燃煤电站锅炉飞灰含碳量偏高的原因分析与解决措施

燃煤电站锅炉飞灰含碳量偏高的原因与解决措施 燃煤锅炉飞灰可燃物偏高的原因分 析与解决措施 随着限公司改革的需要，热电厂已分为四个车间，各车间为了提高服务质量、加强竞争力，都在努力提高发电效率，提高吨煤产气量，降低煤耗成本。锅炉飞灰可燃物，是反映燃煤锅炉燃烧效率的主要运行经济指标和技术指标之一，直接反映锅炉燃烧效果的好坏，也是热电厂开展运行经济考核、计算锅炉效率一项必不可少的原始数据。实时监测和衡量飞灰可燃物，不仅有利于指导燃烧调整以降低煤耗，还有利于提高机组运行的经济性和安全性。以240T/小时锅炉为例，(如下图1)每降低1个百分点的飞灰可燃物含量，吨煤产气量将提高0.02吨。其直接经济效益可达44.08万元,年。近年来，热电厂对飞灰可燃物均给予了高度重视。降低飞灰可燃物，不但对控制锅炉煤粉气流的燃烧非常必要，防止二次燃烧，而且可大大提高锅炉机组的经济性，从而降低锅炉烟尘排放量，减少环境污染。因此，深入研究飞灰可燃物变化的成因及影响因素，具有重要的理论意义和实际工程应用价值。 日期 飞灰可燃物 产气量 发热量 用煤量 标煤量 煤粉细度 标煤产气量 2009/11/18 1.98 2368 3824 433 236.54 13.59 10.011 11/22 2.74 2300 3355 480 230.13 16.22 9.994 11/26 3.57 2309 3520 462 231.40 17.12 9.978 11/30 3.19 2433 3771 452 243.56 15.55 9.989 图1-240T燃煤锅炉的飞灰可燃物吨煤产气量的关系 说明:标准煤是以一定的燃烧值为标准的当量概念。规定1千克标煤的低位热值为7000千或29274千焦。(标煤的燃烧值:7000Kcal/kg ) 标煤产气量=产气量/(上煤量*煤的低位发热量/7000) 根据上面数据:飞灰可燃物每下降1%，产气量将增加0.02吨 飞灰可燃物偏高的原因分析: 当煤粉气流在炉膛内的燃烧和燃尽过程不充分时，势必造成机械未完全燃烧热损失增大，表现为飞灰可燃物升高。影响飞灰可燃物变化的因素主要有:煤粉细度、燃烧调整方式、热风温度、煤种特性、燃烧器的结构特性、锅炉负荷和炉内空气动力场等。 1.煤粉细度的影响 煤粉细度对其煤粉的燃烧和燃尽性能有较大影响。煤粉细度越大，即煤粉颗粒粒径越大。其燃尽性能较小粒径颗粒越差，势必造成煤粉燃尽时间延长，不完全燃烧损失增大，飞灰可燃物升高，从而降低锅炉效率。细煤粉虽然容易着火和燃烧，但煤粉颗粒过细将会增加制粉系统的耗电量和加大磨煤机的磨损量。因此，在锅炉设备运行中，应综合考虑不完全燃烧损失和制粉能耗的要求，使之达到最小，即寻找煤粉经济细度或最佳细度，以保证较高的锅炉效率和较低的飞灰可燃物量。煤粉经济细度与燃料性质和煤粉颗粒的均匀程度有关。对于高挥发分的煤，因其容易燃烧可允许磨得粗些;对于低挥发分和可磨性指数较低的煤，因较难燃烧而应尽量磨得细些。如果煤粉颗粒比较均匀，造成不完全燃烧损失的大颗粒则相对较少，可允许煤粉粗些，这与磨煤机和分离器的形式以及运行工况有关。锅炉运行中，我们班严格执行定期工作，在磨煤机电流不低于71A的情况下，定期增加钢球50-60个，确保磨煤机在经济情况下运行。