安防之家讯：1 引言
飞灰含碳量是反映电站锅炉燃烧效率和粉煤灰质量的重要指标,飞灰含碳量的高低关系到粉煤灰的价格,直接影响电厂的综合效益.此外,飞灰中的碳对锅炉尾部受热面有磨损作用,可降低设备的使用寿命,飞灰含碳量增加不仅增加燃料消耗量, 而且对锅炉的安全运行造成很大的威胁。很容易发生锅炉结焦和尾部烟道二次燃烧,还会降低电除尘器的效率,造成环境污染.因此,应尽量使锅炉飞灰含炭量控制在合理的范围内,以减少污染,提高电厂效益。
2 设备概述
我公司300MW机组锅炉为亚临界压力、一次再热自然循环汽包炉，采用中速磨直吹式制粉系统、单炉膛、四角切向燃烧，平衡通风，全钢架悬吊结构，固体排渣，燃用煤种为蔚县煤与锡盟煤按7:3掺混。锅炉采用四角布置，同心切圆燃烧方式。燃烧器喷嘴结构采用一次风口四周通以周界风，一二次风喷嘴间隔布置的型式，每只燃烧器共有17个风室，其中顶部燃烬风室3个，二次风室6个，煤粉周界风室5个，油风室3个。燃烧器的一次风喷嘴可上下摆动20°，二次风喷嘴可上下摆动30°，可通过改变燃烧器的角度，来改变火焰中心位置。机组自投运后整体运行情况稳定，但是，在最近的运行过程中却暴露出飞灰含碳量偏高的问题，这直接影响到机组运行的经济性。为了降低飞灰含碳量，提高运行经济性，发电部组织对这一课题开展分析。从燃烧的原理入手，结合设备系统状况和燃煤情况进行全面分析，找出影响飞灰含碳量的主要因素，制定相应的方案，然后在运行工作中进行逐步验证。
3锅炉飞灰含碳量高的原因分析
3.1煤粉燃烧过程
煤粉在锅炉内燃烧基本分为4个阶段：加热干燥、挥发分析出着火、燃烧、燃烬。其中最重要的是着火和燃烬阶段，要使燃烧完全，首先要保证迅速而稳定的着火。只有实现了迅速而稳定的着火，燃烧和燃烬才能迅速进行，在煤粉的着火阶段，其周围被一次风包围，具有足够氧气，煤粉气流温度较低，这个阶段的关键是迅速将煤粉加热到其着火温度。随着燃烧的进行，煤粉温度逐步升高，而其周围氧气也逐步耗尽，此时制约燃烧的因素变为了能否及时供给充足的氧气。要使煤粉充分燃烧可以从两个方面入手，即：加快燃烧速度和增长燃烧时间。
3.2影响飞灰含碳量的主要因素
(1)煤种影响。我公司锅炉设计煤种为河北蔚县煤，校核煤种1为准格尔孔对沟煤，校核煤种2为70%蔚县煤+30%内蒙古锡林浩特胜利煤田露天矿原煤。三种煤的成分及煤质分析资料见表1。
表1 设计煤种和校核煤种的成分与煤质比较。
近几年，由于煤炭市场紧张及电煤价格的迅速上涨，我公司实际燃用煤种挥发分低、灰分大，且煤质变化频繁。燃煤的挥发分含量降低时，煤粉气流着火温度显著升高，着火热随之增大，着火困难，达到着火所需的时间变长，燃烧稳定性降低，火焰中心上移，炉膛辐射受热面吸收的热量减少，对流受热面吸收的热量增加，尾部排烟温度升高，排烟损失增大。煤的灰分在燃烧过程中不但不会发出热量，而且还要吸收热量。灰分含量越大，发热量越低，容易导致着火困难和着火延迟，同时炉膛温度降低，煤的燃烬程度降低，造成的飞灰可燃物升高。灰分含量增大，碳粒燃烧过程中被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成燃烧不良，飞灰含碳量升高。
(2)煤粉细度。合理的煤粉细度是保证锅炉飞灰含炭量在正常范围主要因素之一,降低煤粉细度是降低飞灰可燃物的有效措施。由于磨煤机存在振动现象，导致运行中分离器转速偏低，磨辊加载不能提高，影响了煤粉细度。近期煤可磨性较差，石子煤较多，大颗粒的石子煤在研磨件之间形成支撑，导致煤粉不能被磨细。煤粉过粗，单位质量的煤粉表面积越小，加热升温、挥发分的析出着火及燃烧反应速度越慢，因而着火越缓慢，煤粉燃烬所需时间越长，飞灰可燃物含量越大，燃烧不完全;另一方面提高煤粉的均匀性,也有利于煤粉的完全燃烧,较粗的煤粉若不能很好的与空气搅拌混合,将导致着火不好,燃烧时间较长,这也是影响飞灰可燃物的主要因素。
