由于電力煤炭供應(yīng)市場(chǎng)和電力市場(chǎng)變化的需要，張家口發(fā)電廠原設(shè)計(jì)燃用大同煙煤的8臺(tái)300 MW機(jī)組鍋爐計(jì)劃摻燒河北蔚縣煤。為此，本文對(duì)該廠鍋爐摻燒蔚縣煤的煤質(zhì)燃燒特性、結(jié)渣特性、摻燒比例等問題進(jìn)行試驗(yàn)研究與計(jì)算分析，提出鍋爐摻燒蔚縣煤的合理配煤方案。
1、煤質(zhì)特性分析
1.1  煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)
    蔚縣煤和目前實(shí)際燃用的以大同煤為主的混煤（皮帶煤）的分析數(shù)據(jù)見表1～2。
1.2蔚縣煤的著火性能
    煤質(zhì)的著火性能不僅取決于揮發(fā)分的含量，而且取決于揮發(fā)分的品質(zhì)（即揮發(fā)分的發(fā)熱量或氫含量）。僅按煤質(zhì)自身的著火性能分析，與設(shè)計(jì)煤質(zhì)和目前實(shí)際燃用煤質(zhì)（混煤）相比，蔚縣煤的著火性能較差。其原因在于：
    (1)蔚縣煤揮發(fā)分含量屬于中等，但氧含量較高，氫含量卻比較低，而氫含量是決定揮發(fā)分品質(zhì)的主要條件。
    (2)蔚縣煤的收到基水分為17. 8%，空氣干燥基水分高達(dá)13. 34%，比設(shè)計(jì)煤質(zhì)和實(shí)際燃用的大同混煤分別高10. 55%和6.28%�？梢�，蔚縣煤的著火熱必然大幅度提高，且著火區(qū)的溫度水平必然降低，使燃燒穩(wěn)定性下降。但蔚縣煤的灰分含量比皮帶煤減小了4.2%，相對(duì)變化率為26%，這又有利于提高著火速度和燃燒穩(wěn)定性。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1.3蔚縣煤的燃盡性能
    僅按煤質(zhì)自身的條件考慮，影響煤質(zhì)燃盡性能的因素主要有：含碳量、揮發(fā)分含量、灰分含量、內(nèi)部水分、煤灰的粘結(jié)性等。蔚縣煤含碳量略小于設(shè)計(jì)煤質(zhì)和皮帶煤，揮發(fā)分含量相近，但灰分含量大幅度降低，收到基灰分含量比設(shè)計(jì)煤質(zhì)和混煤分別低12. 89%和4.19%，非常有利于煤的燃盡。同時(shí)，煤粉粒子受熱后內(nèi)部水分蒸發(fā)，內(nèi)部水分較高，則有利于增強(qiáng)煤粉粒子內(nèi)部的加熱過程和增加焦炭粒子內(nèi)部與氧接觸的空隙面積，即有利于促進(jìn)煤的燃盡。但是蔚縣煤的煤灰變形溫度、軟化溫度過低，屬于強(qiáng)結(jié)渣性煤，煤灰的過早熔化，將導(dǎo)致焦炭粒子內(nèi)部與氧接觸的難度增加，形成不利于燃盡的因素。總起來看，蔚縣煤的燃盡性能優(yōu)于設(shè)計(jì)煤質(zhì)和現(xiàn)燃用煤，但應(yīng)注意增強(qiáng)二次風(fēng)的混合強(qiáng)度，即適當(dāng)提高二次風(fēng)速，以提高二次風(fēng)穿透火焰的能力。
1.4蔚縣煤的結(jié)渣特性
    蔚縣煤的結(jié)渣特性極為明顯，DT僅為1120℃，屬于強(qiáng)結(jié)渣性煤。且灰渣的變形溫度DT和ST僅相差20℃，屬于十分突出的短渣煤。短渣煤具有兩重性，即容易凝固也容易熔化。尤其是對(duì)蔚縣煤來說，熔點(diǎn)溫度很低，DT、ST、FT的溫度間隔極小，最容易結(jié)渣。僅以煤質(zhì)的灰熔性溫度足以判別蔚縣煤的結(jié)渣特性。
