煤質特性與鍋爐燃燒調整試驗

煤質特性與切圓鍋爐燃燒調整試驗王春昌西安熱工研究院有限公司2013年12月23日主要內(nèi)容一、我國電站鍋爐燃煤分類二、切圓燃燒鍋爐的特點三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗四、兩項主要熱損失的計算五、燃煤特性與燃燒調整六、6號鍋爐的燃燒調整試驗七、結束語一、電站鍋爐的燃煤分類電站燃煤鍋爐的燃煤稱為動力用類，其分類依據(jù)為燃煤的無灰干燥基揮發(fā)分（Vdaf）：無煙煤：Vdaf＜10%的燃煤稱為無煙煤。無煙煤的主要動力特性是著火溫度高（電站鍋爐上表現(xiàn)為著火困難），燃盡特性差（表現(xiàn)為飛灰可燃物含量高）。煙煤：Vdaf＞20%的燃煤稱為煙煤。煙煤的主要動力特性是著火溫度低（電站鍋爐上表現(xiàn)為著火容易），燃盡特性好（表現(xiàn)為飛灰可燃物含量低）。貧煙煤：10%＜Vdaf≤20%的燃煤稱為煙煤。貧煤的主要動力特性介于煙煤與無煙煤之間。重點說明：Vdaf是比較粗放的指標，Vdaf相差5%時其動力特性差異未必能夠在鍋爐上表現(xiàn)出來；特別是Vdaf值在煙煤與貧煤的分界線附近時，甚至會出現(xiàn)Vdaf相對低而著火與燃盡特性優(yōu)于Vdaf相對高的燃煤。二、切圓燃燒鍋爐的特點切圓燃燒方式鍋爐的燃燒方式是整體火炬燃燒方式，從各個燃燒器噴口（包括二次風噴口）在爐內(nèi)組成整體旋轉的上升氣流，其特點是氣流后期混合強烈，燃盡性能較優(yōu)，比較適應使用低NOx燃燒技術。其燃燒器為直流燃燒器，直流燃燒器結構簡單，自身氣流為直流噴射方式，卷吸高溫煙氣能力比較差，其燃燒過程更多依賴于組織爐內(nèi)流場，假想切圓直徑對穩(wěn)燃的影響比較大。目前電站鍋爐常用的燃燒器形式為（濃淡型）WR燃燒器切圓燃燒方式鍋爐的弊端是其煙氣溫度偏差比較大，相對容易出現(xiàn)高溫受熱面的局部管壁超溫問題，且相對較難解決。

三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（1）3.1、鍋爐燃燒優(yōu)化調整試驗方法在其它運行參數(shù)（基本）不變的條件下，依次改變鍋爐運行的各個單一參數(shù)，得出各個單一參數(shù)變化對鍋爐爐內(nèi)燃燒效果與運行特性的影響規(guī)律，然后根據(jù)各個單一參數(shù)的變化規(guī)律設計最佳組合工況，并通過試驗（取樣、測量）測定最佳組合工況的爐內(nèi)燃燒效果與運行特性的相應數(shù)據(jù)，計算鍋爐熱效率等指標值，驗證最佳組合工況是否提高或改善了爐內(nèi)燃燒效果與鍋爐運行特性。

該方法適應于切圓燃燒鍋爐、墻式燃燒鍋爐與拱型燃燒鍋爐。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（2）3.2優(yōu)化燃燒調整試驗的目的由于各種原因，鍋爐設備不在最佳運行工況下運行，優(yōu)化調整試驗的目的之一是通過試驗為鍋爐在現(xiàn)設備狀況下提供最佳運行方式；爐內(nèi)燃燒效果及鍋爐運行特性存在著某些不足，優(yōu)化調整試驗的目的之二是通過試驗查找問題，查找原因，為鍋爐運行方式改善或鍋爐設備改造提供方案與依據(jù)；當燃燒調整試驗的目的更多偏重于為鍋爐改造提供依據(jù)或驗證改造方案時，也稱之為鍋爐診斷試驗。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（3）3.3、優(yōu)化調整試驗的判別指標鍋爐特性參數(shù)：蒸汽溫度壓力等運行參數(shù)應基本接近設計值；鍋爐運行的安全性：鍋爐低負荷下能夠穩(wěn)定燃燒、高負荷不產(chǎn)生影響安全運行的嚴重結渣；鍋爐的經(jīng)濟性：在鍋爐安全性與運行特性參數(shù)滿足基本要求時，盡可能地提高鍋爐熱效率；環(huán)保指標：NOx排放量（SOx與運行方式無關）

