燃煤锅炉飞灰可燃物质量分数偏高的原因分析及对策

黄彦彰

(贵州华电桐梓发电有限公司，贵州 桐梓 563200)

1 问题的提出

在锅炉正常运行调整中，提高锅炉热效率，降低飞灰可燃物质量分数存在着很大潜力，对于现代火力发电机组而言，锅炉热效率每提高1.0%，会使整套机组的热效率提高0.3% ～0.4%。贵州某电厂技术人员就遇到了飞灰可燃物质量分数高的问题。

贵州某电厂#8锅炉系上海锅炉厂生产的SG－420/13.7－M419型超高压中间再热、单汽包、自然循环、固态排渣锅炉。配备2套热风送粉、钢球磨煤机中间储仓式制粉系统。燃用煤种为本地区低挥发分、高硫、高灰分无烟煤。#8锅炉一次风燃烧器采用美国GE公司生产的WR宽调节比直流燃烧器。整组燃烧器设计采用了具备典型“烟煤型”燃烧器结构特点的一次风、二次风间隔布置、均等配风和同心反切圆燃烧方式。

自1992年投产以来，由于燃烧器布置结构与实际燃用煤种不匹配，#8锅炉综合燃烧性能较差。主要表现为燃烧不稳、易灭火、易结焦、大焦块跌落频繁，影响#8锅炉安全经济运行。针对无烟煤着火特性和燃烧特点，贵州某电厂技术人员对燃烧系统设备结构进行了多次技术改造，扩大了燃烧器一次风钝体的扩流锥张角，增大一次风气流在钝体前端的回流区域。将一次风口边缘的周界风完全封堵，周界风对一次风对着火和稳燃有重大的影响，在二次风喷口加装束腰形导流板，使一次风、二次风间距相对增大，避免二次风过早地与煤粉气流接触，增大二次风气流与一次风气流偏流角，推迟一次风、二次风的混合和扰动;将炉膛内的卫燃带面积由原设计的180 m2增加到210 m2;将三次风从原布置在水冷套内的主燃烧器中分离出来，布置在前、后墙，三次风气流分别以305 mm(#2，#4角)和862 mm(#1，#3角)的切圆射入炉膛燃烧，喷嘴中心上移570 mm。改造后#8锅炉稳燃性能有所好转，灭火和大焦块跌落次数有所降低。改造后虽然锅炉燃烧稳定性得到了提高，但运行中飞灰质量分数一直偏高(13% ～15%)，严重影响了机组运行的经济性。测得的飞灰可燃物质量分数见表1。

表1 2002年飞灰可燃物质量分数 %

为彻底改善#8锅炉燃烧性能，降低飞灰可燃物质量分数，2000年6—8月，在#8锅炉大修中，对#8锅炉燃烧系统进行了改造，从调整运行方式、加强管理等方面对飞灰质量分数过高的问题进行了综合治理。

2 主要原因分析

2.1 一次风燃烧分析

2000年大修时，对#8锅炉燃烧器进行了改造，将一次风煤粉在炉膛内切圆燃烧直径由原来的800 mm改为600 mm，切圆减小，有利于防止一次风气流刷墙而引起结焦。当一次风气流喷入炉膛燃烧时，火焰在炉膛内形成直径为600 mm的柱状形向上旋转，一直旋转到炉膛出口，也就是说炉膛高温区是在直径为600 mm的柱状内。

2.2 三次风燃烧分析

2000年大修时，将#8锅炉三次风改为切圆燃烧，切圆#2，#4角(305 mm)和#1，#3角(862 mm)，当三次风气流喷入炉膛后，燃烧时分别以直径为305 mm和862 mm的柱状向上旋转，无法将三次风所带煤粉气流射入炉膛高温区(600 mm内)，使煤粉燃烧不完全，飞灰可燃物质量分数偏高。

2.3 三次风冷却风量较小

三次风嘴长期处于高温环境，烧损、变形严重，使三次风风粉混合物进入炉膛偏离设计流向并出现摩擦水冷壁墙的现象，既腐蚀、磨损水冷壁管，又使三次风所带煤粉燃烧不完全，这是造成飞灰可燃物质量分数偏高的主要原因。

2.4 运行参数控制不当

在运行过程当中，由于对烟气含氧量、煤粉细度、磨煤机出口温度等参数的控制不当，容易造成飞灰可燃物质量分数升高，因此，这些因素也是不容忽视的。

2.5 煤质变化大

煤质变化(如挥发分降低、灰分增加、发热量降低等)以及运行上未能及时调整，是导致飞灰可燃物质量分数升高的主要原因。

3 综合治理措施

针对#8锅炉运行中飞灰可燃物质量分数偏高的问题，贵州某电厂技术人员制订了切实可行的设备改造方案和综合治理措施并予以了实施。

3.1 #1，#3角三次风喷嘴的改造

2004年5月，#8锅炉大修时，将#1，#3角三次风喷嘴角度改为对冲布置，使三次风气流直接射入炉内高温区完全燃烧。改造完成之后飞灰可燃物质量分数有了明显的降低，测试数据见表2。

