通过燃烧调整降低飞灰含碳量

1、试验研究通过燃烧调整降低飞灰含碳量霍卫民1,梅东升1,常晨3(1.北京京能热电股份有限公司,北京100041;2.华北电力科学研究院有限责任公司,100045摘要:京能热电3、4号锅炉飞灰含碳量高,严重影响锅炉的效率,经过对锅炉进行燃烧调整,诸如:调整煤粉细度和燃烧配风及减少锅炉漏风,明显地降低了飞灰含碳量,改善了锅炉的效率和经济性。关键词:燃烧调整;降低飞灰含碳量;改善锅炉效率中图分类号:T M621.2文献标识码:A 文章编号:100329171(20090420001205Reduc i n g Carbon Con ten t i n Fly Ash by Co m busti on

2、Adjust m en t Huo W ei 2m in 1,Mei Dong 2sheng 1,Chang chen2(1.Beijing Jingneng Ther mal Power Co .L td .,Beijing 100041,China;2.North China Electric Power Research Institute Co .L td .,Beijing 100045,China Abstract:H igh carbon content in the fly ash at boilers 3and 4in Beijing J ingneng Ther mal P

3、ower Co .L td influenced seri ously the efficiency of boiler,through the combusti on adjust ment t o the boilers,such as the adjust ment of the pul 2verized coal fineness and co mbusti on 2oriented air distribution system,and reducing air leakage at boiler,the coal contained in fly ash is obviously

4、reduced in result t o i mp r oving the efficiency and economy of boiler .Key words:combustion adjust ment;reducing carbon contained in fly ash;i mp r oving efficiency of boiler0引言北京京能热电股份有限公司(下称京能热电近年来通过有针对性的治理,机组安全可靠性已稳步提高,随着“节能降耗”工作的深入,各项经济指标的优化已经成为日常工作的重点。众所周知,飞灰含碳量的大小是影响锅炉热效率的一个重要因素,燃烧调整是提高煤粉的燃尽

5、程度,降低飞灰含碳量的有效手段。2008年2月京能热电2、4号炉相继出现了飞灰含碳量偏高的问题,按照锅炉飞灰含碳量月报表的统计数据,2月份2号炉飞灰含碳量平均值达到2.59%,单日最高值达到过3.7%,4号炉月平均值达到2.98%,单日最高值达到4.6%。经过分析认为煤粉在炉内的燃烧存在一定问题,于是对4号炉进行了有针对性的燃烧调整。经过调整,燃烧得到了显著的改善,飞灰含碳量大幅度下降,锅炉效率提高了1%以上。1锅炉设备情况111锅炉主要设计参数京能热电4台200MW 供热机组所配锅炉由哈尔滨锅炉厂生产,型号为HG670/140-13,为超高压、中间再热、单汽包自然循环、单炉膛、负压燃烧、固态

6、排渣煤粉炉。锅炉燃用烟煤,燃烧器四角布置,配中速磨煤机、直吹式制粉系统5套。锅炉设计主要参数见表1。表1锅炉设计主要参数项目参数额定蒸发量/(t h -1670汽包工作压力/MPa 15.88过热蒸汽压力/MPa 13.73过热蒸汽温度/540再热蒸汽流量/(t h -1579.3再热蒸汽压力入口/出口/MPa 2.50/2.29再热蒸汽温度入口/出口/314/540给水压力/MPa 17.64给水温度/249.4排烟温度/142112锅炉燃煤情况锅炉设计及实际燃煤煤质情况见表2。锅炉设计煤种为山西大同小峪煤和混合烟煤,发热量近20MJ /kg,实际燃煤的发热量变化较大。从近期的燃煤数据看,煤

7、的发热量与设计煤种相比,要低10%以上。表2燃料特性项目设计值校核煤实际燃煤近期燃煤收到基水分Mar/%8.10 3.4 6.58.58.40收到基灰分Aar/%26.2430.55254031.23收到基碳Car/%51.4451.646.60收到基挥发分Var/%25.34干燥无灰基挥发分Vdaf/%27.1339.33142收到基低位发热量Qnet.ar/(MJkg-119.67819.678172517.46 113锅炉燃烧系统每台锅炉配有5台ZG M95G型中速磨煤机和20只煤粉燃烧器,燃烧器分5层布置,磨煤机主要设计参数见表3。锅炉燃用设计煤种时,在BMCR工况下的燃煤量为103t

