電站鍋爐飛灰含碳量高的原因分析

劉德來

(山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 古交 030206)

設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)依據(jù)的煤種稱為設(shè)計(jì)煤種，燃煤電站鍋爐是根據(jù)設(shè)計(jì)煤種進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的。但由于目前國內(nèi)煤炭市場供應(yīng)形勢日益緊張，造成很多電廠無法燃用設(shè)計(jì)煤種，實(shí)際燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種很多，從而引起制粉系統(tǒng)和鍋爐燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)相關(guān)問題，影響機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本文以某電廠2×600 MW機(jī)組鍋爐為對(duì)象，從鍋爐運(yùn)行調(diào)整角度和原煤特性角度分析了該鍋爐飛灰含碳量高的原因。

1 設(shè)備概況及煤質(zhì)參數(shù)

某電廠2×600 MW機(jī)組采用的是上海鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)制造的SG－1913/25.4－M965型超臨界參數(shù)變壓螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛，一次中間再熱，平衡通風(fēng)，露天布置，固態(tài)排渣，全鋼結(jié)構(gòu)，全懸吊π形布置，BMCR蒸發(fā)量 1 913 t/h，額定蒸汽壓力 25.4 MPa，額定蒸汽溫度571℃，再熱蒸汽溫度569℃。采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6臺(tái)北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的液壓變加載ZGM113N型中速磨煤機(jī)。煤粉細(xì)度(設(shè)計(jì)煤種)R90為16%。

因?qū)嶋H燃用煤種和設(shè)計(jì)煤種偏差很大，鍋爐運(yùn)行中存在飛灰和爐渣可燃物高的問題，嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。為此，對(duì)鍋爐制粉及燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，對(duì)原煤進(jìn)行相關(guān)分析，探索降低飛灰和爐渣可燃物含量高的運(yùn)行方式或找出該問題的相關(guān)原因。

2 問題提出及分析

2.1 問題提出

現(xiàn)在鍋爐燃用煤種較雜，近期主要燃用貴州混煤和南非煤。對(duì)比貴州混煤和南非煤的工業(yè)分析，分析結(jié)果見表1。從表1可以看出，南非煤和貴州混煤發(fā)熱量、水分、灰分、揮發(fā)分相近。單獨(dú)燃用南非煤時(shí)，飛灰、大渣可燃物含量均在1.5%左右，而燃用貴州混煤時(shí)，飛灰、大渣可燃物含量均在4% ～6%，差異很大。

表1 南非煤和貴州混煤工業(yè)分析匯總表

2.2 問題分析

飛灰、大渣可燃物高，說明煤的燃盡程度低，決定煤的燃盡程度的因素主要有:

1)煤本身燃盡特性。

2)煤粉細(xì)度，煤粉細(xì)度對(duì)煤的著火和燃盡影響較大，煤粉細(xì)度細(xì)，可提高著火速率，改善煤的著火和燃盡性能。

3)配風(fēng)方式，改變?nèi)紵鲄^(qū)域氧量，提高燃燒初期氧量，但同時(shí)也可能會(huì)提高著火點(diǎn)，從而推遲燃燒，反而對(duì)燃燒不利。

4)爐膛高度，決定煤粉在爐內(nèi)的停留及燃盡時(shí)間。

對(duì)已投運(yùn)鍋爐，鍋爐結(jié)構(gòu)參數(shù)無法改變，因此，僅能從原煤自身特性和運(yùn)行角度對(duì)飛灰、大渣可燃物含量高的問題進(jìn)行分析。

3 探索改善煤燃盡特性的試驗(yàn)研究結(jié)果

運(yùn)行中只能通過改變煤粉細(xì)度和配風(fēng)方式的手段提高混煤的燃盡特性。本次試驗(yàn)重點(diǎn)從煤粉細(xì)度和配風(fēng)方式對(duì)燃煤燃盡性進(jìn)行考察，探索提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性的方法［1］。

