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【摘 要】针对目前电厂锅炉在燃用混煤时易出现的结渣严重、排烟温度高、管壁超温和制粉系统爆炸等问题，对电厂在变煤种掺烧过程中常见的煤质特性、影响掺烧比例确定的因素、掺烧方式选取的原则、运行特性评价指标等进行了分析，并给出了掺烧煤种选择、运行管理和煤场管理方面的建议，指出电厂在燃料采购时应结合锅炉设备的适应能力和煤场堆、配煤条件，在锅炉运行时通过配煤掺烧试验确定掺烧比例、掺烧方式和较佳的锅炉运行方式，可以提高锅炉的安全经济性和对煤种的适应能力。
【关键词】锅炉；混煤；掺烧比例；掺烧方式；评价指标
近年来，国内电煤供应紧张，由于设计煤采购困难，越来越多的电厂在大量燃用非设计煤种。另一方面，为了降低燃料成本，电厂也经常掺烧一些低成本的劣质煤。由于煤源较杂，煤种多变，电厂缺乏必要的煤质分析手段，因而对煤质特性以及拟掺烧煤与锅炉设备的适应性认识不足，导致在煤质发生较大改变时锅炉在运行过程中出现许多问题，严重影响了锅炉的安全、经济运行，为了解决锅炉在变煤种掺烧过程中遇到的问题，更好地保证锅炉的安全经济运行，文中对掺烧过程中涉及的煤质特性评价、掺烧方式选择、掺烧比例的选取和运行特性评价等问题进行分析和讨论，希望能对电厂的燃煤掺烧工作有所帮助。
1.混煤对煤质特性的影响
（1）有研究结果表明，煤粉气流的着火温度 tI和煤粉燃尽率 Bp与混煤的挥发分仅有松散的相关性，混煤的着火温度介于各单一煤种之间；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。因此，建议掺烧煤种应为相邻煤种之间进行，如烟煤与贫煤掺配而应避免与无烟煤掺配。
（2）对于一般煤及高灰熔点煤（ts>1400℃）的掺烧，结渣特性判别可采用计算出的 ts，但对于灰中Fe、Na、Ca等质量分数高的煤应采用中试试验台模拟燃烧进行研究，如神华煤在与大同、兖州煤在某些锅炉上掺烧时出现结渣加剧现象，其原因是神华煤为高钙煤，CaO除与本身煤灰中的Fe2O3形成共熔体外，在与高铁煤掺烧时富余的CaO 还与掺烧煤灰中的Fe2O3形成共熔体，从而在一定配比下出现结渣加剧的现象，试验结果表明，神华煤与Fe2O3质量分数大于7%、铁钙比大于3的煤在神华煤比例为20%～30%的情况下易出现结渣加剧的现象。
2.混煤掺烧方式的选取
2.1间断掺烧
一般用在电厂供煤比较困难或煤场较小、不便存放的情况下，采取这种掺烧方式的电厂一般对来煤采取随到随烧的方式。这种方式不适合于神华煤与高铁煤（w（Fe2O3）>8%）掺烧的情况。另外，还应注意 2 方面的问题：（1）避免高负荷时长期燃用易结渣煤；（2）注意煤种切换操作，防止换煤过程中燃烧温度场和煤灰化学成分的变化引起塌焦或结渣加重的情况。
2.2炉前预混掺烧
预混掺烧方式主要用于煤种差别较大的、带中储式制粉系统的电厂。采取该种配煤方式时，预混的地点既可以在电厂内，也可以在电厂外。电厂外的配煤地点可为煤矿或中转码头，其具体方式是按不同的燃煤配比调整取料机速度，将各混合煤种倒换到同一皮带上，通过多次皮带转运进行混合，其混合效果较好，但要求有较大的煤场。电厂内进行预混时，除了要求有足够大的场地还应有足够的堆、取煤设备，主要有 2 种方式：（1）掺烧煤种按一定比例分层堆放、断面取煤；（2）两条皮带输送不同煤种然后汇入同一条皮带，通过调节皮带转速控制掺配比例。一般来讲，电厂配煤的均匀性较差，不均匀混煤可能会影响到锅炉的安全、经济运行，因此需加强配煤管理。国内目前有些电厂将拟掺配煤种先置入筒仓，通过调节筒仓给煤机转速来调节拟掺配煤量， 可以较准确地实现配煤比例控制。
