火力发电燃煤掺烧技术对机组运行稳定性及经济性的影响

作者简介：李一男（1987.08--）男，汉族，辽宁康平人，本科，工程师，研究方向：热能动力、电力安全。

摘要：本文深入探讨火力发电中燃煤掺烧技术对机组运行稳定性与经济性的影响。通过分析燃煤掺烧技术的原理及常见掺烧方式，阐述不同煤种混合特性。从燃烧特性变化、结渣积灰倾向、受热面磨损等方面讨论对机组运行稳定性的影响，又从燃料成本、机组效率、设备维护成本等角度剖析对经济性的作用。旨在为火力发电企业科学运用燃煤掺烧技术，提高机组综合性能提供理论依据和实践指导。

关键词：火力发电；燃煤掺烧技术；运行稳定性；经济性

引言

在火力发电领域，煤炭作为主要能源，其成本占发电总成本的较大比重。随着煤炭资源的逐渐稀缺和价格波动，如何高效、经济地利用煤炭资源成为火力发电企业关注的重点。燃煤掺烧技术通过将不同特性的煤种按一定比例混合燃烧，既能适应机组对煤炭质量的要求，又能充分利用劣质煤资源，降低燃料成本。然而，燃煤掺烧也可能对机组运行稳定性产生影响，如燃烧不稳定、设备故障增加等。因此，研究燃煤掺烧技术对机组运行稳定性及经济性的影响具有重要的现实意义。

1 燃煤掺烧技术概述

1.1 燃煤掺烧原理

燃煤掺烧是基于不同煤种具有不同的化学组成、物理特性（如发热量、挥发分、灰分、水分、可磨性等），通过合理配比，使混合后的煤质特性达到机组设计要求或满足特定工况下的运行需求。例如，将高挥发分、高发热量的优质煤与低挥发分、低热值的劣质煤混合，可在保证燃烧稳定性的同时，降低燃料采购成本。

1.2 常见掺烧方式

1.2.1 原煤仓掺烧

在原煤仓内将不同煤种按比例混合，通过给煤机送入磨煤机。这种方式操作相对简单，但混合均匀性较难保证，易出现煤种偏析现象，影响实际掺烧效果。

1.2.2 皮带掺烧

利用皮带输送机，在输送过程中将不同煤流按设定比例混合，通过皮带的输送与搅拌实现初步混合。该方式混合效果优于原煤仓掺烧，且可实时调整掺烧比例，但对设备和运行管理要求较高。

2 燃煤掺烧对机组运行稳定性的影响

2.1 燃烧特性变化的影响

不同煤种的着火温度、燃烧速度和燃尽特性差异较大。当掺烧比例不合理时，可能导致着火延迟或提前。若混合煤着火延迟，会使燃烧过程后移，炉膛出口烟温升高，易引起过热器超温；着火提前则可能造成燃烧器区域结渣，甚至引发爆燃，威胁设备安全。例如，高挥发分煤与低挥发分煤掺烧时，高挥发分煤快速着火燃烧，低挥发分煤可能因得不到足够的热量和氧气而燃烧不充分，导致燃烧不稳定。

2.2 结渣积灰倾向

煤中的灰分在高温下会软化、熔融，当遇到低温受热面时会粘结形成结渣和积灰。不同煤种的灰熔点、灰成分不同，掺烧后可能改变灰的特性，使结渣积灰倾向发生变化。若混合煤灰熔点降低，在炉膛高温区域更容易形成结渣，影响传热效率，降低炉膛通风面积，进而影响燃烧稳定性和机组出力。此外，积灰会降低受热面的换热能力，导致排烟温度升高，机组效率下降。

2.3 受热面磨损

燃煤中的灰分硬度和颗粒特性会影响受热面的磨损程度。一些劣质煤中含有较多的硬质颗粒，掺烧后可能加剧受热面的磨损。磨损严重时，会导致受热面泄漏，被迫停炉检修，影响机组的安全稳定运行。例如，高灰分、高硬度的煤与其他煤种掺烧，在烟气流速较高的区域（如省煤器、空气预热器等），会使受热面管壁受到冲刷磨损，缩短设备使用寿命。

3 燃煤掺烧对机组经济性的影响

3.1 燃料成本降低

通过掺烧劣质煤，可充分利用价格相对较低的煤炭资源。在保证机组正常运行的前提下，合理调整掺烧比例，能够显著降低燃料采购成本。例如，某电厂在原有优质煤基础上，掺入一定比例价格较低的煤泥，经试验确定最佳掺烧比例后，每年燃料成本降低了数百万元。

