淺談350 MW 機組混煤燃燒技術(shù)

戴新枝

國能九江發(fā)電有限公司

0 前言

混煤是將不同種類、不同性質(zhì)的煤按一定的比例摻配加工而成的混合煤。它雖然具有摻配單煤的某些特征，但其綜合性能有所改變?；驹砭褪抢酶鞣N煤在性質(zhì)上的差異，通過混合實現(xiàn)取長補短，發(fā)揮各摻配煤種優(yōu)點，達到綜合性能最佳［1］，通過優(yōu)質(zhì)煤和劣質(zhì)煤的混合提高劣質(zhì)煤利用率，降低燃料成本；通過高硫煤和低硫煤摻配，可降低SO2排量。在配煤過程中，添加適當(dāng)?shù)母邷毓塘騽┛纱蟠鬁p少SO2排量，減少環(huán)境污染。

1 混煤煤質(zhì)的約束條件

1）揮發(fā)分是評價配煤的首要條件［2］，是衡量燃煤著火難易程度的重要指標(biāo)，揮發(fā)分的含量對燃燒過程的發(fā)生和發(fā)展有很大的影響。燃料燃燒時，揮發(fā)分首先析出與空氣混合并著火，對燃燒過程的初級階段具有特殊意義，揮發(fā)分越高越容易著火，燃燒過程越穩(wěn)定，因此入爐煤揮發(fā)分不能低于維持低負荷燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的下限，也不能高于防止燃燒器噴口燒壞或煤粉自燃的上限值。九江公司鍋爐適宜揮發(fā)分為12%～15%，低于12%就要采取穩(wěn)燃措施或重新配煤，高于15%就要采取降低磨煤機出口煤粉溫度。因此混配煤時，揮發(fā)分有兩個約束條件即

2）發(fā)熱量是表征煤質(zhì)的綜合性指標(biāo)［2］，是燃煤最重要的性能指標(biāo)，它決定煤的價值也是進行熱力計算不可缺少的參數(shù)。發(fā)熱量分高位和低位，高位發(fā)熱量是指1 kg燃料完全燃燒時放出的全部熱量；低位發(fā)熱量是指從高位發(fā)熱量中扣除燃燒過程中氫燃燒產(chǎn)生的水和燃料自帶的水分氣化的吸熱量，因為這個熱量鍋爐收不回來，所以熱力計算常用低位發(fā)熱量。各種煤的低位發(fā)熱量差別大，燃燒發(fā)熱量低的煤，煤量消耗大，機械不完全燃燒損失大，制粉單耗增加，灰渣增加，甚至鍋爐燃燒不穩(wěn)，機組出力受限，因此發(fā)熱量有一個最低限值即。

3）灰分是煤中的主要雜質(zhì)［2］，是燃料完全燃燒后形成的固體殘留物的總稱。各種煤的灰分含量差別很大，少的只有10%左右，多的可達50%，各種煤的灰分差別大也導(dǎo)致發(fā)熱量差別大。煤中灰分含量增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p緩，著火推遲，燃燒穩(wěn)定性差，焦炭燃盡程度差，灰渣物理熱損失增加，受熱面污染和磨損增加，因此灰分有一個最高限值。

4）水分是煤中的雜質(zhì)［2］，分表面水分和固有水分，各種煤的水分含量差別很大，最少的僅2%左右，最多的可達50%～60%。水分增加，煤的發(fā)熱量有一部分將消耗在水分蒸發(fā)和過熱上，使?fàn)t膛溫度降低，導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性差，減少煤粉的燃盡程度，降低鍋爐效率，同時還會引起輸煤設(shè)備堵塞，因此水分有一個最高限值即

5）硫是煤中的有害元素［2］，雖然在燃燒時可放出一定的熱量，但其燃燒產(chǎn)物是SO2和SO3氣體，這種氣體和水蒸氣結(jié)合生成亞硫酸或硫酸蒸汽，當(dāng)煙氣流經(jīng)低于其露點的金屬受熱面，硫酸蒸汽便在其表面凝結(jié)造成腐蝕。含硫過高會引起受熱面腐蝕和堵灰，還會使煙氣的排放達不到環(huán)保要求，因此硫分有個最高限值即

6）灰的熔融特性是表征煤結(jié)渣性能的指標(biāo)［2］，灰的熔融特性用DT/ST/FT 表示，DT 是變形溫度、ST 是軟化溫度、FT 是熔化溫度，用它們可判斷煤在燃燒過程中結(jié)渣的可能性，各種煤的灰熔融特性溫度一般在1 100～1 600 ℃之間。凡ST 大于1 400 ℃的煤稱為難熔灰分的煤，ST=1 200～1 400 ℃的煤稱為中熔灰分的煤，ST 小于1 200 ℃稱為易熔灰分的煤，混煤的灰熔點不是單煤熔點的簡單線性函數(shù)關(guān)系，混合后煤灰熔點可能降低很多，導(dǎo)致鍋爐大量結(jié)焦影響鍋爐的安全運行，因此應(yīng)對混煤灰熔點進行測量分析，判斷其適應(yīng)性。