磨制的煤粉一般细度为13.3,,18.5,之间，对于挥发分为10-20,左右 的贫煤，煤粉细度R90维持在13,,15,，有利于煤粉的燃尽。图2为240T燃煤锅炉进行锅炉热态试验所得煤粉细度与飞灰可燃物问的关系，由图可知:R90一17,时，飞灰可燃物量在3.5,左右，当R90-14,时，飞灰可燃物量一般在2.2,左右。由此可见，降低煤粉细度是控制飞灰可燃物升高的有效措施。电厂的运行实践也表明:煤粉颗粒比较均匀时，飞灰可燃物量也有所下降。 图2-240T燃煤锅炉的煤粉细度飞灰可燃物间的关系 2燃烧调整试验: a. 利用配风装置按设计风速(一次风速30m/s)调平一次风。 b. 提高下排一次风速(一次风速35m/s)。 c. 调整风量，提高二次总风压，增加氧量。改变二次风配比，采取上小，下大配风方式，增加下二次风刚性，增加下二次风的托粉能力。 d. 采取两头大，中间小配风方式。 e. 降低下排给粉机转速:在能够保持燃烧工况相对稳定的前提下，减少下排给粉机给粉量，下排给粉机转速控制在60—75%，降低下一次风煤粉浓度，以进一步相对提高下二次风的托粉能力。 f.在各个工况下，测量炉膛温度，取灰样、煤样，化验其大、小灰百分数，及煤粉细度记录各运行。 通过运行调整，飞灰可燃物量由原来的8.5%下降到3.5.%。在本次燃烧调整中发现#2、#3、#4角一层二次风风速偏低，无法托住下排一次风，经2009年5月份做动力场处理后，#2角一层二次风风速由原来的27m/s提高到37m/s，#2、#4角一层二次风风速也有所提高。目前#5炉的飞灰可燃物量一般控制在3.2%以下。 3热风温度的影响 热风温度的高低直接关系到煤粉气流的初温和炉内的燃烧工况。对于同一台燃煤锅炉，其它条件相同时，通过提高热风温度可以提高煤粉气流的初温，使燃烧室壁面温度增加，从而减少把煤粉气流加热到着火温度所需的着火热，有利于降低飞灰可燃物量。相反，如果热风温度较低，则会降低炉膛温度，影响煤粉的着火和燃尽，使得飞灰可燃物量增大。 4.煤种特性的影响 目前，我厂存在锅炉燃烧煤种与实际煤种与设计煤种不符的情况，这是因为用煤来源比较复杂，平顶山二矿，发热量在3200-3900之间;平顶山四矿发热量在3700-4300之间;山西煤，发热量在4500-5300之间。造成煤质成分如挥发分、水分、灰分和发热量等主要指标不稳定，从而对煤粉的完全燃烧产生很大的影响，导致飞灰可燃物发生显著变化。经典的燃烧理论认为，煤粉燃烧过程是在挥发成份燃烧完之后才开始焦炭的燃烧。因此，燃料性质中挥发分的含量对煤粉燃烧的影响最为重要。对于高挥发分燃煤，挥发分燃烧释放出大量热量，形成炉内高温氛围，有利于焦炭的迅速着火和燃尽，机械未完全燃烧损失减小，飞灰可燃物量较低;相反，对于低挥发分燃煤，则容易引起飞灰可燃物的升高。对于高水分燃煤，由于燃烧时放出的有效热量相对减少，则会降低炉内燃烧温度，并增加着火热，不利于焦炭的燃尽，造成飞灰可燃物的升高。燃煤中的灰分不但不能燃烧，反而会降低燃煤的发热量，并妨碍可燃质与氧的接触，使燃料着火和燃尽困难。燃煤中灰分增加时，将会使煤粉燃尽度变差，机械未完全燃烧损失随之增加;同时由于燃煤灰分增加使得煤中的可燃质成分会相应减少，这表现为飞灰可燃物量常略有降低，但是总的机械未完全燃烧损失还是增加的，因此，对于高灰分燃煤，飞灰可燃物量仍表现为偏高。