2.3分磨掺烧
采用分磨掺烧时，不同磨煤机磨制不同煤种，使煤种在炉内燃烧过程中混合（可随时根据锅炉负荷等调节混煤比例）。这种掺烧方式可确保所有掺烧煤种进入炉内参与燃烧，避免了入炉煤质的大幅波动，因此用于燃烧、结渣特性相差较大的、直吹式制粉系统的电厂。而且该种混合方式对炉内混合强烈的四角切圆锅炉比较有效，对前后墙燃烧方式则比较有限。与预混掺烧相比，分磨掺烧对煤场的要求相对较低。
3.掺烧比例的选取
（1）对于炉内结渣较重的锅炉，需掺烧一定比例的高灰熔点煤以减轻锅炉燃烧器区或屏区受热面的结渣，掺烧比例的确定依据是灰熔点和结渣指数等结渣特性判别指标是否处于较低结渣区域，同时还应考虑燃烧器类型及布置方式、炉膛热负荷参数、吹灰器数量和布置方式等，对于燃用高灰熔点煤的锅炉掺烧低灰熔点煤时的掺烧比例确定方法也是如此。
（2）对于掺烧褐煤的烟煤锅炉，需考虑褐煤比例的选择对锅炉出力和磨煤机出力的影响，这是因为磨煤机在磨制掺烧高水分褐煤后磨煤机的干燥出力往往不足，磨制混煤的磨煤机出力会出现大幅下降，进而影响到锅炉出力。为了不使磨煤机出力下降太多，此时需控制褐煤的磨内比例；为了不使锅炉出力下降太多，则需控制磨制混煤的磨的台数或增加投运磨的台数。同时，还应考虑引风机的出力对褐煤掺烧比例的影响。
（3）对于主要燃用高挥发分煤的锅炉掺烧低挥发分煤时，需考虑的是着火稳定性、煤粉燃尽率、炉膛出口受热面管壁是否超温等；当主要燃用低挥发分煤的锅炉掺烧高挥发分煤时，则需考虑煤粉燃尽率、制粉系统防爆、主/再热蒸汽参数等。
（4）当流动性相差较大的 2种煤进行掺配时，混煤的流动性评价指标表面水分w（Mf）就成为主要掺烧比例选择的主要约束条件，一般应使w（Mf）值小于12%。
（5）对于掺烧高硫煤的锅炉，需考虑脱硫系统的设计处理能力、锅炉水冷壁和高温过热器、高温再热器等的防高温腐蚀的能力、空气预热器的防堵塞和低温腐蚀的能力等。
（6）对于掺烧高灰分煤的锅炉，需考虑磨煤机的研磨出力及锅炉出力、除灰系统出力、尾部受热面的防磨能力和吹灰器布置等。
4.运行特性评估指标
在混煤掺烧比例和掺烧方式初步确定的基础上，就可在锅炉上进行试烧研究，这就需要对燃用混煤时的锅炉运行特性进行评估，主要评估指标有以下4个方面：
（1）安全性。安全性指标主要有4类：一是燃烧稳定性指标，监测参数为火检强度、炉膛负压；二是结渣指标，监测参数为通过看火孔观察燃烧器区、屏区和冷灰斗区的结渣，表盘监测炉膛出口烟温、空气预热器入口和脱硫系统入口烟温等；三是超温、爆管指标，主要监测参数为水冷壁、高温过热器和高温再热器壁温、 减温水量等；四是制粉系统爆炸特性指标，主要为磨煤机进出口温度、一次风管气流含氧质量分数等。
（2）经济性。比较常用的经济性评估指标首先是煤价；其次为锅炉效率、辅机电耗、厂用电率、主/再热蒸汽参数和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；再次是比较容易忽略的排污成本（SO2、NOx排放质量浓度变化引起）和设备（磨辊、高温受热面管等）寿命的变化引起的成本变化。
（3）环保性。环保性评估指标主要为 SO2、NOx排放质量浓度和粉尘排放质量浓度。
（4）设备适应性。主要是对锅炉及主要辅助系统如燃烧系统、制粉系统、脱硫系统、除灰除渣系统、风机系统等对混煤的适应性进行评价， 分析其是否存在安全、经济性和出力不足的情况。
5.结语
