通過燃燒調(diào)整降低飛灰含碳量

1、試驗研究通過燃燒調(diào)整降低飛灰含碳量霍衛(wèi)民1,梅東升1,常晨3(1.北京京能熱電股份有限公司,北京100041;2.華北電力科學(xué)研究院有限責任公司,100045摘要:京能熱電3、4號鍋爐飛灰含碳量高,嚴重影響鍋爐的效率,經(jīng)過對鍋爐進行燃燒調(diào)整,諸如:調(diào)整煤粉細度和燃燒配風及減少鍋爐漏風,明顯地降低了飛灰含碳量,改善了鍋爐的效率和經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞:燃燒調(diào)整;降低飛灰含碳量;改善鍋爐效率中圖分類號:T M621.2文獻標識碼:A 文章編號:100329171(20090420001205Reduc i n g Carbon Con ten t i n Fly Ash by Co m busti on

2、Adjust m en t Huo W ei 2m in 1,Mei Dong 2sheng 1,Chang chen2(1.Beijing Jingneng Ther mal Power Co .L td .,Beijing 100041,China;2.North China Electric Power Research Institute Co .L td .,Beijing 100045,China Abstract:H igh carbon content in the fly ash at boilers 3and 4in Beijing J ingneng Ther mal P

3、ower Co .L td influenced seri ously the efficiency of boiler,through the combusti on adjust ment t o the boilers,such as the adjust ment of the pul 2verized coal fineness and co mbusti on 2oriented air distribution system,and reducing air leakage at boiler,the coal contained in fly ash is obviously

4、reduced in result t o i mp r oving the efficiency and economy of boiler .Key words:combustion adjust ment;reducing carbon contained in fly ash;i mp r oving efficiency of boiler0引言北京京能熱電股份有限公司(下稱京能熱電近年來通過有針對性的治理,機組安全可靠性已穩(wěn)步提高,隨著“節(jié)能降耗”工作的深入,各項經(jīng)濟指標的優(yōu)化已經(jīng)成為日常工作的重點。眾所周知,飛灰含碳量的大小是影響鍋爐熱效率的一個重要因素,燃燒調(diào)整是提高煤粉的燃盡

5、程度,降低飛灰含碳量的有效手段。2008年2月京能熱電2、4號爐相繼出現(xiàn)了飛灰含碳量偏高的問題,按照鍋爐飛灰含碳量月報表的統(tǒng)計數(shù)據(jù),2月份2號爐飛灰含碳量平均值達到2.59%,單日最高值達到過3.7%,4號爐月平均值達到2.98%,單日最高值達到4.6%。經(jīng)過分析認為煤粉在爐內(nèi)的燃燒存在一定問題,于是對4號爐進行了有針對性的燃燒調(diào)整。經(jīng)過調(diào)整,燃燒得到了顯著的改善,飛灰含碳量大幅度下降,鍋爐效率提高了1%以上。1鍋爐設(shè)備情況111鍋爐主要設(shè)計參數(shù)京能熱電4臺200MW 供熱機組所配鍋爐由哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn),型號為HG670/140-13,為超高壓、中間再熱、單汽包自然循環(huán)、單爐膛、負壓燃燒、固態(tài)

6、排渣煤粉爐。鍋爐燃用煙煤,燃燒器四角布置,配中速磨煤機、直吹式制粉系統(tǒng)5套。鍋爐設(shè)計主要參數(shù)見表1。表1鍋爐設(shè)計主要參數(shù)項目參數(shù)額定蒸發(fā)量/(t h -1670汽包工作壓力/MPa 15.88過熱蒸汽壓力/MPa 13.73過熱蒸汽溫度/540再熱蒸汽流量/(t h -1579.3再熱蒸汽壓力入口/出口/MPa 2.50/2.29再熱蒸汽溫度入口/出口/314/540給水壓力/MPa 17.64給水溫度/249.4排煙溫度/142112鍋爐燃煤情況鍋爐設(shè)計及實際燃煤煤質(zhì)情況見表2。鍋爐設(shè)計煤種為山西大同小峪煤和混合煙煤,發(fā)熱量近20MJ /kg,實際燃煤的發(fā)熱量變化較大。從近期的燃煤數(shù)據(jù)看,煤

