摘要：煤质是电厂设计和炉型选择、燃烧制粉系统及除尘、脱硫、脱硝等辅助系统选型的主要依据.一旦设计制造完毕，很难就炉膛容积和形状做实质性修改，对配套环保设施进行技改一般也需耗费巨资。在煤质变化较大的情况下，如何保持机组长期安全经济运行、实现节能减排目标显得尤为重要，本文结合工程实例进行简要分析，并力求给出较为切实可行的具体措施。
1 引言
近年来，煤炭供应形势紧张、煤炭价格大幅度升高，加之受运输等环节的影响，多数火力发电厂因煤质波动较大，得不到有效保证，引发的锅炉机组运行安全和经济问题更加突出，同时对污染物的处理、排放等方面影响也较大。如何应对煤质变化带来的这些问题，日益受到火电企业的广泛关注，下面结合实际情况，就如何解决这些问题进行较为系统的简要探讨。
2锅炉实际用煤质应尽可能接近设计煤种要求
煤质是电厂设计和炉型选择、燃烧制粉系统及辅助设备选择的主要依据。一般电厂初步设计阶段，设计院根据煤种和煤质等条件，确定了整个项目的主要设计原则。设计之初，锅炉设计人员就煤质选定适宜的燃烧方式和相应的炉膛关键特征参数值，使新装锅炉达到较好的燃烧效果，即较高的燃烧效率、较大的负荷调节幅度和较低的NOX生成浓度值，将炉膛结渣倾向能降低到保证锅炉长期安全运行而不致影响其可靠性指标的程度。大型锅炉厂非常重视煤质特性与锅炉型式匹配，一般都参照投产锅炉积累的经验数据，慎重计算或数值模拟，避免出现炉型与煤质不匹配的情况。大容量锅炉炉体庞大，结构复杂，一旦设计制造完毕，很难就炉膛容积和形状做实质性修改，电厂实际可燃用煤质，在一定程度上受到现有炉型及配套辅助系统的限制。原电力部于1993年颁发了《关于加强大型燃煤锅炉燃烧管理和若干规定》，对现役机组改换或掺烧新煤种，及对现役机组实际燃用煤质指标超出规定范围时，所应取得的煤质特性和燃烧特性试验数据都作出明确详细的规定，以确保燃煤机组运行的经济性和安全可靠性。火电厂燃用煤种和煤质的煤、灰特性的变化直接影响锅炉的烟风系统、输煤、除灰、脱硫、脱硝系统及其设备等。为了确保电厂安全经济运行的需要，锅炉实际燃用煤质尽可能接近其设计煤种要求。
3 严重偏离设计煤质带来的危害
3.1 直接影响到电厂的安全运行
实际燃用煤质严重偏离锅炉设计煤质，在实际运行中容易出现一系列问题，主要表现在锅炉的方面，如煤质挥发份偏低，造成锅炉频繁灭火;灰熔点偏低，造成严重结焦被迫停炉等。尤其是造成大型锅炉出现腐蚀、磨损、爆管等问题较为突出，甚至酿成设备严重损坏及人身伤亡事故。
3.2 直接影响到电厂的经济性
燃煤煤质变化对机组出力、供电煤耗和可用率以及发电成本等的影响较大。严重偏离设计煤种，可能限制锅炉的出力。劣质煤灰分高、热值低，同样出力条件下锅炉燃煤量增加，上煤、除灰、制粉以及送引风机等辅机耗电量都要增加，厂用电率上升。根据对国内一些烧劣质煤的中压和次高压小机组统计结果估算，燃煤低位热值每下降1 MJ/kg，发电煤耗约上升20 g/(kW.h)，厂用电率约上升0.5%。
3.3 导致设备可用率下降
一些烟煤灰分高热值低，一些无烟煤热值虽高，但挥发分很低，两者都会造成燃烧不稳定，容易灭火;灰分高，燃煤量大，使锅炉受热面、烟道堵灰和磨损加剧，制粉系统和送引风机的故障增加;着火延迟，火焰中心上移，使过热器超温爆管。所有这些都使发电机组的强迫停运率上升，临修增加，设备可用率下降。
3.4 使检修和技改费用大幅上升
