（四川大学化学工程学院 四川成都 610065）
摘要：川维厂锅炉车间1号锅炉自采用了低NOX燃烧技术后，飞灰含碳量较投用之前有了大幅度的升高，这样不仅增加了锅炉的燃煤消耗量，降低锅炉热效率，而且对锅炉的安全经济运行也是十分不利的。本文通过查找分析各种原因，并进行了反复调整试验，得到了把煤粉细度、炉膛出口烟气氧量及各风门开度等工况控制在一定的数值范围内，是既能够满足NOx的达标排放，同时又能使得飞灰含碳量得到大幅度降低。
关键词：飞灰含碳量；煤粉细度；烟气氧量
飞灰含碳量是是反应火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的主要运行经济指标和技术指标之一，直接反映锅炉燃烧效果的好坏，也是电厂开展运行经济考核、计算锅炉效率的一项必不可少的原始数据。随着2013年#1炉脱硝SCR装置的建成投运和低NOx燃烧技术的应用后，飞灰含碳量显著升高，达到了7％—10％左右，甚至有时达到10%以上。因此，我们很有必要就#1炉在满足NOx达标排放的前提下对如何控制飞灰含碳量进行深入研究。
1. 锅炉相关设备及参数概述
1.1 锅炉型式及基本参数
1号锅炉型号为UG460/9.8-M2，该锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、“Π”型布置固态排渣煤粉炉，锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁，炉膛出口处布置屏式过热器。水平烟道装设了两级对流过热器，炉顶、水平烟道转向室和尾部包墙采用膜式壁包敷，尾部竖井烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器。
1.2燃烧设备简介
锅炉炉膛尺寸为9980×9980 mm，在燃烧器区域炉膛截面的四个角，即前后水冷壁和两侧水冷壁各被切掉870 mm，呈八角形状炉。内假想切圆直径Φ 689.5 mm，燃烧器设置三层共12只一次风喷口，设置三层共12只二次风喷口（其中下二次及中二次风喷口兼作天然气点火枪配风），设置两层共8只三次风喷口。
1.3使用煤质
锅炉使用的煤质为烟煤，其低位发热量为20670KJ/K，挥发份13.01%，水分1.32%。制粉系统为钢球磨中间储仓热风送粉系统，配两台350/600球磨机，煤粉细度R90=13%。
2. 针对1号锅炉飞灰含碳量高的影响因素分析
当煤粉气流在炉膛内的燃烧和燃尽过程不充分时，势必造成机械未完全燃烧热损失增大，表现为飞灰含碳量的升高。结合#1炉的实际情况，影响该炉飞灰含碳量高的主要因素有：采用低NOx燃烧器技术、燃料性质波动大、煤粉细度、过量空气系数、配风方式、锅炉负荷等。
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2.1 采用低NOx燃烧器
为降低烟气中NOx排放浓度，#1炉采用了北京国电龙高科环境工程技术有限公司的低氮燃烧技术，该技术增加了燃尽风的投用，同时降低炉膛出口的烟气氧含量，使得炉膛燃烧区产生还原性气氛，煤粉燃烧不充分，炉膛温度降低，这样就有利于降低烟气中NOx的生成量。但这恰好与煤粉锅炉降低飞灰含碳量、提高燃尽率的原则相矛盾。因此这是导致飞灰含碳量高的重要原因。
2.2 燃料性质波动大
当燃用挥发分较高的煤时，容易着火，燃烧也易于完全。反之，在相同因素下，挥发分低的煤较难燃尽、燃烧损失较大。对于高挥发分燃煤，挥发分燃烧释放出大量热量，形成炉内高温氛围，有利于焦炭的迅速着火和燃尽，机械未完全燃烧损失减小，飞灰含碳量较低；相反，对于低挥发分燃煤，则会容易引起飞灰含碳量的升高。#1炉所用燃煤的挥发分波动较大，波动范围为12%—18%，但总体是低于设计煤种的挥发分，因此这也是导致飞灰含碳量高的重要原因。