对于高发热量的燃煤，在锅炉负荷一定情况下，受给粉机最低转速影响，如果进入炉膛的煤粉浓度得不到降低，也会造成不完全燃烧损失增大，飞灰可燃物量上升。 5燃烧器结构特性的影响 燃烧器的结构特性主要是指一、二次风汇合的情况。如果一、二次风汇合过早，在煤粉气流着火前就已经混合，将会使着火热增加，推迟着火过程，势必增加机械未完全燃烧损失，飞灰可燃物上升。在保证一、二次风良好汇合的条件下，只有合理分配一、二次风的风量，才能组织良好的燃烧过程。一次风风量过大，则会增加着火热，推迟着火过程，一次风量过小，不但减少着火燃烧初期的氧气，使得反应速度减慢，阻碍着火的继续扩展，而且可能造成煤粉的堵塞，达不到输煤的要求。在一次风煤粉气流着火后送人二次风，补充一次风中煤粉燃烧所需的氧气，使它与着火燃烧的煤粉气流强烈混合，促使煤粉的燃烧和燃尽过程。锅炉燃烧所需的氧量供应主要来自二次风，如果二次风量偏小，势必影响炉内的燃烧工况，使炉内易出现缺氧燃烧现象，导致飞灰可燃物增大。在燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时，为保证煤粉稳定着火，均采用热风乏汽送粉，这时磨煤乏气由排粉分风机作为一次风送入炉膛。风温一般温度较低，水分大，煤粉细且数量大。如果一次风口布置不当，不仅会影响主煤粉气流的着火燃烧，降低炉膛温度、着火推迟和燃烧不稳定，而且还会使煤粉火炬的燃尽条件恶化，导致飞灰可燃物增大。对于燃用无烟煤、贫煤并采用热风送粉的制粉系统时，一次风率应在30,，二次风率为70,。 6锅炉热负荷的影响 锅炉低负荷时，燃料消耗量相应减少，水冷壁的吸热量虽然减少一些，但减少幅度较小，相对每kg燃料而言，水冷壁的吸热量反而有所增加，使得炉膛平均温度降低，影响煤粉的着火，煤粉不容易燃尽又造成飞灰可燃物量上升;反之，同样的煤粉在高热负荷时，则容易燃尽，有利于降低飞灰可燃物含量。但锅炉热负荷过高，容易引起炉膛结焦，故仍然需要控制在一定水平。 7炉内空气动力场的影响 组织合理的炉内空气动力场，不但可以加强高温烟气的回流，强化煤粉气流的加热，而且也可使煤粉和空气充分良好地混合。这不仅对着火后的燃烧阶段非常重要，而且对于燃尽阶段则显得更为重要。因为在燃尽阶段，可燃质和氧气的数量已减少，而且煤粉表面可能包裹有一层灰渣，通过加强混合扰动，可增加煤粉和空气的接触机会，有利于煤粉的完全燃烧，降低飞灰可燃物含量。对于四角切圆燃烧的锅炉，要切实保证一、二次风汇合成的假想切圆与设计值相符。否则一旦切圆被破坏，势必造成煤粉与空气不能充分混合，局部煤粉可能因缺氧而不能完全燃烧，从而造成飞灰可燃物上升。 灰可燃物偏高造成的影响 机械未完全燃烧损失增大，其根本本原因就是由于飞灰含碳量偏高所造成的。在锅炉各项热损失中，机械不完全燃烧热损失仅次于排烟热损失，约占锅炉热效率的o(5,,5,。因此，飞灰可燃物含量的升高，将在很大程度上降低锅炉的热效率。严重地影响了机组整体的经济运行水平。而且飞灰可燃物含量的偏高势必造成飞灰细度上升，加大了尾部受热面的磨损，降低了受热面的使用寿命，增加了运行成本，使烟道可能造成二次燃烧。同时，也将增大排放的烟尘量，加剧了环境污染。随着环保产业的发展和粉煤灰的综合利用，目前，电站粉煤灰已广泛用于工程界作为水泥、混凝土等材料，同时也可用作吸附介质对酸性染料和2种反应染料进行快速吸附。飞灰可燃物的升高。