煤质下降、灰分增大、可磨指数降低或灰的磨蚀性增强等，将使锅炉各部分受热面、输煤皮带、制粉系统和除灰除渣系统等，经常超出力运行，磨损加剧;一些电厂因高温腐蚀，造成水冷壁区大批管子减薄，被迫停炉后更换。这些问题使电厂检修费用大幅度增加。
3.5 影响电厂的环保性能
燃煤含硫量偏高，脱硫岛出力不能保证烟气中的二氧化硫达标排放相对较明显;由于挥发份降低，尤其是低挥发份劣煤，为了确保燃烧稳定，改变了配风方式、提高了燃烧区域的温度水平，造成NOX升高;由于煤质降低或波动较大，造成锅炉燃烧不稳，效率下降，最终也导致电厂污染物排放增加等。
4 煤质变化应重点考虑的若干问题及应对措施
实践证明，配煤掺烧是部分火电厂缓解煤质变化、稳定煤质、降低燃料成本，实现节能减排的一项重要手段，但是在具体操作中，因电厂客观条件差别较大，一般来讲，配煤掺烧具有一定的局限性，采取掺配手段后，不少电厂仍面临煤质变化的问题。下面对煤质变化带来的一些典型问题，进行简要分析，列举相关技术措施，希望对火电企业在节能减排方面有所借鉴。
4.1 燃料系统
由于煤场设计、供煤渠道等方面的原因，煤场及输煤系统不能满足掺配煤需要，如煤场空间有限，煤场设备设施转运和协调功能差，以及采、制、化过程控制等方面的限制，燃煤管理系统性不强，计算机信息技术在指导燃煤采购、煤场周转、分仓上煤等方面不能发挥有效作用。机组燃用常见煤种的经济运行数据，未进行有效分析来及时反馈，用于指导燃煤管理工作。建议：对煤场设施和设备进行必要的改造，确保设备可靠性，提高整体的协调配合功能，显著提高燃煤信息化、数字化管理水平;机组燃用常见煤种的运行数据，及时反馈，形成管理闭环。国电集团多家电厂在配煤掺烧方面探索出一些切实可行的路子值得借鉴，如江阴夏港电厂、谏壁电厂、荆门电厂等。
4.2 低热值，高灰分
常见问题：锅炉尾部烟道出现严重积灰现象，气力除灰出力不够等。建议：确保省煤器灰斗连续除灰装置的正常运行，防止异物进入输灰管道。某电厂因灰量大，大灰斗积灰严重导致坠落;尤其省煤器泄漏情况下，更容易出现上述危险情况;如果未安装省煤器灰斗连续除灰装置，又存在灰量大尾部积灰严重的现象，应当引起注意。气力除灰出力不足,容易出现电除尘高料位，由于料位计不准确等方面的原因，容易引发电除尘灰斗过载脱落或压垮钢结构的危险，国内已有这方面的报道。建议：进行针对性的技术改造增加气力除灰出力，尤其是第一电场。某电厂超临界600MW机组，在设计阶段，考虑投产后煤质不稳定，第一电厂采用两根输灰管道，试运期间第一电场灰斗增加了临时应急放灰管道。
4.3汽温调节
由于煤质变化较大，影响过热汽和再热汽温的变化。为了适应煤种变化，一般主要采用通过调节摆动式燃烧器喷嘴的上下倾角和再热器烟气挡板调节开度等手段，达到调节过热汽和再热汽温度的目的，尽可能少投或不投减温水。常见问题：上述调节执行机构在热态下容易卡涩，运行中难以处理;另外就地开度与控制系统指示不一致，尤其是摆动式燃烧器，如果就地开度与指示不一致，对炉内燃烧工况调整较为不利。措施：停炉后应重点维护，提高其可靠性。另外，某电厂锅炉因煤种变化，存在高温过热器、高温再热器等超壁温现象，大修中对局部受热面管材升级改造。必要时，可以对制粉系统和燃烧系统进行运行方式优化。
4.4 燃烧系统煤种适应能力