(3)一次风速的影响。由于我公司磨煤机输粉管路直径550mm，燃烧器喷嘴直径450mm。导致了喷嘴出口处风速过高。曾对一次风速进行过计算，给煤量 30t/h(按6%水分计算),磨煤机入口一次风量为60t/h时，输粉管道内风速为19m/s，而燃烧器喷嘴处的风速为30m/s。给煤量40t/h，一次风量65t/h时，输粉管道内的风速为24.5m/s，喷嘴处的风速为41m/s。对于燃烧烟煤锅炉推荐的一次风速为25～35 m/s，对于直吹式送粉系统，一次风速宜选下限，所以通过计算表明，我公司机组一次风速偏高，一次风速过高带来的危害如下：
a)这直接导致煤粉气流的着火点偏远，着火推迟，燃烧过程缩短。既不利于稳燃，又影响了燃烬。
b)一次风中较大的煤粉颗粒获得动能过大，飞出煤粉气流，落到周围的缺氧区，影响燃烬。
c)切圆直径变小，火焰不能均匀的充满炉膛，炉膛中心烟气流速过快，缩短了煤粉的炉内停留时间。造成炉内温度分布不均匀和烟气流速不均匀。不利于稳定着火和燃烧。
d)加剧了管道和喷嘴的磨损。
(4)一、二次风配合分析。一次风速低，易造成一次风管堵塞，还可能烧坏燃烧器。一次风温高，煤粉气流达到着火点所需热量减少，着火点提前。二次风混入一次风的时间要合适。如果在着火前混入，则着火延迟;如果过迟混入，则着火后的燃烧缺氧。二次风一下子全部混入一次风对燃烧也是不利的，因为二次风的温度大大低于火焰温度，大量低温的二次风混入则会降低火焰温度，燃烧速度减慢，甚至造成熄火。二次风速一般应大于一次风速。二次风速比较高时，才能使空气与煤粉充分混合;二次风速又不能比一次风速大太多，否则会迅速吸引一次风，使混合提前，影响着火。总之，二次风混入应及时而强烈，才能使混合充分，燃烧迅速而完全。燃用低挥发分煤时，应提高一次风温，适当降低一次风速，选用较小的一次风率，这对煤粉的着火燃烧有利。燃用高挥发分煤时，一次风温应低一些，一次风速高一些，一次风率大一些。有时有意使二次风混入一次风的时间早一些，将着火点推后，以免结渣或烧坏燃烧器。
(5)磨煤机出口风粉混合物温度。我公司磨煤机出口风粉混合物温度正常运行时应控制在80℃左右，由于夏季雨天较多，加上煤质变化频繁，燃煤水分含量高，磨煤机出口温度经常在70-80℃之间摆动，有时甚至低于70℃运行，风粉混合物温度降低必将导致煤粉着火推迟，煤粉燃烬程度差，导致飞灰含碳量上升。
(6)磨煤机运行方式的改变。合理的磨煤机运行方式直接影响到炉膛温度，炉膛内的火焰集中程度，火焰中心位置，我公司#1、#2机组普遍存在再热汽温偏低的现象，为保证机组再热蒸汽参数在规定范围内运行，运行调整时改变磨煤机的运行方式，四台磨运行时，优先选用上四层制粉系统，导致炉膛火焰中心上移，在配风不合理的情况下，部分燃料未燃烬便随烟气离开炉膛，导致飞灰含碳量增加。
(7)负荷及煤种的变化。我公司#1、#2机组投产以来，AGC投入率均在95%以上，机组负荷频繁大幅度波动，由于风量跟踪调整具有滞后性，短时的煤粉过粗影响燃烧完全，涨负荷过快时，送风量跟踪不上，炉膛氧量只有1%-2%，导致煤粉短时的缺氧燃烧，同样影响燃烧的完全性。同时煤种变化又影响磨煤机的出力,碰到可磨性差的煤种时,很容易导致飞灰含碳量上升。
