浅谈350 MW 机组混煤燃烧技术

戴新枝

国能九江发电有限公司

0 前言

混煤是将不同种类、不同性质的煤按一定的比例掺配加工而成的混合煤。它虽然具有掺配单煤的某些特征，但其综合性能有所改变。基本原理就是利用各种煤在性质上的差异，通过混合实现取长补短，发挥各掺配煤种优点，达到综合性能最佳［1］，通过优质煤和劣质煤的混合提高劣质煤利用率，降低燃料成本；通过高硫煤和低硫煤掺配，可降低SO2排量。在配煤过程中，添加适当的高温固硫剂可大大减少SO2排量，减少环境污染。

1 混煤煤质的约束条件

1）挥发分是评价配煤的首要条件［2］，是衡量燃煤着火难易程度的重要指标，挥发分的含量对燃烧过程的发生和发展有很大的影响。燃料燃烧时，挥发分首先析出与空气混合并着火，对燃烧过程的初级阶段具有特殊意义，挥发分越高越容易着火，燃烧过程越稳定，因此入炉煤挥发分不能低于维持低负荷燃烧稳定性和经济性的下限，也不能高于防止燃烧器喷口烧坏或煤粉自燃的上限值。九江公司锅炉适宜挥发分为12%～15%，低于12%就要采取稳燃措施或重新配煤，高于15%就要采取降低磨煤机出口煤粉温度。因此混配煤时，挥发分有两个约束条件即

2）发热量是表征煤质的综合性指标［2］，是燃煤最重要的性能指标，它决定煤的价值也是进行热力计算不可缺少的参数。发热量分高位和低位，高位发热量是指1 kg燃料完全燃烧时放出的全部热量；低位发热量是指从高位发热量中扣除燃烧过程中氢燃烧产生的水和燃料自带的水分气化的吸热量，因为这个热量锅炉收不回来，所以热力计算常用低位发热量。各种煤的低位发热量差别大，燃烧发热量低的煤，煤量消耗大，机械不完全燃烧损失大，制粉单耗增加，灰渣增加，甚至锅炉燃烧不稳，机组出力受限，因此发热量有一个最低限值即。

3）灰分是煤中的主要杂质［2］，是燃料完全燃烧后形成的固体残留物的总称。各种煤的灰分含量差别很大，少的只有10%左右，多的可达50%，各种煤的灰分差别大也导致发热量差别大。煤中灰分含量增加，火焰传播速度减缓，着火推迟，燃烧稳定性差，焦炭燃尽程度差，灰渣物理热损失增加，受热面污染和磨损增加，因此灰分有一个最高限值。

4）水分是煤中的杂质［2］，分表面水分和固有水分，各种煤的水分含量差别很大，最少的仅2%左右，最多的可达50%～60%。水分增加，煤的发热量有一部分将消耗在水分蒸发和过热上，使炉膛温度降低，导致燃烧稳定性差，减少煤粉的燃尽程度，降低锅炉效率，同时还会引起输煤设备堵塞，因此水分有一个最高限值即

5）硫是煤中的有害元素［2］，虽然在燃烧时可放出一定的热量，但其燃烧产物是SO2和SO3气体，这种气体和水蒸气结合生成亚硫酸或硫酸蒸汽，当烟气流经低于其露点的金属受热面，硫酸蒸汽便在其表面凝结造成腐蚀。含硫过高会引起受热面腐蚀和堵灰，还会使烟气的排放达不到环保要求，因此硫分有个最高限值即

6）灰的熔融特性是表征煤结渣性能的指标［2］，灰的熔融特性用DT/ST/FT 表示，DT 是变形温度、ST 是软化温度、FT 是熔化温度，用它们可判断煤在燃烧过程中结渣的可能性，各种煤的灰熔融特性温度一般在1 100～1 600 ℃之间。凡ST 大于1 400 ℃的煤称为难熔灰分的煤，ST=1 200～1 400 ℃的煤称为中熔灰分的煤，ST 小于1 200 ℃称为易熔灰分的煤，混煤的灰熔点不是单煤熔点的简单线性函数关系，混合后煤灰熔点可能降低很多，导致锅炉大量结焦影响锅炉的安全运行，因此应对混煤灰熔点进行测量分析，判断其适应性。

7）为保证机组的安全经济运行，表1 为掺配混煤各参数允许范围［3］。

表1 火电厂燃煤允许变化范围

2 混煤的燃烧特性及变化规律

1）煤的灰分、硫分和水分均具有较好的直线可加性［3］，在进行配煤方案计算时，按各单煤的配比对其进行加权平均计算不会产生过大的误差，因此这三种指标可以按其重量进行加权平均计算。

2）煤的发热量和挥发分也具有较好的直线可加性［3］。但实践表明，配煤的实测发热量高于公式计算值，其增加的值随发热量的降低而增大，在相同条件下，可以提高燃烬度，具有节能效果。配煤的实测挥发分低于公式计算值挥发分的煤种占比越大，混煤的实际挥发分减少越多。

