煤质特性与锅炉燃烧调整试验

煤质特性与切圆锅炉燃烧调整试验王春昌西安热工研究院有限公司2013年12月23日主要内容一、我国电站锅炉燃煤分类二、切圆燃烧锅炉的特点三、切圆锅炉的燃烧调整试验四、两项主要热损失的计算五、燃煤特性与燃烧调整六、6号锅炉的燃烧调整试验七、结束语一、电站锅炉的燃煤分类电站燃煤锅炉的燃煤称为动力用类，其分类依据为燃煤的无灰干燥基挥发分（Vdaf）：无烟煤：Vdaf＜10%的燃煤称为无烟煤。无烟煤的主要动力特性是着火温度高（电站锅炉上表现为着火困难），燃尽特性差（表现为飞灰可燃物含量高）。烟煤：Vdaf＞20%的燃煤称为烟煤。烟煤的主要动力特性是着火温度低（电站锅炉上表现为着火容易），燃尽特性好（表现为飞灰可燃物含量低）。贫烟煤：10%＜Vdaf≤20%的燃煤称为烟煤。贫煤的主要动力特性介于烟煤与无烟煤之间。重点说明：Vdaf是比较粗放的指标，Vdaf相差5%时其动力特性差异未必能够在锅炉上表现出来；特别是Vdaf值在烟煤与贫煤的分界线附近时，甚至会出现Vdaf相对低而着火与燃尽特性优于Vdaf相对高的燃煤。二、切圆燃烧锅炉的特点切圆燃烧方式锅炉的燃烧方式是整体火炬燃烧方式，从各个燃烧器喷口（包括二次风喷口）在炉内组成整体旋转的上升气流，其特点是气流后期混合强烈，燃尽性能较优，比较适应使用低NOx燃烧技术。其燃烧器为直流燃烧器，直流燃烧器结构简单，自身气流为直流喷射方式，卷吸高温烟气能力比较差，其燃烧过程更多依赖于组织炉内流场，假想切圆直径对稳燃的影响比较大。目前电站锅炉常用的燃烧器形式为（浓淡型）WR燃烧器切圆燃烧方式锅炉的弊端是其烟气温度偏差比较大，相对容易出现高温受热面的局部管壁超温问题，且相对较难解决。

三、切圆锅炉的燃烧调整试验（1）3.1、锅炉燃烧优化调整试验方法在其它运行参数（基本）不变的条件下，依次改变锅炉运行的各个单一参数，得出各个单一参数变化对锅炉炉内燃烧效果与运行特性的影响规律，然后根据各个单一参数的变化规律设计最佳组合工况，并通过试验（取样、测量）测定最佳组合工况的炉内燃烧效果与运行特性的相应数据，计算锅炉热效率等指标值，验证最佳组合工况是否提高或改善了炉内燃烧效果与锅炉运行特性。

该方法适应于切圆燃烧锅炉、墙式燃烧锅炉与拱型燃烧锅炉。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（2）3.2优化燃烧调整试验的目的由于各种原因，锅炉设备不在最佳运行工况下运行，优化调整试验的目的之一是通过试验为锅炉在现设备状况下提供最佳运行方式；炉内燃烧效果及锅炉运行特性存在着某些不足，优化调整试验的目的之二是通过试验查找问题，查找原因，为锅炉运行方式改善或锅炉设备改造提供方案与依据；当燃烧调整试验的目的更多偏重于为锅炉改造提供依据或验证改造方案时，也称之为锅炉诊断试验。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（3）3.3、优化调整试验的判别指标锅炉特性参数：蒸汽温度压力等运行参数应基本接近设计值；锅炉运行的安全性：锅炉低负荷下能够稳定燃烧、高负荷不产生影响安全运行的严重结渣；锅炉的经济性：在锅炉安全性与运行特性参数满足基本要求时，尽可能地提高锅炉热效率；环保指标：NOx排放量（SOx与运行方式无关）

综合判别指标根据锅炉实际情况以及环保政策等确定，即在安全运行的前提条件下，平衡锅炉热效率与NOx指标、运行特性参数等指标，以求得电厂运营成本最低的最佳运行方式。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（4）3.4、切圆燃烧锅炉优化燃烧调整试验内容（一）氧量场和温度场标定（提供基础数据）习惯运行工况测定（比较基础）变氧量试验（3个负荷点×3个工况）