7、的發(fā)熱量與設(shè)計煤種相比,要低10%以上。表2燃料特性收到基揮發(fā)分Var/%25.34干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf/%收到基低位發(fā)熱量Qnet.ar/(MJkg-1每臺鍋爐配有5臺ZG M95G型中速磨煤機和20只煤粉燃燒器,燃燒器分5層布置,磨煤機主要設(shè)計參數(shù)見表3。鍋爐燃用設(shè)計煤種時,在BMCR工況下的燃煤量為103t/h,按設(shè)計3臺磨運行即可滿足出力需要。但由于實際燃煤煤質(zhì)較差,導(dǎo)致單臺磨煤機的實際出力低于設(shè)計值較多,機組額定負荷時常需投運4臺磨煤機,燃煤量約110130t/h,煤粉細度R90為25%30%。表3磨煤機主要數(shù)據(jù)匯總表名稱數(shù)據(jù)磨煤機(型號ZG M95G入口一次風量/(kgs-11

8、6.75通風阻力/kPa 6.38磨前靜壓/kPa9.81磨煤機電耗量/(k W ht-1510原煤發(fā)熱量/(MJkg-11631表面水分/%<18可燃質(zhì)揮發(fā)份/%1640原煤顆粒/mm<40磨輥加載力/kN110150 2鍋爐燃燒調(diào)整試驗情況211一次風量和風速的調(diào)整對不同的煤質(zhì),為使煤粉燃燒完全,需要控制不同的一次風量,而煤粉細度的大小與入磨風量有一定關(guān)系,因此燃煤煤質(zhì)發(fā)生變化后,必須對一次風量做出相應(yīng)的調(diào)整,使進入鍋爐的煤粉細度符合燃燒要求。另外進入磨煤機的一次風量的大小還取決于燃燒所需的風煤比(即一次風與煤的質(zhì)量比,對于不同的煤質(zhì),需要控制不同的風煤比。一次風量對煤粉氣流著

9、火速度和著火穩(wěn)定性有很大影響。一次風量越大,煤粉氣流加熱至著火溫度所需吸收的熱量就越多(即著火熱越大,著火速度也就相對越慢,煤粉氣流著火點距離燃燒器出口就越遠。一次風量過高,會導(dǎo)致煤粉在爐內(nèi)的有效燃燒時間減少,導(dǎo)致燃燒不完全,飛灰含碳量增大。顯然,這時爐膛出口煙溫也會升高,有可能引起爐膛出口的受熱面結(jié)渣,以及過熱器或再熱器超溫等一系列問題,嚴重影響鍋爐安全、經(jīng)濟運行。對于不同的燃料,由于它們的著火特性差別較大,所需的一次風量也就不同。煤質(zhì)變差時,為滿足著火和燃盡的需要,應(yīng)盡可能使用較低的一次風量,但一次風量過低,會導(dǎo)致煤粉在一次風管內(nèi)發(fā)生沉積,造成一次風管堵塞事故。因此對一次風量控制的要求是,

10、既不能控制得太高以滿足煤粉著火需要,又不能控制過低以滿足向鍋爐輸送煤粉的需要。按照上述原理,首先對磨煤機入口一次風量以及煤粉細度進行了調(diào)整。試驗時根據(jù)煤質(zhì)情況進行了一次風量調(diào)整試驗,在保證磨煤機出力達到額定值時,盡可能降低磨煤機入口的一次風量,并保證不出現(xiàn)磨煤機滿煤、輸粉管堵塞的情況。觀察磨煤機石子煤數(shù)量及熱值,石子煤的可燃物含量控制在18%以下,以保證排出的煤渣中不能有過多的原煤,。在磨煤機一次風量調(diào)整合適后,在保證磨煤機出力達到額定值的前提下,通過調(diào)整磨煤機出口折向擋板開度對煤粉細度做出進一步調(diào)整。經(jīng)過多次的調(diào)整和試驗得出的結(jié)論是:對于目前燃用的煤種,一次風風煤比宜控制為11.6,即1t

