260t/h煤粉爐飛灰和爐渣含碳量偏高原因分析及對策

馮中昱

摘要：在全球逐步實(shí)現(xiàn)“碳中和”的時(shí)代背景下，降低碳排放成為企業(yè)必將面對的挑戰(zhàn)，而新能源企業(yè)中的自備電廠又是碳消耗、碳排放的大戶，燃燒效率是考核電廠碳排放的主要指標(biāo)，因此在保證鍋爐安全運(yùn)行的前提下，不斷降低電廠能耗，降低碳排放一直是新能源企業(yè)亟待重視的問題。而影響燃燒效率的因素主要由煤炭在燃燒全過程中產(chǎn)生。原煤燃燒的各個(gè)階段產(chǎn)生的灰和渣是原煤經(jīng)燃燒后殘留的碳，它的含量高低即影響著自備電廠的碳排放量，也能體現(xiàn)電廠碳消耗情況，衡量及控制燃煤碳消耗及排放，對降低企業(yè)碳排放具有重大意義。

關(guān)鍵詞：原因分析;燃燒調(diào)整;灰渣含炭量;經(jīng)濟(jì)性

0.概述

國能榆林化工有限公司自備電廠一期項(xiàng)目配有4臺(tái)哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的鍋爐型號為HG-260/9.8-YM1煤粉鍋爐，鍋爐主要為化工區(qū)提供蒸汽汽源，并配套2臺(tái)25MW抽背式供熱汽輪發(fā)電機(jī)組為化工區(qū)提供部分用電負(fù)荷。該廠鍋爐為單汽包自然循環(huán)固態(tài)排渣煤粉爐，爐膛Π型布置。水平煙道裝低溫過熱器、高溫過熱器兩級對流，爐頂部設(shè)有頂棚管，水平煙道和尾部包墻均為管式包覆，后部配有鋼管制成的省煤器和一套雙電機(jī)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。鍋爐整體構(gòu)架按6度地震烈度設(shè)計(jì)，懸吊在頂板梁上，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器支撐在后部柱和梁上。

爐膛采用四角布置，直流式燃燒器，假想切圓直徑Φ739mm，制粉系統(tǒng)采用中速磨直吹進(jìn)一次（冷、熱）混合風(fēng)，正壓制粉系統(tǒng)（二臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)備用）。水平濃淡式燃燒器可以降低NOX排放量，保證低負(fù)荷時(shí)爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定。燃燒器固定于鍋爐水冷壁噴口框架上，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，燃燒器向下膨脹，水冷壁也一起向下膨脹，其膨脹量制粉系統(tǒng)的風(fēng)粉管吸收，燃燒器不受風(fēng)粉管道的外力。

該低NOx水平濃淡燃燒器配有十二層風(fēng)噴口，一次風(fēng)噴口三層，二次風(fēng)噴口七層，化工尾氣燃燒器在最下層二次風(fēng)噴口中，油槍燃燒器布置在下一層與中間層一次風(fēng)噴口中間。燃燒器二次風(fēng)管入口處，設(shè)電動(dòng)二次風(fēng)門，可遠(yuǎn)程控制二次風(fēng)門調(diào)節(jié)燃燒器各噴口的供風(fēng)量。

1.配風(fēng)與配煤的基本方式

1.1配風(fēng)基本方式

A.均等配風(fēng)。各二次風(fēng)開度一致。適用于燃燒穩(wěn)定時(shí)的大負(fù)荷，多為揮發(fā)分較高的煙煤。優(yōu)點(diǎn)：爐膛內(nèi)各點(diǎn)熱負(fù)荷基本相同，燃燒比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：NOx不好控制，對爐內(nèi)燃料理化性能要求較高。

B.束腰配風(fēng)。相對關(guān)小爐膛中部的二次風(fēng)門開度。適用于較低負(fù)荷和燃燒不穩(wěn)定時(shí)，多為低揮發(fā)分的無煙煤。優(yōu)點(diǎn)：提高局部熱負(fù)荷，有利于摻燒化工尾氣、燃油時(shí)的負(fù)荷穩(wěn)定性。 缺點(diǎn)：燃燒穩(wěn)定性較差，灰渣含碳量較高。