（与低NOx燃烧技术相关的调整内容）变一次风试验（3个工况）变炉膛/风箱差压试验（3个工况）变周界风试验（与低NOx燃烧技术相关的调整内容）二次风配风方式试验（3-5个工况）（与低NOx燃烧技术相关的调整内容）变燃尽风（OFA）试验（与低NOx燃烧技术相关的调整内容）燃烧器停运（磨组合）方式试验或变三次风试验（仅中储式制粉系统）变燃烧器摆角试验（采用摆角调温方式的锅炉）变煤粉细度试验最佳工况及负荷特性试验三、切圆锅炉的燃烧调整试验（5）3.5、试验测试、记录项目（每一试验工况）测量项目：火焰温度以及某烟道断面烟温度（）。空预器入口氧量、排烟氧量和（NOx）和排烟温度；炉膛壁面气氛（研究高温腐蚀时）；炉膛火焰温度以及某断面烟道的烟气温度等（特殊目的）。取样项目：飞灰、大渣可燃物、原煤（或煤粉）元素和工业分析、煤粉细度等。记录项目：表盘相关运行参数记录（锅炉特性参数、辅机运行参数等）及大气条件测记。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（6）3.6、试验分项目之解读：3.6.1变氧量（风量）试验：氧量对燃烧过程的影响：排烟热损失与NOx排放随着氧量增加而增加，飞灰可燃物随氧量增加而降低，蒸汽参数随氧量的增加而上升，燃烧稳定性、结渣程度随氧量的增加而降低，对高温腐蚀影响因是否采用低NOx燃烧技术而异，排烟温度变化通常随氧量增加，部分锅炉变化不明显，部分锅炉甚至降低。调整方式，通过送、引风机调节或氧量设定直接改变送入炉膛的风量。试验结果：各个负荷下最佳氧量不同，通过至少3个负荷的变氧量试验，得出负荷运行氧量曲线，以修改锅炉给定的负荷运行氧量曲线。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（7）3.6.2变一次风试验一次风对燃烧过程的影响：燃烧稳定性与NOx、燃烧器喷口的烧损与结渣、一二次风的混合过程、携带煤粉的能力与制粉出力；通过一次风压（或风量）直接改变一次风率，进而影响各次风率。降低一次风率有利于燃烧稳定、降低NOx、一二次风的混合；但对保护燃烧器喷口、制粉出力等不利；降低一次风率有利于降低厂用电，但容易造成一次风粉管堵塞。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（8）3.6.3变炉膛/风箱差压试验对燃烧过程的影响四角风量分配及均匀性、与燃烧产物的混合/二次风的阻力；通过二次风小风门开度改变二次风和周界风以及SOFA的比率；提高炉膛/风箱差压有利于四角风量平衡；但会增加送风机电耗；周界风与SOFA风量增加，前者使NOx略增加；后者使NOx降低。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（9）3.6.4变周界风试验对燃烧过程的影响影响燃烧稳定性与NOx排放、燃烧器烧损等；通过周界风风门改变周界风的风量，间接影响二次风率等。提高周界风有利于保护燃烧器喷口，有利于燃尽；但不利于燃烧稳定性，NOx排放有所提高；二次风率下降理论上不利于一、二次风的混合。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（10）3.6.5二次风配风试验对燃烧过程的影响燃烧稳定性、经济性、NOx排放，甚至影响到蒸汽参数通过二次风小风门改变燃烧区域不同区段内的过剩空气系数，配风方式有：平衡、倒宝塔、正宝塔、双曲线等。不同煤种、不同锅炉，其配风方式不同。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（11）3.6.6变燃尽风试验对燃烧过程的影响：燃烧稳定性、经济性以及NOx排放通过燃尽风门改变SOFA风量以及主燃烧区域的过剩空气系数；

提高SOFA风量，NOx排放量随着OFA的增大而降低，但飞灰可燃物含量、烟气中CO含量增加，对炉膛出口烟气温度的影响因情况而定。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（12）3.6.7变三次风试验对燃烧过程的影响飞灰可燃物含量、排烟热损失、NOx排放、烟温偏差等；通过再循环风门、投磨方式等改变三次风率，进而改变各次风率；飞灰可燃物、排烟热损失随三次风量的增加而增大、蒸汽温度偏差、炉膛火焰偏差等因之发生变化。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（13）3.6.8燃烧器停运（磨组合）方式试验对燃烧过程的影响改变燃烧区域的热负荷分配、火焰中心位置。直接改变燃烧器投运数量或组合。由于磨煤机运行特性差异，其规律难以掌握。建议：在低负荷下投运上几层燃烧器（对应的磨煤机）有利提高火焰中心位置，适度降低过量空气系数，有利于降低NOx排放与排烟热损失。当低负荷下的运行氧量值比较高时，尤应如此。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（14）3.6.9变燃烧器摆角试验对燃烧过程的影响