綜合判別指標根據(jù)鍋爐實際情況以及環(huán)保政策等確定，即在安全運行的前提條件下，平衡鍋爐熱效率與NOx指標、運行特性參數(shù)等指標，以求得電廠運營成本最低的最佳運行方式。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（4）3.4、切圓燃燒鍋爐優(yōu)化燃燒調整試驗內(nèi)容（一）氧量場和溫度場標定（提供基礎數(shù)據(jù)）習慣運行工況測定（比較基礎）變氧量試驗（3個負荷點×3個工況）

（與低NOx燃燒技術相關的調整內(nèi)容）變一次風試驗（3個工況）變爐膛/風箱差壓試驗（3個工況）變周界風試驗（與低NOx燃燒技術相關的調整內(nèi)容）二次風配風方式試驗（3-5個工況）（與低NOx燃燒技術相關的調整內(nèi)容）變?nèi)急M風（OFA）試驗（與低NOx燃燒技術相關的調整內(nèi)容）燃燒器停運（磨組合）方式試驗或變?nèi)物L試驗（僅中儲式制粉系統(tǒng)）變?nèi)紵鲾[角試驗（采用擺角調溫方式的鍋爐）變煤粉細度試驗最佳工況及負荷特性試驗三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（5）3.5、試驗測試、記錄項目（每一試驗工況）測量項目：火焰溫度以及某煙道斷面煙溫度（）?？疹A器入口氧量、排煙氧量和（NOx）和排煙溫度；爐膛壁面氣氛（研究高溫腐蝕時）；爐膛火焰溫度以及某斷面煙道的煙氣溫度等（特殊目的）。取樣項目：飛灰、大渣可燃物、原煤（或煤粉）元素和工業(yè)分析、煤粉細度等。記錄項目：表盤相關運行參數(shù)記錄（鍋爐特性參數(shù)、輔機運行參數(shù)等）及大氣條件測記。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（6）3.6、試驗分項目之解讀：3.6.1變氧量（風量）試驗：氧量對燃燒過程的影響：排煙熱損失與NOx排放隨著氧量增加而增加，飛灰可燃物隨氧量增加而降低，蒸汽參數(shù)隨氧量的增加而上升，燃燒穩(wěn)定性、結渣程度隨氧量的增加而降低，對高溫腐蝕影響因是否采用低NOx燃燒技術而異，排煙溫度變化通常隨氧量增加，部分鍋爐變化不明顯，部分鍋爐甚至降低。調整方式，通過送、引風機調節(jié)或氧量設定直接改變送入爐膛的風量。試驗結果：各個負荷下最佳氧量不同，通過至少3個負荷的變氧量試驗，得出負荷運行氧量曲線，以修改鍋爐給定的負荷運行氧量曲線。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（7）3.6.2變一次風試驗一次風對燃燒過程的影響：燃燒穩(wěn)定性與NOx、燃燒器噴口的燒損與結渣、一二次風的混合過程、攜帶煤粉的能力與制粉出力；通過一次風壓（或風量）直接改變一次風率，進而影響各次風率。降低一次風率有利于燃燒穩(wěn)定、降低NOx、一二次風的混合；但對保護燃燒器噴口、制粉出力等不利；降低一次風率有利于降低廠用電，但容易造成一次風粉管堵塞。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（8）3.6.3變爐膛/風箱差壓試驗對燃燒過程的影響四角風量分配及均勻性、與燃燒產(chǎn)物的混合/二次風的阻力；通過二次風小風門開度改變二次風和周界風以及SOFA的比率；提高爐膛/風箱差壓有利于四角風量平衡；但會增加送風機電耗；周界風與SOFA風量增加，前者使NOx略增加；后者使NOx降低。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（9）3.6.4變周界風試驗對燃燒過程的影響影響燃燒穩(wěn)定性與NOx排放、燃燒器燒損等；通過周界風風門改變周界風的風量，間接影響二次風率等。提高周界風有利于保護燃燒器噴口，有利于燃盡；但不利于燃燒穩(wěn)定性，NOx排放有所提高；二次風率下降理論上不利于一、二次風的混合。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（10）3.6.5二次風配風試驗對燃燒過程的影響燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、NOx排放，甚至影響到蒸汽參數(shù)通過二次風小風門改變?nèi)紵齾^(qū)域不同區(qū)段內(nèi)的過?？諝庀禂?shù)，配風方式有：平衡、倒寶塔、正寶塔、雙曲線等。不同煤種、不同鍋爐，其配風方式不同。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（11）3.6.6變?nèi)急M風試驗對燃燒過程的影響：燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及NOx排放通過燃盡風門改變SOFA風量以及主燃燒區(qū)域的過?？諝庀禂?shù)；

