某660MW超临界锅炉飞灰含碳量高的综合治理

马启磊

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司， 安徽　合肥　230600)



某660MW超临界锅炉飞灰含碳量高的综合治理

马启磊

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司， 安徽合肥230600)

文章对某660MW超临界锅炉运行情况进行分析，指出锅炉设计、煤质不佳、混煤策略不合理、煤粉细度不合格和燃烧控制参数不合理是造成飞灰含碳量升高主要原因。利用高温热天平对典型煤质进行燃烧特性试验，结合锅炉设计特点制定了优化混煤策略、提高烟煤比例、控制NOx浓度、优化燃烧控制等治理措施，取得了明显的效果。

超临界锅炉；飞灰含碳量；混煤；燃烧调整

1　技术背景

飞灰含碳量是影响电站锅炉燃烧效率和粉煤灰综合利用的重要指标，飞灰含碳量越高，飞灰硬度越大，对受热面磨损越严重。影响飞灰燃尽的主要因素有煤质、煤粉细度、燃烧氧量、停留时间、炉膛温度、火焰充满度、燃烧器投运方式等。随着安徽地区大容量超临界及超超临界机组陆续投产，新建机组飞灰含碳量均较低。某厂锅炉为一次中间再热、变压运行，带内置式汽水分离器启动系统，固态排渣、单炉膛平衡通风、Π型布置、全钢构架悬吊结构、露天布置超临界本生(Benson)直流锅炉。燃烧系统配某新型OPCC旋流燃烧器，前墙从上往下燃烧器编号A、B、C，后墙从上往下燃烧器编号D、E、F，其中F层燃烧器配等离子点火装置，采用正压直吹式制粉系统，配6台HP1003型中速磨。自2013年底投产以来飞灰含碳量明显偏高，2015年平均统计飞灰含碳量5.2%，月平均最高达7.8%。

2　原因分析

2.1锅炉设计因素

单只燃烧器热负荷过高，炉内火焰充满度不足，局部煤粉浓度过高，造成飞灰不易燃尽。锅炉设计燃用贫瘦煤，设计炉膛热负荷较高，断面宽深比为1.26∶1。国内同类型锅炉设计一般采用扁长炉膛设计，在保证了炉膛断面面积不变的前提下，断面宽深比达到1.36∶1，且同层布置5～6个一次风喷口，以达到降低单只燃烧器热负荷、提高炉膛火焰充满度的目的。

2.2混煤掺烧策略

试验开始前6个月入炉煤统计结果见表1。

表1　入炉煤及飞灰统计结果

7月开始掺烧部分相对较高挥发分烟煤。设计煤种干燥无灰基挥发份为19.7%，所以电厂混煤策略是保证入炉煤加权干燥无灰基挥发份20%左右，发热量20000kJ/kg左右。从统计结果来看，入炉混煤主要加权指标控制较好，锅炉飞灰略有下降。从入炉煤分析来看，混煤采用较高比例贫瘦煤掺混较低比例烟煤得到。典型掺混煤种如下：

表2　典型入厂煤分析结果

图1　典型入厂煤热重分析结果

利用德国NETZSCH公司STA409PC型热重分析仪对上述典型煤种进行分析，以25℃/min的速率升温，分析结果如图1。

图中虚线为“国华贸”煤，实线为“大矿煤”，静态燃烧模式下“大矿煤”着火温度和燃尽温度均比“国华贸”低约150℃，煤粉燃烧特性差别较大，不适合直接掺混入炉燃烧。

煤场面积受限，无法布置专用混煤装置，只能采用斗轮机直接抓取，皮带上掺混的方式上煤。该方法混合不均，造成入炉煤质波动较大，飞灰含碳量较大。

2.3制粉系统性能

根据《火力发电厂制粉系统设计计算规定》，混煤最佳煤粉细度R90应为15%左右，考虑到混煤由大量贫瘦煤组成，推荐煤粉细度R90应不大于12%。但通过测试煤粉细度，该厂平均煤粉细度约为17%。煤粉细度明显偏大，造成飞灰含碳量高。

