过去十多年来，美国煤炭行业一直处于衰退之中——投资减少、产能萎缩，天然气和可再生能源稳步崛起。然而，进入2025年，一幅不同的图景正在显现。在全国范围内，那些原本计划悄然退役的煤电机组，正以出人意料的方式被重新启用——这并非出于怀旧，而是源于一种新的需求冲击：人工智能（AI）、数据中心以及工业回流的兴起。AI和云计算带来的大规模、全天候电力需求，加上“美国制造”增长，正导致产能短缺，而仅靠可再生能源和天然气难以满足。政策压力的暂时缓解，让煤电厂迎来了第二春——这并非扩张，而是聚焦于效率、可靠性和投资回报。
从生存到选择性现代化
过去十年，大多数煤电厂都处于“仅维护模式”。批发价格低迷、监管不确定性高企，导致投资延后、机组效率下降，结渣和积灰成为常态。如今，公用事业公司被要求做更多、运行更高效，并在不进行重大资本升级的情况下更清洁。这促使运营商关注选择性现代化，尤其是在能提供即时、可衡量益处的领域。
通过化学方法恢复丢失的兆瓦
转变煤炭经济的最有效工具之一，是燃料化学优化——由Environmental Energy Services（EES）及其CoalTreat添加剂程序主导。这些CoalTreat添加剂应用于燃料，能在燃烧过程中和之后改变煤灰特性，提高熔融温度、减少积灰，并恢复丢失的兆瓦。在一台750兆瓦切向燃烧锅炉中，CoalTreat消除了再热段结渣，此前这曾导致降额。该机组输出增加了3%，NOx排放降低了0.02磅/百万英热单位。另一台650兆瓦电厂，使用高结渣的伊利诺伊盆地和北部阿巴拉契亚混合煤，在处理后连续五天满负荷运行——这曾经是不可能的壮举。红外锅炉摄像机确认了整个运行过程中吊管和鼻拱表面的清洁。经济效益同样显著。从优质中部阿巴拉契亚煤切换到伊利诺伊盆地煤，为电厂节省了每吨40美元，同时保持输出和合规不变。在另一个地点，结渣曾使炉出口气体温度降低100华氏度，通过处理后热率改善了2.5%，净年收入预计增加250万美元。
过程剖析：添加剂如何转变煤灰
结渣形成始于煤中矿物质，如硅酸盐、铁、钠和钾，在燃烧过程中挥发或反应，形成高强度、低熔点、有时呈玻璃状的沉积物，附着在管表面。CoalTreat通过引入特制化学添加剂改变煤灰化学性质，促进形成易碎晶体（高熔点晶体结构，如钙长石和赤铁矿），而非“粘性”非晶玻璃。结果是：熔融或熔渣沉积物变得固体且易碎，便于吹灰清除；煤灰熔融温度提高150至200华氏度；积累的结渣或积灰强度降低，如烧结强度数据所示，变得更易碎，并更容易被现有设备清除；强制停机和热传递损失减少。煤灰化学变化可通过高温探针（HTP）测试观察，该测试模拟管表面条件（图1）。探针积累和相关温度映射数据一致显示结渣附着力降低，且无或减少“黑玻璃”形成，验证了该化学方法在实际炉运行条件下的有效性（图2）。HTP测试，连同现场试验中的炉红外摄影/热成像，可用于短期演示程序中验证性能。
图1：在粉河盆地(PRB)一座640兆瓦对置壁式锅炉中进行的基准高温探针(HTP)测试表明，CoalTreat可有效减少锅炉管结渣。未经处理的燃料在HTP上形成一层厚厚的黑色非晶态玻璃层。一天后，在燃料上涂抹CoalTreat后重复该测试。值得注意的是，HTP上的炉渣涂层更加多孔、易碎且强度降低，以至于在移除HTP时会脱落，这证实了灰分晶体结构的变化。
图2：基线条件下以及处理4天和8天后，悬渣堆积情况的变化。渣堆积明显减少，凸显了添加剂处理的有效性。
现场验证：通过燃料化学恢复丢失兆瓦
从维持现状转向重新聚焦于最大化发电容量和可靠性，这种转变在美国机组中每天都在发生。那些曾经视添加剂化学为最后手段的公用事业公司，现在正实现显著运营和财务回报。以下来自美国煤电发电机组的案例研究，展示了针对性CoalTreat程序如何恢复丢失兆瓦、改善热率，并带来数百万美元收益——全部无需资本升级。
