燃用非設(shè)計(jì)煤種時(shí)降低飛灰可燃物的措施（華北電科究院）

1、鍋爐燃用非設(shè)計(jì)煤種時(shí)降低飛灰可燃物的措施華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司當(dāng)前由于煤炭供應(yīng)市場(chǎng)緊張等因素，很多電廠都面臨實(shí)際燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種的問題，其中大部分是煤質(zhì)相對(duì)變差，揮發(fā)分、發(fā)熱量降低，灰分變大。燃用這樣的非設(shè)計(jì)煤種很容易造成飛灰可燃物的增大。飛灰可燃物的增大，對(duì)鍋爐機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性和環(huán)保性都會(huì)產(chǎn)生影響,主要表現(xiàn)為:鍋爐效率有明顯的降低；增大尾部受熱面的磨損,降低其使用壽命；電除塵器效率降低,造成環(huán)境污染； 電廠中粉煤灰的利用性能降低等。從鍋爐效率考慮,排煙損失和機(jī)械不完全燃燒損失是其中兩個(gè)主要的熱損失。但排煙損失的降低是有限制的,因?yàn)榕艧煖囟炔豢赡軣o限地降低,降低過多會(huì)造成尾部受

2、熱面的低溫腐蝕。所以,在當(dāng)前節(jié)能減排的壓力下，降低機(jī)械不完全燃燒損失是節(jié)能減排的突破口之一,而在此項(xiàng)損失中,飛灰可燃物占有主要位置。因此,深入研究影響飛灰可燃物變化的因素,探討降低飛灰可燃物的措施具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1 煤的各成分對(duì)鍋爐燃燒的影響1.1 煤中揮發(fā)分對(duì)鍋爐燃燒的影響揮發(fā)分是固體燃料的重要成分特性,對(duì)燃料的著火和燃燒有很大影響。揮發(fā)分是氣體可燃物,其著火溫度低,使煤易于著火。另外,揮發(fā)分從煤粉顆粒內(nèi)部析出后使煤粉顆粒具有孔隙性,與助燃空氣接觸面積變大,因而易于燃盡。揮發(fā)分含量降低時(shí)情況則相反,鍋爐飛灰可燃物相對(duì)偏高；同時(shí),火焰中心上移,對(duì)流受熱面的吸熱量增加,尾部排煙溫度也隨之

3、上升,排煙熱損失增大。1.2 煤的發(fā)熱量對(duì)鍋爐燃燒的影響煤的發(fā)熱量降低,則同樣的鍋爐負(fù)荷所用的實(shí)際煤量增大,而對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng),輸送煤粉所需的一次風(fēng)量也相應(yīng)增加,導(dǎo)致理論燃燒溫度和爐內(nèi)的溫度水平下降,使煤粉氣流的著火延遲,燃燒穩(wěn)定性變差,影響煤粉的燃盡。煤的發(fā)熱量降低同時(shí)會(huì)使鍋爐排煙溫度升高,增加排煙熱損失。煤的發(fā)熱量降低還可能導(dǎo)致鍋爐熄火等嚴(yán)重事故的發(fā)生。1.3 煤的灰分對(duì)鍋爐燃燒的影響煤質(zhì)中灰分在鍋爐燃燒中起到阻礙氧氣與碳產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的作用,灰分升高容易導(dǎo)致著火延遲,同時(shí)爐膛燃燒溫度下降,煤的燃盡度變差,從而造成較大的不完全燃燒損失。此外，煤中的灰分是不可燃部分,在煤炭燃燒過程中,不但不

4、發(fā)生熱量,反而因由爐膛排出的高溫爐渣,損失大量的物理顯熱。隨著灰分的增高,備煤系統(tǒng)、鍋爐設(shè)備以及排灰系統(tǒng)的部件磨損幾乎成正比增加,同時(shí)使受熱面的沾污和結(jié)渣以及管路的腐蝕加劇,從而造成安全隱患。2 降低飛灰可燃物的措施2.1 控制合理的煤粉細(xì)度一般說來，當(dāng)發(fā)熱量降低,灰分增大時(shí),煤的可磨性系數(shù)變小,磨煤機(jī)磨損件磨損加快,煤粉細(xì)度變粗。為保證鍋爐出力不變,燃煤量增加,磨煤機(jī)出力就要增加,甚至增加運(yùn)行磨煤機(jī),進(jìn)一步加劇煤粉細(xì)度變粗造成的影響。煤粉越細(xì),單位質(zhì)量的煤粉表面積越大,加熱升溫、揮發(fā)分的析出著火及燃燒反應(yīng)速度越快,因而著火越迅速,燃燒所需時(shí)間越短,燃燒越充分,飛灰可燃物越低。但煤粉過細(xì),又會(huì)

