电站锅炉飞灰含碳量高的原因分析

刘德来

(山西兴能发电有限责任公司，山西 古交 030206)

设计锅炉时依据的煤种称为设计煤种，燃煤电站锅炉是根据设计煤种进行设计制造的。但由于目前国内煤炭市场供应形势日益紧张，造成很多电厂无法燃用设计煤种，实际燃用煤种偏离设计煤种很多，从而引起制粉系统和锅炉燃烧系统出现相关问题，影响机组运行的安全性、可靠性和经济性。本文以某电厂2×600 MW机组锅炉为对象，从锅炉运行调整角度和原煤特性角度分析了该锅炉飞灰含碳量高的原因。

1 设备概况及煤质参数

某电厂2×600 MW机组采用的是上海锅炉厂引进技术制造的SG－1913/25.4－M965型超临界参数变压螺旋管圈直流锅炉，单炉膛，一次中间再热，平衡通风，露天布置，固态排渣，全钢结构，全悬吊π形布置，BMCR蒸发量 1 913 t/h，额定蒸汽压力 25.4 MPa，额定蒸汽温度571℃，再热蒸汽温度569℃。采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台北京电力设备总厂生产的液压变加载ZGM113N型中速磨煤机。煤粉细度(设计煤种)R90为16%。

因实际燃用煤种和设计煤种偏差很大，锅炉运行中存在飞灰和炉渣可燃物高的问题，严重影响机组经济性。为此，对锅炉制粉及燃烧系统进行了试验研究，对原煤进行相关分析，探索降低飞灰和炉渣可燃物含量高的运行方式或找出该问题的相关原因。

2 问题提出及分析

2.1 问题提出

现在锅炉燃用煤种较杂，近期主要燃用贵州混煤和南非煤。对比贵州混煤和南非煤的工业分析，分析结果见表1。从表1可以看出，南非煤和贵州混煤发热量、水分、灰分、挥发分相近。单独燃用南非煤时，飞灰、大渣可燃物含量均在1.5%左右，而燃用贵州混煤时，飞灰、大渣可燃物含量均在4% ～6%，差异很大。

表1 南非煤和贵州混煤工业分析汇总表

2.2 问题分析

飞灰、大渣可燃物高，说明煤的燃尽程度低，决定煤的燃尽程度的因素主要有:

1)煤本身燃尽特性。

2)煤粉细度，煤粉细度对煤的着火和燃尽影响较大，煤粉细度细，可提高着火速率，改善煤的着火和燃尽性能。

3)配风方式，改变燃烧器区域氧量，提高燃烧初期氧量，但同时也可能会提高着火点，从而推迟燃烧，反而对燃烧不利。

4)炉膛高度，决定煤粉在炉内的停留及燃尽时间。

对已投运锅炉，锅炉结构参数无法改变，因此，仅能从原煤自身特性和运行角度对飞灰、大渣可燃物含量高的问题进行分析。

3 探索改善煤燃尽特性的试验研究结果

运行中只能通过改变煤粉细度和配风方式的手段提高混煤的燃尽特性。本次试验重点从煤粉细度和配风方式对燃煤燃尽性进行考察，探索提高锅炉经济性的方法［1］。

3.1 变煤粉细度试验研究结果

机组负荷430 MW，空气预热器入口氧量控制在4.5%左右，对磨煤机分离器挡板进行调整，从而改变煤粉细度。变煤粉细度试验共进行3个工况试验，结果见表2。

表2 变煤粉细度试验结果汇总表

从表2可知，煤粉细度降低约3% ～4%，飞灰含碳量由4.42%降至4.17% ～4.18%，下降约 0.25%左右;炉渣含碳量由6.86%降至5.03% ～6.38%，下降0.48% ～1.53%;固体不完全燃烧热损失 q4由2.37%降至 2.15% ～2.23%，下降 0.14% ～0.22%;锅炉热效率 ηb由 91.17% 上升到 91.31% ～91.42%。

从变煤粉细度试验结果可知，调整煤粉细度后，飞灰、炉渣可燃物下降幅度和锅炉效率提高幅度有限。受设备限制，煤粉细度无法再调整，因此，无法得到继续降低煤粉细度对飞灰、炉渣可燃物含量的影响。

3.2 提高燃烧器区域氧量试验研究结果

为了考察提高燃烧器区域氧量对飞灰、炉渣可燃物的影响，机组负荷在430 MW时，通过逐渐关闭燃尽风风门开度达到提高燃烧器区域氧量的目的，共进行3个工况试验，提高燃烧器区域氧量试验结果见表3。

