摘要：随着市场环境及电煤趋势变化，火电企业不仅面临生产经营困难，也对火电机组安全稳定运行带来影响。为适应煤种变化，各火电主动开展配煤掺烧，其中贵州金元火电在精准配煤掺烧实践探索中总结了一定经验，取得了实效。
关键词：火电厂；燃料管理；配煤掺烧
前 言
我国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋决定了煤电长期以来占据我国电源结构的核心地位，但随着电力产业、煤炭产业结构调整的不断深入，未来几年煤炭供需整体仍然偏紧，因此，提高煤电机组对偏离设计煤质燃煤的适应性、可靠性，扩大燃煤采购范围具有十分重要的意义。
配煤掺烧技术是以煤质检测、煤化学、煤燃烧动力学等学科和技术为基础，通过将不同类别、不同品质的各煤种通过一定比例掺配，从而改变单煤种化学组成、物理特性和燃料特性，提供可满足机组燃煤要求的一种简易的、成本较低的技术手段，对优化燃煤电力生产具有现实意义。
本文主要对贵州燃煤电力机组的配煤掺烧技术进行调研与探索分析，初步总结一些可行的做法和实际经验，以期对火电精准配煤掺烧工作的改进有所帮助，共同促进火电厂配煤掺烧水平的提高。
一、贵州电煤状况与影响
近年来，贵州省煤炭产量整体约1.1亿吨/年，但因贵州省煤炭种类多、应用广泛，不仅有大量炼焦用煤，更有十分丰富的可供化工、冶金、电力等多种用途的无烟煤，因此实际火电厂近年的电煤需求缺口在1500万吨左右。
另一方面，电厂锅炉设计均是按一定煤质设计，贵州煤种多、煤质特性复杂，造成入厂煤很难满足锅炉设计煤质的要求，特别是在供煤存在较大缺口的情况下，各火电厂很难顾及入厂煤的煤质，为了确保锅炉机组的安全运行，各电厂不得不在确保安全生产的前提下予以配煤掺烧。
主要影响如下：
（一）贵州煤与电趋势影响
2002年，“西电东送”电煤基地建设全面启动，贵州煤炭步入“黄金十年”，煤炭工业成为贵州经济社会发展的重要支柱。从2012年开始，贵州煤炭市场供需逐渐发生逆转，煤价一路下滑，“黄金十年”终结。随后贵州煤炭进入煤矿整顿关闭、资源整合时期，即以优并劣、以大并小，正常生产建设矿井从1704处降至目前的443处。在关停落后产能的同时，先进产能并没有得到有效释放，近年来煤炭产量总体呈下降趋势，而省内主要用煤企业需求量在不断上升，这造成了火电厂电煤需求严重不足，也是直接导致火电厂利用小时数下降的主要原因之一。2017年因缺煤不得不调减外送电量，进入2018年由于电煤供应不足，贵州电网在1月份就将西电东送调低。
在供不应求的情况下，省内电煤质量出现下滑。以300MW机组为例，设计燃用煤种低位发热量在21～23MJ/kg之间，但从2007年开始，省内多数火电厂入厂煤热值均低于20MJ/kg。同时，供求关系也影响煤价快速上升，火电企业为控制发电成本飚升，不得不增加采购泥煤、煤矸石等劣质煤作为电煤补充，这对电力安全生产造成影响。
（二）煤种偏离设计的影响
受各种因素影响，贵州火电厂偏离设计煤种运行已经是常态。实际燃用煤质与设计值偏差较大：一是设计阶段选取的煤种（包括设计和校核煤种）本身有偏差，煤源点普遍较多，有的多达30多家，严重缺煤时期有的甚至多达100余家，而且配套煤矿与地方小煤差异大，煤种不一。二是电厂配套煤矿生产建设完全没有跟上电厂的生产建设，甚至还没有投产，电煤供应不足，采购区域扩大，与设计值偏离较大。三是受煤炭市场影响，供不应求时火电厂饥不择食，被迫大量采购不同煤种，同时供不应求导致掺杂使假，实际煤质更差，等等，这些都使电煤偏离设计煤种。
当电煤偏离设计煤种，特别是发热量低于设计值后，锅炉机组安全性、可靠性、经济性都受到较大影响。煤质持续恶化，加剧了磨损、积灰，并对锅炉燃烧稳定性和锅炉效率有较大影响，同时，增加了制粉、除尘、输灰电耗，发电厂用电率上升。
综上所述，省内电煤需求在上升，而电煤产量没有及时释放出来，造成入厂煤热值下降、煤价上涨。为确保电厂锅炉的安全运行，需要对入厂煤进行配煤掺烧以便控制好入炉煤质，另一方面，为提高火电厂经营赢利能力，减少亏损，控制发电成本，也需要掺配某些劣质低价的其他电煤。