5、使得制粉電耗增加,因此要綜合考慮制粉電耗和不完全燃燒熱損失,尋求最佳的煤粉細(xì)度,使這兩項(xiàng)損失之和達(dá)到最小。另外,煤粉顆粒比較均勻時(shí),飛灰可燃物也會(huì)相對(duì)減少。2.2 控制合理的一次風(fēng)速對(duì)于煤粉鍋爐燃燒而言,一次風(fēng)中的煤粉濃度直接影響著火的穩(wěn)定性,煤粉濃度在一定的范圍內(nèi),高的煤粉濃度可以使單位體積燃燒釋放熱量的強(qiáng)度增大,單位容積內(nèi)幅射粒子數(shù)量增加,風(fēng)粉氣流的黑度增加,有利于迅速吸收爐膛輻射熱量,以利于著火；煤粉濃度的增大,促進(jìn)了可燃物質(zhì)的著火。從近幾年國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)不同煤種實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看,無煙煤、貧煤等低揮發(fā)分煤種,煤粉濃度在一定的范圍內(nèi)煤粉著火的最低爐溫隨煤粉濃度的增加而降低。煤粉濃度的增加對(duì)高

6、灰分低揮發(fā)分的劣質(zhì)煤的著火是有利的。而較高的一次風(fēng)速和一次風(fēng)率對(duì)燃燒亦不利,因?yàn)橐淮物L(fēng)量大會(huì)增加所需著火熱，造成著火延遲，燃燒火焰中心上升，在其中的大顆粒的煤粉可能因?yàn)槠鋭?dòng)能過大而穿過燃燒區(qū)不能燃盡,可能造成飛灰可燃物的增加。2.3 控制合理的爐膛負(fù)壓目前，電站鍋爐基本采用負(fù)壓運(yùn)行方式，部分電廠為了防止?fàn)t膛跑正壓冒灰，負(fù)壓控制較低。特別是在煤質(zhì)變差，燃燒穩(wěn)定性變差時(shí)，爐膛負(fù)壓波動(dòng)加劇，此時(shí)有的電廠將爐膛負(fù)壓設(shè)定值定于-80-100pa以下。爐膛內(nèi)發(fā)生的一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng),其強(qiáng)烈的程度主要取決于反應(yīng)物質(zhì)的濃度、壓力和溫度。分子運(yùn)動(dòng)論認(rèn)為,氣體奪力是氣體分子撞擊容器壁面的結(jié)果,壓力愈高單位容

7、積內(nèi)分子數(shù)愈多。稍微提高爐膛壓力可以提高爐內(nèi)反應(yīng)強(qiáng)度，對(duì)燃燒安全是有利的，對(duì)延長(zhǎng)燃料在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間和減少飛灰可燃物有利。此外，提高爐膛壓力也可以減少爐膛漏風(fēng)。因此，在煤質(zhì)變差時(shí)，適當(dāng)提高爐膛壓力2030pa運(yùn)行可以減少飛灰可燃物。2.4 控制合理的過量空氣系數(shù)若過量空氣系數(shù)較小,則煤粉在貧氧條件下燃燒,煤粉的燃盡度相應(yīng)的較小,造成爐膛出口處的飛灰可燃物較大；隨著過量空氣系數(shù)的增加,逐漸達(dá)到煤粉完全燃燒所需要的氧量值,爐膛出口處的飛灰可燃物逐漸降低。當(dāng)達(dá)到一定的過量空氣系數(shù)以后繼續(xù)增加送風(fēng)量,飛灰可燃物基本不會(huì)變化。但當(dāng)過量空氣系數(shù)增加時(shí),排煙損失也在增加,故對(duì)鍋爐來說,存在一個(gè)最佳過量空氣

8、系數(shù),其能夠使鍋爐的效率達(dá)到最高。2.5 控制合理的二次風(fēng)配風(fēng)方式當(dāng)煤種變差,一次風(fēng)率增大，著火推遲導(dǎo)致火焰中心上移,此時(shí)如果二次風(fēng)在煤粉著火以前過早的混入一次風(fēng)對(duì)著火是不利的,尤其是對(duì)于揮發(fā)分低的難燃煤更是如此,因?yàn)檫@種過早的混和等于增加了一次風(fēng)率,使著火熱量增加,進(jìn)一步導(dǎo)致著火推遲；但如果二次風(fēng)過遲混入,又會(huì)使著火后的煤粉得不到燃燒所需氧氣的及時(shí)補(bǔ)充,這些都會(huì)使?fàn)t內(nèi)燃燒不完全,飛灰可燃物增加。對(duì)于揮發(fā)分較高且容易著火的煙煤或褐煤,可以采用均等配風(fēng),有利于一、二次風(fēng)較早的混合,使一次風(fēng)煤粉氣流在著火后就能獲得足夠的空氣；對(duì)于揮發(fā)分較低、灰分較高的無煙煤、劣質(zhì)煤和貧煤等,采用分級(jí)配風(fēng),在燃燒初