火焰中心位置、炉膛出口温度等；对锅炉运行特性的影响主、再热蒸汽温度与减温水量，尤其是再热蒸汽；

通过摆角调整机构直接改变燃烧器的摆角。燃烧器上摆有利于提高火焰中心位置，有利于维持蒸汽参数，但同时也是锅炉排烟损失增加。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（15）3.6.10变煤粉细度试验对燃烧过程的影响：有利于降低飞灰可燃物、减轻炉内结渣等；通过分离器档板调整实现。煤粉细度降低有利降低锅炉飞灰可燃物，缓解炉内结渣；但制粉系统的爆炸风险提高，制粉电耗增加。经济煤粉细度，是均衡飞灰可燃物与制粉电耗之间的关系的一个经济指标。三、切圆锅炉的燃烧调整试验（16）3.6.11最佳试验工况及负荷特性试验在3个负荷点下按各个参数的最佳值组合成的最佳试验，并通过试验验证之，为运行提供最佳运行方式。测记锅炉运行的各种运行特性参数，得出负荷变化特性曲线。四、两项重要热损失的计算（1）4.1排烟热损失的计算

q2

=Q2/Qr×100Q2=Q2gy+Q2H2O

Q2gy=VgyCp.gy（θpy-t0）

Q2H2O=VH2OCp.H2O（θpy-t0）

Qr

—燃煤低位发热量

Q2H2O—烟气所含水蒸气的显量

θpy—排烟温度

t0—进风温度

排烟热损失主要取决于排烟温度与排烟氧量。

四、两项重要热损失的计算（2）4.2固体未完全燃烧热损失百分率

q4

=337.27Aar

×C/Qr+q4

szC=alz×Clz/（100-Clz

）

+afh×Cfh/（100-Cfh

）+……

q4

sz—中速磨排出石子煤热损失，%

Aar

—原煤灰分，%alz、Clz—炉渣份额与含量，%afh、Cfh—炉渣份额与含量，%固体不完全燃烧热损失主要取决于飞灰可燃物，其次为炉渣可燃物含量。五、燃煤特性与燃烧调整（1）5.1反应动力学参数焦碳颗粒的反应速度（K）：1/K=1/KS+1/Kd式中：Kd为氧量的扩散系数，与炉膛的氧分压（即浓度）相关，KS称为反应动力学参数，与燃煤的反应动力学特性参数—活化能E相关，与炉膛火焰温度相关；E值越大，其燃尽性能越差，燃尽所需要的燃烧温度越高。

总体而言：高挥发煤的E低于低挥发分煤种的E。五、燃煤特性与燃烧调整（2）五、燃煤特性与燃烧调整（3）1）总体而言：高挥发分易燃煤在燃烧初期约1S时段内，燃尽率达90%左右；低挥发分难燃煤在燃烧初期约1S时段内，燃尽率只有达60%左右。

2）在燃烧调整时，特别是切圆锅炉的配风方式调整时，从燃尽方面考虑，二次风应及时适量地补充到燃烧过程中

3）对于难燃煤种，初期约1S时段内，供风量应控制在60%×1.2左右，尽可能地提高燃烧过程中的火焰温度；对于易燃煤种，初期约1S时段内，供风量应控制在90%×1.2以上。六、6号炉的燃烧调整试验（1）6.16号锅炉燃烧系统特点机组容量：350MW，锅炉燃用煤种：贫煤

锅炉形式：切圆燃烧方式制粉系统：双进双出钢球磨直吹式制粉系统燃烧器形式：浓淡燃烧器

燃烧系统特点：1）浓相反吹技术,即浓相煤粉气流与主旋转气流反方向切入炉内；2）主燃烧器分组；3）两级燃尽风（还原风与燃尽风）。六、6号炉的燃烧调整试验（2）6.2存在主要问题：锅炉飞灰可燃物含量高、蒸汽温度偏低等。初步分析：蒸汽温度偏低、与受热面设计等相关；飞灰可燃物含量偏高与煤种、设计相关，与运行方式也有一定的关系；飞灰可燃物偏高的设计原因：1）燃烧器分组布置、燃烧器区域火焰温度相对低，不利于难燃，煤种的燃尽。2）采用了低氮燃烧技术，不利于煤粉颗粒燃尽。飞灰可燃物偏高的运行原因：受制于NOx指标限制，运行氧量、配风方式等不利于煤粉燃尽，燃烧调整的重点将放在氧量、配风方式以及NOx指标与经济指标的协调上。六、6号炉的燃烧调整试验（3）6.3调整试验结果及分析煤粉细度测量：各磨取煤粉样，测量后A11煤粉较粗，R90达到20%，调整后为8.1%，目前各磨的煤粉细度R90均小于12%。