因此，推广配煤掺烧技术，解决电煤供应不足，稳定锅炉设备安全运行，以及有效降低供电煤耗，是贵州火电面临的一项非常现实的课题。
鉴于此，为提高火电企业燃料管理水平，以及配煤掺烧的科学适用性，贵州有的火电企业开始探索精确配煤掺烧。其中，贵州金元茶园电厂、黔西电厂等火电企业已先行作了一些初步尝试，积极探索精准配煤掺烧实操经验，以期效果达理想后再推广实行。
二、精准配煤掺烧的内涵与现实意义
（一）精准配煤掺烧的内涵
为了保证燃煤锅炉安全性、经济性等方面的要求，入炉煤的挥发分、低位发热量、水分、硫分、灰融熔性等指标构成煤种配煤掺烧的约束条件。而精准配煤掺烧，除了按上述约束条件进行掺烧外，主要是强调“精准”，这包含两层含义，一是指标掺配精准，二是掺配时间精准。前者强调安全性方面的要求，后者强调在安全性得到保障的前提下如何根据负荷变化实时调整各煤种配比从而优化经济性。
（二）精准配煤掺烧的现实意义
贵州省煤炭种类多，煤质差异大，各煤种的燃料特性、着火性、可磨性、灰熔融性等指标存在较大差异，这就需要火电企业对上述各项指标进行综合分析，选用能够满足电力生产所需的电煤并予以配煤掺烧，同时这也是解决当前电煤供应不足及煤价高启的途径之一。
（三）当前配煤掺烧前沿技术
当前主流的配煤是采用“炉前掺配，炉内混烧”方式，煤粉的掺混在炉外完成，不同煤种的煤粉在进入炉膛前已经完全混合。该方式只需调整掺混煤的比例即可方便地调整入炉煤质指标。要实现精准配煤掺烧，一要方案合理，管理到位，二要积极采用现代监测检测、实时计量、信息及数字化智能化等技术。
此外，有一种新的掺烧技术——即炉内分层燃烧方式，是将不同煤种（煤质）的煤粉分别输入不同层的燃烧器，并进行相应的配风，以满足不同煤种对各自风量的需求，保持充分燃烧。但由于受“分别上煤、分开储存、分别制粉”等条件限制，这对各煤仓配煤时间安排、上煤运行等管理提出了新的要求，目前该技术还没有得到广泛采用。
三、精准配煤掺烧技术探索与实践
在精准配煤掺烧实践中，贵州火电厂根据自身情况，采用不同的配煤掺烧方式，研究制定符合本企业的配煤掺烧方案，最终达到增效益、保安全、降能耗的目标。其中有代表性的贵州金元茶园电厂、黔西电厂等火电企业精准配煤掺烧探索和实践取得一定成果，一些可供参考的做法和实际经验简述如下：
（一）创新管理，推进精准配煤掺烧深入开展
一是完善相关精准配煤掺烧组织机构，切实加强精准配煤掺烧工作的领导，有力促进精准配煤掺烧工作的开展。贵州金元为实现公司扭亏脱困，专门成立以董事长为组长的重大专项领导小组，将“精准配煤试点”作为火电板块核心竞争力提升专项试点项目，分管副总经理亲自抓，火电主管部门重点督促，并安排茶园电厂、黔西电厂组织实施。两个电厂将任务分解，制定实施计划，分项落实责任人，组织攻关，目前已取得阶段性成效。
二是完善管理体系和工作机制。在制度建设方面，茶园电厂编制了《精准化配煤实施计划及方案》，出台了《燃煤接卸、掺烧管理规定》，制定了精准配煤操作规程，明确精准配煤的工作流程。黔西电厂结合多年来对购煤和配煤工作的管理经验，制定下发了《电煤会管理制度》和《配煤掺烧管理制度》，从制度上规范燃料管理和配煤掺烧工作。
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配煤掺烧方案生成流程
三是科学的组织实施精准配煤掺烧。在精准配煤掺烧实践中，茶园电厂根据电网调度下发的计划负荷曲线，结合电厂设备运行状况及各项生产指标要求，在已有燃料指标可参考的前提下制定配煤掺烧方案，指导燃料采购部门按该方案制定采购计划并实施，生产部门按方案要求做好上煤、用煤工作，并根据实时数据反馈到相关部门进行调整（配煤掺烧方案的生成如图9所示）。黔西电厂生产技术部每月初结合省调度部门下发的月度发电计划，结合机组运行台数，计算出每天发电负荷，合理计算出本月的劣质煤和优质煤消耗量，指导电煤采购和耗用。
四是加强精准配煤掺烧基础管理工作，认真执行精准配煤掺烧技术规范和操作规程。同时，做好监督和考核工作，责任到位，绩效考核挂钩。其中，茶园电厂实施“配煤掺烧精准度考核”，配煤掺烧精准度按班次考核，可以做到考核标准为不超过±4.18MJ/kg以内。通过严格监督执行精准配煤掺烧管理办法，加强精准配煤掺烧管理工作，保证精准配煤掺烧数据的完整性及真实性。