9、期送入部分二次風(fēng),保證燃燒所需的氧氣,待煤粉全部著火后再高速送入二次風(fēng),造成強(qiáng)空氣動(dòng)力場(chǎng),保證充分燃燒。一般來說，采用“縮腰”型的配風(fēng)方式, 造成主燃燒區(qū)的弱旋流, 卷吸上下層的煙氣, 增加煙氣流程, 延長(zhǎng)煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間, 也可以為碳粒的后期燃燒提供充足的氧量, 以降低飛灰可燃物的含量。此外, 采用“縮腰”配風(fēng)方式也可以降低爐膛出口煙氣溫度和煙氣中nox的含量。2.6 控制煤粉管的風(fēng)速和粉量的均勻性制粉系統(tǒng)輸粉管道中風(fēng)粉量的合理分配是保證燃燒器良好運(yùn)行的重要條件之一, 在直吹式制粉系統(tǒng)中這一影響尤為顯著。只有每一個(gè)燃燒器都按一定的風(fēng)煤比例向爐膛送入燃料和空氣, 才能使整個(gè)鍋爐獲得最佳

10、的燃燒效果。調(diào)節(jié)鍋爐過?？諝庀禂?shù)固然可以控制入爐空氣量的多少, 但無法反映單個(gè)燃燒器的燃燒工況。如果各燃燒器以參差懸殊的比例送入燃料和空氣, 盡管爐膛過?？諝庀禂?shù)維持在較佳的范圍內(nèi), 但對(duì)于每個(gè)燃燒器來說, 空氣和粉量不均, 將導(dǎo)致有的燃燒器缺風(fēng), 有的粉量不足。其結(jié)果必然造成著火和燃燒不穩(wěn)、個(gè)別火嘴處結(jié)焦、不完全燃燒損失增加、鍋爐效率降低等一系列不良后果。應(yīng)定期進(jìn)行各磨煤機(jī)煤粉管道的一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平和磨煤機(jī)煤粉分離器的定期檢修，保持各磨煤機(jī)煤粉管路的風(fēng)速和粉量的均勻性。2.7 控制合理的燃燒器投運(yùn)組合燃燒器的投運(yùn)組合方式會(huì)影響煤粉在爐膛中的停留時(shí)間,從而影響其燃盡率。當(dāng)投運(yùn)下部燃燒器時(shí),煤粉

11、在爐膛中的停留時(shí)間延長(zhǎng),故燃燒較充分,飛灰可燃物就相應(yīng)減少；反之,飛灰可燃物就要增加。燃用劣質(zhì)煤在滿足負(fù)荷的要求下應(yīng)盡量使用下、中層磨煤機(jī),這樣可以降低火焰中心高度,增加煤粉在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間,減少飛灰可燃物。2.8 控制合理的一次風(fēng)溫適當(dāng)?shù)奶岣咭淮物L(fēng)溫度會(huì)減少煤粉著火所需的熱量,有利于燃燒的進(jìn)行。當(dāng)一次風(fēng)溫度較低時(shí),會(huì)增加煤粉燃燒的著火熱,同時(shí)也會(huì)使?fàn)t膛的溫度相應(yīng)降低,這些都會(huì)影響煤粉的燃燒,使飛灰可燃物增加。在保證制粉系統(tǒng)運(yùn)行安全的前提下，控制較高的一次風(fēng)溫，減少飛灰可燃物。2.9 控制合理的燃燒器擺角燃燒器上下擺動(dòng)時(shí),會(huì)對(duì)爐膛火焰中心的位置產(chǎn)生影響,一般用于調(diào)節(jié)再熱汽溫。燃燒器的擺動(dòng)也對(duì)飛灰可燃物有影響。當(dāng)燃燒器向下擺動(dòng)時(shí),相應(yīng)的爐膛火焰中心將向下移動(dòng),煤粉在爐膛中的燃燒時(shí)間將延長(zhǎng),從而使飛灰可燃物減少；相反,若燃燒器向上擺動(dòng),爐膛火焰中心將上移,煤粉在爐膛中的燃燒時(shí)間將減少,從而使飛灰可燃物升高。燃燒器的擺角應(yīng)該是在保證鍋爐再熱器汽溫的前提下盡量適當(dāng)向下擺動(dòng)