提高SOFA風量，NOx排放量隨著OFA的增大而降低，但飛灰可燃物含量、煙氣中CO含量增加，對爐膛出口煙氣溫度的影響因情況而定。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（12）3.6.7變?nèi)物L試驗對燃燒過程的影響飛灰可燃物含量、排煙熱損失、NOx排放、煙溫偏差等；通過再循環(huán)風門、投磨方式等改變?nèi)物L率，進而改變各次風率；飛灰可燃物、排煙熱損失隨三次風量的增加而增大、蒸汽溫度偏差、爐膛火焰偏差等因之發(fā)生變化。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（13）3.6.8燃燒器停運（磨組合）方式試驗對燃燒過程的影響改變?nèi)紵齾^(qū)域的熱負荷分配、火焰中心位置。直接改變?nèi)紵魍哆\數(shù)量或組合。由于磨煤機運行特性差異，其規(guī)律難以掌握。建議：在低負荷下投運上幾層燃燒器（對應的磨煤機）有利提高火焰中心位置，適度降低過量空氣系數(shù)，有利于降低NOx排放與排煙熱損失。當?shù)拓摵上碌倪\行氧量值比較高時，尤應如此。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（14）3.6.9變?nèi)紵鲾[角試驗對燃燒過程的影響

火焰中心位置、爐膛出口溫度等；對鍋爐運行特性的影響主、再熱蒸汽溫度與減溫水量，尤其是再熱蒸汽；

通過擺角調整機構直接改變?nèi)紵鞯臄[角。燃燒器上擺有利于提高火焰中心位置，有利于維持蒸汽參數(shù)，但同時也是鍋爐排煙損失增加。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（15）3.6.10變煤粉細度試驗對燃燒過程的影響：有利于降低飛灰可燃物、減輕爐內(nèi)結渣等；通過分離器檔板調整實現(xiàn)。煤粉細度降低有利降低鍋爐飛灰可燃物，緩解爐內(nèi)結渣；但制粉系統(tǒng)的爆炸風險提高，制粉電耗增加。經(jīng)濟煤粉細度，是均衡飛灰可燃物與制粉電耗之間的關系的一個經(jīng)濟指標。三、切圓鍋爐的燃燒調整試驗（16）3.6.11最佳試驗工況及負荷特性試驗在3個負荷點下按各個參數(shù)的最佳值組合成的最佳試驗，并通過試驗驗證之，為運行提供最佳運行方式。測記鍋爐運行的各種運行特性參數(shù)，得出負荷變化特性曲線。四、兩項重要熱損失的計算（1）4.1排煙熱損失的計算