五是持续改进。在加强对各项精准配煤掺烧指标管理的同时，通过部分设备系统改造、优化精准配煤掺烧及运行方式等措施，促进企业经济性提高和能耗指标的有效降低。
（二）因地制宜，采用适合本企业的精准配煤掺烧方式
贵州火电因供煤环境、煤种特性及煤质差异、煤场及燃料系统布局、负荷曲线及运行方式、生产成本等情况各不相同，采取的配煤掺烧方式也不一，火电企业必须结合实际制定适用本企业的配煤掺烧方案。火电厂燃料系统一般分为有筒仓和无筒仓两种，贵州金元茶园电厂、黔西电厂分别对应这两种形式，因此精准配煤掺烧方案也各有不同。
茶园电厂开展超临界机组偏离设计煤种运行经济性探讨，面对向电厂供煤的30多家煤矿，60多个品种，不同煤矿的煤质甚至同一煤矿的煤质也存较大差异，煤质不均匀且波动较大，发热量8.4━20.90MJ/kg之间，煤炭的价格也相差较大等等情况，电厂在煤质偏离设计煤种就如何保证机组安全经济运行做了一些尝试和实践。并确定了精准配煤掺烧方案制定原则、提出适合本企业具体实施的三套掺烧方案及配煤操作流程（掺烧方案流程如图）。并根据电网负荷曲线，结合输煤系列设备运行状况，灵活利用卸煤沟、干煤棚、筒仓煤场库存及来煤结构，确定上煤方式并实施。
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掺烧方案流程图
黔西电厂受本地区煤矿生产规模的影响，常年有近30个煤矿向电厂供煤，由于各煤矿煤种、热值、灰分、硫份均存在差异，并且各个煤矿每天来煤煤质变化较大，导致入厂煤煤质非常复杂。该电厂除干煤棚外，还有两个露天煤场，最大存煤量可达60万吨，具有较好的配煤掺烧场地条件。该电厂按照来煤煤质情况，拟定各台炉典型负荷段下最优燃用煤质条件，煤质条件统筹考虑锅炉稳定高效燃烧、硫分对脱硫系统厂用电影响等因素，拟定的最优燃用煤质条件作为厂内内控数据发送运行和燃料管理部门，并以当日发电计划和最优燃用煤质条件作为配煤掺烧的基准。同时，合理安排磨煤机运行方式，劣质煤掺烧情况下，加强磨煤机电流监视，规定1、2号炉磨煤机电流大于160A，3、4号炉磨煤机电流大于165A应及时安排磨煤机磨矸石。磨煤机磨矸石时必须合理控制磨矸石速度，磨矸结束及时根据机组负荷情况将磨煤机转为正常运行或停运磨煤机，有效降控厂用电，等等。
（三）技术创新，提升精准配煤掺烧现代化水平
实施精准配煤掺烧的电厂，积极学习和应用大数据理论，充分利用现代信息化手段，通过技术创新，进一步提升了精准配煤掺烧现代化水平。
茶园电厂结合燃管系统，拓展数字化煤场思路，指标管理精细化和精细化配煤管理取得了较好的效果。其中，该电厂推进实行可视化配煤，将劣质煤、省外煤进行精细化掺烧，根据来煤情况及时调整接卸、掺配比例，按负荷曲线制定配煤方案，结合现场燃烧情况，调整配煤方式，优化入炉煤结构，真正实现配煤实时化、精细化。
黔西电厂通过技术创新，在内部服务器上自主开发了“基于中调96点负荷曲线配煤掺烧模型管理系统”（如图11所示）。每天由运行人员将电网中调下达的次日负荷曲线录入系统内，并将流程提交到相关管理部门，由生产部综合考虑全厂生产设备运行状况提出针对性的配煤方案，明确各班入炉煤硫份和热值，将流程提交燃料部。燃料部根据配煤方案，立即策划第二天各种煤质采购、转存、掺配方式，做好卸煤沟配煤工作。燃料部将流程提交至燃运除灰部；燃运除灰部结合配煤方案，确定每班上煤、存煤方式，再将流程返回到生产技术部审核。生产技术部审核整个配煤掺烧流程落实无误后，最终提交至值长，由值长结束每日配煤掺烧流程并将确定后的次日配煤掺烧方案发送至各相关部门人员实施和管控。
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96点负荷曲线配煤掺烧模型管理系统图