2.3 煤粉细度
煤粉越细，单位质量的煤粉表面积越大，加热升温、挥发分析出着火及燃烧反应速度越快，燃烧所需时间越短，燃烧越充分，飞灰含碳量越低。另外，若煤粉很细，颗粒外面的焦炭燃烧后，不易形成较大扩散阻力的灰壳。因此，在锅炉运行中，应综合考虑不完全燃烧损失和制粉单耗，使锅炉运行最经济。#1炉的煤粉细度R90处于波动状态中，波动范围为14%—17%。当#1炉R90较高时，这也会导致该炉的飞灰含碳量升高。
2.4 过量空气系数
从燃烧的角度看，炉膛过量空气系数存在一个最佳值。随着炉膛出口过量空气系数的提高，炉膛中氧气浓度增加，煤粉燃烧更充分，从而降低飞灰含碳量。但当炉膛出口过量空气系数过大时，会使火焰燃烧温度降低，煤粉氧化燃烧速度降低，从而影响煤粉的燃尽，使飞灰含碳量升高。
2.5 锅炉负荷对飞灰含碳量的影响
#1炉常常会出现因布袋压差大而降负荷运行的情况。当锅炉运行负荷降低时，燃料消耗量减少，水冷壁的吸热量随之也要减少，但相对每Kg燃料而言，水冷壁的吸热量反而增加，从而使得炉膛平均温度降低，挥发分释放速度变慢。此时一次风量和总风量也往往随之偏低，燃烧在极为不利的条件下进行，影响煤粉的着火，造成飞灰含碳量上升。
2.6 配风方式对飞灰含碳量的影响
一次风风速大，在其中的大颗粒煤粉可能因为动能过大而穿过燃烧区不能燃尽，造成飞灰可燃物含量增加，甚至遇到低挥发分的煤质时，还可能导致锅炉发生熄火事故；一次风风速小，会使气流无刚性，造成偏转，破坏炉内动力场，会使其吸卷高温烟气的能力下降，这都会造成煤粉的不完全燃烧，甚至当一次风风速过小时，还会引发一次风风管堵管的事故。
二次风如果在煤粉着火以前过早的混入一次风对着火是不利的，尤其是对低挥发分的难燃煤质更是如此。因为这种过早的混合等于增加了一次风率，使着火推迟，这将增加煤粉机械不完全燃烧的损失，使飞灰含碳量上升。但如果二次风过迟混入，又会使着火燃烧的煤粉得不到所需氧气的及时补充，这些都会使炉内的煤粉燃烧不完全，飞灰含碳量增加。
在保证燃烧稳定的前提下，合适的燃尽风开度可以使主燃烧区部分二次风移至燃尽风区域，形成主燃烧区缺氧运行，减少主燃烧区氮氧化物生成量，而主燃烧区未燃尽碳在燃尽区继续燃烧。
3. 降低1号炉飞灰含碳量的措施
通过以上分析可知，影响#1炉飞灰含碳量的主要因素有：（1）采用低NOx燃烧器；（2）燃料性质波动大；（3）煤粉细度；（4）过量空气系数；（5）低负荷；（6）配风方式。除却低NOx燃烧器以及客观设备原因导致的低负荷是我们无法控制之外，其他4个因素我们都可以通过针对性的反复调整试验来进行调控，以达到降低#1炉飞灰含碳量的目的。
通过调控#1炉入炉煤煤质、调整煤粉细度、控制炉膛出口处的烟气氧量、优化调整一、二次风及燃尽风的配比，使#1炉在保证NOx达标排放的前提下，飞灰含碳量由原来的7--10％降至现在的5.5％左右，锅炉效率得到了一定的提高。同时，通过反复调整试验得出的结论也为#1炉运行人员提供了相应的指导。另外，虽然此次我们使#1炉飞灰得到下降，但鉴于当前飞灰仍旧居高，且锅炉的优化调整需要一个漫长的过程，因此#1炉的优化调整还有很大的潜力可挖，这也将是我们技术人员接下来努力的方向。
参考文献：
[1] 黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].北京：中国电力出版社，2003.
[2] 何大方.大型锅炉燃烧优化调整.华东电力，2001.
[3] 何佩鏊等.煤粉燃烧器设计及运行.北京：机械工业出版社，1987
论文作者:王富红
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 煤粉论文; 燃尽论文; 烟气论文; 水冷论文; 系数论文; 《电力设备》2017年第30期论文;