4 降低锅炉飞灰含碳量的方法
通过对以上列举影响飞灰含碳量种种因素的分析，我公司采取以下措施加以改善：
(1)降低风煤比。现阶段我公司选用的风煤比为2.0，这是燃烧烟煤锅炉较为合适的数值。但是我公司一次风管和喷嘴的情况，导致风粉流过燃烧器喷口的速度过快，着火点推迟。因此考虑降低磨煤机的风煤比。但是风煤比降低后，一次风速降低有导致输粉管堵塞的危险。为防止煤粉管堵粉，《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》(DL/T5145-2002),要求送粉管道介质流速 不应低于18m/s，所以在降低风煤比的同时应控制磨煤机的最低一次风量不能低于50t/h。
(2)控制合适的煤粉细度。煤粉细度降低，单个颗粒燃烬所需时间减少，同时增加了煤粉和空气的接触面，加快了燃烧速度。所以通过合理的调节制粉系统的运行方式，尽可能维持理想的煤粉细度。
(3)燃烬阶段供给充足的氧气。锅炉运行中保持足够的氧量至关重要。而我公司的氧量自动调节存在缺陷，为了设计的简便，做成送风量跟随锅炉蒸发量的模式。这样的后果就是导致了增加负荷时先加煤后加风，存在缺氧燃烧的现象。改进的方法就是在增加负荷时，手动干预风量调节，提前增加送风量。
(4)优化磨煤机运行方式。下层磨维持高出力运行，上层磨在低载方式下运行，即所谓的正宝塔式给煤。通过加大下层磨的加载力，来保证煤粉细度，由于具有足够的煤层厚度，所以下层磨不会剧烈振动。上层磨虽然煤层较薄，但是工作在轻载方式下，所以也不会振动，由于其给煤量较小，所以也可以得到较细的煤粉。这样既可以缓解磨煤机振动情况，又尽可能的维持煤粉细度。当然，这种方式是不适用于特别难磨的煤。
(5)减少过燃风的用量，在总风量不变的情况下，增加过燃风相当于减少了燃烧区域的送风，使燃烧推迟，抬高了火焰中心，所以会减弱燃烧速度。另外由于过燃风反切布置，大量送入过燃风，会将形成的燃烧切圆打散，降低了燃烧区域的温度，因而会减弱燃烧。所以运行中要尽量减少过燃风的使用。
(6)倒宝塔型配风方式。采用倒宝塔型配风可以压住火焰，不使火焰上飘，减缓了烟气的流速，延长了煤粉在炉内的停留时间。这相当于增加了煤粉的燃烧时间，对燃烬有利。
(7)火焰中心偏斜的影响。通过分析#1、#2锅炉的运行参数，怀疑其可能存在火焰中心偏斜的问题。火焰偏离炉膛中心，在炉内充满度不好，风粉掺混不理想，部分煤粉飘离燃烧区域，导致燃烧不充分。对此可以通过合理的配风辅以过燃风来加以调节。
(8)加强空预器吹灰,防止堵灰,提高传热效果,提高一、二次风温度,同时也防止由于空预器差压大而造成引风机出力不足,从而限制锅炉总风量。锅炉负压不能过高,炉膛负压适当,控制在±50 Pa之内,使煤粉在炉膛内有足够的燃烧时间。严密关闭各孔、门,保持水封正常。减小锅炉漏风。
(9)改善燃煤质量。当煤质变好时，着火迅速，反应速度快，易于燃烬。对于燃煤挥发分较高的电厂，飞灰含碳量可以很容易的控制在2%左右。所以要从源头上加以控制，尽量使用设计煤种或与设计煤种接近的煤种，以确保燃烧稳定。
5 结语
通过以上初步的分析，找到了影响我公司飞灰含碳量的主要原因是煤质变化、煤粉细度及燃烧的调整，在今后的机组运行中，工作人员应加强对入炉煤质的采样化验，及时低将煤质情况提供给运行人员，运行人员应针对当前的煤质采取合理的运行方式,及时调整,精心操作，降低锅炉的飞灰含碳量，提高机组运行经济性。
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