300MW燃煤機(jī)組飛灰含碳量高的原因分析與對(duì)策

趙巖峰

摘 要：飛灰含碳量是影響鍋爐效率的重要因素之一，本文針對(duì)公司鍋爐技術(shù)改造后飛灰含碳量偏高的實(shí)際情況，分別從低氮燃燒器、燃盡風(fēng)使用、旋轉(zhuǎn)分離器調(diào)整等多方面進(jìn)行分析，查找影響飛灰含碳量高的原因，并提出合理解決方案，降低飛灰含碳量，取得明顯成效。

關(guān)鍵詞：鍋爐；飛灰含碳量；原因分析；降低

中圖分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

飛灰含碳量是反映電廠鍋爐燃燒效率的重要指標(biāo)。飛灰含碳量高就要增加燃料消耗量，直接影響電廠的發(fā)電煤耗，增加發(fā)電成本，降低經(jīng)濟(jì)性。飛灰含碳量升高加劇了對(duì)鍋爐尾部受熱面有磨損，降低設(shè)備的使用壽命。而且容易發(fā)生鍋爐結(jié)焦和沉積在尾部煙道引發(fā)二次燃燒，這些對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行造成很大的威脅。因此，應(yīng)盡量降低鍋爐飛灰含炭量，提高電廠效益，保障鍋爐運(yùn)行安全。我公司300MW機(jī)組鍋爐為亞臨界壓力、一次再熱自然循環(huán)汽包爐，采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)、單爐膛、四角切向燃燒，平衡通風(fēng)，固體排渣。鍋爐采用四角布置，同心切圓燃燒方式。燃燒器噴嘴結(jié)構(gòu)采用一次風(fēng)口四周通以周界風(fēng)，一二次風(fēng)噴嘴間隔布置的型式，一次風(fēng)噴嘴可上下擺動(dòng)30°，可通過改變?nèi)紵鞯慕嵌?，來改變火焰中心位置?/p>

機(jī)組整體運(yùn)行情況穩(wěn)定，飛灰含碳量含量平均3.5%～4.0%。由于環(huán)保形勢(shì)的嚴(yán)峻，為適應(yīng)“十二五”對(duì)火電行業(yè)的NOX控制要求，對(duì)#3、#4機(jī)組進(jìn)行選擇性催化還原煙氣脫硝SCR改造，同時(shí)配套進(jìn)行低氮燃燒器改造，燃燒器可擺動(dòng)。低氮燃燒器改造采用翼型導(dǎo)流濃淡+周界風(fēng)+SOFA燃燒技術(shù)；SOFA風(fēng)布置在爐膛的四角，每組SOFA燃燒器布置三層SOFA噴口。SOFA燃燒器噴口可以上下擺動(dòng)，用來調(diào)節(jié)火焰中心和控制飛灰和降低NOX最佳值。為了降低飛灰含碳量，對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行改造，增加了旋轉(zhuǎn)分離器以降低煤粉細(xì)度。鍋爐改造啟動(dòng)后，運(yùn)行過程中暴露出飛灰含碳量偏高的問題，平均為8.0%～9.0%，最高出現(xiàn)過15%，這極大的影響到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。以下簡(jiǎn)述一下飛灰含碳量偏高的原因。

（1）煤粉細(xì)度的影響

煤粉細(xì)度對(duì)其煤粉的燃燒和燃盡性能有很大影響。煤粉細(xì)度越大，即煤粉顆粒粒徑越大，勢(shì)必造成煤粉燃盡時(shí)間延長(zhǎng)，不完全燃燒損失增大，飛灰含碳量升高。對(duì)于高揮發(fā)分的煤，因其容易燃燒可允許磨得粗些；對(duì)于低揮發(fā)分和可磨性指數(shù)較低的煤，因較難燃燒而應(yīng)盡量磨得細(xì)些。降低煤粉細(xì)度是控制飛灰含碳量升高的有效措施。

（2）煤種特性的影響

煤是火電廠的主要發(fā)電成本，為了降低發(fā)電成本，要進(jìn)行配煤摻燒，鍋爐燃燒實(shí)際煤種與設(shè)計(jì)煤種不符，從而對(duì)煤粉的完全燃燒產(chǎn)生很大的影響，導(dǎo)致飛灰含碳量發(fā)生顯著變化。