8、/h,按设计3台磨运行即可满足出力需要。但由于实际燃煤煤质较差,导致单台磨煤机的实际出力低于设计值较多,机组额定负荷时常需投运4台磨煤机,燃煤量约110130t/h,煤粉细度R90为25%30%。表3磨煤机主要数据汇总表名称数据磨煤机(型号ZG M95G设计研磨出力/(th-1设计煤种41.82校核煤种45.48入口一次风量/(kgs-116.75通风阻力/kPa 6.38磨前静压/kPa9.81磨煤机电耗量/(k W ht-1510原煤发热量/(MJkg-11631表面水分/%<18可燃质挥发份/%1640原煤颗粒/mm<40磨辊加载力/kN110150 2锅炉燃烧调整试验情况2

9、11一次风量和风速的调整对不同的煤质,为使煤粉燃烧完全,需要控制不同的一次风量,而煤粉细度的大小与入磨风量有一定关系,因此燃煤煤质发生变化后,必须对一次风量做出相应的调整,使进入锅炉的煤粉细度符合燃烧要求。另外进入磨煤机的一次风量的大小还取决于燃烧所需的风煤比(即一次风与煤的质量比,对于不同的煤质,需要控制不同的风煤比。一次风量对煤粉气流着火速度和着火稳定性有很大影响。一次风量越大,煤粉气流加热至着火温度所需吸收的热量就越多(即着火热越大,着火速度也就相对越慢,煤粉气流着火点距离燃烧器出口就越远。一次风量过高,会导致煤粉在炉内的有效燃烧时间减少,导致燃烧不完全,飞灰含碳量增大。显然,这时炉膛出

10、口烟温也会升高,有可能引起炉膛出口的受热面结渣,以及过热器或再热器超温等一系列问题,严重影响锅炉安全、经济运行。对于不同的燃料,由于它们的着火特性差别较大,所需的一次风量也就不同。煤质变差时,为满足着火和燃尽的需要,应尽可能使用较低的一次风量,但一次风量过低,会导致煤粉在一次风管内发生沉积,造成一次风管堵塞事故。因此对一次风量控制的要求是,既不能控制得太高以满足煤粉着火需要,又不能控制过低以满足向锅炉输送煤粉的需要。按照上述原理,首先对磨煤机入口一次风量以及煤粉细度进行了调整。试验时根据煤质情况进行了一次风量调整试验,在保证磨煤机出力达到额定值时,尽可能降低磨煤机入口的一次风量,并保证不出现磨

11、煤机满煤、输粉管堵塞的情况。观察磨煤机石子煤数量及热值,石子煤的可燃物含量控制在18%以下,以保证排出的煤渣中不能有过多的原煤,。在磨煤机一次风量调整合适后,在保证磨煤机出力达到额定值的前提下,通过调整磨煤机出口折向挡板开度对煤粉细度做出进一步调整。经过多次的调整和试验得出的结论是:对于目前燃用的煤种,一次风风煤比宜控制为11.6,即1t 煤对应1.6t风,并将煤粉细度控制在R90为20% 28%的范围内。调整后的一次风量与给煤量对应数据见表4。在飞灰含碳量的调整过程中,始终严格按照上述风煤比数值控制磨煤机的入口一次风量。从实际运行情况看,风量能够满足制粉系统正常运行的需要,但是在煤质变差或磨

12、煤机出口温度无法达到70的情况下,应根据实际需要适当增减风量的正偏置。为了有效控制煤粉细度,增减风量偏置的主要依据是通过综合分析磨煤机电流、磨煤机出入口差压以及排渣情况,如磨煤机排渣量较大,应及时化验排渣箱中石子煤的热值,不应单纯为了减少排渣量而一味地提高一次风量。调整后的风煤比关系见表4。表4调整后的一次风煤对应关系t/h 给煤量0304042454952一次风量46.048.064.067.272.078.483.2一次风管内的一次风风速与磨煤机的一次风量是相对应的。一次风速过高,煤粉变粗,会推迟着火,并使锅炉受热面和磨煤机内部部件的磨损加剧,还会造成燃烧不完全,甚至引起燃烧不稳定,严重时