3.1 變煤粉細(xì)度試驗(yàn)研究結(jié)果

機(jī)組負(fù)荷430 MW，空氣預(yù)熱器入口氧量控制在4.5%左右，對(duì)磨煤機(jī)分離器擋板進(jìn)行調(diào)整，從而改變煤粉細(xì)度。變煤粉細(xì)度試驗(yàn)共進(jìn)行3個(gè)工況試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 變煤粉細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果匯總表

從表2可知，煤粉細(xì)度降低約3% ～4%，飛灰含碳量由4.42%降至4.17% ～4.18%，下降約 0.25%左右;爐渣含碳量由6.86%降至5.03% ～6.38%，下降0.48% ～1.53%;固體不完全燃燒熱損失 q4由2.37%降至 2.15% ～2.23%，下降 0.14% ～0.22%;鍋爐熱效率 ηb由 91.17% 上升到 91.31% ～91.42%。

從變煤粉細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果可知，調(diào)整煤粉細(xì)度后，飛灰、爐渣可燃物下降幅度和鍋爐效率提高幅度有限。受設(shè)備限制，煤粉細(xì)度無法再調(diào)整，因此，無法得到繼續(xù)降低煤粉細(xì)度對(duì)飛灰、爐渣可燃物含量的影響。

3.2 提高燃燒器區(qū)域氧量試驗(yàn)研究結(jié)果

為了考察提高燃燒器區(qū)域氧量對(duì)飛灰、爐渣可燃物的影響，機(jī)組負(fù)荷在430 MW時(shí)，通過逐漸關(guān)閉燃盡風(fēng)風(fēng)門開度達(dá)到提高燃燒器區(qū)域氧量的目的，共進(jìn)行3個(gè)工況試驗(yàn)，提高燃燒器區(qū)域氧量試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 提高燃燒器區(qū)域氧量試驗(yàn)結(jié)果匯總表

從表3可知，提高主燃燒器區(qū)域氧量后，飛灰、爐渣可燃物含量增加，鍋爐效率有所下降。這是因?yàn)橹魅紵鲄^(qū)域氧量提高后，并沒有因?yàn)槎物L(fēng)提前補(bǔ)氧而改善燃燒速率差的煤的燃盡性，反而因二次風(fēng)和一次風(fēng)混合提前，提高了著火點(diǎn)，導(dǎo)致燃盡性更差。

3.3 二次風(fēng)配風(fēng)方式試驗(yàn)研究結(jié)果

為了考察配風(fēng)方式對(duì)飛灰、爐渣可燃物的影響，機(jī)組負(fù)荷在440 MW時(shí)，分別進(jìn)行均等、正寶塔、縮腰、倒寶塔配風(fēng)方式試驗(yàn)，二次風(fēng)箱與爐膛差壓保持0.75/0.65 kPa左右，配風(fēng)方式試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 二次風(fēng)配風(fēng)方式試驗(yàn)結(jié)果匯總表

從表4可知，均等配風(fēng)方式下，鍋爐熱效率最高，ηb=90.85%;其次是倒寶塔和縮腰配風(fēng)方式，ηb=90.82%;最差為正寶塔配風(fēng)方式，ηb=90.72%。4種配風(fēng)方式對(duì)爐渣、飛灰可燃物含量影響不大。440 MW時(shí)，推薦采用均等配風(fēng)方式。

從上述試驗(yàn)可知，采取運(yùn)行調(diào)整方式無法達(dá)到降低貴州混煤燃盡特性，進(jìn)而降低飛灰、大渣可燃物含量的目的。

4 混煤燃盡特性及飛灰含量高的原因分析

4.1 原煤燃盡特性分析

由于采取運(yùn)行調(diào)整方式無法降低飛灰、大渣可燃物含量，對(duì)原煤特性進(jìn)行分析，研究該煤種的著火和燃盡特性。

試驗(yàn)過程對(duì)原煤取樣，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，得出原煤著火和燃盡特性。反應(yīng)原煤著火和燃盡特性指標(biāo)由以下兩個(gè)參數(shù)表征:

