由于煤源紧张，在混煤时掺进了很多本地的无烟劣质煤，由于电厂条件的限制，运用传统的混煤掺烧方法很难保证燃煤的稳定性与安全性和效益性，然而，采用了新型的分磨制粉、炉内掺烧的方式以后，解决场地人手不足等难题，减少了飞灰和炉渣的碳含量，保证了设备的正常运行和混煤燃烧的良好效果。
3.2 “分磨制粉、仓内掺混、炉内燃烧”的应用分析
这一种方式需要在仓内掺混，所以只适用于仓储式制粉系统，具體操作：仓储式制粉系统的磨粉机先将各自选定的一种煤种磨制好后，煤粉会被输入到同一煤粉仓里面，在粉仓内完成混掺，混掺好后分入各燃烧器内。采用这种混煤方式，既克服了混煤燃尽特性与难燃煤种相近的缺点，又发挥了混煤着火特性与易着火煤种相近的优点，对飞灰和炉渣的碳含量的减少也成效显著，这种方式也被运用在很多电厂的生产上，成果得到了肯定。
4 结语
随着电力技术的不断发展及电力需求的不断扩大，传统的混煤掺烧技术已经无法满足电力生产的需要，新型“分磨制粉”的混掺技术具有高燃烧率低浪费率的优点，充分考虑了混煤的特性，结合了电厂制粉系统的具体设计，扬长避短，因材制宜，探寻出两种不同的混煤掺烧方式，适用于绝大多数电厂的制粉系统，能有效增强电厂的生产力，提高经济效益，适合大范围的推广。对于新设计的锅炉，可以设置仓储式制粉系统，采用这种设计的锅炉，既可以采用“分磨制粉，炉内掺烧”的方式，也可以采用“分磨制粉、仓内混掺、炉内混烧”的的方式，这两种方式各有其优点和特色，可以根据电厂自身条件的限制，如资金相对紧张、场地不足等等的情况，配置相应的设备，选择更符合电厂实际情况的混煤方式，旨在提高能源利用率及电厂的效益。
参考文献
[1] 侯栋岐，冯金梅，陈春元，等.混煤煤粉着火和燃尽特性的试验研究[J].电站系统工程，1995，11（2）：30-34.
[2] 张晓杰，孙绍增，孙锐，等.混煤着火模型研究[J].燃烧科学与技术，2001，7（1）：89-92.
[3] 高正阳，方立军，周健，等.混煤燃烧特性的热重试验研究[J].动力工程，2002，22（3）：1764-1768.
[4] 钟德惠，丘纪华，可磨性对混煤燃烧特性的影响[J].电站系统工程，2003，19（2）：13-14.
[5] 段学农，朱光明，焦庆丰，等，电厂锅炉混煤掺烧技术研究与实践[J].中国电力，2008，6（42）：53-54.