C.鼓腰配風(fēng)。相對大中部的二次風(fēng)門開度。適用爐內(nèi)熱負(fù)荷較高，結(jié)焦或積灰含碳量較高時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：降低燃燒中心的聚焦，降低爐內(nèi)燃燒溫度，降低碳排放量。 缺點(diǎn)：火焰中心較低，爐渣量較多。

D.倒寶塔配風(fēng)。是關(guān)小下部二次風(fēng)門，開大上部二次風(fēng)門的配風(fēng)方式。優(yōu)點(diǎn)：提高燃燒穩(wěn)定性是有好處的，延長爐內(nèi)燃料燃盡時(shí)間，提高燃盡性。缺點(diǎn)：是上部消旋風(fēng)拉大切圓轉(zhuǎn)動(dòng)量，增大熱偏差。

F.正寶塔配風(fēng)。是開大下部二次風(fēng)，關(guān)小上部二次風(fēng)門的配方方式。優(yōu)點(diǎn)：提高爐內(nèi)切圓托煤效果，降低爐渣含碳量。缺點(diǎn)：將爐內(nèi)火焰中心上移，導(dǎo)致飛灰含碳量增加，鍋爐出口溫度偏高。

1.2配煤基本方式

A.均等配煤。各燃燒層均勻給煤。適用于負(fù)荷200t/h以上、且投入化工尾氣時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)化爐內(nèi)煤與化工尾氣的燃燒情況，可使?fàn)t內(nèi)的熱負(fù)荷分布較均勻，碳排放降低。缺點(diǎn)：二次風(fēng)壓較高，NOx含量較高，氧量不易控制。

B.束腰配煤。適當(dāng)降低中間燃燒層給煤。適用于爐內(nèi)熱負(fù)荷過大，爐膛溫度出口過高，結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：可降低火焰中心溫度，減少結(jié)焦。 缺點(diǎn)：爐渣量變大，飛灰量變大，碳排放量不易控制。

C.鼓腰配煤。適當(dāng)中間層給煤。適用于燃燒不穩(wěn)及超低、低負(fù)荷燃燒時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：提高局部燃燒層熱負(fù)荷，有利于低負(fù)荷時(shí)的燃燒穩(wěn)定 。 ?缺點(diǎn)：爐內(nèi)氧量不易控制，碳排放不易控制。

D.倒寶塔配煤。適當(dāng)減少下部給煤量，增多上部給煤量。適用于摻燒化工尾氣后，投油助燃時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：提高燃燒穩(wěn)定性，穩(wěn)定爐內(nèi)熱負(fù)荷焦點(diǎn)。缺點(diǎn)：火焰中心靠上，飛灰含碳量增多。

F.正寶塔配煤。適當(dāng)減少上部給煤，增多下部給煤煤量。適用于爐膛出口溫度較高，一級減溫器前溫度較高時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：降低爐內(nèi)熱負(fù)荷焦點(diǎn)，提高爐內(nèi)輻射量，降低對流受熱面溫度。缺點(diǎn)：火焰中心考下，爐渣含碳量增多。

2 灰渣含碳量偏高原因分析

根據(jù)熱能與動(dòng)力學(xué)理論及鍋爐運(yùn)行值班員日常操作經(jīng)驗(yàn)可知，鍋爐燃燒飛灰、爐渣含碳量偏高，主要由以下原因?qū)е拢哼M(jìn)廠原煤品質(zhì)不合格、原料供應(yīng)不穩(wěn)定，配煤采樣數(shù)據(jù)與實(shí)際配煤數(shù)據(jù)不符;制粉系統(tǒng)選型不合理，空氣動(dòng)力場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，磨煤機(jī)出口調(diào)節(jié)縮孔調(diào)適不合格，導(dǎo)致煤粉細(xì)度不合適;爐內(nèi)摻燒化工尾氣及燃油時(shí)氧量不足;爐內(nèi)調(diào)整二次配不合理，爐內(nèi)負(fù)荷分布不均衡;各種因素相互促進(jìn)又互相制約。為降低鍋爐灰渣含碳量偏高現(xiàn)象提高鍋爐效率，降低碳排放，我廠運(yùn)行人員通過不斷摸索與總結(jié)，通過多次燃燒配風(fēng)、配煤試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一些造成灰渣含碳量偏高的原因，在不提高NOx、硫份含量的前提下，找到了我廠的配風(fēng)、配煤較適合的方法及適用于自備電廠的燃燒調(diào)整的規(guī)律，大幅降低了灰渣的含碳量，降低了本廠的碳排放量。

