影响锅炉飞灰损失的成因及其控制

Sunshine!

影响锅炉飞灰损失的成因及其控制

火力发电厂燃煤锅炉飞灰可燃物主要是未燃尽的碳粒，它的含量直接反映了燃烧调整及锅炉经济运行情况，对于环境保护、提高飞灰综合利用价值等有间接的影响。飞灰可燃物含量每降低1％，锅炉热效率可提高0.3％左右，供电标煤耗可降低0.9—1.2g／(kWh)。同时，如果锅炉飞灰可燃物含量太高，无法满足建材行业对粉煤灰的使用标准，电厂大量的粉煤灰将只能外倒，将会带来非常巨大的环境污染。其次，在锅炉运行中，伴随着飞灰可燃物含量增高，还会给整个锅炉的安全运行带来威胁。
某热电厂两台130t/h锅炉是利用煤粉、高炉煤气混烧的锅炉。锅炉的最大混烧工况为60％高炉煤气+40％煤粉，运行中尽量保证高炉煤气最大量掺烧，实现节约能源，降低成本。在2016年8月以前两台锅炉的飞灰可燃物一直偏高，曾一度高居30％以上，甚至达到57％。结合锅炉实际运行情况，通过对影响锅炉飞灰损失的原因逐一进行分析，找出了影响热电厂锅炉的飞灰可燃物的关键成因，针对这些原因逐一采取相应措施，降低了飞灰损失，提高锅炉效率。
1 影响飞灰可燃物的成因：
1.1燃料性质对飞灰可燃物的影响
该锅炉在设计时选用三工乡煤矿动力煤为设计煤种，某煤矿动力煤作为校核煤种，而在2016年8月以前锅炉主要用煤为黑山矿和神华矿的动力煤。这几种煤种的煤质分析见下表。

由上表中可以看出，黑山的煤与设计煤种相比挥发份低了许多、固定炭却高了很多；而神华的煤与设计煤种相比挥发份低了许多、灰份却高了很多。在负荷及其他条件都保持不变的情况下，当锅炉用黑山动力煤作为燃料时，锅炉飞灰含碳量大都在30％以上甚至高达57％。这是由于煤中挥发份的含量对煤粉的燃尽程度有很大的影响，当黑山煤的煤粉进入燃烧器时由于其挥发份较低，会使火焰传播速度减慢，着火推迟，火焰中心上移，煤粉在炉膛中燃尽需要的时间无法保证，燃烧稳定性变差。同时当煤粉中挥发分析出后，剩余的是焦炭和灰分。当影响因素相同时，含碳量高的黑山动力煤在燃尽过程中，相对每个煤粉颗粒接受的氧气和高温烟气将减少，燃烬程度相对较差。综上分析，当黑山动力煤作为锅炉燃料时，延迟了煤粉着火的时间，

并且在燃烬阶段需要较长的时间，造成煤粉还没有燃烬就被带出了炉膛。因此，用黑山动力煤作为燃料时，锅炉飞灰可燃物相对很高。从上表来看，虽然神华动力煤的固定碳和锅炉设计煤种相近，但是神华动力煤的挥发份相对少了15％左右、而灰份却是设计煤种的2～3倍。当神华动力煤粉进入锅炉炉膛时，由于煤的灰份较高、挥发份相对偏小，使得煤粉的着火延迟；碳粒被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成煤粉碳粒无法完全燃烬就被带出了炉膛，造成锅炉的飞灰可燃物偏高。当锅炉分别以黑山动力煤、神华动力煤和校核动力煤作为燃料时的飞灰可燃物如下表：