（3）一次風(fēng)速的影響

對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，一次風(fēng)速宜低一些，一次風(fēng)速過高帶來的危害如下，直接導(dǎo)致煤粉氣流的著火點(diǎn)偏遠(yuǎn)，著火推遲，一次風(fēng)中較大的煤粉顆粒獲得動(dòng)能過大，飛出煤粉氣流，落到周圍的缺氧區(qū)，燃燒過程縮短，不利于煤的燃燼。

（4）磨煤機(jī)運(yùn)行方式的影響

上層磨運(yùn)行，煤粉在爐內(nèi)燃燒時(shí)間縮短，燃燒時(shí)間不充分，灰含碳量偏高。

（5）二次風(fēng)量的影響

鍋爐燃燒所需的氧量供應(yīng)主要來自二次風(fēng)，如果二次風(fēng)量偏小，爐內(nèi)出現(xiàn)缺氧燃燒現(xiàn)象，導(dǎo)致飛灰含碳量增大。

（6）鍋爐熱負(fù)荷的影響

鍋爐低負(fù)荷時(shí)，使得爐膛平均溫度降低，影響煤粉的著火，煤粉不容易燃盡又造成飛灰含碳量上升；反之，同樣的煤粉在高熱負(fù)荷時(shí)，則容易燃盡，有利于降低飛灰含碳量。

把這幾方面的因素同鍋爐技術(shù)改造后的運(yùn)行方式一同分析，發(fā)現(xiàn)了一些問題：

（1）磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器改造后做了實(shí)驗(yàn)，由于每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)只運(yùn)行30分鐘，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看很理想。按照試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，旋轉(zhuǎn)分離器的轉(zhuǎn)速調(diào)的高，一段時(shí)間運(yùn)行后導(dǎo)致磨煤機(jī)排渣量增大，電流增大，出口風(fēng)粉混合物溫度降低，頻繁出現(xiàn)磨煤機(jī)滿煤，降低了磨煤機(jī)的運(yùn)行安全和影響了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了應(yīng)對(duì)這種狀況，運(yùn)行人員提高一次風(fēng)壓，總體較以前調(diào)高了1.5kPa～2kPa，滿負(fù)荷一次風(fēng)母管壓力10kPa。即使磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速降低了，運(yùn)行人員仍愿意愿保持較高的一次風(fēng)壓，以保證磨煤機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定。一次風(fēng)壓的提高和磨煤機(jī)出口溫度的降低導(dǎo)致的飛灰含碳量升高，其數(shù)值超過了煤粉細(xì)度降低對(duì)飛灰含碳量的影響。

（2）低氮燃燒的根本是局部缺氧的分層燃燒。煤粉的燃盡階段用時(shí)最長(zhǎng)，效率很低。煤粉沒有在爐膛中心充分燃燒，脫離高溫區(qū)后燃盡很困難。SOFA風(fēng)布置在爐膛的四角，每組SOFA燃燒器布置三層SOFA噴口，其噴口面積大于二次風(fēng)口的面積，SOFA風(fēng)量可以占到二次風(fēng)量的1/4～1/3。調(diào)整氮氧化物時(shí)，SOFA風(fēng)開度偏大，燃燒區(qū)缺氧較嚴(yán)重，煤粉無法充分燃燒，而在燃盡區(qū)由于SOFA風(fēng)量大，溫度低，又沒有有效的擾動(dòng)措施，造成了飛灰含碳量升高。

（3）SOFA風(fēng)開大后，氧量增加，氮氧化物標(biāo)態(tài)值增加。一般做法是降低送風(fēng)機(jī)出力，減少氧量，這使得煤粉在燃燒區(qū)更加缺氧，繼續(xù)使飛灰含碳量升高。

（4）由于進(jìn)煤渠道多樣，用煤來源比較復(fù)雜，配煤不均，煤質(zhì)經(jīng)常變化，揮發(fā)分、水分、灰分和發(fā)熱量等主要指標(biāo)不穩(wěn)定，沒有煤的硬度系數(shù)，揮發(fā)分范圍14%～22%，發(fā)熱量范圍13MJ/kg～ 21MJ/kg，又沒有進(jìn)行摻燒試驗(yàn)，配風(fēng)有一定的盲目性，無法達(dá)到最優(yōu)。

