锅炉飞灰含碳量偏高的运行分析

锅炉飞灰含碳量偏高的运行分析1 引言飞灰含碳量是反映电站锅炉燃烧效率和粉煤灰质量的重要指标,飞灰含碳量的高低关系到粉煤灰的价格,直接影响电厂的综合效益.此外, 飞灰中的碳对锅炉尾部受热面有磨损作用,可降低设备的使用寿命,飞灰含碳量增加不仅增加燃料消耗量, 而且对锅炉的安全运行造成很大的威胁。很容易发生锅炉结焦和尾部烟道二次燃烧,还会降低电除尘器的效率,造成环境污染.因此,应尽量使锅炉飞灰含炭量控制在合理的范围内, 以减少污染,提高电厂效益。2 设备概述我公司 300MW 机组锅炉为亚临界压力、一次再热自然循环汽包炉，采用中速磨直吹式制粉系统、单炉膛、四角切向燃烧，平衡通风，全钢架悬吊结构，固体排渣，燃用煤种为蔚县煤与锡盟煤按 7:3 掺混。锅炉采用四角布置，同心切圆燃烧方式。燃烧器喷嘴结构采用一次风口四周通以周界风，一二次风喷嘴间隔布置的型式，每只燃烧器共有 17 个风室，其中顶部燃烬风室 3 个，二次风室 6 个，煤粉周界风室 5 个，油风室 3 个。燃烧器的一次风喷嘴可上下摆动 20，二次风喷嘴可上下摆动 30，可通过改变燃烧器的角度，来改变火焰中心位置。机组自投运后整体运行情况稳定，但是，在最近的运行过程中却暴露出飞灰含碳量偏高的问题，这直接影响到机组运行的经济性。为了降低飞灰含碳量，提高运行经济性，发电部组织对这一课题开展分析。从燃烧的原理入手，结合设备系统状况和燃煤情况进行全面分析，找出影响飞灰含碳量的主要因素，制定相应的方案，然后在运行工作中进行逐步验证。3 锅炉飞灰含碳量高的原因分析3.1 煤粉燃烧过程煤粉在锅炉内燃烧基本分为 4 个阶段：加热干燥、挥发分析出着火、燃烧、燃烬。其中最重要的是着火和燃烬阶段，要使燃烧完全，首先要保证迅速而稳定的着火。只有实现了迅速而稳定的着火，燃烧和燃烬才能迅速进行，在煤粉的着火阶段，其周围被一次风包围，具有足够氧气，煤粉气流温度较低，这个阶段的关键是迅速将煤粉加热到其着火温度。随着燃烧的进行，煤粉温度逐步升高，而其周围氧气也逐步耗尽，此时制约燃烧的因素变为了能否及时供给充足的氧气。要使煤粉充分燃烧可以从两个方面入手，即：加快燃烧速度和增长燃烧时间。3.2 影响飞灰含碳量的主要因素(1)煤种影响。我公司锅炉设计煤种为河北蔚县煤，校核煤种 1 为准格尔孔对沟煤，校核煤种 2 为 70%蔚县煤+30%内蒙古锡林浩特胜利煤田露天矿原煤。三种煤的成分及煤质分析资料见表 1。表 1 设计煤种和校核煤种的成分与煤质比较。近几年，由于煤炭市场紧张及电煤价格的迅速上涨，我公司实际燃用煤种挥发分低、灰分大，且煤质变化频繁。燃煤的挥发分含量降低时，煤粉气流着火温度显著升高，着火热随之增大，着火困难，达到着火所需的时间变长，燃烧稳定性降低，火焰中心上移，炉膛辐射受热面吸收的热量减少，对流受热面吸收的热量增加，尾部排烟温度升高，排烟损失增大。煤的灰分在燃烧过程中不但不会发出热量，而且还要吸收热量。灰分含量越大，发热量越低，容易导致着火困难和着火延迟，同时炉膛温度降低，煤的燃烬程度降低，造成的飞灰可燃物升高。灰分含量增大，碳粒燃烧过程中被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成燃烧不良，飞灰含碳量升高。(2)煤粉细度。合理的煤粉细度是保证锅炉飞灰含炭量在正常范围主要因素之一,降低煤粉细度是降低飞灰可燃物的有效措施。