2.1燃煤品質(zhì)

我廠鍋爐燃燒所用的煤為陜西省神木市大保當(dāng)鎮(zhèn)、錦界鎮(zhèn)出產(chǎn)的煙煤，雖采購不同煤礦的煤，但燃用煤種一直沒有過大的變化。抽取煤種樣本分析如表1所示，抽取灰渣樣本經(jīng)分析化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)灰、渣樣含碳量特別高時(shí)，入爐煤通常具備以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：水分、灰分及固定碳含量高而揮發(fā)份低，這種煤在爐內(nèi)不易燃燒，會(huì)遲著火時(shí)間，縮短煤粉在鍋爐燃盡時(shí)間，還會(huì)爐膛溫度降低，影響煤粉的燃燒速度，煤粉燃盡度隨之降低。爐內(nèi)灰、渣此類可燃物增加，增大了鍋爐的機(jī)械未完全燃燒熱損失。飛灰含碳量特別高時(shí)，入爐煤在固定碳含量、灰份、揮發(fā)份、水分這四項(xiàng)指標(biāo)中一定有一個(gè)指標(biāo)是極差的。根據(jù)分析化驗(yàn)結(jié)果，可知入爐煤的與設(shè)計(jì)煤種相差并不大，可排除灰渣含碳量的大的原因與入爐煤無關(guān)。入爐煤分析結(jié)果如下：

2.2煤粉細(xì)度

對該裝置1#爐運(yùn)行中的三臺(tái)磨煤機(jī)（A、B、C）的煤粉細(xì)度進(jìn)行了測試，得知，該爐設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90為20%—25%。在日常運(yùn)行過程中， 因鍋爐運(yùn)行值班員的燃燒調(diào)整習(xí)慣，大部分人在增減符合時(shí)通過調(diào)整一次風(fēng)機(jī)的入口擋板增減一次風(fēng)壓風(fēng)量來調(diào)整負(fù)荷，風(fēng)量與風(fēng)壓增大后磨煤機(jī)出口分離器擋板沒有及時(shí)調(diào)小就會(huì)導(dǎo)致煤粉變粗，煤粉倉內(nèi)的煤粉細(xì)度與設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)。另外，由于磨煤機(jī)長期帶缺陷運(yùn)行，使得分離器擋板磨損較嚴(yán)重，煤粉未達(dá)到要求的煤粉細(xì)度就被一次風(fēng)輸送出去。煤粉變粗，從燃燒角度考慮，煤粉越粗，煤粉燃盡所需時(shí)問越長，造成煤粉不完全燃燒的可能性越大，這是造成煤粉在爐膛內(nèi)不能迅速而完全燃燒，最終造成灰渣含碳量偏高的主要原因之一。

2.3燃燒時(shí)爐內(nèi)氧量不足

煤粉進(jìn)入爐膛受到高溫?zé)煔?、爐膛火焰、爐壁的熱做功，很快便燃燒起來，隨著燃燒的深入，對氧量的需求是有一定曲線變化的。在氧量不足時(shí)，煤粉發(fā)生不完全燃燒，增加了鍋爐不完全燃燒熱損失。所以，保證一定的過量空氣系數(shù)是必需的，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知，鍋爐運(yùn)行氧量控制在1.5--2.6%之間，即保證了鍋爐出口NOx不超過480mg/Nm3，又保證了燃料的燃盡度。