13、导致锅炉灭火。而一次风速过低,则有可能引起一次风喷口烧损或结焦,煤粉气流刚性变差导致锅炉内燃烧恶化,一次风管堵塞等现象。按有关规程规定,一次风速一般不应低于18m/s,按此可以计算出对应的磨煤机最低的一次风量。正常运行时一次风速应控制在2028m/s的范围内,最大不应超过32m/s。212合理控制一次风温一次风温对煤粉气流的着火、燃烧速度影响较大。提高一次风温,可以降低“着火热”,使煤粉着火提前。另外提高一次风温还能在低负荷时稳定燃烧。为了保证磨煤机的干燥出力,磨出口温度不能低于70。但磨煤机出口风温过高,有可能引起制粉系统着火和爆炸,尤其是对挥发分较高的煤。所以磨煤机出口一次风温必须控制在一

14、定范围内。通过试验摸索出运行磨煤机的出口一次风温度宜控制在7090,这样既可以满足磨煤机出力,又能保证制粉系统的安全。213二次风箱压力的控制像一次风量一样,二次风量也是与燃煤量相对应的。锅炉负荷确定之后,二次风量也就随之确定。煤粉气流着火后,二次风的投入方式对着火稳定性和燃尽过程起着重要作用,应保证投运的燃烧器具有足够的二次风速,使二次风进入炉膛后能迅速参与燃烧,并使燃烧气流在炉内形成切圆,并具有一定的充满度,以保证高温空气与煤粉气流能够充分混合。由于二次风喷口的面积是不变的,因此在一定的二次风门开度下,二次风速随二次风压而变。为了保证足够的二次风速,要严格控制炉膛四角二次风压达到规定的数值

15、。二次风是在煤粉气流着火后混入的,由于高温气流的粘度很大,二次风必须以很高的速度才能穿透火焰,以增强空气与焦碳颗粒表面的接触和混合。4号炉设计的二次风速是45m/s。二次风压力随着锅炉蒸发量的变化而变化,目前大多数机组采用的是通过控制二次风箱与炉膛之间的压差的方式来控制二次风压。运行当中要严格控制二次风箱与炉膛之间的压差,如果压差太低,会降低二次风速,导致燃烧恶化;如果压差太高,会造成炉内过剩空气量增大,锅炉排烟温度升高,并使送风机单耗增加,机组运行经济性下降。二次风与炉膛压差的控制曲线见图1 。图1二次风与炉膛压差的控制214燃烧区域二次风配比的调整调节二次风压只能控制进入炉内总的二次风量,

16、而按燃烧器的投运情况,根据燃烧需要对进入炉内的二次风进行不同区域喷入量的分配,就需要通过对各层二次风门开度调整来实现。为寻求各层二次风的最佳分配方式,根据事先的设计,按三种配比方式对二次风门进行了调整试验。表5第一种配比方式各层二次风门开度%层序1角2角3角4角11001001001002100100100100327272727426262626526262626600007212121218434343439100100100100101001001001001188888888(1第一种二次风配风方式的风门开度数据如表5所示。其主要特点是燃烧中间区域(第3至第8层的风门开度基本控制在21

17、%43% (第6层除外,相对于其他两种方式风门的开度较大,并且基本上是各层均匀分配,最上层的燃尽风门开度为88%。通过对炉内火焰情况的观察,以及对飞灰取样分析,这种工况下锅炉主蒸汽和再热蒸汽温度能够维持在额定值,但是只要开启上层磨煤机,氮氧化物排放量很容易偏高,并且飞灰含碳量也没有明显的降低,仍为2.5%左右,试验得出的结论是中间层二次风用量偏大,不利于对氮氧化物排放量的控制。(2第二种二次风配风方式的风门开度数据如表6所示。对比第一种方式,降低了第3至第5层二次风门的开度,燃尽风的开度略有减少,降至80%。主要目的是通过降低燃烧高温区域的配风量和燃烧配风总量(锅炉蒸发量达到80%及以上时,运

18、行氧量控制不低于2.5%,达到降低氮氧化物生成的目的。经过对试验数据的分析,发现这种配风方式对抑制炉内氮氧化物的生成有明显效果,但是飞灰含碳量依然较高,飞灰含碳量处于2%3%水平。 表6第二种配比方式各层二次风门开度%层序1角2角3角4角11001001001002100100100100300004000050000600007212121218404040409100100100100101001001001001180808080(3第三种二次风配风方式的风门开度数据如表7所示。这种方式下,氧量依然按照负荷对应曲线维持,但将第2层的二次风由100%关至70%。同时将最上层燃尽风进一步关小