磨煤机出力不足。满负荷工况需要6台磨煤机运行，造成一次风用量增加，氮氧化物升高。上层磨煤粉颗粒炉内停留时间不足，飞灰燃尽率下降。

2.4燃烧控制参数

一次风速过高。一次风速越高煤粉颗粒进入炉膛初速度越高，在炉内停留时间越短。

炉膛运行氧量偏低。因为SCR对入口NOx浓度要求的关系，锅炉存在较严重的缺氧运行，不利于飞灰燃尽。

二次风箱压力过低。旋流燃烧器依靠一定的二次风箱压力组织有效流场，强化燃烧。满负荷运行时，该炉二次风箱压力仅100Pa左右，最低时甚至为零，明显低于同类型机组600～800Pa的正常值。

2.5其他因素

造成该炉飞灰含碳量升高的其它因素有：锅炉无组织漏风量较大，特别是炉底干渣机漏冷风明显，燃烧器二次风量不足，火焰中心位置上升；磨煤机出口一次风速不均匀，燃烧器热负荷分配不均，局部燃烧工况恶化，飞灰不易燃尽；二次风量和炉膛出口氧量显示不准，风量调节不合理。

3　调整措施

3.1优化配煤措施

根据典型入厂煤的静态燃烧特性试验，否定了电厂已有的配煤及上煤措施。为保证不同燃烧特性的燃料燃尽，充分利用燃烧器位置不同而形成的位差，分别以“皮带混合，炉内掺烧”、“分磨上煤，炉内混合”两种策略进行混煤掺烧试验。以上述典型入厂煤为例，600MW工况下开展优化配煤掺烧试验，试验期间两小时分析一次飞灰，每工况稳定时间不低于10小时。主要试验结果如图2：

图2　优化配煤试验飞灰含碳量化验结果

工况1为“皮带混煤”，其他工况均为“分磨上煤”；工况2、3、4分别是磨AF、EF、CF上“大矿煤”，入炉“大矿煤”占比33%；工况5、6为磨ADF、ABF上大矿煤，入炉“大矿煤”占比50%。“大矿煤”着火温度和燃尽温度均较低，属于易着火易燃尽煤种，随着”大矿煤“掺烧比例的提高，飞灰含碳量明显下降。

同样掺混比例下，“分磨上煤”方式明显更有利于煤粉燃尽。其原因有以下两个方面：第一，“分磨上煤”方式利用燃烧器布置形成的位差，不同燃尽特性煤种炉内停留时间不同，对燃尽所需氧量要求也不同，更有利于煤粉燃尽；其次，易燃尽的“大矿煤”燃尽所需氧量较低，上层燃烧区域空气过量系数更低，对下层生成的NOx还原能力更强，整体NOx生成浓度较低，运行人员可根据NOx浓度适当增加总风量，有利于煤粉燃尽。

3.2煤粉细度优化试验

煤粉细度是影响飞灰含碳量的另一关键因素，试验开始前各煤仓煤位上至满仓，试验期间各台磨煤机煤质不变。调整磨煤机通风量、磨煤机动态分离器转速降低煤粉细度。分离器转速、煤粉细度(R90)和飞灰含碳量关系见表3：

表3　煤粉细度优化试验结果

分离器转速对煤粉细度影响十分明显，随着分离器转速提高，煤粉细度下降，飞灰含碳量降低。

试验发现，该炉动态分离器转速达到35Hz以上时皮带打滑现象比较明显，磨煤机出力降低，严重影响磨煤机调节性能。若对该分离器进行升级改造，达到同类型设备优秀水平，分离器转速达35Hz以上时，煤粉细度将进一步降低，更有利于煤粉燃尽。

