1000MW机组锅炉飞灰含碳量偏高原因分析及对策

李江宁

(铜山华润电力有限公司,江苏 徐州)

1000MW机组锅炉飞灰含碳量偏高原因分析及对策

李江宁

(铜山华润电力有限公司,江苏 徐州)

在燃煤电厂中,由于各方面原因导致燃煤的不完全燃烧,使得锅炉的飞灰含碳量增加,不完全燃烧损失增大,进而使锅炉效率降低,发电煤耗上升,发电成本增加.本文通过深入研究飞灰含碳量的影响因素,制定了一系列的应对策略,不仅提升了锅炉的运行效率,还降低了燃煤的消耗,从而有效的节省了成本的投入,为锅炉高效运行提供了依据.

飞灰含碳量;原因分析;对策

1 概述

燃煤电厂锅炉的运行效率主要取决于锅炉飞灰的含碳量,当锅炉工作时必须要将飞灰含碳量控制在一定范围内,才能保证其功效性、经济性和节能性.我司两台1000MW机组锅炉2016年1~4月飞灰含碳量达到了2.5%且有继续上升趋势,亟需寻求飞灰含碳量升高的根本原因,进行有效控制.

2 设备概述

铜山华润电力有限公司为2X1000MW燃煤机组,锅炉型SG-3044/27.46-M535,超超临界参数、直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、切圆燃烧方式塔式锅炉,整个设备选自芬兰奥林(Oilon)集团Ecopower燃烧系统;锅炉出口蒸汽参数为27.46MPa(a)/605/603℃,其汽轮机进口参数为26.25MPa(a)/600/600℃.而汽轮机阀门全开功率的锅炉最大连续蒸发量为每小时3044吨.主蒸汽、再热蒸汽的相关指标要符合的汽轮机参数设置,使得锅炉最大连续蒸发量能够契合汽轮机阀门全开功率.本锅炉燃用徐州混煤和晋东南贫煤,前者为设计煤种,后者为校核煤种;设计煤种为贫煤,校核煤种为烟煤.

3 飞灰含碳量高的危害及现状分析

当飞灰含碳量较高时,锅炉效率降低,机组发电煤耗升高,生产成本上升;不仅大大降低了燃煤的利用率,还使得锅炉进口附近部位的连接设备温度升高,导致爆管等突发事故;当飞灰含碳量升高时,锅炉内部因化学反应生成一些有害气体,使得锅炉附近连接管道会受到有害气体的腐蚀,而且在此种情况下,炉内的灰熔点会不断降低,从而形成污垢凝结在附近的管道壁中;然而飞灰含碳量一旦升高,还需要长时间的电除尘来缓解,这样不仅消耗了大量的电能,还使得日常的工作效率所有降低,况且排出的烟灰也会影响到城市的环境;飞灰含碳量过高还会提升粉煤灰烧失量,降低了粉煤灰的利用率.由此可见飞灰含碳量程度影响着电厂的安全性,一旦飞灰含碳量超标就会出现故障,从而造成巨大的经济损失.所以控制飞灰可燃物含量至关重要,强化锅炉的燃烧效率,保障设备正常运行,从而实现现代化节约型发电,这对于整个行业来说具有积极的现实意义.2015年铜山项目飞灰含碳量平均值为2.1%,2016年1至4月铜山项目飞灰含碳量达到了2.5%且有继续上升趋势,按照飞灰含碳量每变化1%约影响煤耗约1.25g/kW.h计算,已经严重影响机组经济性.如图1所示.

图1 飞灰可燃物变化趋势

4 锅炉飞灰含碳量高的原因分析及调整策略

通过梳理发电厂的生产流程得出影响飞灰含碳量的主要因素有:燃料的品质、锅炉负荷、煤粉细度、炉内氧量、二次风配风方式、磨煤机出力、炉内空气动力场等.

4.1 燃料的品质对飞灰含碳量的影响及调整策略

铜山公司注册矿点多达100余家,入炉煤质经常偏离设计煤种,使得煤粉在锅炉内无法完全燃烧,导致飞灰含碳量偏高.当燃煤有机质的热分解物被充分挥发时燃烧效果最好,这时的燃煤利用率最高.由于煤炭中的成分复杂,还有大量有机杂质和不可燃烧气体,所以只要燃煤中的不易燃烧物质挥发分升高,燃煤中的固定碳含量就会减少,这样煤炭就更容易充分燃烧.而且燃煤中水分含量也会阻碍锅炉的正常运行.当水分含量过多时,就会提高煤炭燃烧时所需的热量,而且排放的热能也会降低,拖延了煤炭燃烧的时间,而且燃煤中的水分会使得锅炉内部的温度降低,使得煤炭燃烧不彻底,继而提升了飞灰的含碳量.再者燃煤中灰分含量也很大的影响煤炭燃烧的情况,灰分含量多会减低热能的排放量,而且炭杂外面附着一层灰分,阻隔了燃烧物与氧气的结合,导致煤炭不能更好地燃烧,且燃烧不稳定,大大提升了飞灰含碳量.下图2为2015年和2016年铜山公司入厂煤质比例.