11、煤對應(yīng)1.6t風,并將煤粉細度控制在R90為20% 28%的范圍內(nèi)。調(diào)整后的一次風量與給煤量對應(yīng)數(shù)據(jù)見表4。在飛灰含碳量的調(diào)整過程中,始終嚴格按照上述風煤比數(shù)值控制磨煤機的入口一次風量。從實際運行情況看,風量能夠滿足制粉系統(tǒng)正常運行的需要,但是在煤質(zhì)變差或磨煤機出口溫度無法達到70的情況下,應(yīng)根據(jù)實際需要適當增減風量的正偏置。為了有效控制煤粉細度,增減風量偏置的主要依據(jù)是通過綜合分析磨煤機電流、磨煤機出入口差壓以及排渣情況,如磨煤機排渣量較大,應(yīng)及時化驗排渣箱中石子煤的熱值,不應(yīng)單純?yōu)榱藴p少排渣量而一味地提高一次風量。調(diào)整后的風煤比關(guān)系見表4。表4調(diào)整后的一次風煤對應(yīng)關(guān)系t/h 給煤量0304

12、042454952一次風管內(nèi)的一次風風速與磨煤機的一次風量是相對應(yīng)的。一次風速過高,煤粉變粗,會推遲著火,并使鍋爐受熱面和磨煤機內(nèi)部部件的磨損加劇,還會造成燃燒不完全,甚至引起燃燒不穩(wěn)定,嚴重時導(dǎo)致鍋爐滅火。而一次風速過低,則有可能引起一次風噴口燒損或結(jié)焦,煤粉氣流剛性變差導(dǎo)致鍋爐內(nèi)燃燒惡化,一次風管堵塞等現(xiàn)象。按有關(guān)規(guī)程規(guī)定,一次風速一般不應(yīng)低于18m/s,按此可以計算出對應(yīng)的磨煤機最低的一次風量。正常運行時一次風速應(yīng)控制在2028m/s的范圍內(nèi),最大不應(yīng)超過32m/s。212合理控制一次風溫一次風溫對煤粉氣流的著火、燃燒速度影響較大。提高一次風溫,可以降低“著火熱”,使煤粉著火提前。另外提

13、高一次風溫還能在低負荷時穩(wěn)定燃燒。為了保證磨煤機的干燥出力,磨出口溫度不能低于70。但磨煤機出口風溫過高,有可能引起制粉系統(tǒng)著火和爆炸,尤其是對揮發(fā)分較高的煤。所以磨煤機出口一次風溫必須控制在一定范圍內(nèi)。通過試驗摸索出運行磨煤機的出口一次風溫度宜控制在7090,這樣既可以滿足磨煤機出力,又能保證制粉系統(tǒng)的安全。213二次風箱壓力的控制像一次風量一樣,二次風量也是與燃煤量相對應(yīng)的。鍋爐負荷確定之后,二次風量也就隨之確定。煤粉氣流著火后,二次風的投入方式對著火穩(wěn)定性和燃盡過程起著重要作用,應(yīng)保證投運的燃燒器具有足夠的二次風速,使二次風進入爐膛后能迅速參與燃燒,并使燃燒氣流在爐內(nèi)形成切圓,并具有一定

14、的充滿度,以保證高溫空氣與煤粉氣流能夠充分混合。由于二次風噴口的面積是不變的,因此在一定的二次風門開度下,二次風速隨二次風壓而變。為了保證足夠的二次風速,要嚴格控制爐膛四角二次風壓達到規(guī)定的數(shù)值。二次風是在煤粉氣流著火后混入的,由于高溫氣流的粘度很大,二次風必須以很高的速度才能穿透火焰,以增強空氣與焦碳顆粒表面的接觸和混合。4號爐設(shè)計的二次風速是45m/s。二次風壓力隨著鍋爐蒸發(fā)量的變化而變化,目前大多數(shù)機組采用的是通過控制二次風箱與爐膛之間的壓差的方式來控制二次風壓。運行當中要嚴格控制二次風箱與爐膛之間的壓差,如果壓差太低,會降低二次風速,導(dǎo)致燃燒惡化;如果壓差太高,會造成爐內(nèi)過?？諝饬吭龃?/p>

