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摘要：根据目前我国燃煤电厂燃料煤的供应状况及电厂运行过程中常用的煤质特性评价指标，分析了电厂混煤的相关特性及混煤主要特性指标变化对燃烧的影响。
关键词：混煤；煤质特性；
随着国家经济的发展及电力体制改革，我国的电力行业已经逐步摆脱粗放型管理，运行机制也已经逐步由计划经济向市场经济发展。厂网分开、竞价上网已经开始实施。如何降低发电成本，提高机组效率，直接关系到发电企业的生存与发展。根据目前国内的煤炭市场和电力需求情况，我国火电厂出现一些问题：①电装机容量增大，煤的耗量增加，一台300MW机组的锅炉的日耗煤量约达3000吨左右，因而很难保证燃烧单一煤种。②煤炭资源集中在经济欠发达的中、西部地区，在经济发达、对电力需求大的东、南部地区煤炭资源则非常贫乏，北煤南运，煤的运输能力不足。③近年的电慌、煤慌，造成很多电厂“饥不择食”，被迫烧一些劣质煤。④许多电厂锅炉的实际燃煤与设计煤种不符，安全经济得不到保障，因而采用混煤燃烧，以便满足锅炉燃烧的要求。
1．1混煤燃烧特性
从燃料特性来考虑，燃煤的主要性质根据锅炉需求大体可分为三个层次：第一层次是最基本的煤质指标，如碳含量C、氢含量H、挥发分V、灰分A、全水分M、发热量Q、硫分S；第二层次指标是对燃料特性的重要补充，如可磨性HGI、着火温度ti、粒度组成或煤粉细度、有害元素含量、煤灰熔融特性温度、煤灰粘度与结渣性；第三层次指标是对燃用煤质的专门了解，如密度、硬度、比热、导热系数和膨胀系数、热分析、燃烧特性、煤灰表面张力及沾污能力、灰渣强度及烧结温度等。
不同煤种混配以后，其煤质特性要发生较大变化，特别是第二，第三层次指标，几乎都不符合线性可加规律。
1．1．1混煤的热分解及挥发分析出特性
煤中挥发分含量及析出特性对着火过程有着决定性的影响。为了全面了解配煤煤质的挥发分析出特性，可用热重分析方法进行了慢速热解条件下的挥发分析出特性试验和沉降炉进行的快速热解试验，对多种单一煤及混煤的挥发分析出特性进行评价和比较，对混煤的挥发分析出规律及其影响因素进行探讨。研究结果表明：混煤的挥发分析出性能受到掺混煤质特性、混合比、挥发分含量、煤粉细度、温度、加热速率等因素的影响。组成配煤的两组份煤种的挥发分析出并不是同时进行的。配煤的挥发分释放时间普遍比单一煤长，造成这一现象的主要原因是不同煤种混合后，除其有机成份的析出顺序发生变化从而相互影响外，还由于其无机成份如煤中各岩相组份在燃烧时的相互影响、相互制约，使得煤的挥发分中各化学成份的比例发生了变化。配煤的挥发分释放性能比单一煤种稍差，组成配煤的煤种性质相差越大，其挥发分释放性能也越差。配煤的配合比对挥发分析出特性有较大影响，组成配煤的各煤种性质相差越大，则配煤挥发分析出特性受配合比的影响越大。煤粉细度对配煤挥发分析出的影响比对单一煤种大。
1．1．2混煤燃尽特性
对于混煤来说，由于其中低挥发分、低反应活性的煤与高挥发分、高反应活性的煤其燃烧速度不同，因此在燃烧时出现“抢风”现象，使得低反应活性、低挥发分煤在缺氧的气氛中燃烧，从而造成了低挥发分煤的燃尽更为困难。以往的研究表明，在通常的燃烧情况下，混煤的综合燃尽效果低于掺混煤种分别单烧时获得的燃尽率加权平均值。掺混比例也对混煤燃烧产生重要影响。如在低品位煤中掺入的高品位煤比例太小，则可能达不到应有的效果，甚至可能引起燃烧不稳定现象。因此，不同煤种掺烧时，为了保证锅炉的经济性和安全性，高品位煤的掺烧量应达到一定程度，具体的掺烧率可通过实验室试验初步确定后再进行现场调整试验验证。除此之外，煤粉粒度也影响混煤的燃尽性能，应尽可能降低煤粉粒度，特别是降低其中的低反应活性煤的粒度。