1.2煤粉细度对飞灰可燃物的影响

为了验证煤粉细度对锅炉飞灰含碳量的影响，热电两台锅炉都燃用同一种煤，锅炉负荷、炉膛负压、一次风压等参数尽量保持一致，两台锅炉粉煤灰同时取样。调整群1锅炉煤粉细度低于#2锅炉煤粉细度，两炉同时运行5天。发现#1锅炉的飞灰含碳量始终比锅炉的飞灰含碳量低。对于同一台锅炉而言，随着锅炉煤粉细度的升高(或降低)，锅炉飞灰含碳量也同时升高(或降低)。这是由于，煤粉越细与空气的接触面及接触空间越大，着火提前、燃尽需要的时间较短，在炉膛中易于燃尽。但追求过细的煤粉细度会带来磨煤机电耗增加、系统安全性降低。因此对于不同煤质有不同的最佳煤粉经济细度
1．3输粉管风量和粉量不均以及一次风量不合适对飞灰可燃物的影响
制粉系统输粉管道中风粉量的合理分配是保证燃烧器良好运行的重要条件之一。只有每一个燃烧器都按一定的风煤比例向炉膛送入燃料和空气，才能使整个锅炉获得最佳的燃烧效果。调节锅炉过剩空气系数固然可以控制入炉空气量的多少，但无法反映单个燃烧器的燃烧工况。如果各燃烧器以参差悬殊的比例送入燃料和空气，尽管炉膛过剩空气系数维持在较佳的范围内，但对于每个燃烧器来说，空气和粉量不均，将导致有的燃烧器缺风，有的粉量不足。其结果必然造成着火和燃烧不稳、个别火嘴处结焦、不完全燃烧损失增加、锅炉效率降低等一系列不良后果。最佳一次风量应该是满足煤炭中挥发份的着火燃烧所需的空气量，挥发份降低，或煤粉量减少，应相应减少一次风量。而实际操作时，为使一次风管不堵塞，司炉未根据煤粉掺烧比的变化调整一次风量。尤其当煤粉掺烧比降低时，照理应该相应关小一次风门，降低一次风量，但煤粉掺烧比过低，若要根据煤粉量降低一次风量，就有可能出现一次风速不够，以至一次风管堵塞的问题，所以不可能调整合适的一次风量。上述两个原因造成煤粉浓度过低，煤粉着火推迟，从而影响煤粉的燃烧，引起飞灰可燃物含量升高。
1．4过剩空气系数对飞灰可燃物的影响
一般当炉膛出口的过剩空气系数控制在合适的范围内时，煤粉在炉膛内燃烧有充分的空气供应，飞灰可燃物能保持在相对稳定的范围内。但若炉内严重缺氧或氧量过大时，飞灰可燃物有时甚至会成倍增加。热电厂锅炉锅炉作业指导》中规定锅炉过剩氧含量在4％一6％间波动，实际运行中氧量控制在6％左右。当锅炉以昌吉监狱煤矿的动力煤为燃料，保持过热器后烟气含氧量在5％～7％之问，锅炉总送风量相对偏高，从而造成炉内气流速度偏高，燃料在炉内停留时间变短；另外，总风量偏高还降低了炉膛温度，使燃烧反应速度降低，造成锅炉飞灰含碳量在10％左右。通过降低锅炉总送风量，控制锅炉过热器后烟气含氧量在4％左右运行，锅炉飞灰含碳量降到了5％以下。所以烟气含氧量和锅炉总送风量偏高造成燃烧效率降低，是飞灰可燃物含量升高的原因之一，如下图所示：

1．5机组负荷对飞灰可燃物的影响
机组负荷变化，直接引起入炉煤量的变化，导致飞灰可燃物的变化。锅炉在升负荷时，入炉煤量增加，如果不进行配风方式的调整，导致过剩空气量过小或过大和配风方式的不合理，都会造成飞灰可燃物的升高；同时，增加负荷，入炉煤量的增加会使炉膛容积热负荷增加，缩短煤粉在炉内的停留时间，．使得飞灰可燃物升高。因此，锅炉负荷过高，煤粉来不及烧透，而锅炉负荷过低，燃烧反应减慢，都将使飞灰可燃物增加。
1．6锅炉高炉煤气掺烧量的变化对飞灰可燃物的影响
高炉煤气掺烧量大时，因为高炉煤气热值低，炉膛温度偏低会使燃料从加热到着火的时间延长，燃烧反应速度减缓，燃烧程度降低，飞灰可燃物含量升高。当锅炉负荷不高，最大程度的掺烧高炉煤气时，煤粉掺烧的量相对减小，司炉可能采用对角非四角投煤粉的燃烧方式。因为热电厂锅炉设计采用的是四角切圆燃烧方式，其优点有：根部引燃，螺旋上升，这种燃烧方式扰动强烈、有利着火，螺旋上升还可增加煤粉在炉内的停留时间。若是对角投煤粉虽不会火焰中心偏移，但无法使煤粉气流受相邻气流相互扰动形成围绕切圆螺旋上升的强度，化学动力强度偏低，从而影响煤粉的着火与燃烧，使飞灰可燃物含量升高。
1．7锅炉燃烧工况对飞灰可燃物的影响
炉膛温度和火焰中心的变化，改变了煤粉燃烧的外部条件，必然对飞灰可燃物产生影响。当炉膛温度较低时，火焰中心提高，煤粉的燃尽程度差，飞灰可燃物将增加；炉膛温度较高时，火焰中心适宜，飞灰可燃物降低。因此，炉内燃烧动力工况对飞灰可燃物影响重大。此外，磨煤机的投停方式，各层、角二次风的配比，一次风风率的大小都影响炉内的燃烧工况，影响到飞灰可燃物的大小。