15、,鍋爐排煙溫度升高,并使送風機單耗增加,機組運行經(jīng)濟性下降。二次風與爐膛壓差的控制曲線見圖1 。圖1二次風與爐膛壓差的控制214燃燒區(qū)域二次風配比的調(diào)整調(diào)節(jié)二次風壓只能控制進入爐內(nèi)總的二次風量,而按燃燒器的投運情況,根據(jù)燃燒需要對進入爐內(nèi)的二次風進行不同區(qū)域噴入量的分配,就需要通過對各層二次風門開度調(diào)整來實現(xiàn)。為尋求各層二次風的最佳分配方式,根據(jù)事先的設(shè)計,按三種配比方式對二次風門進行了調(diào)整試驗。表5第一種配比方式各層二次風門開度%層序1角2角3角4角327272727426262626526262626600007212121218434343431188888888(1第一種二次風配風方式

16、的風門開度數(shù)據(jù)如表5所示。其主要特點是燃燒中間區(qū)域(第3至第8層的風門開度基本控制在21%43% (第6層除外,相對于其他兩種方式風門的開度較大,并且基本上是各層均勻分配,最上層的燃盡風門開度為88%。通過對爐內(nèi)火焰情況的觀察,以及對飛灰取樣分析,這種工況下鍋爐主蒸汽和再熱蒸汽溫度能夠維持在額定值,但是只要開啟上層磨煤機,氮氧化物排放量很容易偏高,并且飛灰含碳量也沒有明顯的降低,仍為2.5%左右,試驗得出的結(jié)論是中間層二次風用量偏大,不利于對氮氧化物排放量的控制。(2第二種二次風配風方式的風門開度數(shù)據(jù)如表6所示。對比第一種方式,降低了第3至第5層二次風門的開度,燃盡風的開度略有減少,降至80%

17、。主要目的是通過降低燃燒高溫區(qū)域的配風量和燃燒配風總量(鍋爐蒸發(fā)量達到80%及以上時,運行氧量控制不低于2.5%,達到降低氮氧化物生成的目的。經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)這種配風方式對抑制爐內(nèi)氮氧化物的生成有明顯效果,但是飛灰含碳量依然較高,飛灰含碳量處于2%3%水平。 表6第二種配比方式各層二次風門開度%層序80808080(3第三種二次風配風方式的風門開度數(shù)據(jù)如表7所示。這種方式下,氧量依然按照負荷對應(yīng)曲線維持,但將第2層的二次風由100%關(guān)至70%。同時將最上層燃盡風進一步關(guān)小,風門開度由80%降至60%。這樣做的目的是,降低下部的二次風和最上層燃盡風量,使處于燃盡階段的燃燒區(qū)域得到充足的

18、配風,同時又保證燃燒高溫區(qū)供風不致過大,以減少氮氧化物的生成。氮氧化物排放測試以及取灰樣分析數(shù)據(jù)表明,飛灰含碳有了明顯下降,降至 1.7%2%的水平,氮氧化物排放濃度也可控制較低。經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)的比較,得出的結(jié)論是,對于目前的燃用煤種,在保證煤粉細度、二次風壓、氧量合適的前提下,第三種方式為最佳配風方式,建議運行中盡量采用這種配風方式。(4為保持良好煤粉的充分燃燒,同時又不致在燃燒過程中產(chǎn)生過多的氮氧化物,就必須合理地控制燃燒配風總量,即控制好煙氣含氧量。通過調(diào)整試驗,得出氧量的控制曲線如圖2所示。表7各二次風門開度%層60606060圖2氧量控制曲線圖(5在二次風門方式變化試驗中發(fā)現(xiàn),飛灰含