3.3燃烧调整试验

除煤质及煤粉细度原因外，燃烧控制参数对飞灰含碳量也会产生较大影响。综合上述分析结果制定如下燃烧调整措施：

采用“分磨上煤”方式上煤。充分利用燃烧器位差，将易燃煤入上层磨。

增加高挥发分煤比例。试验期间，等离子磨(F磨)和上层磨(A、D磨)燃用高挥发分煤，占总煤量50%。日常运行考虑到负荷率变化较大，锅炉磨煤机投运台数为4～6台，上中下三层各一台磨上高挥发分煤，保证不同负荷下高挥发分煤比例均不低于40%。

增加氧量。高挥发分煤比例增加，炉膛出口NOx浓度明显下降，适当增加燃烧区域二次风比例及总风量。

降低一次风量，磨煤机出口风速由28m/s降至24m/s，提高煤粉颗粒在炉内停留时间，且SCR入口NOx浓度下降。

提高磨煤出口风粉混合物温度。原磨后温度基本控制在设计值(75～85℃)，通过试验，根据各台磨煤质情况提高至95～105℃。挥发分初析率升高，煤粉气流着火热降低，利于稳燃、着火和燃尽。

调整燃烧器配风方式。通过计算，燃尽风燃烧器通流面积过大，燃尽风比例过大，造成二次风箱压力不足，将燃尽风燃烧器外二次风门开度由100%关至50%，二次风箱入口门维持全开不变；煤粉燃烧器外二次风门开度由60%调整至40%～50%(两侧墙50%，中间40%)，二次风箱入口门采用正宝塔配风方式，未投用层二次风门开度关至5%。部分负荷时，根据NOx浓度适当关小燃尽风箱入口风门开度。

3.4其他治理

对干渣机冷却风口进行“堵二留一”的封堵，降低干渣机漏风率。标定炉膛出口氧量测点，空预器出口二次风量测点，保证氧量及风量测点准确性。开展脱硝系统喷氨优化，降低氨逃逸率，提高SCR系统对入口NOx的适应能力。

3.5治理效果

经过调整，满负荷试验工况二次风箱压力由原100Pa左右升高至500Pa，NOx浓度由648mg/m3降低至407mg/m3，飞灰含碳量由5.2%降低至2.05%。

2015年11月至2016年3月统计月平均飞灰含碳量已降至2.75%，综合治理取得了明显的效果。

4　结论

锅炉系统庞杂，各系统相互关联度较大。影响飞灰含碳量的因素多种多样，分析处理该类问题应抓住问题的本质，对症下药才能取得良好的效果。

本文所述，在锅炉设计参数已定的前提下，飞灰含碳量升高既有对不同煤质的燃烧特性不了解，制定的混煤策略不合理的原因，也有燃烧控制参数不合理的原因，更有制粉系统运行状态不佳的问题。除此之外，随着国家环保政策越来越严格，锅炉的优化治理必须兼顾污染物生成及排放。本文通过脱硝系统喷氨优化，提高SCR系统对入口NOx浓度的适应性，把握NOx生成量与炉膛风量之间的最优关系也是燃烧调整的一个关键点，对同类锅炉燃烧优化调整具有一定的借鉴意义。

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[责任编辑：程蓓]

A 660MW Supercritical Boiler High Unburned Carbon Comprehensive Treatment

MAQi-lei

(ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.EasternChinaBranch,Hefei230600,China)

This paper analyzes a 660MW supercritical boiler′s operation, and points out that the mainly reasons of high unburned carbon are the boiler design, poor coal quality, unreasonable mixed coal policy, unqualified coal fineness and unreasonable combustion control parameter. Combined high temperature heat balance for a typical coal quality combustion characteristics test results with boiler design features, several control measures like optimizing mixed coal strategy, improving the ratio of bituminous coal, controlling the concentration of NOxand optimizing combustion control are developed, which have already achieved significant results.

supercritical boiler; unburned carbon; mixed coal; combustion adjustment

2016- 04-25

马启磊(1982-)，男，湖北荆州人，硕士，中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司锅炉室副主任，工程师，从事热力发电厂锅炉燃烧技术及节能新技术的研究。E-mail: rancy725@163.com

TK224.1+1

A

1672-9706(2016)03- 0051- 05