2、本文采用的計(jì)算方法
    (1)計(jì)算爐膛出口煙溫的公式采用了杜卜斯基一卜洛赫公式。即：
    (2)大屏過熱器和壁式再熱器傳熱計(jì)算的方法是，將大屏受熱面和大屏受熱面區(qū)壁式再熱器及其它受熱面的傳熱計(jì)算與大屏底部的爐膛分開計(jì)算。
    (3)后屏過熱器的傳熱計(jì)算方法采用了以輻射為主，輻射傳熱與對(duì)流傳熱獨(dú)立的計(jì)算方法。
3、摻燒時(shí)爐膛出口煙溫變化特性分析
    圖1的計(jì)算數(shù)據(jù)表明，在ECR100%負(fù)荷時(shí)，以大同煤為主的皮帶煤中摻燒不同比例蔚縣煤時(shí)，表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：
    (1)后屏過熱器進(jìn)、出口煙氣溫度均有不同程度的提高，但各種摻燒比例下的煙溫提高幅度不大，蔚縣煤／皮帶煤比值在0～50%內(nèi)，煙溫值提高約7℃。即從計(jì)算結(jié)果看，摻燒比例對(duì)爐膛出口煙溫影響不大。
    (2)燃燒器擺動(dòng)角度5。（或煤層變動(dòng)一層），爐膛出口煙溫提高約13.5℃。即燃燒器擺動(dòng)角度或燃燒器煤層組合狀態(tài)對(duì)爐膛出口煙溫影響較大。
    圖1表明，在不同的鍋爐負(fù)荷下，爐膛出口煙溫變化幅度十分明顯。例如，蔚縣煤／皮帶煤比例為50%：50%、鍋爐負(fù)荷由70%變化到100%時(shí)，爐膛出口煙溫（后屏進(jìn)口煙溫）提高了53℃。鍋爐負(fù)荷變化10%，爐膛出口煙溫變化17℃。可見，鍋爐負(fù)荷對(duì)爐膛出口煙溫影響很大。
    表3計(jì)算數(shù)據(jù)比較了設(shè)計(jì)煤、皮帶煤、50%蔚縣煤的大屏下端煙溫和后屏進(jìn)、出口煙溫，計(jì)算數(shù)據(jù)反映了以下特點(diǎn)：
    (1)對(duì)于設(shè)計(jì)煤，后屏進(jìn)、出口煙溫計(jì)算數(shù)值與制造廠原計(jì)算數(shù)值基本接近，而50%蔚縣煤的爐膛出口煙溫水平略有提高，主要原因是燃煤水分增加較多，火焰黑度下降，輻射換熱減少。
    (2)皮帶煤比設(shè)計(jì)煤的煙溫水平提高，主要原因是皮帶煤的發(fā)熱量最高，爐膛溫度水平較高，爐膛出口煙溫也隨著提高。
    (3)不同比例混合的煤發(fā)熱量相差不算太大，但水分、灰分的變化比較大，對(duì)爐膛出口煙溫產(chǎn)生了較大的影響。
    (4)按相同的原始數(shù)據(jù)，采用本文公式計(jì)算的爐膛出口煙溫比原蘇聯(lián)1973標(biāo)準(zhǔn)高100℃之多，比原設(shè)計(jì)值高27℃。
4、摻燒蔚縣煤的汽溫變化特性分析
    (1)隨蔚縣煤／皮帶煤混合比例增大，煙氣流量增大，低溫過熱器傳熱增強(qiáng)，但爐膛溫度水平降低，輻射過熱器傳熱減少，見表4。其綜合影響是蔚縣煤的比例為50%時(shí)，減溫水量比燃用皮帶煤減少2 t/h。
    (2)隨蔚縣煤／皮帶煤混合比例增大，再熱器減溫水量出現(xiàn)增大趨勢(shì)，主要原因是再熱器系統(tǒng)的傳熱特性以對(duì)流為主，且再熱蒸汽為低壓蒸汽，熱量擾動(dòng)對(duì)再熱汽溫影響較大，最大變化量約為4 t/h，相當(dāng)于燃燒器煤層變動(dòng)一層的影響程度。