表2 2004年飞灰可燃物质量分数 %

从表2可以看出，飞灰可燃物质量分数从原来的13.0% ～15.0%下降到 7.8% ～8.8%。

3.2 相关燃烧器的深入改造

虽然#1，#3角改造取得了成功，但飞灰可燃物质量分数还是偏高，为此，经过多次现场燃烧工况试验并对制粉系统运行方式进行调整，对三次风带粉情况进行飞灰测试，停炉后发现三次风火嘴烧损严重。经过多次试验和分析，该电厂技术人员一致认为，飞灰可燃物质量分数偏高是由三次风所带煤粉燃烧不完全造成的。借鉴#1，#3角改造成功经验，2005年10月对三次风火嘴再次进行了改造。

(1)将#2，#4三次风火嘴角度由53°改为48°，使四角形成对冲燃烧，改变原来的切圆燃烧，使三次风气流直接射入炉内高温区完全燃烧。

(2)将四角三次风喷嘴封口由490 mm改为390 mm，提高三次风风速，增加气流刚性，使三次风气流直插炉内高温区。

(3)在四角三次风背火侧水冷壁管上敷设卫燃带，面积为10.0m2(每墙2.5m2)，这样，有利于提高背火侧温度，便于背火侧三次风所带煤粉易于着火并燃尽。

(4)增加四角三次风冷却风量，从二次风总门前加装1根ø 325 mm的管子直通到三次风火嘴内，便于三次风停用时开启该风管冷却三次风火嘴。三次风投运时关闭该风管，避免三次风火嘴烧损、变形，防止气流偏斜影响燃烧。

3.3 其他综合治理的措施

根据上面的分析结果，结合该厂送、引风机及磨煤机的裕度现状，采取以下降低飞灰、炉渣可燃物质量分数的应对措施。

(1)提高对飞灰可燃物的重视程度，加大考核力度，采用评优竞赛等方法，注入一定的奖励资金，调动有关人员的积极性。

(2)避免锅炉超出力运行，避免只顾眼前利益而致使飞灰可燃物高排放的短期行为。

(3)加大对锅炉治理的投入，提高设备的健康水平，将煤粉细度控制在经济细度范围内。运行人员根据磨煤出力，可适当降低磨煤机风量。煤粉细度、风量和煤量关系如下:在同一煤量下，风量越大，细度越大;在同一风量下，煤量越大，细度越大。在调整磨煤机风量时，若有必要，由专工对粗、细粉分离器的挡板开度进行调整。

(4)稳定、可靠地向锅炉供给设计煤种，加强混煤管理，购煤时加大“煤质三块”、挥发分、灰分、发热量的管理力度，尽量使挥发分、发热量的变化控制在一定的范围内。

(5)运行人员应根据煤质变化情况调整配风方式，控制氧量值在4% ～6%，其基本原则是:对灰分大的煤，将氧量值设定得大一点，以保证煤粉燃烧完全。

4 综合治理效果分析

在完成了上述综合治理之后，经过多次现场燃烧工况试验并对制粉系统三次风带粉情况进行测试，测试数据见表3。

表3 2005年11月飞灰可燃物质量分数 %

由表3可知，三次风火嘴改造后飞灰可燃物质量分数由原来的7.8% ～8.8%下降至3.0% ～4.0%。

5 经济性评估

通过采取三次风喷嘴角度改进和增加卫燃带等一系列综合治理措施，飞灰可燃物由原来的13%～15%下降至3% ～4%，经济效益明显提高。

#8机组全年发电量按900 GW·h计算，飞灰每降低1% 则发电标煤耗就下降1.732 g/(kW·h)(该数据由西安热工研究院有限公司对125 MW机组影响煤耗的因素计算所得)。

全年节约标煤量 =9×108×1.732(13.5－4.5)×10－6=14029(t)。

每吨标煤按600元计算，全年共节约发电成本为14029×600×10－4=841.8(万元)。

6 结论

由本文第5章节的经济性评估中可以看出，对于此次飞灰可燃物质量分数高的治理是比较成功的。同时也看到，在飞灰可燃物的治理方面还有着巨大的潜力，这需要技术人员、运行人员和管理人员积极探索、勇于实践，共同努力完成挖潜增效工作。

［1］冯俊凯，沈幼庭.锅炉原理及计算［M］.2版.北京:科学出版社，1992.

［2］林宗虎，徐通模.实用锅炉手册［M］.北京:化学工业出版社，1999.

［3］中国电力企业联合会.新型煤粉燃烧器在我国火电厂中的应用［R］.北京:中国电力企业联合会，1989.

［4］容銮恩，袁镇福，刘志敏，等.电站锅炉原理［M］.北京:中国电力出版社，1997.

［5］巩汉强，刘兆俊，张乃良，等.1025 t/h锅炉飞灰可燃物含量高的原因分析及改进［J］.华电技术，2010，32(3):4－6.

［6］王滨，李德文，赵毓胜.670 MW锅炉飞灰可燃物的控制及运行调整方法［J］.华电技术，2010，32(11):5 －6.