在煤质波动较大，如何提高燃烧系统的煤种适应性显得较为重要。某电厂600MW超临界机组采用旋流燃烧器，因燃煤挥发份较设计煤质明显偏高，内二次风旋流强度较大，在运行中出现数只燃烧器喷口严重烧损现象。另外，某些电厂因燃用煤种挥发份较设计值偏低，造成锅炉频繁灭火等。个别电厂安装等离子点火装置后，由于挥发份较设计值明显偏低，等离子点火装置难以发挥作用，不得燃用大量助燃用油。为了解决上述问题，一般来讲应掌握经常燃用煤质的燃烧特性，对燃烧器进行优化调整试验，必要时对燃烧器进行局部改造或更换新型燃烧器;实现分仓上煤，满足等离子点火装置要求，都是提高锅炉煤种适应性有效的措施。另外，部分锅炉为了提高稳燃能力，采取调整燃烧器区域的卫燃带，或在水冷壁管表面喷涂涂料等手段，适当减少燃烧器区域水冷壁受热面的吸热量，取得一定的效果。
4.5 受热面磨损和高温腐蚀
减轻飞灰冲刷。煤质灰分增加，一般造成锅炉受热面冲刷磨损加剧，应利用停炉时间，加强对受热面的重点部位严格检查，尽可能及时发现管排变形，消除烟气走廊;对烟气直接冲刷的管排，可采用材质规格较高防磨瓦、确保安装合理，防止运行中脱落，异常变形等。
防止高温腐蚀。煤种变化带来的高温腐蚀现象值得关注。常见的情况是，偏离锅炉设计煤种，硫分、灰分偏高，而热值却偏低，相应的着火特性、燃尽特性也较差。从高温腐蚀形成机理分析，煤中的硫和硫化物是形成腐蚀物质的基础，而煤的燃烧特性则直接影响近壁区域还原性气氛的生成;含硫量越高，腐蚀性介质的浓度也越高，同金属管壁发生腐蚀反应的可能性越大。近年来，特别是自烟气脱硫装置投产以来，一般电厂燃煤的含硫量比以前更是有所增大，在一定程度上加剧了高温腐蚀的发生。实践证明，保证燃煤质量、控制煤粉细度和浓度、合理调整配风、采用侧边风等方法对预防和减轻水冷壁高温腐蚀具有较好的效果，是切实可行的。停炉时应加强对高温腐蚀区域的受热面的检查，发现问题及时处理，进行原因分析，必要时进行热喷涂处理等。
4.6 NOX控制
因煤种变化，造成入炉煤挥发份降低，为了提高其稳燃能力，一般通过燃烧调整，来提高燃烧器区域的温度水平，结果容易造成NOX排放量升高;尤其是“W型火焰”锅炉，采取前后墙对冲燃烧器布置方式，在NOX控制方面与稳燃调整存在相互制约的影响因素，一般重点采取合理使用梯级配风方式，适当加大OFA风门开度等。有研究表明，超细粉再燃还原技术对降低300MW“W型火焰”锅炉NOX排放量有显著效果，根据情况可考虑新型低NOX燃烧器的技术改造等。
4.7 SO2控制
实例：某电厂部分入厂煤含硫量明显偏高，如果直接送锅炉燃烧，即便脱硫岛满出力运行，也无法实现SO2达标排放目标。经过一段时间的尝试，成功实现“分磨制粉，炉内掺烧”配煤掺烧方式，通过调整入炉煤的含硫总量，实现对脱硫岛的入口SO2浓度控制，较好地满足了SO2排放指标要求。另外，优化脱硫岛运行方式，合理选择浆液循环泵运行台数，在降低脱硫耗电率、减轻设备磨损和腐蚀方面也受到理想效果。某些电厂通过安装MJA型煤质成分在线检测装置，实现对入炉煤含硫量的控制等。
4.8 磨煤机出力
实例：某电厂2×600MW燃煤机组，原设计六台磨煤机，“五运一备”;由于煤质热值较低，灰分明显偏高，投产后磨辊和磨盘磨损较快，曾一度造成磨煤机出力不足，制粉耗电率偏高，有时甚至影响到机组出力。采取措施：(1)坚持制粉系统设备定期轮换;(2)提高磨煤机隔离插板门的可靠性。(3)配备在线堆焊装置。实现目标：利用低负荷机会，及时修复磨辊和磨盘。改造实例：某电厂因煤质较差，ZGM95型磨煤机常处于高负荷状态，在改造中主要增大磨辊和磨盘直径，改造后出力由32.38t/h提高到40 t/h，效果良好。