3）煤的着火性。煤的固定碳与挥发分的比值（FC/Vad）称为燃料比［1］，它是判断煤的燃烧性的指标，燃料比越小，说明煤的固定碳含量越低，煤的着火越容易，燃烧性好，一般认为FC/Vad＜4.0，着火性能好，FC/Vad大于9.0 难燃。混煤种的易燃煤总是在较低温度下着火［3］，并对难燃煤的点燃有推动作用，所以混煤的着火温度一般低于各煤种按比例加权平均的数据，即偏向于易燃煤方向。表2 为一种无烟煤和一种烟煤的基本煤质参数，图1 为这两种煤掺烧后的着火温度TT（TPRI 煤粉气流着火温度测值）的变化趋势。

表2 无烟煤与烟煤的基本煤质参数

图1 烟煤中掺烧无烟煤着火温度的变化趋势

4）煤的燃烬性能［3］。在燃烬性能方面，由于混煤中的易燃煤“抢风”，使难燃煤在较低氧分压下燃烧，燃烧条件恶化，出现不易燃烬的现象，从而使混煤燃烬性能急剧下降。在某一比例下燃烬率低于各煤种按比例的加权平均值，即燃烧效果偏向于难燃煤种方向，图2 为烟煤中掺烧无烟煤燃尽率的变化趋势。

图2 烟煤中掺烧无烟煤尽率的变化趋势

5）煤的结焦性能［3］。试验表明，配煤后的灰熔融性温度与单煤并不呈线性关系，因为不同品种煤所含矿物质各不相同，在高温下发生复杂的物化反应，形成各种复杂的氧化物，导致灰熔融温度成非直线变化。混煤的结渣性能除与燃烧性能有一定关系外，还主要取决于煤种各自的灰特性。通常还可能出现混煤的灰熔点ST 低于所有单一煤种的现象，如高CaO 的煤种，除于本身煤灰中的Fe2O3形成共熔体外，在与高铁煤掺烧时还有多余的CaO 与掺烧煤的Fe2O3形成共熔体，从而在一定比例下出现结渣加剧的现象。

3 燃烧混煤可能出现的问题及应对措施

3.1 受热面积灰、结渣的预防及应对措施

3.1.1 积灰、结渣的机理［1］

“积灰”是指温度低于灰熔点时灰沉积在受热面上的积聚，多发生在锅炉对流受热面上。“结渣”是指在受热面上熔化了的沉积物的积聚，这与各种力作用而迁移到壁面上某些灰粒的成分、熔融温度、黏度及壁面温度有关，多发生在炉内辐射受热面上。喷入炉膛的煤粉在0.03～0.05 s 的时间内即被加热到1 600 ℃或更高温度。在很高的温升速度下，灰中矿物质的蒸发、分解、氧化、挥发以至熔融成结晶体的过程几乎同时进行。一般认为，煤粉炉内，传过炉膛火焰的全部灰粒都是被液化的，在表面张力的作用下收缩成球形，黏度约为10～100 pa·s。一般10%颗粒（主要由黄铁矿残留物组成）在1 300 ℃下熔化，大部分不规则颗粒在1 300～1 480 ℃下熔化，5%颗粒（主要由石英组成）在1 480 ℃以上才开始熔化。如果处于熔融或半熔融状态的灰到达受热面前未足够冷却成凝固状态，则很容易黏附在受烟气（火焰）冲刷的受热面或炉墙上形成结渣。炉内积灰、结焦后使炉内传热热阻增加、吸热量减少、炉膛出口温度升高、减温水量增加、锅炉效率降低。对流受热面严重积灰可能使传热降低30%～50%，排烟温度及烟道阻力大幅升高，影响锅炉的安全经济运行。

3.1.2 积灰结渣的预防［1］

实验表明，炉膛出口烟气温度升高50 ℃结焦速率上升5 倍，积灰结渣的预防首先要控制炉膛出口烟气温度。九江公司350 MW 机组锅炉在炉膛出口布置有屏式过热器，为防止结焦控制屏后烟温不超过（DT-50）℃或（ST-150）℃，屏前烟温对于弱结渣性煤应小于1 250 ℃，对于强结渣性煤应小于1 100 ℃，对于一般结渣性煤应小于1 200 ℃。研究表明，炉内温度提高，受热面的结渣会呈指数规律上升，对易结渣煤要严格控制运行温度，可采取加大运行过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原性气氛，防止一次风直接冲刷壁面等，必要时降负荷运行。