图2 铜山公司入厂煤质对比

铜山项目现有注册煤碳矿点多达100余家,煤质复杂、劣质煤占比大,煤场合理规划压力很大,利用数字煤场技术对煤场重新进行规划,通过多煤种燃烧试验后结果的数据分析对掺配煤质进行要求,使煤质掺配需达到低位发热量5000~5300kcal/kg,挥发分23~28%,空干基灰分≯20%.另外,加仓时,低挥发煤种可掺配加入下两磨,增加煤粉在炉膛内燃烧时间,达到完全燃烧的目的;高挥发煤种可掺配加入上三层磨,为不完全燃烧的煤粉二次燃烧提供条件,达到整体完全燃烧的目的.整体加仓按热值排序为A>B>C>D>E>F;按照挥发分排序为A

4.2 煤粉细度对飞灰含碳量的影响及应对措施

当煤粉颗粒越细,煤粉挥发分的效果就越好,单位面积接触氧气的程度就越高,也就越容易燃烧,不仅着火速度快,而且火苗旺盛,燃烧较为彻底.而且精细的煤粉加热升温后,需要燃烧的时间更少,只有充分的燃烧才能减少飞灰含碳量.但相反的若煤粉加工的太细小,就会提升制粉系统的电能耗损,加大了电厂的用电量,所以在实际的煤粉研磨过程中还要慎重选择煤粉细度,最好在保证燃烧效率的前提下,最经济.通过收集以往数据资料进行分离器转速与飞灰含碳量直接的回归分析得出,分离器转速将会直接影响到飞灰含碳量的数值,在煤种、负荷、氧量等参数不变的情况下,分离器转速越高,飞灰含碳量越低.为了确定分离器转速的最佳值,通过煤粉细度试验来找寻煤粉细度R90的最佳范围.通过煤粉细度试验得出磨煤机分离器转速为210r/min,R90为20%以下时经济性最佳.

4.3 炉内氧量对飞灰含碳量的影响及调整策略

若炉内氧量较低,则煤粉在缺氧条件下燃烧,煤粉的燃尽度较差,造成炉膛出口的飞灰含碳量升高;当炉内氧量充裕,符合煤粉完全燃烧所需要的氧量值,炉膛出口的飞灰含碳量逐渐降低.但氧量的增加不是无休止的,通过试验可以证明当达到一定的氧量以后,继续增加炉内氧量,飞灰含碳量数值基本不会变化.但当继续增加炉内氧量时,排烟温度会有所上升,损失在逐步升高,送、引风机电耗上升,机组生产厂用电率升高.所以,需要寻求一个最佳氧量,符合锅炉的最佳燃烧效率.

4.4 一、二风量及二次风挡板配风方式对飞灰含碳量的调整策略

在 煤粉燃烧之前,若对一次风还未使用完毕就进行一次风的混用,那么会不利于燃煤着火,特别对于挥发分低的燃煤更加不利,由于二次风的混入提升了一次风率,提高的着火热量,延迟了着火时间;若二次风混入较慢,使得煤粉燃烧后得不到充足的氧气供给,促使炉内燃烧不从分,使得飞灰含碳量升高,所以合理的调整二次风量及其挡板开度是非常有必要的.为避免节流损失,维持各台运行磨的热风调门开度在80%~90%之间时进行各负荷、各煤量区间的一次风压及风量试验和二次风配风试验,得出最佳经济区间.

4.5 燃烧方式对飞灰含碳量的影响及调整策略

燃烧器摆角决定了炉内火焰中心的位置,当燃烧器向下摆动时,相应的炉膛火焰中心将向下移动,煤粉在炉膛中的燃烧时间将延长,从而使得煤粉有机会完全燃烧,飞灰含碳量降低;当燃烧器上摆时,会促使火焰中心向上转移,继而大大减少煤炭在锅炉内燃烧需要的时间,使得煤粉不能够燃烧殆尽,使飞灰含碳量升高.所以,对于燃烧器摆动进行有效的利用方式就是确保锅炉再热器汽温达标的基础上保持下摆,增加煤粉在炉内的燃烧时间,降低飞灰含碳量.磨组运行方式会对煤粉的燃烧时间产生一定的影响,从而决定着煤炭的燃烧率.当磨煤机运行时,要将增加煤粉在炉内的停留时间,使得燃烧物能够彻底耗尽为止,只有这样才会降低飞灰含碳量.

5 运行节能效果分析

通过在燃料的性质、煤粉细度、过量空气系数、一二次风配风方式、燃烧方式等方面进行全面分析和有效调整后,铜山项目#5、#6炉平均飞灰含碳量由调整前的2.5%降至调整后的1.8%,降低发电煤耗0.875g/kW.h,全年节约标煤约10500吨,取得直接经济受益645.02万元.通过对此种调整策略的实施取得了显著的成果,由此证实整套应对策略的有效性.

[1]孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法,北京:中国电力出版社,2002.

TM621.2

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1671-0711(2017)11(上)-0082-02