田庆峰，黄永琛，陈 勇，陈 牧

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

同一矿区煤质资料拟定方法探讨

田庆峰，黄永琛，陈 勇，陈 牧

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

对于同一矿区的煤种，在给定典型煤种及煤质变化范围的基础上，本文给出一种校核煤质的拟定方法，来满足锅炉及烟风制粉系统设计的需要。

煤质成分；拟定校核煤种；水分；灰分。

1 概述

锅炉及烟风制粉系统最重要的设计基础就是煤质资料，如何根据业主给定的设计煤种、煤质资料变化范围合理确定出校核煤种，或者反过来根据煤矿的典型煤质数据、性能考核时煤种变化范围合理确定出几种假定的性能考核煤种用于锅炉的设计，并同时满足电厂制粉系统、燃烧系统各设备的选型需要，就显得尤为重要。

本文提供的“煤质拟定”思路和方法，仅适用于同一个矿区的煤种，并不适用于不同矿区的混煤。如果遇到需要混煤的项目，应根据单个煤源的煤质情况分别拟定典型煤种及校核煤种，再根据需要按照一定的比例进行掺混，关于混煤的基本规定详见《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则(DL/T831－2002)》中4.3节的规定，混煤的煤质拟定方法不在本文的讨论范围。

2 校核煤种的拟定原则

根据同一个矿区的典型设计煤种及成分变化范围拟定校核煤种的煤质拟定方法的核心理论是，同一个矿区内各煤层的成煤年代基本相同，各煤层所表现出的主要差异是其水分、灰分、发热值数据的区别，各煤层的干燥无灰基成分均相同，且各煤层的“纯煤热值”相同。

“纯煤热值Qnet,pure”的物理意义相当于去除水分和灰分的干燥无灰基低位热值，其计算公式如下：

燃煤的收到基低位热值Qnet,ar，可以采用以下4个公式(LHV1～LHV4)、根据燃煤的成分进行校核计算，当4个公式计算的低位热值与给定的低位热值的差值均小于0.5 MJ/kg时，则认为燃煤的成分与给定的低位热值之间是匹配的。

收到基高位热值Qgr,ar和低位热值Qnet,ar之间的换算关系，如下所示：

在上述四个收到基低位热值计算公式中，LHV3公式与国内经常使用的门捷列夫公式比较接近，门氏公式如下所示：

当煤质资料是以典型设计煤种并同时给出煤质资料变化范围的形式给出的时候，其典型的做法是根据该煤质资料的典型设计煤种及变化范围再拟定出四个校核煤种—WC/MM、WC/ MA、BC/MM和BC/MA：

水分最大时的最差煤种(Worst Coal Max Moisture, WC/MM)

灰分最大时的最差煤种(Coal Max Ash, WC/MA)

水分最小时的最好煤种(Best Coal Min Moisture, BC/MM)

灰分最小时的最好煤种(Best Coal Min Ash, BC/MA)

按照以上原则，根据给定的典型设计煤种、同一个矿区的煤质资料变化范围，拟定校核煤种的主要方法如下，根据给定的典型设计煤种的Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar、Aar、Qnet,ar，求出对应的干燥无灰基成分Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf、Sdaf，对收到基低位热值Qnet,ar与LHV1～LHV4收到基低位热值的差异进行校核计算，并计算“纯煤热值Qnet,pure”。以上所述4个校核煤种(WC/MM、WC/MA、BC/MM和BC/MA)的干燥无灰基成分与典型设计煤种相同，四个校核煤种的收到基成分Car、Har、Oar、Nar、Sar由对应的干燥无灰基成分换算所得，根据四个校核煤种的定义及需要，收到基低位热值、收到基水分Mar(或收到基灰分Aar)分别取值为范围值的上限或下限值，四个校核煤种分别以“纯煤热值Qnet,pure”等于典型设计煤种的“纯煤热值”为目标值，以收到基灰分Aar(或收到基水分Mar)为可变量，对燃煤的收到基各成分进行综合求解计算，分别得出四个校核煤种的收到基成分，与此同时可对四个校核煤种的收到基低位热值Qnet,ar与LHV1～LHV4收到基低位热值进行校核计算，则四个校核煤种的拟定初步完成。

以下分别介绍四个校核煤种的拟定方法及其主要用途。

2.1 水分最大时的最差煤种(WC/MM)

“收到基低位热值的给定值取下限值”、“收到基水分取上限值”，以“纯煤热值单元格”为目标单元格，以“典型设计煤种的纯煤热值数据”为目标值，以收到基灰分为可变单元格，对收到基各个组分进行单变量求解。

水分最大时的最差煤种(WC/MM)，此煤种主要用于校核磨煤机的干燥出力及碾磨出力、空预器出口热一次风温度、锅炉的热力计算及炉膛特征参数的选取(此煤种的水分最大、热值最低，烟气量一般来说最大，对锅炉的热力计算影响很大。)烟气在炉膛内的停留时间。