由于磨煤机存在振动现象，导致运行中分离器转速偏低，磨辊加载不能提高，影响了煤粉细度。近期煤可磨性较差，石子煤较多，大颗粒的石子煤在研磨件之间形成支撑，导致煤粉不能被磨细。煤粉过粗，单位质量的煤粉表面积越小，加热升温、挥发分的析出着火及燃烧反应速度越慢，因而着火越缓慢，煤粉燃烬所需时间越长，飞灰可燃物含量越大，燃烧不完全;另一方面提高煤粉的均匀性,也有利于煤粉的完全燃烧, 较粗的煤粉若不能很好的与空气搅拌混合, 将导致着火不好,燃烧时间较长, 这也是影响飞灰可燃物的主要因素。(3)一次风速的影响。由于我公司磨煤机输粉管路直径 550mm，燃烧器喷嘴直径 450mm。导致了喷嘴出口处风速过高。曾对一次风速进行过计算，给煤量 30t/h(按 6%水分计算),磨煤机入口一次风量为 60t/h 时，输粉管道内风速为 19m/s，而燃烧器喷嘴处的风速为30m/s。给煤量 40t/h，一次风量 65t/h 时，输粉管道内的风速为 24.5m/s，喷嘴处的风速为41m/s。对于燃烧烟煤锅炉推荐的一次风速为 2535 m/s，对于直吹式送粉系统，一次风速宜选下限，所以通过计算表明，我公司机组一次风速偏高，一次风速过高带来的危害如下：a)这直接导致煤粉气流的着火点偏远，着火推迟，燃烧过程缩短。既不利于稳燃，又影响了燃烬。b)一次风中较大的煤粉颗粒获得动能过大，飞出煤粉气流，落到周围的缺氧区，影响燃烬。c)切圆直径变小，火焰不能均匀的充满炉膛，炉膛中心烟气流速过快，缩短了煤粉的炉内停留时间。造成炉内温度分布不均匀和烟气流速不均匀。不利于稳定着火和燃烧。d)加剧了管道和喷嘴的磨损。(4)一、二次风配合分析。一次风速低，易造成一次风管堵塞，还可能烧坏燃烧器。一次风温高，煤粉气流达到着火点所需热量减少，着火点提前。二次风混入一次风的时间要合适。如果在着火前混入，则着火延迟;如果过迟混入，则着火后的燃烧缺氧。二次风一下子全部混入一次风对燃烧也是不利的，因为二次风的温度大大低于火焰温度，大量低温的二次风混入则会降低火焰温度，燃烧速度减慢，甚至造成熄火。二次风速一般应大于一次风速。二次风速比较高时，才能使空气与煤粉充分混合;二次风速又不能比一次风速大太多，否则会迅速吸引一次风，使混合提前，影响着火。总之，二次风混入应及时而强烈，才能使混合充分，燃烧迅速而完全。燃用低挥发分煤时，应提高一次风温，适当降低一次风速，选用较小的一次风率，这对煤粉的着火燃烧有利。燃用高挥发分煤时，一次风温应低一些，一次风速高一些，一次风率大一些。有时有意使二次风混入一次风的时间早一些，将着火点推后，以免结渣或烧坏燃烧器。(5)磨煤机出口风粉混合物温度。我公司磨煤机出口风粉混合物温度正常运行时应控制在80 左右，由于夏季雨天较多，加上煤质变化频繁，燃煤水分含量高，磨煤机出口温度经常在 70-80之间摆动，有时甚至低于 70运行，风粉混合物温度降低必将导致煤粉着火推迟，煤粉燃烬程度差，导致飞灰含碳量上升。(6)磨煤机运行方式的改变。合理的磨煤机运行方式直接影响到炉膛温度，炉膛内的火焰集中程度，火焰中心位置，我公司#1、#2 机组普遍存在再热汽温偏低的现象，为保证机组再热蒸汽参数在规定范围内运行，运行调整时改变磨煤机的运行方式，四台磨运行时，优先选用上四层制粉系统，导致炉膛火焰中心上移，在配风不合理的情况下，部分燃料未燃烬便随烟气离开炉膛，导致飞灰含碳量增加。