q2

=Q2/Qr×100Q2=Q2gy+Q2H2O

Q2gy=VgyCp.gy（θpy-t0）

Q2H2O=VH2OCp.H2O（θpy-t0）

Qr

—燃煤低位發(fā)熱量

Q2H2O—煙氣所含水蒸氣的顯量

θpy—排煙溫度

t0—進風溫度

排煙熱損失主要取決于排煙溫度與排煙氧量。

四、兩項重要熱損失的計算（2）4.2固體未完全燃燒熱損失百分率

q4

=337.27Aar

×C/Qr+q4

szC=alz×Clz/（100-Clz

）

+afh×Cfh/（100-Cfh

）+……

q4

sz—中速磨排出石子煤熱損失，%

Aar

—原煤灰分，%alz、Clz—爐渣份額與含量，%afh、Cfh—爐渣份額與含量，%固體不完全燃燒熱損失主要取決于飛灰可燃物，其次為爐渣可燃物含量。五、燃煤特性與燃燒調整（1）5.1反應動力學參數(shù)焦碳顆粒的反應速度（K）：1/K=1/KS+1/Kd式中：Kd為氧量的擴散系數(shù)，與爐膛的氧分壓（即濃度）相關，KS稱為反應動力學參數(shù)，與燃煤的反應動力學特性參數(shù)—活化能E相關，與爐膛火焰溫度相關；E值越大，其燃盡性能越差，燃盡所需要的燃燒溫度越高。

總體而言：高揮發(fā)煤的E低于低揮發(fā)分煤種的E。五、燃煤特性與燃燒調整（2）五、燃煤特性與燃燒調整（3）1）總體而言：高揮發(fā)分易燃煤在燃燒初期約1S時段內(nèi)，燃盡率達90%左右；低揮發(fā)分難燃煤在燃燒初期約1S時段內(nèi)，燃盡率只有達60%左右。

2）在燃燒調整時，特別是切圓鍋爐的配風方式調整時，從燃盡方面考慮，二次風應及時適量地補充到燃燒過程中

3）對于難燃煤種，初期約1S時段內(nèi)，供風量應控制在60%×1.2左右，盡可能地提高燃燒過程中的火焰溫度；對于易燃煤種，初期約1S時段內(nèi)，供風量應控制在90%×1.2以上。六、6號爐的燃燒調整試驗（1）6.16號鍋爐燃燒系統(tǒng)特點機組容量：350MW，鍋爐燃用煤種：貧煤

鍋爐形式：切圓燃燒方式制粉系統(tǒng)：雙進雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)燃燒器形式：濃淡燃燒器

燃燒系統(tǒng)特點：1）濃相反吹技術,即濃相煤粉氣流與主旋轉氣流反方向切入爐內(nèi)；2）主燃燒器分組；3）兩級燃盡風（還原風與燃盡風）。六、6號爐的燃燒調整試驗（2）6.2存在主要問題：鍋爐飛灰可燃物含量高、蒸汽溫度偏低等。初步分析：蒸汽溫度偏低、與受熱面設計等相關；飛灰可燃物含量偏高與煤種、設計相關，與運行方式也有一定的關系；飛灰可燃物偏高的設計原因：1）燃燒器分組布置、燃燒器區(qū)域火焰溫度相對低，不利于難燃，煤種的燃盡。2）采用了低氮燃燒技術，不利于煤粉顆粒燃盡。飛灰可燃物偏高的運行原因：受制于NOx指標限制，運行氧量、配風方式等不利于煤粉燃盡，燃燒調整的重點將放在氧量、配風方式以及NOx指標與經(jīng)濟指標的協(xié)調上。六、6號爐的燃燒調整試驗（3）6.3調整試驗結果及分析煤粉細度測量：各磨取煤粉樣，測量后A11煤粉較粗，R90達到20%，調整后為8.1%，目前各磨的煤粉細度R90均小于12%。

