燃用非设计煤种时降低飞灰可燃物的措施（华北电科究院）

1、锅炉燃用非设计煤种时降低飞灰可燃物的措施华北电力科学研究院有限责任公司当前由于煤炭供应市场紧张等因素，很多电厂都面临实际燃用煤种偏离设计煤种的问题，其中大部分是煤质相对变差，挥发分、发热量降低，灰分变大。燃用这样的非设计煤种很容易造成飞灰可燃物的增大。飞灰可燃物的增大，对锅炉机组的经济性、安全性和环保性都会产生影响,主要表现为:锅炉效率有明显的降低；增大尾部受热面的磨损,降低其使用寿命；电除尘器效率降低,造成环境污染； 电厂中粉煤灰的利用性能降低等。从锅炉效率考虑,排烟损失和机械不完全燃烧损失是其中两个主要的热损失。但排烟损失的降低是有限制的,因为排烟温度不可能无限地降低,降低过多会造成尾部受

2、热面的低温腐蚀。所以,在当前节能减排的压力下，降低机械不完全燃烧损失是节能减排的突破口之一,而在此项损失中,飞灰可燃物占有主要位置。因此,深入研究影响飞灰可燃物变化的因素,探讨降低飞灰可燃物的措施具有重要的实际应用价值。1 煤的各成分对锅炉燃烧的影响1.1 煤中挥发分对锅炉燃烧的影响挥发分是固体燃料的重要成分特性,对燃料的着火和燃烧有很大影响。挥发分是气体可燃物,其着火温度低,使煤易于着火。另外,挥发分从煤粉颗粒内部析出后使煤粉颗粒具有孔隙性,与助燃空气接触面积变大,因而易于燃尽。挥发分含量降低时情况则相反,锅炉飞灰可燃物相对偏高；同时,火焰中心上移,对流受热面的吸热量增加,尾部排烟温度也随之

3、上升,排烟热损失增大。1.2 煤的发热量对锅炉燃烧的影响煤的发热量降低,则同样的锅炉负荷所用的实际煤量增大,而对于直吹式制粉系统,输送煤粉所需的一次风量也相应增加,导致理论燃烧温度和炉内的温度水平下降,使煤粉气流的着火延迟,燃烧稳定性变差,影响煤粉的燃尽。煤的发热量降低同时会使锅炉排烟温度升高,增加排烟热损失。煤的发热量降低还可能导致锅炉熄火等严重事故的发生。1.3 煤的灰分对锅炉燃烧的影响煤质中灰分在锅炉燃烧中起到阻碍氧气与碳产生化学反应的作用,灰分升高容易导致着火延迟,同时炉膛燃烧温度下降,煤的燃尽度变差,从而造成较大的不完全燃烧损失。此外，煤中的灰分是不可燃部分,在煤炭燃烧过程中,不但不

4、发生热量,反而因由炉膛排出的高温炉渣,损失大量的物理显热。随着灰分的增高,备煤系统、锅炉设备以及排灰系统的部件磨损几乎成正比增加,同时使受热面的沾污和结渣以及管路的腐蚀加剧,从而造成安全隐患。2 降低飞灰可燃物的措施2.1 控制合理的煤粉细度一般说来，当发热量降低,灰分增大时,煤的可磨性系数变小,磨煤机磨损件磨损加快,煤粉细度变粗。为保证锅炉出力不变,燃煤量增加,磨煤机出力就要增加,甚至增加运行磨煤机,进一步加剧煤粉细度变粗造成的影响。煤粉越细,单位质量的煤粉表面积越大,加热升温、挥发分的析出着火及燃烧反应速度越快,因而着火越迅速,燃烧所需时间越短,燃烧越充分,飞灰可燃物越低。但煤粉过细,又会

5、使得制粉电耗增加,因此要综合考虑制粉电耗和不完全燃烧热损失,寻求最佳的煤粉细度,使这两项损失之和达到最小。另外,煤粉颗粒比较均匀时,飞灰可燃物也会相对减少。2.2 控制合理的一次风速对于煤粉锅炉燃烧而言,一次风中的煤粉浓度直接影响着火的稳定性,煤粉浓度在一定的范围内,高的煤粉浓度可以使单位体积燃烧释放热量的强度增大,单位容积内幅射粒子数量增加,风粉气流的黑度增加,有利于迅速吸收炉膛辐射热量,以利于着火；煤粉浓度的增大,促进了可燃物质的着火。从近几年国内研究人员对不同煤种实验的结果来看,无烟煤、贫煤等低挥发分煤种,煤粉浓度在一定的范围内煤粉着火的最低炉温随煤粉浓度的增加而降低。煤粉浓度的增加对高

6、灰分低挥发分的劣质煤的着火是有利的。而较高的一次风速和一次风率对燃烧亦不利,因为一次风量大会增加所需着火热，造成着火延迟，燃烧火焰中心上升，在其中的大颗粒的煤粉可能因为其动能过大而穿过燃烧区不能燃尽,可能造成飞灰可燃物的增加。2.3 控制合理的炉膛负压目前，电站锅炉基本采用负压运行方式，部分电厂为了防止炉膛跑正压冒灰，负压控制较低。特别是在煤质变差，燃烧稳定性变差时，炉膛负压波动加剧，此时有的电厂将炉膛负压设定值定于-80-100pa以下。炉膛内发生的一系列复杂的物理化学反应,其强烈的程度主要取决于反应物质的浓度、压力和温度。分子运动论认为,气体夺力是气体分子撞击容器壁面的结果,压力愈高单位容