2飞灰可燃物 的控制措施 ：
2．1保证锅炉用煤的质量。
通过对锅炉长期的燃烧实验，在保 证锅炉用煤的煤质符合设计要求或接近设计煤种时，飞灰可燃 物含量可以大幅度降低，并控制在运行的经济技术指标内。因 此首先是采购人员应确定所采购的煤质符合锅炉用煤的煤质设 计要求或接近设计煤种，从源头上把好关；二是通过煤场管理 人员严格控制入场煤的质量，保证锅炉燃用合格的动力煤。通 过近一年来对锅炉用煤的有效管理，锅炉飞灰含碳量从30％以上 甚至高达57％下降到满足了建材行业要求的1o％以内，保证了锅 炉粉煤灰的正常销售。
2．2 当锅炉低负荷运行时，锅炉纯烧煤气不能满足负荷需要， 需投入少量煤粉时，可以调节一台锅炉纯烧煤气，所欠缺的负 荷由另一台锅炉补充。混烧炉的煤粉掺烧比增加，这样： (1)可以实现随着煤粉量的减少按需降低一次风量，避 免一次风量过低引起的一次风管堵塞的问题，避免了出现低煤 粉掺烧比高一次风量的问题。 (2)可以提高一次风管内风粉的均匀性，增加喷入炉内 煤粉气流的浓度，有利于煤粉的快速着火。 (3)可以消除对角投煤粉的燃烧方式，消除对煤粉燃烧 的不利影响。
2．3 调整合适的一次风量 (或风压 )，运行中司炉人员应及 时根据锅炉用煤煤质的变化情况，调整一次风量 (或一次风 压 )。
2．4 根据煤种挥发份调整经济煤粉细度范围。锅炉设计煤种 的挥发份在40％左右时煤粉细度控制在15％～25％偏上 限运行。 锅炉现在实际燃用煤种挥发份一般在25％～30％，将煤粉细度 调整到i8％一20％之间运行。如果煤种挥发份偏高，可以适当 提高煤粉细度；当煤种挥发份较低，可以将煤粉细度控制在 偏下限运行。 2．5在运行中，司炉应该根据燃用煤种、炉温、负荷的变化及 火焰颜色，及时调整锅炉总风量，保证锅炉过热器后烟气含氧 量控制在4％左右运行。 2．6、根据锅炉燃用煤种挥发份和煤粉细度，及时调整锅炉二次 风配 比。当煤种挥发份较高或煤粉细度较小时，可以采用锅炉 九层均衡配风；如果煤种挥发份较低高或煤粉细度较大时，可 以采用锅炉上大下小的配风方式，从而降低火焰 中心位置，为 煤粉燃尽提供足够的燃烧时间。

3结论通过对影响锅炉飞灰可燃物的所有成因的分析——造成热电锅炉飞灰可燃物偏高的主要原因，即煤质的变化、运行调整和设备平稳运行。针对这些因素，在锅炉实际运行中加强锅炉用煤管理，尽量选用靠近锅炉设计煤质的煤种参与锅炉燃烧；在保证锅炉燃用煤质符合要求的情况下通过运行精细调整，保证锅炉合适的一次风压、煤粉细度和过剩空气系数；同时加强设备维护，确保设备连续稳定运行。通过采取以上措施，热电锅炉飞灰含碳量最好达0.36％，一般都保持在10％以下。