燃煤供应是电厂的生命线，为了保证火电机组的安全经济运行，对于拟掺烧的煤种，从燃料采购时就应加强甄选，采购时除了考虑燃煤价格，更应从锅炉设备的适应能力出发，采购时最好将煤质特性与煤场堆、配煤条件结合起来加以考虑，评估后方可确定采购的煤种和煤量。燃用配煤时除了加强运行监督，通过燃烧试验确定合适的掺配比例、掺烧方式并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。
【关键词】锅炉；混煤；掺烧比例；掺烧方式；评价指标
近年来，国内电煤供应紧张，由于设计煤采购困难，越来越多的电厂在大量燃用非设计煤种。另一方面，为了降低燃料成本，电厂也经常掺烧一些低成本的劣质煤。由于煤源较杂，煤种多变，电厂缺乏必要的煤质分析手段，因而对煤质特性以及拟掺烧煤与锅炉设备的适应性认识不足，导致在煤质发生较大改变时锅炉在运行过程中出现许多问题，严重影响了锅炉的安全、经济运行，为了解决锅炉在变煤种掺烧过程中遇到的问题，更好地保证锅炉的安全经济运行，文中对掺烧过程中涉及的煤质特性评价、掺烧方式选择、掺烧比例的选取和运行特性评价等问题进行分析和讨论，希望能对电厂的燃煤掺烧工作有所帮助。
1.混煤对煤质特性的影响
（1）有研究结果表明，煤粉气流的着火温度 tI和煤粉燃尽率 Bp与混煤的挥发分仅有松散的相关性，混煤的着火温度介于各单一煤种之间；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。因此，建议掺烧煤种应为相邻煤种之间进行，如烟煤与贫煤掺配而应避免与无烟煤掺配。
（2）对于一般煤及高灰熔点煤（ts>1400℃）的掺烧，结渣特性判别可采用计算出的 ts，但对于灰中Fe、Na、Ca等质量分数高的煤应采用中试试验台模拟燃烧进行研究，如神华煤在与大同、兖州煤在某些锅炉上掺烧时出现结渣加剧现象，其原因是神华煤为高钙煤，CaO除与本身煤灰中的Fe2O3形成共熔体外，在与高铁煤掺烧时富余的CaO 还与掺烧煤灰中的Fe2O3形成共熔体，从而在一定配比下出现结渣加剧的现象，试验结果表明，神华煤与Fe2O3质量分数大于7%、铁钙比大于3的煤在神华煤比例为20%～30%的情况下易出现结渣加剧的现象。
2.混煤掺烧方式的选取
2.1间断掺烧
一般用在电厂供煤比较困难或煤场较小、不便存放的情况下，采取这种掺烧方式的电厂一般对来煤采取随到随烧的方式。这种方式不适合于神华煤与高铁煤（w（Fe2O3）>8%）掺烧的情况。另外，还应注意 2 方面的问题：（1）避免高负荷时长期燃用易结渣煤；（2）注意煤种切换操作，防止换煤过程中燃烧温度场和煤灰化学成分的变化引起塌焦或结渣加重的情况。
2.2炉前预混掺烧
预混掺烧方式主要用于煤种差别较大的、带中储式制粉系统的电厂。采取该种配煤方式时，预混的地点既可以在电厂内，也可以在电厂外。电厂外的配煤地点可为煤矿或中转码头，其具体方式是按不同的燃煤配比调整取料机速度，将各混合煤种倒换到同一皮带上，通过多次皮带转运进行混合，其混合效果较好，但要求有较大的煤场。电厂内进行预混时，除了要求有足够大的场地还应有足够的堆、取煤设备，主要有 2 种方式：（1）掺烧煤种按一定比例分层堆放、断面取煤；（2）两条皮带输送不同煤种然后汇入同一条皮带，通过调节皮带转速控制掺配比例。一般来讲，电厂配煤的均匀性较差，不均匀混煤可能会影响到锅炉的安全、经济运行，因此需加强配煤管理。国内目前有些电厂将拟掺配煤种先置入筒仓，通过调节筒仓给煤机转速来调节拟掺配煤量， 可以较准确地实现配煤比例控制。
2.3分磨掺烧
采用分磨掺烧时，不同磨煤机磨制不同煤种，使煤种在炉内燃烧过程中混合（可随时根据锅炉负荷等调节混煤比例）。这种掺烧方式可确保所有掺烧煤种进入炉内参与燃烧，避免了入炉煤质的大幅波动，因此用于燃烧、结渣特性相差较大的、直吹式制粉系统的电厂。而且该种混合方式对炉内混合强烈的四角切圆锅炉比较有效，对前后墙燃烧方式则比较有限。与预混掺烧相比，分磨掺烧对煤场的要求相对较低。