19、碳量和氮氧化物排放濃度的大小對最上層燃盡風(第11層的變化更為敏感,即相對于其他各層二次風門來說,最上層二次風門的開度變化對飛灰含碳量和氮氧化物的影響更大。這層風開得過大,雖然氮氧化物明顯下降,但飛灰含碳量卻也隨之上升,反之則會出現(xiàn)相反的結(jié)果,因此對它控制需綜合考慮煤粉的燃盡和氮氧化物的生成量,避免調(diào)節(jié)出現(xiàn)偏頗。215減少爐膛漏風在調(diào)整過程中,發(fā)現(xiàn)運行中鍋爐底部和爐膛的漏風也相當大。這些漏風屬于無組織配風,它既增加了爐膛出口總的煙氣量,導(dǎo)致鍋爐的排煙熱損失上升;同時它又不是按燃燒需要的配風方式進入爐膛,不能與燃燒著的高溫氣流在燃燒區(qū)域內(nèi)充分混合,因此也無助于爐內(nèi)的燃燒。為此對爐膛底部和本體的漏

20、風點進行了查找和封堵。發(fā)現(xiàn)的主要漏風點有:爐底鋼帶撈渣機的冷卻風孔開啟數(shù)量過多,通過適當關(guān)閉部分風孔,使漏風量大為減少,燃燒進一步得到改善。3磨煤機工作狀態(tài)對飛灰含碳量的影響要保證飛灰含碳量處于正常水平,還必須保證進入爐膛的煤粉有合適的細度,并保證磨煤機的出力能保持在正常水平,為此運行的磨煤機必須處于正常的工作狀態(tài)。如果磨煤機工作狀態(tài)不正常,磨制的煤粉過粗,則必然會引起飛灰含碳量的上升,因此除進行運行調(diào)整外,還必須根據(jù)磨煤機研磨部件磨損的規(guī)律,加強對磨煤機的定期檢修與維護。尤其當燃用煤質(zhì)差的煤時,對此更應(yīng)加以重視。重點是注意以下兩個方面:(1中速磨煤機研磨部件包括磨輥和襯瓦,兩者均很易磨損,嚴

21、重磨損后,二者之間的研磨間隙明顯增大,使磨煤機研磨能力大幅下降,石子煤量隨之大幅度增加。當磨輥和襯瓦磨損增加時,應(yīng)適當提高磨輥加載力,并按磨損周期適時更換、修補磨輥和襯瓦,保證碾磨能力達到磨煤機出力要求。(2磨煤機的動靜環(huán)間隙增大,風環(huán)處的流速過低,導(dǎo)致部分煤粒從風環(huán)處落入渣室,使磨煤機排渣量異常增大?？筛鶕?jù)動靜環(huán)間隙情況,適當封堵動環(huán)上的噴口。4燃燒調(diào)整取得的效果在4號爐調(diào)整取得顯著成果的基礎(chǔ)上,對2號爐也做出了及時的調(diào)整。經(jīng)過燃燒調(diào)整,飛灰含碳量有了明顯的下降,對比4號爐調(diào)整前、后灰樣的顏色,可以看出調(diào)整后煤粉的燃盡程度明顯提高了許多。兩臺爐2、3、4月的飛灰含碳量月平均統(tǒng)計數(shù)據(jù)(見表8能

22、定量反映出燃燒調(diào)整的效果。通過調(diào)整,在飛灰含碳量降低的同時,鍋爐漏風率、排煙溫度等指標也大幅度的改善,鍋爐熱效率有了明顯提高。調(diào)整前后實測的鍋爐熱效率數(shù)據(jù)見表9。按目前京能熱電的實際燃煤情況,飛灰含碳量每降低1%,鍋爐效率會提高0.8%,發(fā)電煤耗相應(yīng)降低3g/k W h,燃燒調(diào)整所帶來的經(jīng)濟效益也是相當可觀的。這次燃燒調(diào)整對做好全廠的節(jié)能降耗工作具有重要的指導(dǎo)意義,為后續(xù)的其他各爐的燃燒調(diào)整提供了充分的依據(jù)。表82、4號爐調(diào)整前后的飛灰含碳量%爐號2月份3月份4月份2 2.53 2.01 1.634 2.98 2.28 1.59表92、4號爐燃燒調(diào)整前后鍋爐熱效率對比%爐號2月份3月份4月份參