1．1．3 混煤燃烧时SOx、NOx的生成与排放特性
在混煤燃烧过程中，SOx、NOx的生成与排放不同于单一煤种。研究结果表明，混煤燃烧对NOx生成的大小主要取决于掺混煤种相对含氮量和混合比例以及氧浓度，其NOx峰值出现的时间主要取决于掺混煤种的相对挥发分及混合比。混煤NOx的释放时间比单一煤种长，当氧气充足时，后期NOx的释放量将增加。因此，要降低混煤燃烧时的NOx排放，不仅要考虑其前期燃烧阶段，同时也要考虑其中后期燃烧阶段。提高配煤的燃尽率与降低NOx排放存在一定矛盾，对于由性能差异较大的煤组成的混煤来说，要达到高效低污染燃烧将比单一煤更为困难。
对SOx生成与排放，通常可采用高硫煤与低硫煤相混合燃烧以降低SOx生成与排放。不同煤种掺烧时，在考虑控制混煤SOx生成与排放的同时，应同时考虑其经济性、结渣、积灰及腐蚀性能等。对于已配置有脱硫系统的锅炉，则其对SOx生成与排放不需太多的考虑。
1．2混煤的结渣特性
电厂对燃煤的结渣性分析大多只停留在一些常规分析上，如测定煤灰的变形温度t1、软化温度t2、融化温度t3。
一般认为，只要在易结渣的煤中混入一定量不易结渣的煤时，便可以起到减缓结渣速度、降低结渣程度的作用。由于这种观点在现场具有较强的可操作性，已被很多人所接受，并正在电厂配煤燃烧工作中被广泛应用。这对于两种性质相差不大的燃煤进行混烧时是可取的，但在煤种性质相差很大时有时会出现一些偏差。在人们普遍重视优化运行的今天，更应该重视各煤种的优化配比，以利于优化燃烧。两种煤按不同比例进行混合，其结渣的倾向性是不同的。
对于混煤燃烧结渣规律，国内外学者已进行过详细的研究，结果表明混煤的结渣特性较为复杂，尤其是燃烧性能相差较大的煤种表现得更加明显。
影响混煤的结渣性能的主要因素有：
(1)混煤灰熔点的变化
不同煤种混合后，其灰熔点变化趋势很复杂，与算术平均值相差甚远，也不表现出线性关系。有时混煤的灰熔点比两种单一煤都低，有时则比两种单一煤都高。这种变化与所混的两种单一煤的特性及混合比的关系较大，煤种差别越大，混合后变化越大，这主要是因为不同煤种混合后，由于矿物质的组成、含量发生变化以及它们之间的相互影响、相互制约，使得不同煤之间的不同矿物质发生化学反应，从而改变了混煤的灰熔融特性。同时，不同煤种混合后煤灰还可能生成共熔体，也使混煤的灰熔融温度发生变化。混煤灰熔点的改变是导致结渣状况改变的主要原因。
(2)混煤灰渣粘度的变化
灰渣粘度对结渣的影响主要体现在受热面结渣强度方面，灰渣粘度越大，受热面结渣越强烈。西安热工院对混煤灰渣的粘温特性研究表明，我国煤渣型相差大的煤掺烧，会改变混煤灰渣的粘温特性，从而使结渣性能改变。
(3)煤中矿物质的离析
煤中矿物质一些成分在煤粉颗粒中的含量多少，也会对混煤的结渣倾向产生影响，如黄铁矿偏析严重的煤质结渣较严重。
(4)混煤在炉内燃烧状况对结渣的影响