3.1.3 积灰、结渣的判断及应对措施［1］

在机组运行中，当发现各段受热面烟温不正常上升、减温水量增加、金属壁温上升、各部温差增大时说明结焦较多。监盘人员应加强配风，保证空气和燃料的良好混合，保持合适氧量防止受热面附件出现还原性气氛导致熔点较高的Fe2O3还原为熔点较低的FeO。其次，监盘人员应了解入炉煤种有无明显变化，判断炉膛热负荷及各台磨煤机负荷分配是否合理，就地检查炉底漏风情况，必要时重新化验煤质进行相关实验。及时吹灰可防止受热面结焦恶性循坏，降低排烟温度，减少减温水量，避免受热面金属超温爆管。实践证明，对受热面进行一次全面吹灰可使省煤器出口温度下降20～30 ℃，排烟温度下降15～25 ℃，提高锅炉效率1%～1.5%。三期每台炉均有36 个吹灰器，左侧为双数右侧为单数，因此左侧烟温高吹双数吹灰器，反之吹单数吹灰器。近期5#炉左侧烟温经常高于右侧烟温较多，应采取双数多吹单数少吹效果良好。根据经验得知，吹灰后受热面维持清洁的时间一般为5～6 h，因此要根据负荷趋势选择吹灰时间段，为防止受热面二次污染最好从前往后吹。吹灰时机组负荷应大于245 MW，同一区域两个吹灰器不能同时启动，避免对燃烧造成不利影响。吹灰时运行值班员和吹灰器维护人员应现场值守，检查吹灰蒸汽压力在合理范围，吹灰器及时退出无内漏。吹灰器蒸汽压力过高、蒸汽带水、频繁吹灰可能导致受热面吹损，运行人员应加强就地巡检，综合引风机电流、蒸汽流量、减温水量等参数分析判断是否有四管泄漏。

当受热面大面积结焦严重影响机组的安全经济运行时，应及时采取降负荷除焦、停炉人工除焦等措施，同时做好入炉煤质分析，从源头上杜绝结焦。

3.2 挥发分变化对磨煤机出口煤粉温度的影响

两种燃烧性能差异很大的煤种掺烧，要考虑燃烧稳定性和喷口安全性问题。如在烟煤锅炉中掺烧贫煤、无烟煤时要考虑燃烧稳定性，而掺烧褐煤则主要考虑喷口及炉内结渣等安全问题。实际运行中磨煤机出口煤粉温度选择要确保燃烧稳定、锅炉效率高、喷口不烧坏、受热面不结渣、制粉系统不堵管、不爆炸。表3 是九江公司350 MW 机组根据混煤挥发分选择的磨煤机出口煤粉。

表3 挥发分与磨煤机出口煤粉温度对照表

磨煤机出口煤粉温度下降，排烟温度必然上升，一般出口煤粉温度降低10℃，排烟温度上升3～6 ℃。

3.3 烟气温度上升对脱硫及脱硝设备的影响

1）受热面结焦、负荷上升、磨煤机出口煤粉温度下降、底渣系统人孔门误开、空预器积灰等都会造成省煤器出口烟气温度或空预器出口温度上升。

当脱硝入口烟温（省煤器出口烟温）达425 ℃时，脱硝设备跳闸影响NO2的排放，这是环保要求不允许的，运行中要考虑测点偏差和温度上升惯性，因此加负荷要缓慢均匀，氧量控制合适，尽量提高主汽压，提醒监盘人员注意脱硝入口烟温变化。

2）当脱硫入口烟温（空预器出口烟温）达160 ℃时，脱硫系统事故喷淋动作；当脱硫入口烟温（空预器出口烟温）达180 ℃时，脱硫系统跳闸，延时10 s 锅炉MFT 动作机组停运。当空预器出口烟温偏高而省煤器出口烟温不高时，可适当增加送风量（5#炉短时关闭停运A 磨的冷风门，为降低燃烧器喷口温度此门常保持一定开度）烟气放热增加烟温下降；当空预器积灰导致出口烟温高时，启动空预器吹灰，但要注意吹灰时出口烟温会短时升高几度（最好将烟温降至150 ℃以下开始吹）。当省煤器出口烟气温度高时，应适当减少磨煤机出力、降低氧量控制烟温上升速度。350 MW 机组投AGC时，加负荷时压力跟踪缓慢，可短时解除AGC（燃烧不变）缓慢关小汽机调门提高汽压，提高带负荷能力（汽压提高1 MPA,负荷上升大约0.5 MW）

4 排渣量大幅增加的措施

近三期5/6#炉排渣量大量增加给运行、检修人员及底渣系统设备带来考验。监盘人员发现掉渣要及时挤渣，挤渣的技巧包括单门推、双门挤、四门挤等，刚掉落的热渣（偏红色）不宜立即挤，最好待渣块变成黑色再挤。挤渣操作时要派人就地检查关断门动力油系统，发现漏点要暂停挤渣消漏。集控室通过摄像头了解渣斗挂渣有一定的局限性，因此要定期派人到现场通过观察孔检查渣斗壁是否挂渣，用测温枪对渣斗测温判断是否局部挂渣，发现渣斗壁挂渣要及时通知检修人员打渣。打渣时要注意人员安全，注意观察燃烧情况及排烟温度上升趋势。

5 结束语

锅炉是根据给定的煤种设计制造的。设计煤种不同，锅炉的炉型、结构、燃烧器及燃烧系统的形成也不同，当实际燃用煤种与设计煤种差别明显时，会给锅炉设备的安全经济运行带来各种各样的问题，如何掺配出经济适用的煤种，如何烧好入炉混煤，如何提高经济性，如何减少设备故障，如何延长设备寿命等，都是我们今后要努力的方向。