目前，由于飞灰可燃物含量比较高，从燃尽角度考虑，煤粉细度应进一步降低，但受制于磨出力、制粉电耗的影响；同时，在目前的细度下，进一步降低煤粉细度对飞灰的实际作用也很小，建议煤粉细度维持在目前水平。六、6号炉的燃烧调整试验（4）周界风的调整：一次风燃烧器周界风的设计主要是为了保护燃烧器喷口，对燃烧过程的影响如下，有利于燃尽，不利于燃烧稳定与控制NOx。6号锅炉的变周界风试验结果为：周界风开度由25-30%增加60%，飞灰可燃物含量下降0.75%，锅炉NOx排放增加了15mg/m3，结果分析及建议：飞灰可燃物下降0.75%，影响机组煤耗0.8g/kw.h左右，其代价大于15mg/m3NOx的影响。建议在运行中，下组燃烧器以稳定燃烧器为主，周界风门可适当关小，上组燃烧器应以燃尽为主，建议其开度不小于60%。六、6号炉的燃烧调整试验（5）变燃尽风摆角试验：摆角的设置主要是为了调整汽温，燃烧器上摆，蒸汽温度升高。试验结果：燃烧器摆角从80%（下摆）关到25%（上摆），蒸汽温度未升高反而降低。结果分析：上述结果与理论设计上的初衷矛盾，其原因与燃尽风的水平摆角有关，上述结果表明，在摆角下摆时，燃尽风混入到主燃烧气流中参与燃烧，因而炉膛出口烟气温度升高，进而蒸汽温度升高；在摆角上摆时，燃尽风未参与燃烧，作为冷却风反而使炉膛出口烟气温度降低，进而使蒸汽温度降低。这表明，燃烧器水平摆角的调整对蒸汽温度影响比较大。六、6号炉的燃烧调整试验（6）氧量调整试验：试验结果：表盘氧量从1.7%增加2.5%，飞灰可燃物含量下降2.8%，NOx增加了90mg/m3，氧量再增加到3.3%。飞灰可燃物含量又下降了1.5%，NOx增加了160mg/m3;试验结果分析：氧量变化NOx与飞灰的影响均比较大，但从降低NOx控制总费用的比较看，表盘氧量控制在3.3%以上是经济的，但如继续提高氧量，NOx排放值将超出环保标准，建议将表盘运行氧量控制在3.3%。六、6号炉的燃烧调整试验（7）变OFA2试验试验发现，关小OFA2后，烟道两侧的运行氧量偏差变小；烟道两侧的飞灰可燃物偏差变小，A侧飞灰下降3%左右，相当于飞灰可燃物含量平均降低1.5%左右。原因分析：主燃烧器区域烟气氧量场分布不均，或者是OFA2的四角风量分配不均

运行建议：在运行中将OFA2关小到20%，最大不超过40%，以缓解炉内氧量场分布不均的问题。六、6号炉的燃烧调整试验（8）变还原风试验：试验结果：在低氧运行方式下，关闭还原风门到0，与还原风开度100%的工况相比，锅炉蒸汽参数、NOx排放与飞灰可燃物均无明显变化。试验结果分析：关闭还原风后，部分风量分配给三层燃尽风，部分风量通过主燃烧器区域进行炉膛，由此可见，还原风大部分风量是参与燃烧的；这是飞灰可燃物未降低的原因；关闭还原风后，还原区长度增加，且3层OFA风量增加，抵消了燃烧器区域氧量略有提高的影响，这是NOx排放量未提高的原因。运行建议：还原风可100%的全开，通过OFA的调整来协调NOx与飞灰可燃物的矛盾。六、6号炉的燃烧调整试验（9）二次风配风试验试验结果：平衡配风方式及氧量适度降低的情况下，飞灰可燃物下降了约1%，但主再汽温下降明显，改为倒宝塔配风方式后，汽温明显上升，恢复到高氧量下的530℃以上，飞灰未增加，NOx排放增加了100mg/m3。试验结果分析：燃烧器采用平衡配风方式与倒宝塔配风方式都能降低飞灰可燃物，但前者工况下，主、再蒸汽温度明显偏低，不适宜6号锅炉采用，后者比较适合6号锅炉目前的运行特性，至于NOx排放偏高的问题，可以通过整体配风方式的细微调整在经济性与NOx排放之间寻找平衡。

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