19、,风门开度由80%降至60%。这样做的目的是,降低下部的二次风和最上层燃尽风量,使处于燃尽阶段的燃烧区域得到充足的配风,同时又保证燃烧高温区供风不致过大,以减少氮氧化物的生成。氮氧化物排放测试以及取灰样分析数据表明,飞灰含碳有了明显下降,降至 1.7%2%的水平,氮氧化物排放浓度也可控制较低。经过对试验数据的比较,得出的结论是,对于目前的燃用煤种,在保证煤粉细度、二次风压、氧量合适的前提下,第三种方式为最佳配风方式,建议运行中尽量采用这种配风方式。(4为保持良好煤粉的充分燃烧,同时又不致在燃烧过程中产生过多的氮氧化物,就必须合理地控制燃烧配风总量,即控制好烟气含氧量。通过调整试验,得出氧量的控

20、制曲线如图2所示。表7各二次风门开度%层1角2角3角4角1100100100100270707070300004000050000600007212121218404040409100100100100101001001001001160606060图2氧量控制曲线图(5在二次风门方式变化试验中发现,飞灰含碳量和氮氧化物排放浓度的大小对最上层燃尽风(第11层的变化更为敏感,即相对于其他各层二次风门来说,最上层二次风门的开度变化对飞灰含碳量和氮氧化物的影响更大。这层风开得过大,虽然氮氧化物明显下降,但飞灰含碳量却也随之上升,反之则会出现相反的结果,因此对它控制需综合考虑煤粉的燃尽和氮氧化物的生成

21、量,避免调节出现偏颇。215减少炉膛漏风在调整过程中,发现运行中锅炉底部和炉膛的漏风也相当大。这些漏风属于无组织配风,它既增加了炉膛出口总的烟气量,导致锅炉的排烟热损失上升;同时它又不是按燃烧需要的配风方式进入炉膛,不能与燃烧着的高温气流在燃烧区域内充分混合,因此也无助于炉内的燃烧。为此对炉膛底部和本体的漏风点进行了查找和封堵。发现的主要漏风点有:炉底钢带捞渣机的冷却风孔开启数量过多,通过适当关闭部分风孔,使漏风量大为减少,燃烧进一步得到改善。3磨煤机工作状态对飞灰含碳量的影响要保证飞灰含碳量处于正常水平,还必须保证进入炉膛的煤粉有合适的细度,并保证磨煤机的出力能保持在正常水平,为此运行的磨煤

22、机必须处于正常的工作状态。如果磨煤机工作状态不正常,磨制的煤粉过粗,则必然会引起飞灰含碳量的上升,因此除进行运行调整外,还必须根据磨煤机研磨部件磨损的规律,加强对磨煤机的定期检修与维护。尤其当燃用煤质差的煤时,对此更应加以重视。重点是注意以下两个方面:(1中速磨煤机研磨部件包括磨辊和衬瓦,两者均很易磨损,严重磨损后,二者之间的研磨间隙明显增大,使磨煤机研磨能力大幅下降,石子煤量随之大幅度增加。当磨辊和衬瓦磨损增加时,应适当提高磨辊加载力,并按磨损周期适时更换、修补磨辊和衬瓦,保证碾磨能力达到磨煤机出力要求。(2磨煤机的动静环间隙增大,风环处的流速过低,导致部分煤粒从风环处落入渣室,使磨煤机排渣

23、量异常增大。可根据动静环间隙情况,适当封堵动环上的喷口。4燃烧调整取得的效果在4号炉调整取得显著成果的基础上,对2号炉也做出了及时的调整。经过燃烧调整,飞灰含碳量有了明显的下降,对比4号炉调整前、后灰样的颜色,可以看出调整后煤粉的燃尽程度明显提高了许多。两台炉2、3、4月的飞灰含碳量月平均统计数据(见表8能定量反映出燃烧调整的效果。通过调整,在飞灰含碳量降低的同时,锅炉漏风率、排烟温度等指标也大幅度的改善,锅炉热效率有了明显提高。调整前后实测的锅炉热效率数据见表9。按目前京能热电的实际燃煤情况,飞灰含碳量每降低1%,锅炉效率会提高0.8%,发电煤耗相应降低3g/k W h,燃烧调整所带来的经济效益也是相当可观的。这次燃烧调整对做好全厂的节能降耗工作具有重要的指导意义,为后续的其他各炉的燃烧调整提供了充分的依据。表82、4号炉调整前后的飞灰含碳量%炉号2月份3月份4月份2 2.53 2.01 1.634 2.98 2.28 1.59表92、4号炉燃烧调整前后锅炉热效率对比%炉号2月份3月份4月份290.7691.1191.50490