案例研究：通过化学恢复丢失容量
一家中西部公共事业公司运营一台500兆瓦级发电机组，燃烧高水分、中等灰分煤混合。该机组因严重结渣而面临持续降额和强制停机。传统吹灰、负荷减载和最佳实践证明不足，导致每年损失数千兆瓦时发电——往往发生在高价值峰值期。实施定制添加剂处理后，煤灰熔融温度提高了约200华氏度，通过结渣晶体变化减少了附着力和积累。在初始测试期，该厂避免了超过9000兆瓦时的降额损失，并将强制停机减少约120小时。此外，该机组平均热率改善了近200英热单位/千瓦时，并显著降低了锅炉维护和吹灰蒸汽消耗。热率改善带来的节省每年约为100万美元贡献于电厂底线。恢复的电力销售净收入约为500万美元/年（扣除燃料成本），基于平均电力售价100美元/兆瓦时。从减少锅炉清洁和焊接维修的维护节省，约消除每年10万美元费用。
许多地区的峰值电力销售将继续上涨。例如，PJM峰值电力价格在2025年4月8日达到898美元/兆瓦时，6月23日达到1334美元/兆瓦时。能在峰值小时增加电力销售的电厂，能大幅提升盈利。例如，在PJM2025年6月峰值（1334美元/兆瓦时），恢复的兆瓦时可能在单一事件中产生超过500万美元收益。主要益处不仅仅是财务。通过稳定燃烧和延长管寿命，该添加剂程序还降低了与爆炸清洁相关的安全风险。而且，CoalTreat无需安装水炮或其他昂贵维护添加。CoalTreat展示了电厂可靠性的提升，以及基于化学的性能恢复可替代大量资本投资，并防止升级停机期间的电力销售损失。
燃料灵活性：竞争优势
通过定制燃料处理程序，公用事业公司能自信地燃烧低成本、高结渣煤炭，而不牺牲性能。这种在燃料来源间切换的能力，提供对波动供应和定价的有价值对冲，同时在AI驱动基载增长的调度需求演变中，提供战略优势。通过启用低成本“机会”煤的使用而不牺牲性能，电厂能实现毛利润显著增加，并在不断变化的能源格局中维持运营灵活性。EES最新的CoalTreat按需系统（ODS）是便携、智能处理系统，可快速部署。试剂剂量和混合针对不同煤类型，并能自动控制。ODS系统可用于连续应用控制持久结渣，或间歇应用针对特定煤混合/煤层或运行条件引起的周期性问题。
随着AI和回流驱动前所未有的电力需求（美国能源信息署预测到2030年新增20至30吉瓦数据中心负荷——相当于50多个煤电机组以80%容量因数运行），现有煤电机组对系统稳定仍至关重要。对于公用事业利益相关者，信息是务实的：选择性投资、勤勉衡量，并优化已有资产。在这个高需求环境中，每一个避免的降额、每一次效率改善、每一吨燃料灵活性都至关重要（图3）。在AI和“大数据”时代，煤炭尚未完结。通过拥抱针对性创新和更智能燃料化学，运营商证明了遗产生资能适应（图4），在电网最需要时，提供更清洁、更可靠、更具成本效益的电力。
图3：案例研究结果强调了一个关键点：燃煤机组可以通过有针对性的、数据驱动的燃料化学优化，而非昂贵的改造，来恢复损失的发电量并提高盈利能力。如图所示，优化的燃烧和炉渣控制化学处理每年可带来数百万美元的净利润，这主要得益于热效率的提高、电力销售额的增加以及维护成本的降低。
图4：CoalTreat对炉渣形成的影响体现在处理后的第一天即可观察到水冷壁和垂渣脱落。连续处理一周后，处理后的炉底灰颗粒更细，质地更易碎。
原文链接：
https://www.powermag.com/coals-revival-from-maintenance-mode-to-market-necessity/
作者：P.Robert Santangeli
本文已进行编译。
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