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: