燃煤锅炉变煤种运行对锅炉运行和排放的影响

施爱弟

(中国石化上海石油化工股份有限公司热电部，200540)

燃煤锅炉变煤种运行对锅炉运行和排放的影响

施爱弟

(中国石化上海石油化工股份有限公司热电部，200540)

随着环保意识的提高，电站锅炉排放标准越来越严格。针对目前燃烧硫、氮元素及灰分多变的煤的现状，单烧设计煤种不易实现，取而代之的是烧一些偏离设计煤种的混煤。文章阐述了变煤种运行对制粉系统闪爆、锅炉燃烧、传热、结焦产生影响及锅炉排放的防范措施。

变煤种运行 燃煤锅炉 燃烧排放

动力煤主要依据煤的干燥无灰基挥发分(Vdaf)来分类，分可为贫煤、烟煤、褐煤、无烟煤等。贫煤的Vdaf在10%～20%，灰分较多；烟煤的Vdaf在10%～50%，含碳多，灰分、水分少，发热量高；褐煤的Vdaf大于40%，水分与灰分较高，发热量低，着火与燃烧容易；无烟煤的Vdaf不大于10%，含碳最多，发热量高，难以点燃。煤主要的可燃质是碳，燃烧产物主要是CO2；煤中的硫(S)燃烧产生的SO2或SO3气体从烟囱排出时会污染大气，对人体和动物都有害(标准为不大于100 mg/m3)；煤中的氮(N)成分复杂，燃烧后产生的NOx从烟囱排出后污染大气，危害人的身体健康(标准为不大于100 mg/m3)；煤中的灰分燃烧后转变成的粉尘也是危害人体健康的有害物质(标准为不大于20 mg/m3)。为此，许多火力发电厂都在寻找合适自己的煤源，导致锅炉燃单煤种已经不现实，随之而来的是采用品种繁多的混煤。这样锅炉排放指标符合要求了，但是锅炉的安全和经济运行受到威胁，锅炉运行中风烟系统和汽水系统各项参数偏离设计值，需要改进设备和调整、完善工艺。就中国石化上海石油化工股份有限公司热电部(以下简称热电部)而言，其煤粉炉设计煤种低位发热量20.315 MJ/kg、挥发分27.31%、灰分19.87%、水分9.61%、硫1.0%、氮0.79%；2010—2014年热电部的燃煤热值一般在19.9～ 21.5 MJ/kg，硫在0.3%～1.2%，氮在0.3%～1.0%，挥发分23%～32%，灰分18%～25%。近年来，由于国家环保要求和煤价格波动大，火力发电厂单烧设计煤种或全烧单一煤种不易实现，各火力发电厂的工作重点在于满足当地政府煤的灰分、S特性以及燃烧排放环保要求。为了燃烧混煤后确保锅炉的安全、经济运行，必须从改造设备、采取燃烧新技术、采用和完善运行工艺才能适合目前环保、安全、经济需要。

1 煤种变化后对锅炉运行的影响

煤种变化后，锅炉不易达到设计的最低稳燃负荷，经济指标值偏离原来标准，各项考核指标无法完成。制粉系统的煤粉细度很难控制，制粉系统闪爆机率增加，煤粉炉一次风喷口易结焦，燃烧器燃烧不稳，锅炉受热面易产生结焦、结灰、甚至塌焦，有时甚至由于锅炉排放有害物超标而被迫停炉。根据上海市政府要求：燃烧燃煤，煤种灰分应小于16%、含S小于0.7%、热值25.1 MJ/kg、灰熔点1 100 ℃、高挥发分烟煤。

改用高挥发分煤后，炉膛火焰中心逼近喷燃器出口处，易烧坏喷燃器(严重时造成停炉事故)；容易发生火焰中心位置偏斜，使火焰充满炉膛的程度恶化；还会造成炉膛前后烟温偏差大，水冷壁受热不均匀(甚至使正常的水循环破坏，引起管子局部过热，胀粗或爆管)；燃料型的NOx、SOx粉尘大大超标等。

原来设计烧用高挥发分煤的炉子，改烧低挥发分煤后，火焰中心远离喷燃器出口，送入煤粉时得不到高温烟气加热，就会推迟着火，相应缩短了煤粉在炉内燃尽的时间与空间，还使炉温降低而影响燃烬度，降低煤粉燃尽度，增加飞灰含碳量，机械不完全燃烧增加。火焰中心抬高，燃料型的NOx、SOx粉尘同样大大超标等。

锅炉运行参数偏离了设计值。煤粉炉的减温水使用量增加，锅炉的主蒸汽温度很难调整，造成高低温过热器管壁超温机率增多；中间储藏式制粉系统煤粉仓温度难以控制(制粉系统容易出现自燃或着火)，制粉系统易发生积粉闪爆事件；煤粉细度的调节跟不上煤种变化(用粗粉分离器变频电机转速和制粉系统通风量调整)。必须进行制粉系统改造。

2 改变煤种运行后的燃烧调整

热电部煤粉炉是以设计煤种特性设计的直吹式制粉系统，锅炉燃料结构调整过程中曾经试烧过神华煤(当时还没有排放要求)，其热值25 MJ/kg左右、灰分小于16%，挥发分大于30%。全烧神华煤，满负荷情况下，煤的细度Rgo为28%左右，按照“倒宝塔”配风方式，一次风保持在22～28 m/s，二次风36～40 m/s左右，锅炉主蒸汽温度很难控制在540 ℃以下(上限540 ℃)，减温水量猛增，飞灰含碳量5%(正常小于3%)，烟气氧量4%左右，排烟温度比原来高5 K，造成炉膛燃烧不稳，火焰形状变成脉动式，四周水冷壁严重结焦、塌焦；负荷降至额定负荷80%时，配风方式不变，煤的细度不变，锅炉主蒸汽温度535 ℃，减温水量恢复到原来范围，飞灰含碳量3.5%(正常小于3%)，烟气氧量5%左右，火嘴根部有明显黑丝，四周水冷壁结焦、塌焦现象基本消失，炉膛燃烧基本稳定；负荷降至额定负荷60%时(锅炉负荷运行下限250 t/h)，配风方式不变，煤的细度不变，锅炉主蒸汽温度530 ℃，减温水量明显减少，飞灰含碳量2.5%，烟气氧量5%左右，炉膛负压波动大、火焰颜色变暗，增投4根油枪稳燃(每根油枪出力800 kg/h)，四周水冷壁结焦、塌焦现象基本消失，炉膛燃烧基本稳定。停炉后检查发现锅炉中、上层火嘴过热变形。这说明热电部中间储仓式制粉系统采用严重偏离设计(如神华煤)，投入煤种煤粉炉燃烧的工艺不可采用。

近几年，热电部锅炉的燃煤基本是混合煤，为了及时掌握煤种变化情况，热电部每天对入炉煤进行特性分析，同时对每批次入厂煤进行特性分析，根据分析结果及时更改工艺条件，调整制粉系统煤粉细度和粉仓温度，合理组织燃烧，调整一、二次风比例以及上、下层二次风的比例，使设备达到比较稳定运行。通过实施结果发现混合煤特性成分达到：低位发热量热值19～21 MJ/kg、挥发分21%～34%、灰分不大于16%、水分不大于10%、S不大于0.6%。两年来，锅炉运行较稳定，制粉系统可根据混合煤特性分析报告及时调节煤粉细度、排粉机压力、粉仓温度。锅炉燃烧较稳定，各项运行参数指标偏离不大，能满足锅炉100%的额定负荷和机组发电、供热。

3 燃烧设备改造及运行工艺改进

热电部煤粉炉因煤种变化和环保要求，从2012年开始不断进行燃烧调整，采用新工艺措施：严格执行“倒宝塔”配风方式；一次风速保持在22～28 m/s，二次风36～40 m/s；根据煤种挥发分煤的细度Rgo控制在20%～28%；烟气氧量维持在2.5%～4.5%(目的控制炉膛出口NOx不大于450 mg/m3和主蒸汽温度530～540 ℃);磨煤机出口温度不大于75 ℃，粉仓温度控制不大于70 ℃；每周检查清除制粉系统的积粉，制粉系统连续运行不得超过36 h，停用后的制粉系统立即进行“倒风”抽风，确保停用一次风管剩粉吹扫干净，防止剩粉自燃。

由于运行工艺改进后仍然不能满足环保要求，因此热电部进行了大规模设备改造，具体包括：采用低氮燃烧器燃烧，一、二次风切圆由原来Φ800 mm，经试验改成Φ600 mm，并增加燃尽风设备，安装脱硝装置，完善脱硫设备，改造除尘设备，改造污水处理系统。煤种不断变化和环保新设备的投运，使原来锅炉后部烟道结构发生了质的变化。通过一系列优化，烟气排放得到控制，锅炉运行满足了安全经济的要求。

煤种变化是必然的，但环保标准必须坚决执行。根据煤种变化，热电部进行了煤粉炉燃烧器改造(改造成低氮燃烧器)，电除尘器改造成电袋除尘器，增加2套脱硫装置、4套脱硝装置，经过改造后其排放的硫化物、氮化物、粉尘、回收废水都达到国家环保要求。对粉尘、NOx、SOx的标准排放而采取的举措取得了成功。锅炉负荷达到额定负荷95%左右；锅炉最低稳燃负荷为额定负荷65%。

4 结语

根据燃煤变化情况，通过设备改造、工艺优化、人员培训强化和锅炉运行管理加强等措施，热电部煤粉炉燃煤煤种适应性明显扩大，由原实际燃用(设计低位发热量20.315 MJ/kg、挥发分27.31%)煤种扩大至混煤(低位发热量19.5

～22 MJ/kg、挥发分30%～42%)；炉膛出口NOx排放由以前的850 mg/m3降低至450 mg/m3左右，经脱硝设备NOx后排放小于100 mg/ m3；锅炉负荷保证95%额定稳定能力，锅炉主要参数及热效率不低于原指标； 水冷壁不结渣、改造后甲乙侧制粉系统阻力差异不高于6%。

气体分离膜驰骋石油和化工主战场

气体膜分离作为新一代气体分离技术，凭借与其他技术的组合、集成创新和优化，正驰骋在石油和化工主战场。这是有关人士从2015年8月5—6日在大连召开的气体膜及其组合技术在石油化工领域应用交流研讨会上了解到的信息。

据悉，气体膜在石油和化工领域的应用主要集中在五大方面：氢气回收利用、炼厂轻烃回收利用、二氧化碳回收利用、膜法富氧节能和挥发性有机物(VOCs)排放控制与回收。在VOCs控制方面，气体膜及其组合技术代表了VOCs回收与排放控制技术趋势。在回收氢气方面，膜分离是当前拥有范围最广、装置销量最大的领域，包括合成氨弛放气中氢气的分离回收、甲醇合成过程中氢气回收、炼油工业尾气中氢气回收等。以气体膜分离技术对炼厂气的多种高附加值组分有效利用，对天然气、伴生气中的二氧化碳进行脱除，并富集后用于三次采油都是备受关注的路径。此外，膜法富氧助燃技术对石化炉窑节能减排效果明显，已在诸多石化企业和油田获得应用。当前膜技术在石化行业应用越来越宽，与其他技术进行组合、集成创新和优化至关重要。

据悉，气体膜领军企业天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司已在石油化工领域推广应用气体膜分离装置600多套。大连欧科膜技术工程有限公司在国内外建立了近500套工业装置，经济效益和环保效益显著。

(中国石化有机原料科技情报中心站供稿)

Effects of Variable Coal Running on Operation and Emissions of Coal Fired Boiler

Shi Aidi

(ThermalPowerDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd. 200540)

With the improvement of environmental protection awareness, the emission standards for power plant boilers are becoming increasingly stringent. In view of the current status of combusting coal with variable contents of sulfur, nitrogen and ash, it is not feasible to combust design coal singly; instead, off-design mixed coal is combusted in practice. The effects of variable coal operation on flash explosion, combustion of boiler, heat transfer, coking and emission of boiler were illustrated, and the preventive measures were raised as well.

variable coal running, coal fired boiler, combustion emissions

2015-07-24。

施爱弟，男，1965年出生，1986年毕业于上海冶金专科热能利用专业、2006年毕业于华东理工大学计算机专业，高级工程师，长期从事电站锅炉运行工作。

1674-1099 (2015)05-0047-03

TK227.1

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