4.9 严重结焦
煤质变化会造成锅炉严重结焦。从结焦机理分析：结焦的内因是灰质成分和熔化温度。灰质中的碱性氧化物Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O的含量在某一范围时，呈现出较强的结焦性。因此，针对煤质变化带来的结焦问题，应重点关注煤质灰熔点变化。改烧或掺烧新煤种时，应对新煤种的燃烧特性、结渣特性作出分析和评价，确认锅炉能安全运行后，方可使用。结焦严重的电厂，建议购置灰熔点测定仪器，及时测定新煤种的灰熔点，或投用煤质在线装置的灰熔点测定功能，让运行人员及时掌握。锅炉若发生结焦，首先应查明燃用煤是否属于易结焦煤及与设计煤的差别，分清是设计方面的原因还是运行方面的问题。如果主要是煤种变化造成结焦，建议：(1)掺入一定比例的不结焦煤以减轻结焦程度;(2)进行针对性的燃烧调整试验;(3)制定合理的吹灰制度和程序;(4)部分锅炉可调整燃烧器区域的卫燃带，降低燃烧器区域的温度水平，以达到减轻结焦的目的。
4.10 引风机的叶片磨损
实例：某电厂实际燃煤与设计燃煤相差较大，电除尘后烟气含灰量大，引风机叶片磨损很快，采取在叶片表面进行氧乙炔焰喷焊，取得良好的效果。
411高温氧化皮
一般来讲，超(超)临界锅炉高温受热面管壁超温、管壁温度剧烈波动、以及管排壁温差较大等因素，容易使锅炉高温氧化皮带产生更大的危害。超(超)临界锅炉系按引进技术设计，国外超临界锅炉主要燃用烟煤，且其煤质相对稳定;而国内煤质变化较大，经常会因煤质变化影响燃烧和管壁温度，乃至氧化皮产生、脱落、聚积。这一问题，应引起有关发电企业的足够重视。实例：某电厂超临界600MW机组，通过采用PSSS(锅炉高温管屏安全性在线检测系统)监视过热器和再热器管壁温度，控制管壁超温、减少热偏差，对防止超温爆管或管内氧化垢生成、脱落问题起到一定的作用。
5 结论
煤质变化带来问题具有一定的复杂多样性，值得作为一项综合课题深入研究。新建机组应该把煤种适应性、节能环保指标优化作为一项重要设计理念来落实;现运行机组，只有在燃料、锅炉、除灰、脱硫、脱硝等方面采取一体化的措施，从运行、维护和技术改造等方面，开展深入细致的工作，尤其是提高设备可靠性，从长远来看，将对中国火电企业实现节能减排目标发挥极其重要的作用。
致谢
感谢中国电机工程学会和清洁高效燃煤发电技术协作网的各位领导和专家组织本次会议。
参 考 文 献
[1] 阎维平 翻译 “ Sanford_ASME PTC 4-1998 锅炉性能试验规程”(中译本) 中国电力出版社
[2] 曹长武 “电厂锅炉设计煤质的确定与分析” “煤质技术” 1999年11月 第六期
[3] 杨新宇，高山，宋磊，姜秀芬 “锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析与控制措施” 山东电力技术 2006年第4期(总第150期
[4] 沈文生 马晓茜 陈烈强 “煤质与锅炉的相关性及其对电厂运行的影响” 第l6券第1期 2000年1月 电站系统工程
[5] 曹长武 杨爱东 刘颖琳 周桂萍 刘奕斌 “山东电网发电用煤煤质资料汇编“(1990-1994)电力工业部发电用煤质量检验测试中心 1994.12
[6] 王孟浩 陆 方 王 衡“超临界锅炉过热器再热器管壁超温分析及预防措施”2010年5月“节能减排与机炉技术问题解决措施研讨会”