3.掺烧比例的选取
（1）对于炉内结渣较重的锅炉，需掺烧一定比例的高灰熔点煤以减轻锅炉燃烧器区或屏区受热面的结渣，掺烧比例的确定依据是灰熔点和结渣指数等结渣特性判别指标是否处于较低结渣区域，同时还应考虑燃烧器类型及布置方式、炉膛热负荷参数、吹灰器数量和布置方式等，对于燃用高灰熔点煤的锅炉掺烧低灰熔点煤时的掺烧比例确定方法也是如此。
（2）对于掺烧褐煤的烟煤锅炉，需考虑褐煤比例的选择对锅炉出力和磨煤机出力的影响，这是因为磨煤机在磨制掺烧高水分褐煤后磨煤机的干燥出力往往不足，磨制混煤的磨煤机出力会出现大幅下降，进而影响到锅炉出力。为了不使磨煤机出力下降太多，此时需控制褐煤的磨内比例；为了不使锅炉出力下降太多，则需控制磨制混煤的磨的台数或增加投运磨的台数。同时，还应考虑引风机的出力对褐煤掺烧比例的影响。
（3）对于主要燃用高挥发分煤的锅炉掺烧低挥发分煤时，需考虑的是着火稳定性、煤粉燃尽率、炉膛出口受热面管壁是否超温等；当主要燃用低挥发分煤的锅炉掺烧高挥发分煤时，则需考虑煤粉燃尽率、制粉系统防爆、主/再热蒸汽参数等。
（4）当流动性相差较大的 2种煤进行掺配时，混煤的流动性评价指标表面水分w（Mf）就成为主要掺烧比例选择的主要约束条件，一般应使w（Mf）值小于12%。
（5）对于掺烧高硫煤的锅炉，需考虑脱硫系统的设计处理能力、锅炉水冷壁和高温过热器、高温再热器等的防高温腐蚀的能力、空气预热器的防堵塞和低温腐蚀的能力等。
（6）对于掺烧高灰分煤的锅炉，需考虑磨煤机的研磨出力及锅炉出力、除灰系统出力、尾部受热面的防磨能力和吹灰器布置等。
4.运行特性评估指标
在混煤掺烧比例和掺烧方式初步确定的基础上，就可在锅炉上进行试烧研究，这就需要对燃用混煤时的锅炉运行特性进行评估，主要评估指标有以下4个方面：
（1）安全性。安全性指标主要有4类：一是燃烧稳定性指标，监测参数为火检强度、炉膛负压；二是结渣指标，监测参数为通过看火孔观察燃烧器区、屏区和冷灰斗区的结渣，表盘监测炉膛出口烟温、空气预热器入口和脱硫系统入口烟温等；三是超温、爆管指标，主要监测参数为水冷壁、高温过热器和高温再热器壁温、 减温水量等；四是制粉系统爆炸特性指标，主要为磨煤机进出口温度、一次风管气流含氧质量分数等。
（2）经济性。比较常用的经济性评估指标首先是煤价；其次为锅炉效率、辅机电耗、厂用电率、主/再热蒸汽参数和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；再次是比较容易忽略的排污成本（SO2、NOx排放质量浓度变化引起）和设备（磨辊、高温受热面管等）寿命的变化引起的成本变化。
（3）环保性。环保性评估指标主要为 SO2、NOx排放质量浓度和粉尘排放质量浓度。
（4）设备适应性。主要是对锅炉及主要辅助系统如燃烧系统、制粉系统、脱硫系统、除灰除渣系统、风机系统等对混煤的适应性进行评价， 分析其是否存在安全、经济性和出力不足的情况。
5.结语
燃煤供应是电厂的生命线，为了保证火电机组的安全经济运行，对于拟掺烧的煤种，从燃料采购时就应加强甄选，采购时除了考虑燃煤价格，更应从锅炉设备的适应能力出发，采购时最好将煤质特性与煤场堆、配煤条件结合起来加以考虑，评估后方可确定采购的煤种和煤量。燃用配煤时除了加强运行监督，通过燃烧试验确定合适的掺配比例、掺烧方式并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。