(7)负荷及煤种的变化。我公司#1 、#2 机组投产以来，AGC 投入率均在 95%以上，机组负荷频繁大幅度波动，由于风量跟踪调整具有滞后性，短时的煤粉过粗影响燃烧完全，涨负荷过快时，送风量跟踪不上，炉膛氧量只有 1%-2%，导致煤粉短时的缺氧燃烧，同样影响燃烧的完全性。同时煤种变化又影响磨煤机的出力,碰到可磨性差的煤种时,很容易导致飞灰含碳量上升。4 降低锅炉飞灰含碳量的方法通过对以上列举影响飞灰含碳量种种因素的分析，我公司采取以下措施加以改善：(1)降低风煤比。现阶段我公司选用的风煤比为 2.0，这是燃烧烟煤锅炉较为合适的数值。但是我公司一次风管和喷嘴的情况，导致风粉流过燃烧器喷口的速度过快，着火点推迟。因此考虑降低磨煤机的风煤比。但是风煤比降低后，一次风速降低有导致输粉管堵塞的危险。为防止煤粉管堵粉， 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定(DL/T5145-2002),要求送粉管道介质流速 不应低于 18m/s，所以在降低风煤比的同时应控制磨煤机的最低一次风量不能低于 50t/h。(2)控制合适的煤粉细度。煤粉细度降低，单个颗粒燃烬所需时间减少，同时增加了煤粉和空气的接触面，加快了燃烧速度。所以通过合理的调节制粉系统的运行方式，尽可能维持理想的煤粉细度。(3)燃烬阶段供给充足的氧气。锅炉运行中保持足够的氧量至关重要。而我公司的氧量自动调节存在缺陷，为了设计的简便，做成送风量跟随锅炉蒸发量的模式。这样的后果就是导致了增加负荷时先加煤后加风，存在缺氧燃烧的现象。改进的方法就是在增加负荷时，手动干预风量调节，提前增加送风量。(4)优化磨煤机运行方式。下层磨维持高出力运行，上层磨在低载方式下运行，即所谓的正宝塔式给煤。通过加大下层磨的加载力，来保证煤粉细度，由于具有足够的煤层厚度，所以下层磨不会剧烈振动。上层磨虽然煤层较薄，但是工作在轻载方式下，所以也不会振动，由于其给煤量较小，所以也可以得到较细的煤粉。这样既可以缓解磨煤机振动情况，又尽可能的维持煤粉细度。当然，这种方式是不适用于特别难磨的煤。(5)减少过燃风的用量，在总风量不变的情况下，增加过燃风相当于减少了燃烧区域的送风，使燃烧推迟，抬高了火焰中心，所以会减弱燃烧速度。另外由于过燃风反切布置，大量送入过燃风，会将形成的燃烧切圆打散，降低了燃烧区域的温度，因而会减弱燃烧。所以运行中要尽量减少过燃风的使用。(6)倒宝塔型配风方式。采用倒宝塔型配风可以压住火焰，不使火焰上飘，减缓了烟气的流速，延长了煤粉在炉内的停留时间。这相当于增加了煤粉的燃烧时间，对燃烬有利。(7)火焰中心偏斜的影响。通过分析#1 、#2 锅炉的运行参数，怀疑其可能存在火焰中心偏斜的问题。火焰偏离炉膛中心，在炉内充满度不好，风粉掺混不理想，部分煤粉飘离燃烧区域，导致燃烧不充分。对此可以通过合理的配风辅以过燃风来加以调节。(8)加强空预器吹灰, 防止堵灰 ,提高传热效果,提高一、二次风温度,同时也防止由于空预器差压大而造成引风机出力不足,从而限制锅炉总风量。锅炉负压不能过高,炉膛负压适当,控制在50 Pa 之内,使煤粉在炉膛内有足够的燃烧时间。严密关闭各孔、门,保持水封正常。减小锅炉漏风。(9)改善燃煤质量。当煤质变好时，着火迅速，反应速度快，易于燃烬。