针对机组深度调峰频繁、低负荷运行时间较多和电力体制改革的新常态，黔西电厂将在“中调96点负荷曲线配煤掺烧模型管理系统”的基础上增加“煤质辨识系统”及完善“手机可视化系统”，加强配煤掺烧工作，实现更加精准配煤，降低燃料成本能及煤耗，最大限度降低发电成本。
四、精准配煤掺烧取得的成效
精准配煤掺烧实践取得的成效主要体现在以下几方面：
一是提升了企业市场适应能力。通过精细化配煤，提升火电厂燃料管理水平和应对煤种变化的能力，促使企业以利益最大化原则组织生产，不断提高企业竞争力。
二是提高了资源综合利用水平。贵州火电厂消耗了大量劣质煤，极大提高了劣质煤综合利用率，带来良好社会效益，符合国家提倡煤炭资源综合利用的宗旨。
三是取得了一定的经营成果。茶园电厂2017年通过精细化配煤，消耗劣质煤约占全年总耗煤量的21.9%，有效控降了耗用标煤单价。黔西电厂通过合理实施配煤掺烧，2017年消耗劣质煤约占全年总耗煤量的17.7%，有效控降了耗用标煤单价。
四是改善了火电机组安全经济性。通过合理的掺煤配比，减少入炉煤质大幅波动，减少低负荷时段投油助燃，避免煤耗明显升高。茶园电厂2016年在全年入炉煤的平均发热量低于燃煤校核值1.67MJ/kg的情况下，通过精细化配煤，有效控制因煤质下降造成供电标煤耗大幅度上升。黔西电厂由于配煤掺烧得当，可以将入炉煤热值偏差和硫份偏差分别控制在1.0MJ/kg和0.2%以内，为锅炉平稳运行打下了较好的基础，2016年全年未发生由于煤质差造成的锅炉熄火事件。
五是积累了精准配煤掺烧实践经验。通过加强精准配煤掺烧措施，主动调整电煤供应品种结构，改善煤种适应性。同时，针对燃用劣质煤完善运行特护措施，确保机组安全稳定运行。尤其是积累了一些数字化配煤经验，拓展了思路，填补了处于煤矿多、煤种杂区域发电厂精确配煤掺烧创效的研究空白，具有一定的推广价值。
五、进一步改进完善的方向
受贵州煤矿生产及电厂煤场条件等综合因素影响，特别是供应电厂的煤矿数量多、煤种杂，导致进入电厂的煤炭各项指标差异较大。因此，要解决配煤掺烧工作较粗放的状况，一方面应继续做好精准配煤掺烧技术的深入研究和推广工作，另一方面应积极推进精确配煤掺烧现代技术的应用，并在以下方面有所突破：
一是探索建立配煤掺烧全程优化管理系统。基于现有的配煤掺烧方式，结合智能化配煤管理、掺烧在线监测和评价、运行优化管理和储煤场数字化管理等技术，建立全过程优化决策系统，在满足精准配煤掺烧的同时，提供煤场的智能化管理，主要包括对煤场的实时存取煤监测、实时燃煤成本核算、燃煤的采购规划等。
二是加强对掺配后的混煤燃煤特性的研究。因煤的燃烧特性除受锅炉及工况参数影响外，主要还受煤的煤质指标如水分、灰分、挥发分等的影响，而这些指标并不能准确真实反映混煤的燃烧特性，因此需要加强配煤燃烧特性的理论研究，以便指导、组织和安排电厂的燃煤采购和使用。
三是积极跟踪和研究“炉前掺配，炉内混烧”方式的配煤掺烧技术，结合贵州煤炭市场特点和电厂锅炉特性，通过分析积极引进并转化为具有适应贵州煤炭市场特点的掺烧技术，从而提高整个配煤掺烧技术。
结语
面对当前电煤供不应求且价格高的形势，贵州各火电厂结合自身实际积极探索新的配煤掺烧方式，旨在通过精确配煤掺烧，合理利用到厂燃煤的使用价值，最大限度地提高生产经营各项指标。随着技术进步和管理提升，电厂配煤掺烧工作还有进一步提升的空间，并在实践中进一步改进、完善和推广。
参考文献：
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[2] 曹长武 电力用煤采制化技术 北京：中国电力出版社，2002.
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[4] 涂华，姜英，等 动力煤和动力配煤 北京：化学工业出版社，2011.
课题组成员：
陈可均、葛斌峰、张祥翼、罗德海、唐 立、叶 彬、彭先军、陈富贵。
论文作者:彭先军
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：精准论文; 电厂论文; 煤质论文; 贵州论文; 火电厂论文; 火电论文; 电煤论文; 《电力设备》2019年第21期论文;