2.4燃燒調(diào)整配風(fēng)方式不合理

要降低灰渣可燃物含量必然要合理調(diào)整燃燒使煤粉燃燒完全，在調(diào)整過程中，針對一、二次風(fēng)量的調(diào)整、風(fēng)粉配比和控制火焰中心等方面進(jìn)行調(diào)整。一次風(fēng)不足，不能及時(shí)將煤粉送入爐膛燃燒;二次風(fēng)粉配比不合理，不能及時(shí)、充足的送入爐膛，造成局部缺氧或過剩空氣量不足，導(dǎo)致燃燒不完全，使灰渣含量增大?？刂颇ッ簷C(jī)出口溫度時(shí)，調(diào)整一次冷風(fēng)致大量冷風(fēng)進(jìn)入爐膛;鍋爐本體密封不嚴(yán)，看火孔，人孔等因打焦和檢修導(dǎo)致關(guān)閉不嚴(yán)，漏入爐外冷空氣;爐膛負(fù)壓過大;人為地抬高火焰中心高度等原因，造成了爐膛火焰充滿度差，煤粉氣流在爐膛內(nèi)停留的時(shí)間較短，燃燒過程延長，對煤粉的完全燃燒有不利影響;吹灰器不正常投運(yùn)使各受熱面積灰嚴(yán)重，系統(tǒng)阻力增大，效率降低。這些都會(huì)使得灰渣含碳量升高。

3.降低灰渣含碳量對策

從燃燒上降低碳排放，總結(jié)如下對策：

a.保證入爐煤不偏離設(shè)計(jì)值，爐型對其適應(yīng)性有限。加強(qiáng)煤質(zhì)管理，對進(jìn)廠入爐煤煤質(zhì)把好關(guān)，盡量減少肉眼可見的煤泥、煤矸石含量;及時(shí)分析化驗(yàn)煤質(zhì)，管理好入爐煤供應(yīng)商;分析化驗(yàn)結(jié)果及時(shí)與運(yùn)行人員溝通，有針對性的做出工藝操作調(diào)整。

b.在保證制粉系統(tǒng)出力的情況下盡量降低煤粉細(xì)度，鍋爐負(fù)荷不超過 286t/h，磨煤機(jī)出口溫度控制在65-75℃左右，保證磨煤機(jī)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的前提下盡量減小磨煤機(jī)冷風(fēng)開度。根據(jù)鍋爐負(fù)荷和煤粉細(xì)度，對磨煤機(jī)分離器出口擋板進(jìn)行調(diào)整。負(fù)荷變化幅度較小時(shí)，盡量通過增減給煤量，調(diào)節(jié)磨煤機(jī)的液壓加載力來滿足負(fù)荷的變化，在確保不發(fā)生磨煤機(jī)堵磨，風(fēng)粉管不發(fā)生堵粉的情況下，盡量降低一次風(fēng)壓;負(fù)荷變化較大時(shí)，根據(jù)負(fù)荷及時(shí)調(diào)整磨煤機(jī)出口分離器擋板開度，負(fù)荷變大要開大磨煤機(jī)出口分離器擋板，反之要關(guān)小磨煤機(jī)出口分離器擋板。

c.合理控制給煤量，在保證汽溫，汽壓及負(fù)荷的情況下適當(dāng)降低上層給煤量，加大下層給煤量。不能一味地將上層磨煤機(jī)加的太多，火焰中心上移，導(dǎo)致煤粉在爐膛停留時(shí)間減少，不能燃盡。

d.燃燒調(diào)整操作

在本廠實(shí)際運(yùn)行中，因用戶蒸汽用量波動(dòng)及運(yùn)行值班員對二次風(fēng)調(diào)整的規(guī)律沒有總結(jié)提煉到位，二次風(fēng)擋板開度長期處于較為混亂狀態(tài)。爐內(nèi)燃燒切圓無法正常形成，飛灰含碳量大得驚人，最高達(dá)到11%。后來在公司領(lǐng)導(dǎo)的重視下，規(guī)定了擋板的調(diào)整范圍。在此基礎(chǔ)上，鍋爐運(yùn)行中進(jìn)行了各種配風(fēng)試驗(yàn)，試驗(yàn)包括擋板全開、正寶塔、束腰、倒寶塔等方式。從試驗(yàn)結(jié)果中得到了各種煤質(zhì)的最佳配風(fēng)方式。飛灰含碳量也下降到5%以下。 如：調(diào)整風(fēng)量，提高二次總風(fēng)壓，增加氧量;改變二次風(fēng)配比，采取上小，下大配風(fēng)方式，增加下二次風(fēng)剛性，增加下二次風(fēng)的托粉能力，采取兩頭大，中間小配風(fēng)方式等。