3.2 机组效率变化

合理的燃煤掺烧可以优化燃烧过程，提高机组热效率。当混合煤的燃烧特性与机组设计工况匹配良好时，燃烧更充分，热量释放更合理，可提高蒸汽参数，进而提高机组发电效率。然而，若掺烧不当，如导致燃烧不稳定、排烟温度升高等问题，则会降低机组效率。据研究，排烟温度每升高10℃，机组效率约降低0.5% - 1%。

3.3 设备维护成本

燃煤掺烧对设备的影响会间接反映在维护成本上。如前文所述，掺烧可能导致结渣积灰、受热面磨损等问题，增加设备维护和检修的频率及工作量。频繁的检修不仅耗费人力、物力，还可能因停机造成发电量损失。因此，在考虑燃煤掺烧经济性时，必须综合权衡燃料成本降低与设备维护成本增加之间的关系。

4 案例分析

以某300MW火力发电机组为例，该机组原设计燃用单一优质烟煤，后为降低成本，开展燃煤掺烧试验。

4.1 掺烧方案

采用皮带掺烧方式，将本地低挥发分、高灰分的劣质煤与部分优质烟煤按不同比例混合，比例从 10% - 40% 逐步调整。

4.2 运行稳定性影响

当劣质煤掺烧比例达到 30% 时，机组出现了燃烧不稳定现象，表现为炉膛负压波动增大，火焰监测信号不稳定。分析原因是混合煤挥发分降低，着火延迟，燃烧过程难以稳定维持。同时，受热面结渣和积灰情况加重，排烟温度升高了 15℃，导致引风机电耗增加。

4.3 经济性分析

在掺烧比例为20%时，燃料成本较单一燃烧优质烟煤降低了 12%，机组发电效率略有提升，约提高了0.8%。但随着掺烧比例进一步提高，由于燃烧不稳定和设备问题导致的维护成本增加，抵消了部分燃料成本降低带来的效益。综合考虑，该机组最佳掺烧比例确定为20% - 25%，在此范围内，既能有效降低燃料成本，又能保证机组运行的相对稳定，实现经济性最优。

5 提高燃煤掺烧效果的措施

5.1 煤质特性分析与预测

在开展燃煤掺烧前，应对参与掺烧的煤种进行全面的煤质分析，包括工业分析、元素分析、发热量测定、灰熔点测定等。利用先进的煤质预测模型，根据不同煤种的特性预测混合煤的燃烧特性、结渣积灰倾向等，为确定合理的掺烧比例提供科学依据。

5.2 优化掺烧控制系统

采用智能化的掺烧控制系统，实时监测煤质变化、机组运行参数（如炉膛温度、氧量、排烟温度等），根据预设的控制策略自动调整掺烧比例。通过精准控制，确保混合煤质稳定，维持机组运行在最佳工况。

5.3 设备改造与维护

针对燃煤掺烧可能带来的结渣积灰、受热面磨损等问题，对机组设备进行相应改造。如在炉膛内合理布置吹灰器，定期进行吹灰，防止结渣积灰；采用防磨喷涂技术，提高受热面的耐磨性。同时，加强设备的日常维护和巡检，及时发现并处理潜在问题，确保机组安全稳定运行。

结语

燃煤掺烧技术在火力发电中对机组运行稳定性和经济性具有双重影响。合理的燃煤掺烧能够有效降低燃料成本，在优化燃烧条件下还可提高机组效率，显著提升发电企业的经济效益。然而，若掺烧不当，会引发燃烧不稳定、结渣积灰、受热面磨损等问题，威胁机组运行稳定性，增加设备维护成本，甚至降低机组效率。通过科学的煤质分析、优化掺烧控制系统以及设备改造与维护等措施，可以在充分发挥燃煤掺烧技术降低成本优势的同时，最大程度减少对机组运行稳定性的负面影响，实现火力发电企业经济效益与运行可靠性的双赢。随着技术的不断发展和研究的深入，燃煤掺烧技术将在火力发电领域得到更广泛、更科学的应用，为电力行业的可持续发展提供有力支持。

参考文献：

[1]肖斌.火电厂燃煤配煤掺烧技术研究[J].内蒙古煤炭经济，2022 （16）：55-57