7）為保證機組的安全經(jīng)濟運行，表1 為摻配混煤各參數(shù)允許范圍［3］。

表1 火電廠燃煤允許變化范圍

2 混煤的燃燒特性及變化規(guī)律

1）煤的灰分、硫分和水分均具有較好的直線可加性［3］，在進行配煤方案計算時，按各單煤的配比對其進行加權(quán)平均計算不會產(chǎn)生過大的誤差，因此這三種指標(biāo)可以按其重量進行加權(quán)平均計算。

2）煤的發(fā)熱量和揮發(fā)分也具有較好的直線可加性［3］。但實踐表明，配煤的實測發(fā)熱量高于公式計算值，其增加的值隨發(fā)熱量的降低而增大，在相同條件下，可以提高燃燼度，具有節(jié)能效果。配煤的實測揮發(fā)分低于公式計算值揮發(fā)分的煤種占比越大，混煤的實際揮發(fā)分減少越多。

3）煤的著火性。煤的固定碳與揮發(fā)分的比值（FC/Vad）稱為燃料比［1］，它是判斷煤的燃燒性的指標(biāo)，燃料比越小，說明煤的固定碳含量越低，煤的著火越容易，燃燒性好，一般認為FC/Vad＜4.0，著火性能好，F(xiàn)C/Vad大于9.0 難燃。混煤種的易燃煤總是在較低溫度下著火［3］，并對難燃煤的點燃有推動作用，所以混煤的著火溫度一般低于各煤種按比例加權(quán)平均的數(shù)據(jù)，即偏向于易燃煤方向。表2 為一種無煙煤和一種煙煤的基本煤質(zhì)參數(shù)，圖1 為這兩種煤摻燒后的著火溫度TT（TPRI 煤粉氣流著火溫度測值）的變化趨勢。

表2 無煙煤與煙煤的基本煤質(zhì)參數(shù)

圖1 煙煤中摻燒無煙煤著火溫度的變化趨勢

4）煤的燃燼性能［3］。在燃燼性能方面，由于混煤中的易燃煤“搶風(fēng)”，使難燃煤在較低氧分壓下燃燒，燃燒條件惡化，出現(xiàn)不易燃燼的現(xiàn)象，從而使混煤燃燼性能急劇下降。在某一比例下燃燼率低于各煤種按比例的加權(quán)平均值，即燃燒效果偏向于難燃煤種方向，圖2 為煙煤中摻燒無煙煤燃盡率的變化趨勢。

圖2 煙煤中摻燒無煙煤盡率的變化趨勢

5）煤的結(jié)焦性能［3］。試驗表明，配煤后的灰熔融性溫度與單煤并不呈線性關(guān)系，因為不同品種煤所含礦物質(zhì)各不相同，在高溫下發(fā)生復(fù)雜的物化反應(yīng)，形成各種復(fù)雜的氧化物，導(dǎo)致灰熔融溫度成非直線變化?；烀旱慕Y(jié)渣性能除與燃燒性能有一定關(guān)系外，還主要取決于煤種各自的灰特性。通常還可能出現(xiàn)混煤的灰熔點ST 低于所有單一煤種的現(xiàn)象，如高CaO 的煤種，除于本身煤灰中的Fe2O3形成共熔體外，在與高鐵煤摻燒時還有多余的CaO 與摻燒煤的Fe2O3形成共熔體，從而在一定比例下出現(xiàn)結(jié)渣加劇的現(xiàn)象。