根據(jù)動(dòng)力裝置實(shí)際調(diào)整運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)給出對#1鍋爐220t/h左右負(fù)荷下煤燃燒調(diào)整推薦控制方式：

1.調(diào)整注意事項(xiàng)

a.原則上不容許大幅度調(diào)整，根據(jù)飛灰和爐渣情況及時(shí)進(jìn)行微調(diào)整（采取單變量），調(diào)整后待工況穩(wěn)定后及時(shí)取樣分析，調(diào)整、觀察效果。工況穩(wěn)定時(shí)且飛灰和爐渣合格，一般原則上不再調(diào)整二次風(fēng)門擋板開度;

b.初步確定鍋爐運(yùn)行氧量控制在1.5-2.6%之間，如出現(xiàn)氧量表左右偏差較大時(shí)及時(shí)聯(lián)系專項(xiàng)維保進(jìn)行校驗(yàn)。

c.送樣前請機(jī)爐班長和主操確認(rèn)是否可進(jìn)行聯(lián)系分析取樣，無法確定是否合格需將飛灰和爐渣照片發(fā)送至工藝工程師進(jìn)行確認(rèn);出現(xiàn)控制指標(biāo)超標(biāo)情況，需調(diào)整后進(jìn)行加樣，并進(jìn)行原因分析;如出現(xiàn)超標(biāo)未進(jìn)行調(diào)整和記錄，將進(jìn)行考核。

d.在確保磨煤機(jī)減速臺(tái)板振動(dòng)值不超標(biāo)的前提下，盡量提高磨輥加載力。

e.爐膛出口溫度偏差超過50℃，需及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)按要求進(jìn)行定期吹灰工作，確保受熱面清潔。

f.不同煤質(zhì)精細(xì)化調(diào)整，錦界煤礦的煤灰分較高，運(yùn)行過程中應(yīng)特別注意電袋除塵器進(jìn)出口壓差，要求崗位人員加強(qiáng)工廠風(fēng)儲(chǔ)罐及噴吹氣包定期排水工作（冬季工況和空壓站空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)水分較大）。

g.撈渣機(jī)渣量較摻燒前變大，需加強(qiáng)撈渣機(jī)、輸渣機(jī)頭鏈條沖洗工作。

3. 結(jié)束語

煤碳發(fā)電中長期依然是我國發(fā)電的主要方式，熱電廠中鍋爐運(yùn)行值班員操作中精細(xì)調(diào)整的意義重大?；S自備電廠負(fù)荷調(diào)整頻繁，用戶用汽量波動(dòng)較大，壓力、溫度不易控制。不同負(fù)荷下按照不同的氧量控制， 氧量偏小可能導(dǎo)致爐渣、飛灰含碳量高。各層燃燒器的配風(fēng)不合理，底層二次風(fēng)量較小，二次風(fēng)托粉能力差，易造成下層一次風(fēng)掉粉，引起爐渣含碳量升高。 如果同時(shí)出現(xiàn)爐渣、飛灰含碳量高，適當(dāng)提高氧量控制。當(dāng)風(fēng)量、氧量偏差大時(shí)，氧量大的局部區(qū)域燃燒加強(qiáng)且燃燒的完全，氧量小的局部區(qū)域燃燒減弱且燃燒不完全導(dǎo)致燃燒弱的區(qū)域灰渣中含碳量較高。全球“碳達(dá)峰”、“碳中和”的時(shí)代，企業(yè)降低飛灰含碳量、減碳具有非常大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，而這些還不包括鍋爐熱效率的提高帶來的效益。