（5）為了提高再熱氣溫，燃燒器更換為可擺動(dòng)式。正常運(yùn)行時(shí)，燃燒器角度上擺幅度偏大，火焰中心上升，減少了煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒時(shí)間，對(duì)飛灰含碳量的降低不利。

以上五點(diǎn)就是我公司飛灰含碳量升高的主要原因，其根本原因是缺氧燃燒，燃燒時(shí)間不充足和燃盡階段風(fēng)煤混合不充分。根據(jù)這些因素提出的解決方案主要是增加煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間和改善燃燒末期風(fēng)粉的充分有效混合，以下是具體措施。

（1）煤質(zhì)化驗(yàn)力求精確，配煤盡可能均勻，穩(wěn)定。對(duì)于煤質(zhì)變化應(yīng)選擇一些典型配煤方式進(jìn)行摻燒試驗(yàn)，總結(jié)規(guī)律，對(duì)配風(fēng)進(jìn)行一般性指導(dǎo)，減少盲目性操作。

（2）保持較低的一次風(fēng)壓：運(yùn)行中，每臺(tái)磨煤機(jī)的煤量要均衡，這樣有利于降低一次風(fēng)壓，滿負(fù)荷各臺(tái)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓控制在8kPa左右即可，磨煤機(jī)電流控制在42A～45A。低負(fù)荷，磨煤機(jī)煤量小，電流低與41A時(shí)，可以繼續(xù)降低一次風(fēng)壓，保持6kPa～6.5kPa左右，同時(shí)提高磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速，如果無煙煤比例大，盡可能提高磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速以降低煤粉細(xì)度，改善煤粉著火條件。

（3）保持比較高的磨煤機(jī)出口溫度，入爐煤揮發(fā)分大于19%時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度控制在95℃；揮發(fā)分小于19%時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度控制在100℃～105℃；這樣有利于煤粉在爐內(nèi)盡快的燃燒，提供充足的時(shí)間燃盡。

（4）確保燃燒末期空氣和煤粉的良好擾動(dòng)和混合。燃盡風(fēng)改造后是正切，這不利于空氣和煤粉良好混合，現(xiàn)在已將一、二層燃盡風(fēng)改為反切方式，極大改善了燃燒末期空氣和煤粉混合，有利于煤粉的末期燃燒，降低飛灰含碳量。

（5）對(duì)于氮氧化物的調(diào)整要適當(dāng)，滿足氮氧化物指標(biāo)后盡可能少的用燃盡風(fēng)，保證煤粉在爐內(nèi)有比較充足的空氣以供燃燒，降低缺氧燃燒程度。燃盡風(fēng)使用時(shí)，角度可以向下擺動(dòng)，增加煤粉在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，進(jìn)一步降低飛灰含碳量。

（6）保持合適的鍋爐負(fù)壓：減小吸風(fēng)機(jī)出力，爐膛負(fù)壓由原先的-70升至-30Pa左右，保持爐膛微正壓狀態(tài)，降低煙氣流速，增加煤粉在鍋爐內(nèi)的停留時(shí)間。

（7）強(qiáng)化回轉(zhuǎn)式空預(yù)器吹灰工作，防止堵灰，保持空預(yù)器換熱面清潔，提高傳熱效果，提高一、二次風(fēng)溫度，有助于煤粉的點(diǎn)燃，也保證煤粉末期燃燒有較高的溫度，有利于煤粉末期的燃燒、燃盡。

以上措施在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，主要目的是保證環(huán)保參數(shù)合格前提下，減低缺氧燃燒程度，增加煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間和強(qiáng)化煤粉的末期燃燒。采取這些措施后，取得明顯成效，我公司300MW機(jī)組飛灰含碳量大幅下降，由原先的平均8.0%～9.0%將至4.0%～5.5%，下降幅度50%左右。按照飛灰含碳量每下降1%，煤耗降低約1g/kWH，每一億度電可節(jié)約燃煤約400t左右。

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