2.2 灰分最大时的最差煤种(WC/MA)

“收到基低位热值的给定值取下限值”、“收到基灰分取上限值”，以“纯煤热值单元格”为目标单元格，以“典型设计煤种的纯煤热值数据”为目标值，以收到基水分为可变单元格，对收到基各个组分进行单变量求解。

灰分最大时的最差煤种(WC/MA)，此煤种主要用于除尘器及除灰系统出力的校核，也可同时用于磨煤机碾磨出力的校核。

2.3 水分最小时的最好煤种(BC/MM)

“收到基低位热值的给定值取上限值”、“收到基水分取下限值”，以“纯煤热值单元格”为目标单元格，以“典型设计煤种的纯煤热值数据”为目标值，以收到基灰分为可变单元格，对收到基各个组分进行单变量求解。

水分最小时的最好煤种(BC/MM)，此煤种主要用于锅炉的热力计算及蒸汽温度的校验、校核磨煤机入口冷风流量及管径的选择，同时此煤种单位质量的煤生成的SO2排放流量较大。

2.4 灰分最小时的最好煤种(BC/MA)

“收到基低位热值的给定值取上限值”、“收到基灰分取下限值”，以“纯煤热值单元格”为目标单元格，以“典型设计煤种的纯煤热值数据”为目标值，以收到基水分为可变单元格，对收到基各个组分进行单变量求解。

灰分最小时的最好煤种(BC/MA)，此煤种通常来说烟气量最小、燃烧后的未燃尽碳损失最小、单位质量的煤生成的SO2排放流量较大。

3 煤质资料拟定方法的示例

以某工程为例，业主给出的设计煤种见表1，其中收到基低位热值的变化范围为15.0～20.4 MJ/kg，收到基灰分的变化范围为3.0～12.0%，收到基全水分的变化范围为20.0～37.0%，收到基硫份的变化范围为0.5～0.7%。根据前述煤质拟定方法，本工程拟定的4个校核煤种见表1。

表1 已知某工程的典型设计煤种及同一个矿区的煤质变化范围拟定校核煤种

4 结论及建议

(1)本文所述的煤质资料拟定方法的核心理论基础是，同一个矿区内各煤层的成煤年代基本相同，各煤层所表现出的主要差异是其水分、灰分、发热值数据的区别，各煤层的干燥无灰基成分均相同，各煤层的“纯煤热值”相同，按照这个理论可以拟定出四个校核煤种(WC/MM、WC/MA、BC/MM和BC/MA)。这个假设理论可能和同一矿区不同煤层的实际情况有所差异，但基本可满足锅炉及燃烧制粉系统的设计需要，个别数据(如Sar、Nar)也可根据业主的实际需要略作调整。

(2)本文所述的煤质资料拟定方法，仅适用于同一个矿区的煤种，并不适用于根据混煤的燃煤成分及热值的变化范围来拟定校核煤种，如果给定的设计煤种为不同矿区的混煤，不宜采用本文所述方法拟定校核煤种。

(3)国内工程，业主一般提供了几个煤矿的典型煤质资料作为锅炉的设计煤种和校核煤种，技术协议中一般对设计煤种性能考核时的煤质资料波动范围进行了限制，煤种在此范围内波动时，其锅炉效率的实测值可以按照规定的方法进行修正(修正到设计煤种的状态)，超出此波动范围时，理论上是不具备性能测试验收的条件的；锅炉制造厂可以根据技术协议中约定的设计煤种变化范围，根据本文给出的煤质拟定方法拟定出性能考核期间的校核煤种，用于评估锅炉的性能。

(4)对于国内的新开发的煤矿，如果能够多一些采集煤质样本，通过实验室的工作，给出煤种的范围值，然后用以上的“最好最差煤质法”确定出四个校核煤种，则可以从设计源头降低煤质变化带来的风险。

(5)国外工程，当业主给出典型煤种数据及煤种变化范围时，应落实典型煤种数据和煤种数据变化范围是否属于同一个矿区后，才能采用此方法进行校核煤种的拟定。

[1] DL/T 5145－2002，火力发电厂制粉系统设计计算技术规定[S]．

[2] 范从振．锅炉原理[M]．北京：水利电力出版社，1995．

Formulation Method of Coal Quality Data for Same Coal Mine

TIAN Qing-feng, HUANG Yong-chen, CHEN Yong, CHEN Mu
(Central Southern Electrical Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

Based on typical coal analyses and variation range for single coal mine,this article expounded one formulation method of check coal,which is intention to meet the demand of boiler and the firing system.

coal constituent; formulating check coal; moisture; ash content.

TM621

B

1671-9913(2017)02-0030-04

2015-01-07

田庆峰(1975- )，男，河南林州人，高级工程师，主要从事火力发电厂热机专业设计。