目前，由于飛灰可燃物含量比較高，從燃盡角度考慮，煤粉細度應進一步降低，但受制于磨出力、制粉電耗的影響；同時，在目前的細度下，進一步降低煤粉細度對飛灰的實際作用也很小，建議煤粉細度維持在目前水平。六、6號爐的燃燒調整試驗（4）周界風的調整：一次風燃燒器周界風的設計主要是為了保護燃燒器噴口，對燃燒過程的影響如下，有利于燃盡，不利于燃燒穩(wěn)定與控制NOx。6號鍋爐的變周界風試驗結果為：周界風開度由25-30%增加60%，飛灰可燃物含量下降0.75%，鍋爐NOx排放增加了15mg/m3，結果分析及建議：飛灰可燃物下降0.75%，影響機組煤耗0.8g/kw.h左右，其代價大于15mg/m3NOx的影響。建議在運行中，下組燃燒器以穩(wěn)定燃燒器為主，周界風門可適當關小，上組燃燒器應以燃盡為主，建議其開度不小于60%。六、6號爐的燃燒調整試驗（5）變?nèi)急M風擺角試驗：擺角的設置主要是為了調整汽溫，燃燒器上擺，蒸汽溫度升高。試驗結果：燃燒器擺角從80%（下擺）關到25%（上擺），蒸汽溫度未升高反而降低。結果分析：上述結果與理論設計上的初衷矛盾，其原因與燃盡風的水平擺角有關，上述結果表明，在擺角下擺時，燃盡風混入到主燃燒氣流中參與燃燒，因而爐膛出口煙氣溫度升高，進而蒸汽溫度升高；在擺角上擺時，燃盡風未參與燃燒，作為冷卻風反而使爐膛出口煙氣溫度降低，進而使蒸汽溫度降低。這表明，燃燒器水平擺角的調整對蒸汽溫度影響比較大。六、6號爐的燃燒調整試驗（6）氧量調整試驗：試驗結果：表盤氧量從1.7%增加2.5%，飛灰可燃物含量下降2.8%，NOx增加了90mg/m3，氧量再增加到3.3%。飛灰可燃物含量又下降了1.5%，NOx增加了160mg/m3;試驗結果分析：氧量變化NOx與飛灰的影響均比較大，但從降低NOx控制總費用的比較看，表盤氧量控制在3.3%以上是經(jīng)濟的，但如繼續(xù)提高氧量，NOx排放值將超出環(huán)保標準，建議將表盤運行氧量控制在3.3%。六、6號爐的燃燒調整試驗（7）變OFA2試驗試驗發(fā)現(xiàn)，關小OFA2后，煙道兩側的運行氧量偏差變??；煙道兩側的飛灰可燃物偏差變小，A側飛灰下降3%左右，相當于飛灰可燃物含量平均降低1.5%左右。原因分析：主燃燒器區(qū)域煙氣氧量場分布不均，或者是OFA2的四角風量分配不均

運行建議：在運行中將OFA2關小到20%，最大不超過40%，以緩解爐內(nèi)氧量場分布不均的問題。六、6號爐的燃燒調整試驗（8）變還原風試驗：試驗結果：在低氧運行方式下，關閉還原風門到0，與還原風開度100%的工況相比，鍋爐蒸汽參數(shù)、NOx排放與飛灰可燃物均無明顯變化。試驗結果分析：關閉還原風后，部分風量分配給三層燃盡風，部分風量通過主燃燒器區(qū)域進行爐膛，由此可見，還原風大部分風量是參與燃燒的；這是飛灰可燃物未降低的原因；關閉還原風后，還原區(qū)長度增加，且3層OFA風量增加，抵消了燃燒器區(qū)域氧量略有提高的影響，這是NOx排放量未提高的原因。運行建議：還原風可100%的全開，通過OFA的調整來協(xié)調NOx與飛灰可燃物的矛盾。六、6號爐的燃燒調整試驗（9）二次風配風試驗試驗結果：平衡配風方式及氧量適度降低的情況下，飛灰可燃物下降了約1%，但主再汽溫下降明顯，改為倒寶塔配風方式后，汽溫明顯上升，恢復到高氧量下的530℃以上，飛灰未增加，NOx排放增加了100mg/m3。試驗結果分析：燃燒器采用平衡配風方式與倒寶塔配風方式都能降低飛灰可燃物，但前者工況下，主、再蒸汽溫度明顯偏低，不適宜6號鍋爐采用，后者比較適合6號鍋爐目前的運行特性，至于NOx排放偏高的問題，可以通過整體配風方式的細微調整在經(jīng)濟性與NOx排放之間尋找平衡。

六、6