不同煤种混合后，尤其是性能差异较大的煤混合时，两种分煤种的燃烧并不是同步进行的，由于高挥发分煤的大量消耗氧量，造成低挥发分煤的燃烧时间延长，此时容易出现低挥发分燃料的燃尽发生在炉膛出口附近和炉墙附近，甚至粘附到受热面上继续迸行，这样将提高炉膛上部和炉墙附近温度水平，因而有可能使灰分在未固态化以前就接触到受热面而粘结在其表面上造成结渣。
此外，性能差异较大的煤种混合燃烧时，高挥发分煤的先期燃烧，导致低挥发分煤缺氧造成局部弱还原性气氛，从而使灰熔点*降低，使结渣加剧。
(5)燃烧工况参数及锅炉运行参数的影响
炉膛温度、炉内空气动力场、炉内气氛条件、过量空气系数、一二次风量分配、混合状况、风煤比、煤粉细度等等都会对混煤的结渣状况产生影响。
由上述分析可以看到，混煤的结渣性能不仅受混合煤种、混合比的影响，而且受多种因素的影响，其结渣情况相当复杂，同一煤质结渣指标的混煤和单一煤，在同一炉膛和同一燃烧工况下，两者的结渣特性可能存在较大的差异，这主要是由于混煤在炉内的燃烧状况与单一煤不同。因此，要采用混烧方法减轻或消除锅炉的结渣，必须对混煤的结渣性能和机理进行大量而深入的研究。
研究结果表明，不同煤种混合后，其结渣趋势变化很复杂，与算术平均值相差甚远，也不表现出线性关系。由此可知，当电厂采用混烧方法减轻结渣时，必须合理选择掺烧率．影响配煤结渣性能的因素有许多，但一般来说：配煤的结渣性能不仅受混合煤种、混合比的影响，而且受锅炉运行条件的影响。焦渣特性指数相同的混煤和单一煤，在同一炉膛和同一燃烧工况下，两者的结渣特性可能存在较大差异。
1．3混煤的可磨特性及对燃烧的影响
3．3．1混煤的可磨性特点
煤的可磨性是一种与煤的硬度、强度、韧度和脆度有关的综合物理特性，它可作为决定电站磨煤机容量的一个重要指标。哈氏可磨性指数HGI是一个无量纲的物理量，可用来衡量煤的可磨性，其值的大小反映了不同煤样破碎成粉的相对难易程度，HGI值越大，说明在消耗一定能量的条件下，相同量规定粒度的煤样磨制成粉的细度越细。
研究结果表明，按质量比1：1组成的混煤的可磨性并不具有“加和性”，而是趋向于难磨的原煤的可磨性，特别是当一种易磨煤和一种难磨煤混合时。将两种可磨性不同的煤在同一制粉系统中混合磨制时，这两种组成煤种在混煤中所表现出的粒径分布特性不同，即难磨煤的细度较大，而易磨煤的细度较小。因此，两种混煤的HGI值不能由单一组成煤种的HGI值按混合比加权平均计算得出，而是趋向于较难磨的原煤。
3．3．2可磨性对混煤粒径及挥发分的影响
混煤的这种可磨性特点，必然会对混煤的粒径有一定影响。当将两种可磨性不同的煤在同一制粉系统下磨制成混煤时，会导致各单一煤在混煤中表现出的粒径分布特性不同和各煤种细度的不同。这就可能使混煤的粒径分布范围较大，同时也出现煤粉的偏析，即单一组成煤在各粒径范围不是均匀分布，而是在混煤煤粉的大粒径范围内难磨煤占较大部分，易磨煤则在小粒径范围内占大部分。特别是当组成煤种的可磨性相差越大时，这种现象会越明显。
挥发分对煤粉的着火起着重要作用，还影响到煤粉后期的燃尽性能。煤的挥发分是涉及到物理化学变化的煤质指标，从研究结果看，混煤的挥发分并不能简单地按加权平均计算。混煤燃烧时，两种煤粒子离散的分布于气流中，由于两种煤的密度、颗粒直径相差较大，两种煤粒子在气流中的分布将很不均匀。这说明不能把混煤看成一新的单一煤种的燃烧，不能以试验测得的混煤中挥发分含量的多少来判断混煤的某些燃烧特性。试验表明，混煤一般比挥发分含量相近的单一煤难于着火和燃烧。