5、不同摻燒比例對(duì)受熱面結(jié)渣的影響
    不同混合比例的灰熔融特性見表5；軟化溫度ST與進(jìn)口煙溫的比較見圖2。
    僅僅根據(jù)爐膛出口煙溫來判別爐膛結(jié)渣傾向是不全面的，還必須綜合考慮爐膛斷面熱負(fù)荷、爐膛容積熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域的壁面熱負(fù)荷，尤其是DT、ST、Fr/'的溫度間隔。對(duì)于短渣煤灰，可以容許爐膛出口煙溫比灰軟化溫度571低60℃，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)渣，但先決條件是爐膛容積熱負(fù)荷和爐膛斷面熱負(fù)荷以及燃燒器區(qū)域的壁面熱負(fù)荷必須比普通爐型有較大程度的降低。國內(nèi)有的電廠固態(tài)排渣煤粉爐已有實(shí)現(xiàn)成功燃燒低灰熔點(diǎn)煤的例子，其煤灰ST為1120℃，DT、ST、F71的溫度間隔僅20℃，設(shè)計(jì)爐膛出口煙溫為1060℃。
6、不同摻燒比例、不同負(fù)荷時(shí)的排煙溫度和排煙熱損失
    圖3的數(shù)據(jù)表明，摻燒比例對(duì)排煙溫度的影響很小。圖4的數(shù)據(jù)表明，摻燒比例對(duì)排煙熱損失的影響也不大。隨著負(fù)荷增大，排煙溫度雖然提高，但排煙熱損失卻隨之減小，這是因?yàn)檫^量空氣系數(shù)起了決定性的作用。此外，圖4的數(shù)據(jù)還表明，投暖風(fēng)器時(shí)的排煙熱損失比不投暖風(fēng)器時(shí)高0.8%～1%。
7、結(jié)論與建議
    (1)皮帶煤的灰分熔點(diǎn)溫度較高，蔚縣煤與皮帶煤按50%：50%的比例混合時(shí)的ST為1250℃。根據(jù)計(jì)算值ECR100%負(fù)荷的后屏進(jìn)口煙溫為1171℃，比50%：50%的混合比例時(shí)的ST低不足80℃，處于安全裕度的臨界狀態(tài)。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，限制爐膛出口受熱面不結(jié)渣的條件是爐膛出口煙溫低于ST值80～100 C，據(jù)此數(shù)值，建議蔚縣煤與皮帶煤可按50%：50%的比例混燒，但必須控制煤粉細(xì)度和煤層組合為“12345狀態(tài)”。當(dāng)煤層組合為“23456狀態(tài)”時(shí)，其ST值比混合比例（蔚縣煤與皮帶煤比例50%：50%）時(shí)低70℃�？紤]到后屏下端進(jìn)口煙溫達(dá)到1400℃以上，這就意味著即使在50%：50%的混合比例下，防止結(jié)渣的安全裕度還是比較小的。
    (2)不同的摻燒比例對(duì)爐膛出口煙溫的影響很小，但不同的摻燒比例對(duì)煤灰熔融特性的影響很大，在25%～50%的混合比例內(nèi)，蔚縣煤／皮帶煤的比例提高10%，灰軟化溫度提高28℃。所以，混合比例對(duì)結(jié)渣程度的影響起決定作用。
    (3)蔚縣煤的發(fā)熱量略低于皮帶煤，水分增加所需著火熱將增加，著火性能有降低趨勢(shì)，但燃盡性能有提高趨勢(shì)。
    (4)夏季不投暖風(fēng)器時(shí)，在其它參數(shù)相同的工況下，鍋爐排煙溫度可降低10℃，鍋爐效率可提高0.85%。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。