将造成粉煤灰的细度、烧失量、需水量比明显增加，从而降低了粉煤灰的品质，制约了综合利用。 降低飞灰可燃物含量的措施 由上述分析可知，要降低飞灰可燃物含量，就是要使煤粉的燃烧尽量接近完全燃烧，也就是在保证炉内不结渣的前提下，燃烧速度要快而且要燃烧完全，以得到最高的燃烧效率。根据飞灰可燃物的影响因素，可从以下几个方面来组织良好的燃烧过程，降低飞灰可燃物含量。 1保证煤粉的稳定性 严格把关燃煤来源渠道，借助配煤和成分分析等手段尽量使实际煤种的特性与设计煤种相符，保证电站燃煤的稳定性，并根据煤种特性，选择合适的煤粉细度。锅炉值班员应确知当班所用的燃料种类及特性,保持煤粉细度和水分及飞灰,灰渣可燃物合格.每班至少取样分析煤粉细度和水分及飞灰, 灰渣可燃物含量一次，当发现飞灰、灰渣含碳量偏差大时,应汇报管理人员并查找原因进行分析。 2提供合适的空气量 供应充足而又适量的空气是保证燃料完全燃烧的必要条件，最佳过量空气系数取决于炉型、燃料特性以及炉内工况和运行经验等因素，一般通过燃烧调整实验确定。当燃用无烟煤、贫煤或劣质煤时，在额定负荷下，最佳过量空气系 数为1(20,1(25。确保炉膛出口含氧量控制在4-5%左右。当锅炉需要加减负荷时必须按照,加负荷时先增加风量后增加煤量,减负荷时先减少煤量后减少风量的原则进行。 3保证适当高的炉温 选择适当高的炉温，可使煤粉着火加快，燃烧过程进行得也快，燃烧容易趋于完全燃烧，有利于降低飞灰可燃物含量，提高锅炉效率。炉温范围取决于燃料性质、预热空气温度、炉膛容积热强度和炉膛断面热强度等因素，通常锅炉的炉膛出口温度应控制在800,870?。锅炉正常运行时,保持火焰呈金黄色,燃烧着火适中,火焰稳定,火焰不应偏斜,充满度良好,各部分的两侧烟温接近。 4具有足够的燃烧时间 在一定炉温下，一定细度的煤粉要有一定时间才能燃尽。合适的炉内停留时间，是指煤粉从燃烧器出口到炉膛出口的运动过程中，煤粉应完成着火、燃烧以至燃尽过程，这样才能使得煤粉燃烧完全。煤粉在炉内的停留时间，主要取决于炉膛容积和单位时间内炉膛产生的烟气量。 5强化空气和煤粉的良好扰动和混合 煤粉燃烧作为多相燃烧反应，反应过程主要在煤粉表面进行，燃烧反应速度主要取决于煤粉的燃烧反应速度和空气扩散到煤粉表面的扩散速度。因此，要做到完全燃烧，在保证足够高的炉温和合适空气量的前提下，还必须使煤粉和空气能充分扰动、混合，及时将空气输送到煤粉燃烧表面上去，这要求燃烧器结构特性及其一、二次风必须良好配合以及具备良好的炉内空气动力场。在加减负荷或燃烧调整过程中,调节煤量和风量时不能大幅度调整,应勤调少调,保持各参数和燃烧稳定。 6.每天接班后要对制粉系统的各风门档板的开度全面核对一次,发现有开关不到位或与控制室内的指示不一致现象时应及时地联系检修人员进行处理。定期地检查锅炉本体的漏风和燃烧器及受热面的结焦情况,发现有漏风和结焦时要及时地进行调整和联系处理。 结论 本文深入分析了煤粉细度、煤种特性、燃烧器的结构特性、热风温度、炉内空气动力场和锅炉负荷等方面对飞灰可燃物含量变化的影响规律，并提出了维持锅炉稳定燃烧，降低飞灰可燃物含量，提高锅炉效率的有效措施。在锅炉运行时，必须全面考虑各种措施间的紧密联系和互相依赖性，并根据实际锅炉机组特性和现场具体条件正确处理，从而达到降低飞灰可燃物含量、节约能源的目的，保障燃煤电站锅炉的安全、高效运行。