表3 提高燃烧器区域氧量试验结果汇总表

从表3可知，提高主燃烧器区域氧量后，飞灰、炉渣可燃物含量增加，锅炉效率有所下降。这是因为主燃烧器区域氧量提高后，并没有因为二次风提前补氧而改善燃烧速率差的煤的燃尽性，反而因二次风和一次风混合提前，提高了着火点，导致燃尽性更差。

3.3 二次风配风方式试验研究结果

为了考察配风方式对飞灰、炉渣可燃物的影响，机组负荷在440 MW时，分别进行均等、正宝塔、缩腰、倒宝塔配风方式试验，二次风箱与炉膛差压保持0.75/0.65 kPa左右，配风方式试验结果见表4。

表4 二次风配风方式试验结果汇总表

从表4可知，均等配风方式下，锅炉热效率最高，ηb=90.85%;其次是倒宝塔和缩腰配风方式，ηb=90.82%;最差为正宝塔配风方式，ηb=90.72%。4种配风方式对炉渣、飞灰可燃物含量影响不大。440 MW时，推荐采用均等配风方式。

从上述试验可知，采取运行调整方式无法达到降低贵州混煤燃尽特性，进而降低飞灰、大渣可燃物含量的目的。

4 混煤燃尽特性及飞灰含量高的原因分析

4.1 原煤燃尽特性分析

由于采取运行调整方式无法降低飞灰、大渣可燃物含量，对原煤特性进行分析，研究该煤种的着火和燃尽特性。

试验过程对原煤取样，并进行实验室分析，得出原煤着火和燃尽特性。反应原煤着火和燃尽特性指标由以下两个参数表征:

1)反应指数RI:反映煤着火难易程度的指数。

2)燃尽指数Cb:反映煤燃尽难易程度的指数。

反应指数RI和燃尽指数Cb的判别标准见表5。

表5 原煤着火和燃尽特性判别标准

对贵州混煤和南非煤进行实验室分析，得出反应指数RI和燃尽指数Cb，实验结果见表6。

表6 贵州混煤着火和燃尽判别结果

从表6可知，贵州混煤着火和燃尽特性均为难，南非煤着火和燃尽特性均为易。

4.2 混煤飞灰、大渣可燃物含量高的原因分析

贵州混煤原煤工业分析结果虽然属烟煤，但燃烧特性却很差，所以当燃用贵州混煤时，煤粉在炉内整个燃烧阶段无法充分、完全燃烧，导致飞灰和炉渣可燃物含量很高，固体不完全燃烧热损失很高;南非煤着火和燃尽特性均为易，所以煤粉在整个燃烧阶段能充分、完全燃烧，飞灰和炉渣可燃特性含量较低，固体不完全燃烧热损失较低。

根据经验，燃用混煤时应注意分析被混煤种的燃烧特性，特别是着火和燃尽特性。混煤一般有以下规律:混煤的着火及燃烧稳定性靠近易燃煤的着火特性，难燃煤中掺烧部分易燃煤种会提高燃烧稳定性;混煤的燃尽性趋近于难燃煤种，难燃煤中掺烧易燃煤种不会使燃尽特性显著改善，甚至不利于充分燃尽。因为混煤进入炉膛后，由于煤燃烧速率有差别，燃烧速率高的煤先燃烧，“抢风”严重，耗用大量的氧，虽然燃烧器区域温度较高，但会造成缺氧环境，不适于燃烧速率差的煤燃烧，所以燃尽性能甚至不如单烧时的燃尽性能。

5 结论

1)试验中通过调整煤粉细度研究改善混煤燃尽特性，但从试验结果可知，飞灰、炉渣可燃物下降幅度和锅炉效率提高幅度有限。从目前的试验结果来看，如果将飞灰、炉渣可燃物降至2%左右，煤粉细度必须很细才能满足，但此时制粉系统已无法满足。

2)由于混煤各煤种燃烧速率不同，可能会造成燃烧速率低的煤在缺氧环境下燃烧。试验中通过提高主燃烧器区域氧量改变混煤燃烧的供氧量，但由于同时提高了着火点，对燃烧反而有推迟作用，所以改变燃烧器区域氧量并未达到改善混煤燃尽性的目的，燃尽性反而变差。

3)通过针对性的试验研究可知，从运行参数调整角度无法改善混煤的燃尽性，达不到降低飞灰、大渣可燃物含量的目的。

4)混煤各煤种的燃烧和燃尽特性决定了锅炉飞灰、大渣可燃物含量的高低，如各煤种特性差异较大，建议采取分磨分烧各煤种的方式降低飞灰、大渣可燃物;如各煤种特性差异不大，则采取混煤的方式。

［1］黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整［M］.北京:中国电力出版社，2003:55－60.