7、积内分子数愈多。稍微提高炉膛压力可以提高炉内反应强度，对燃烧安全是有利的，对延长燃料在炉膛内的滞留时间和减少飞灰可燃物有利。此外，提高炉膛压力也可以减少炉膛漏风。因此，在煤质变差时，适当提高炉膛压力2030pa运行可以减少飞灰可燃物。2.4 控制合理的过量空气系数若过量空气系数较小,则煤粉在贫氧条件下燃烧,煤粉的燃尽度相应的较小,造成炉膛出口处的飞灰可燃物较大；随着过量空气系数的增加,逐渐达到煤粉完全燃烧所需要的氧量值,炉膛出口处的飞灰可燃物逐渐降低。当达到一定的过量空气系数以后继续增加送风量,飞灰可燃物基本不会变化。但当过量空气系数增加时,排烟损失也在增加,故对锅炉来说,存在一个最佳过量空气

8、系数,其能够使锅炉的效率达到最高。2.5 控制合理的二次风配风方式当煤种变差,一次风率增大，着火推迟导致火焰中心上移,此时如果二次风在煤粉着火以前过早的混入一次风对着火是不利的,尤其是对于挥发分低的难燃煤更是如此,因为这种过早的混和等于增加了一次风率,使着火热量增加,进一步导致着火推迟；但如果二次风过迟混入,又会使着火后的煤粉得不到燃烧所需氧气的及时补充,这些都会使炉内燃烧不完全,飞灰可燃物增加。对于挥发分较高且容易着火的烟煤或褐煤,可以采用均等配风,有利于一、二次风较早的混合,使一次风煤粉气流在着火后就能获得足够的空气；对于挥发分较低、灰分较高的无烟煤、劣质煤和贫煤等,采用分级配风,在燃烧初

9、期送入部分二次风,保证燃烧所需的氧气,待煤粉全部着火后再高速送入二次风,造成强空气动力场,保证充分燃烧。一般来说，采用“缩腰”型的配风方式, 造成主燃烧区的弱旋流, 卷吸上下层的烟气, 增加烟气流程, 延长煤粉颗粒在炉内的停留时间, 也可以为碳粒的后期燃烧提供充足的氧量, 以降低飞灰可燃物的含量。此外, 采用“缩腰”配风方式也可以降低炉膛出口烟气温度和烟气中nox的含量。2.6 控制煤粉管的风速和粉量的均匀性制粉系统输粉管道中风粉量的合理分配是保证燃烧器良好运行的重要条件之一, 在直吹式制粉系统中这一影响尤为显著。只有每一个燃烧器都按一定的风煤比例向炉膛送入燃料和空气, 才能使整个锅炉获得最佳

10、的燃烧效果。调节锅炉过剩空气系数固然可以控制入炉空气量的多少, 但无法反映单个燃烧器的燃烧工况。如果各燃烧器以参差悬殊的比例送入燃料和空气, 尽管炉膛过剩空气系数维持在较佳的范围内, 但对于每个燃烧器来说, 空气和粉量不均, 将导致有的燃烧器缺风, 有的粉量不足。其结果必然造成着火和燃烧不稳、个别火嘴处结焦、不完全燃烧损失增加、锅炉效率降低等一系列不良后果。应定期进行各磨煤机煤粉管道的一次风速热态调平和磨煤机煤粉分离器的定期检修，保持各磨煤机煤粉管路的风速和粉量的均匀性。2.7 控制合理的燃烧器投运组合燃烧器的投运组合方式会影响煤粉在炉膛中的停留时间,从而影响其燃尽率。当投运下部燃烧器时,煤粉

11、在炉膛中的停留时间延长,故燃烧较充分,飞灰可燃物就相应减少；反之,飞灰可燃物就要增加。燃用劣质煤在满足负荷的要求下应尽量使用下、中层磨煤机,这样可以降低火焰中心高度,增加煤粉在炉膛内的滞留时间,减少飞灰可燃物。2.8 控制合理的一次风温适当的提高一次风温度会减少煤粉着火所需的热量,有利于燃烧的进行。当一次风温度较低时,会增加煤粉燃烧的着火热,同时也会使炉膛的温度相应降低,这些都会影响煤粉的燃烧,使飞灰可燃物增加。在保证制粉系统运行安全的前提下，控制较高的一次风温，减少飞灰可燃物。2.9 控制合理的燃烧器摆角燃烧器上下摆动时,会对炉膛火焰中心的位置产生影响,一般用于调节再热汽温。燃烧器的摆动也对飞灰可燃物有影响。当燃烧器向下摆动时,相应的炉膛火焰中心将向下移动,煤粉在炉膛中的燃烧时间将延长,从而使飞灰可燃物减少；相反,若燃烧器向上摆动,炉膛火焰中心将上移,煤粉在炉膛中的燃烧时间将减少,从而使飞灰可燃物升高。燃烧器的摆角应该是在保证锅炉再热器汽温的前提下尽量适当向下摆动