3 燃燒混煤可能出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

3.1 受熱面積灰、結(jié)渣的預(yù)防及應(yīng)對措施

3.1.1 積灰、結(jié)渣的機理［1］

“積灰”是指溫度低于灰熔點時灰沉積在受熱面上的積聚，多發(fā)生在鍋爐對流受熱面上?！敖Y(jié)渣”是指在受熱面上熔化了的沉積物的積聚，這與各種力作用而遷移到壁面上某些灰粒的成分、熔融溫度、黏度及壁面溫度有關(guān)，多發(fā)生在爐內(nèi)輻射受熱面上。噴入爐膛的煤粉在0.03～0.05 s 的時間內(nèi)即被加熱到1 600 ℃或更高溫度。在很高的溫升速度下，灰中礦物質(zhì)的蒸發(fā)、分解、氧化、揮發(fā)以至熔融成結(jié)晶體的過程幾乎同時進行。一般認為，煤粉爐內(nèi)，傳過爐膛火焰的全部灰粒都是被液化的，在表面張力的作用下收縮成球形，黏度約為10～100 pa·s。一般10%顆粒（主要由黃鐵礦殘留物組成）在1 300 ℃下熔化，大部分不規(guī)則顆粒在1 300～1 480 ℃下熔化，5%顆粒（主要由石英組成）在1 480 ℃以上才開始熔化。如果處于熔融或半熔融狀態(tài)的灰到達受熱面前未足夠冷卻成凝固狀態(tài)，則很容易黏附在受煙氣（火焰）沖刷的受熱面或爐墻上形成結(jié)渣。爐內(nèi)積灰、結(jié)焦后使?fàn)t內(nèi)傳熱熱阻增加、吸熱量減少、爐膛出口溫度升高、減溫水量增加、鍋爐效率降低。對流受熱面嚴(yán)重積灰可能使傳熱降低30%～50%，排煙溫度及煙道阻力大幅升高，影響鍋爐的安全經(jīng)濟運行。

3.1.2 積灰結(jié)渣的預(yù)防［1］

實驗表明，爐膛出口煙氣溫度升高50 ℃結(jié)焦速率上升5 倍，積灰結(jié)渣的預(yù)防首先要控制爐膛出口煙氣溫度。九江公司350 MW 機組鍋爐在爐膛出口布置有屏式過熱器，為防止結(jié)焦控制屏后煙溫不超過（DT-50）℃或（ST-150）℃，屏前煙溫對于弱結(jié)渣性煤應(yīng)小于1 250 ℃，對于強結(jié)渣性煤應(yīng)小于1 100 ℃，對于一般結(jié)渣性煤應(yīng)小于1 200 ℃。研究表明，爐內(nèi)溫度提高，受熱面的結(jié)渣會呈指數(shù)規(guī)律上升，對易結(jié)渣煤要嚴(yán)格控制運行溫度，可采取加大運行過量空氣系數(shù)，增加配風(fēng)的均勻性，防止局部熱負荷過高和產(chǎn)生局部還原性氣氛，防止一次風(fēng)直接沖刷壁面等，必要時降負荷運行。

3.1.3 積灰、結(jié)渣的判斷及應(yīng)對措施［1］

在機組運行中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)各段受熱面煙溫不正常上升、減溫水量增加、金屬壁溫上升、各部溫差增大時說明結(jié)焦較多。監(jiān)盤人員應(yīng)加強配風(fēng)，保證空氣和燃料的良好混合，保持合適氧量防止受熱面附件出現(xiàn)還原性氣氛導(dǎo)致熔點較高的Fe2O3還原為熔點較低的FeO。其次，監(jiān)盤人員應(yīng)了解入爐煤種有無明顯變化，判斷爐膛熱負荷及各臺磨煤機負荷分配是否合理，就地檢查爐底漏風(fēng)情況，必要時重新化驗煤質(zhì)進行相關(guān)實驗。及時吹灰可防止受熱面結(jié)焦惡性循壞，降低排煙溫度，減少減溫水量，避免受熱面金屬超溫爆管。實踐證明，對受熱面進行一次全面吹灰可使省煤器出口溫度下降20～30 ℃，排煙溫度下降15～25 ℃，提高鍋爐效率1%～1.5%。三期每臺爐均有36 個吹灰器，左側(cè)為雙數(shù)右側(cè)為單數(shù)，因此左側(cè)煙溫高吹雙數(shù)吹灰器，反之吹單數(shù)吹灰器。近期5#爐左側(cè)煙溫經(jīng)常高于右側(cè)煙溫較多，應(yīng)采取雙數(shù)多吹單數(shù)少吹效果良好。根據(jù)經(jīng)驗得知，吹灰后受熱面維持清潔的時間一般為5～6 h，因此要根據(jù)負荷趨勢選擇吹灰時間段，為防止受熱面二次污染最好從前往后吹。吹灰時機組負荷應(yīng)大于245 MW，同一區(qū)域兩個吹灰器不能同時啟動，避免對燃燒造成不利影響。吹灰時運行值班員和吹灰器維護人員應(yīng)現(xiàn)場值守，檢查吹灰蒸汽壓力在合理范圍，吹灰器及時退出無內(nèi)漏。吹灰器蒸汽壓力過高、蒸汽帶水、頻繁吹灰可能導(dǎo)致受熱面吹損，運行人員應(yīng)加強就地巡檢，綜合引風(fēng)機電流、蒸汽流量、減溫水量等參數(shù)分析判斷是否有四管泄漏。

當(dāng)受熱面大面積結(jié)焦嚴(yán)重影響機組的安全經(jīng)濟運行時，應(yīng)及時采取降負荷除焦、停爐人工除焦等措施，同時做好入爐煤質(zhì)分析，從源頭上杜絕結(jié)焦。