1)反應(yīng)指數(shù)RI:反映煤著火難易程度的指數(shù)。

2)燃盡指數(shù)Cb:反映煤燃盡難易程度的指數(shù)。

反應(yīng)指數(shù)RI和燃盡指數(shù)Cb的判別標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 原煤著火和燃盡特性判別標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)貴州混煤和南非煤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，得出反應(yīng)指數(shù)RI和燃盡指數(shù)Cb，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 貴州混煤著火和燃盡判別結(jié)果

從表6可知，貴州混煤著火和燃盡特性均為難，南非煤著火和燃盡特性均為易。

4.2 混煤飛灰、大渣可燃物含量高的原因分析

貴州混煤原煤工業(yè)分析結(jié)果雖然屬煙煤，但燃燒特性卻很差，所以當(dāng)燃用貴州混煤時(shí)，煤粉在爐內(nèi)整個(gè)燃燒階段無法充分、完全燃燒，導(dǎo)致飛灰和爐渣可燃物含量很高，固體不完全燃燒熱損失很高;南非煤著火和燃盡特性均為易，所以煤粉在整個(gè)燃燒階段能充分、完全燃燒，飛灰和爐渣可燃特性含量較低，固體不完全燃燒熱損失較低。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，燃用混煤時(shí)應(yīng)注意分析被混煤種的燃燒特性，特別是著火和燃盡特性。混煤一般有以下規(guī)律:混煤的著火及燃燒穩(wěn)定性靠近易燃煤的著火特性，難燃煤中摻燒部分易燃煤種會(huì)提高燃燒穩(wěn)定性;混煤的燃盡性趨近于難燃煤種，難燃煤中摻燒易燃煤種不會(huì)使燃盡特性顯著改善，甚至不利于充分燃盡。因?yàn)榛烀哼M(jìn)入爐膛后，由于煤燃燒速率有差別，燃燒速率高的煤先燃燒，“搶風(fēng)”嚴(yán)重，耗用大量的氧，雖然燃燒器區(qū)域溫度較高，但會(huì)造成缺氧環(huán)境，不適于燃燒速率差的煤燃燒，所以燃盡性能甚至不如單燒時(shí)的燃盡性能。

5 結(jié)論

1)試驗(yàn)中通過調(diào)整煤粉細(xì)度研究改善混煤燃盡特性，但從試驗(yàn)結(jié)果可知，飛灰、爐渣可燃物下降幅度和鍋爐效率提高幅度有限。從目前的試驗(yàn)結(jié)果來看，如果將飛灰、爐渣可燃物降至2%左右，煤粉細(xì)度必須很細(xì)才能滿足，但此時(shí)制粉系統(tǒng)已無法滿足。

2)由于混煤各煤種燃燒速率不同，可能會(huì)造成燃燒速率低的煤在缺氧環(huán)境下燃燒。試驗(yàn)中通過提高主燃燒器區(qū)域氧量改變混煤燃燒的供氧量，但由于同時(shí)提高了著火點(diǎn)，對(duì)燃燒反而有推遲作用，所以改變?nèi)紵鲄^(qū)域氧量并未達(dá)到改善混煤燃盡性的目的，燃盡性反而變差。

3)通過針對(duì)性的試驗(yàn)研究可知，從運(yùn)行參數(shù)調(diào)整角度無法改善混煤的燃盡性，達(dá)不到降低飛灰、大渣可燃物含量的目的。

4)混煤各煤種的燃燒和燃盡特性決定了鍋爐飛灰、大渣可燃物含量的高低，如各煤種特性差異較大，建議采取分磨分燒各煤種的方式降低飛灰、大渣可燃物;如各煤種特性差異不大，則采取混煤的方式。

［1］黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整［M］.北京:中國電力出版社，2003:55－60.