3.2 揮發(fā)分變化對磨煤機出口煤粉溫度的影響

兩種燃燒性能差異很大的煤種摻燒，要考慮燃燒穩(wěn)定性和噴口安全性問題。如在煙煤鍋爐中摻燒貧煤、無煙煤時要考慮燃燒穩(wěn)定性，而摻燒褐煤則主要考慮噴口及爐內(nèi)結(jié)渣等安全問題。實際運行中磨煤機出口煤粉溫度選擇要確保燃燒穩(wěn)定、鍋爐效率高、噴口不燒壞、受熱面不結(jié)渣、制粉系統(tǒng)不堵管、不爆炸。表3 是九江公司350 MW 機組根據(jù)混煤揮發(fā)分選擇的磨煤機出口煤粉。

表3 揮發(fā)分與磨煤機出口煤粉溫度對照表

磨煤機出口煤粉溫度下降，排煙溫度必然上升，一般出口煤粉溫度降低10℃，排煙溫度上升3～6 ℃。

3.3 煙氣溫度上升對脫硫及脫硝設(shè)備的影響

1）受熱面結(jié)焦、負荷上升、磨煤機出口煤粉溫度下降、底渣系統(tǒng)人孔門誤開、空預(yù)器積灰等都會造成省煤器出口煙氣溫度或空預(yù)器出口溫度上升。

當(dāng)脫硝入口煙溫（省煤器出口煙溫）達425 ℃時，脫硝設(shè)備跳閘影響NO2的排放，這是環(huán)保要求不允許的，運行中要考慮測點偏差和溫度上升慣性，因此加負荷要緩慢均勻，氧量控制合適，盡量提高主汽壓，提醒監(jiān)盤人員注意脫硝入口煙溫變化。

2）當(dāng)脫硫入口煙溫（空預(yù)器出口煙溫）達160 ℃時，脫硫系統(tǒng)事故噴淋動作；當(dāng)脫硫入口煙溫（空預(yù)器出口煙溫）達180 ℃時，脫硫系統(tǒng)跳閘，延時10 s 鍋爐MFT 動作機組停運。當(dāng)空預(yù)器出口煙溫偏高而省煤器出口煙溫不高時，可適當(dāng)增加送風(fēng)量（5#爐短時關(guān)閉停運A 磨的冷風(fēng)門，為降低燃燒器噴口溫度此門常保持一定開度）煙氣放熱增加煙溫下降；當(dāng)空預(yù)器積灰導(dǎo)致出口煙溫高時，啟動空預(yù)器吹灰，但要注意吹灰時出口煙溫會短時升高幾度（最好將煙溫降至150 ℃以下開始吹）。當(dāng)省煤器出口煙氣溫度高時，應(yīng)適當(dāng)減少磨煤機出力、降低氧量控制煙溫上升速度。350 MW 機組投AGC時，加負荷時壓力跟蹤緩慢，可短時解除AGC（燃燒不變）緩慢關(guān)小汽機調(diào)門提高汽壓，提高帶負荷能力（汽壓提高1 MPA,負荷上升大約0.5 MW）

4 排渣量大幅增加的措施

近三期5/6#爐排渣量大量增加給運行、檢修人員及底渣系統(tǒng)設(shè)備帶來考驗。監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)掉渣要及時擠渣，擠渣的技巧包括單門推、雙門擠、四門擠等，剛掉落的熱渣（偏紅色）不宜立即擠，最好待渣塊變成黑色再擠。擠渣操作時要派人就地檢查關(guān)斷門動力油系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)漏點要暫停擠渣消漏。集控室通過攝像頭了解渣斗掛渣有一定的局限性，因此要定期派人到現(xiàn)場通過觀察孔檢查渣斗壁是否掛渣，用測溫槍對渣斗測溫判斷是否局部掛渣，發(fā)現(xiàn)渣斗壁掛渣要及時通知檢修人員打渣。打渣時要注意人員安全，注意觀察燃燒情況及排煙溫度上升趨勢。

5 結(jié)束語

鍋爐是根據(jù)給定的煤種設(shè)計制造的。設(shè)計煤種不同，鍋爐的爐型、結(jié)構(gòu)、燃燒器及燃燒系統(tǒng)的形成也不同，當(dāng)實際燃用煤種與設(shè)計煤種差別明顯時，會給鍋爐設(shè)備的安全經(jīng)濟運行帶來各種各樣的問題，如何摻配出經(jīng)濟適用的煤種，如何燒好入爐混煤，如何提高經(jīng)濟性，如何減少設(shè)備故障，如何延長設(shè)備壽命等，都是我們今后要努力的方向。