（大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 河北 张家口 075133）
【摘 要】 在火力发电厂燃煤机组中，由于锅炉的不完全燃烧，造成烟气中飞灰含碳量增大，进而使锅炉的效率降低，发电成本增加。所以降低飞灰含碳量,不但提高锅炉的效率,提高锅炉机组的经济性,降低发电成本。而且降低了锅炉烟尘排放量,减少环境污染。本文通过研究飞灰含碳量的影响因素，提出相应的对策，为锅炉机组的高效运行提供依据。
【关键词】 燃煤机组 飞灰含碳量 锅炉效率 影响因素 对策
中图分类号： Ｇ71 文献标识码： Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2015）09-016-02
1引言：
目前，随着环境保护压力越来越大，全国各电力企业都在大力开展节能降耗活动，特别对于火电企业，对于节能降耗势在必行，因此要进一步提高锅炉的效率。从燃煤锅炉效率考虑，机械不完全燃烧损失和排烟损失是锅炉两个主要热损失，因为排烟温度不可能无限的降低，降低过多会造成尾部受热面的低温腐蚀，所以排烟温度的降低是有限制的。因此降低机械不完全燃烧损失是节能降耗的突破口，飞灰含碳量占其有很大的比重。所以深入研究影响飞灰含碳量高的原因并制定相应的对策具有重要的实际应用价值。
2飞灰含碳量偏高的原因分析
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,飞灰含碳量升高。影响飞灰含碳量变化的因素主要有:煤粉细度、煤种特性、燃烧器的结构特性、热风温度、炉内空气动力场和锅炉负荷等。
2.1 煤粉细度的影响
煤粉细度对其煤粉的燃烧和燃尽性能有较大影响。煤粉细度越大,即煤粉颗粒粒径越大,其燃尽性能较小粒径颗粒越差,势必造成煤粉燃尽时间延长,不完全燃烧损失增大,飞灰含碳量升高,从而降低锅炉效率。细煤粉虽然容易着火和燃烧,但煤粉颗粒过细将会增加制粉系统的耗电量和加大磨煤机的磨损量。因此,在锅炉设备运行中,应综合考虑不完全燃烧损失和制粉能耗的要求,使之达到最小,即寻找煤粉经济细度或最佳细度,以保证较高的锅炉效率和较低的飞灰含碳量。
煤粉经济细度与燃料性质和煤粉颗粒的均匀程度有关。对于高挥发分的煤,因其容易燃烧可允许磨得粗些;对于低挥发分和可磨性指数较低的煤,因较难燃烧而应尽量磨得细些。如果煤粉颗粒比较均匀,造成不完全燃烧损失的大颗粒则相对较少,可允许煤粉粗些,这与磨煤机和分离器的形式以及运行工况有关。降低煤粉细度是控制飞灰含碳量升高的有效措施。电厂的运行实践也表明:煤粉颗粒比较均匀时,飞灰含碳量也有所下降。
2.2 煤种特性的影响
目前,国内大多数电厂存在锅炉燃烧实际煤种与设计煤种不符的情况,这是因为电厂用煤来源比较复杂,大矿煤与小窑煤混用的情况非常普遍,造成煤质成分如挥发分、水分、灰分和发热量等主要指标不稳定,从而对煤粉的完全燃烧产生很大的影响,导致飞灰含碳量发生显著变化。煤粉燃烧过程是在挥发成份燃烧完之后才开始焦炭的燃烧。因此,燃料性质中挥发分的含量对煤粉燃烧的影响最为重要。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,则容易引起飞灰含碳量的升高。对于高水分燃煤,由于燃烧时放出的有效热量相对减少,则会降低炉内燃烧温度,并增加着火热,不利于焦炭的燃尽,造成飞灰含碳量的升高。燃煤中的灰分不但不能燃烧,反而会降低燃煤的发热量,并妨碍可燃质与氧的接触,使燃料着火和燃尽困难。燃煤中灰分增加时,将会使煤粉燃尽度变差,机械未完全燃烧损失随之增加;同时由于燃煤灰分增加使得煤中的可燃质成分会相应减少,这表现为飞灰含碳量常略有降低,但是总的机械未完全燃烧损失还是增加的,因此,对于高灰分燃煤,飞灰含碳量仍表现为偏高。
2.3 一次风速的影响。
对于直吹式制粉系统，一次风速宜选下限，我厂机组一次风速一般为35m/s,风速稍偏高，一次风速过高带来的危害如下：
a)这直接导致煤粉气流的着火点偏远，着火推迟，燃烧过程缩短。既不利于稳燃，又影响了燃烬。
b)一次风中较大的煤粉颗粒获得动能过大，飞出煤粉气流，落到周围的缺氧区，影响燃烬。
c)火焰不能均匀的充满炉膛，会发生偏移，炉膛中心烟气流速过快，缩短了煤粉在炉内停留时间。造成炉内温度分布不均匀和烟气流速不均匀。不利于稳定着火和燃烧。
d)加剧了管道和喷嘴的磨损。
2.4 磨煤机运行方式的影响。
合理的磨煤机运行方式直接影响到炉膛温度，炉膛内的火焰集中程度，火焰中心位置。我厂1号机组普遍存在低负荷时再热汽温偏低的现象，为保证机组再热蒸汽参数在规定范围内运行，运行调整时改变磨煤机的运行方式，四台磨运行时，会选用一套最上层的制粉系统，同时选较大数值的氧量，这样导致炉膛火焰中心上移，在配风不合理的情况下，部分燃料未燃烬便随烟气离开炉膛，这样就导致了飞灰含碳量的增加。
2.5 二次风量及过量空气系数的影响
锅炉燃烧所需的氧量供应主要来自二次风,如果二次风量偏小,势必影响炉内的燃烧工况,使炉内易出现缺氧燃烧现象,导致飞灰含碳量增大。详细的计算方法是对整个热力系统进行计算，先得到作功的变化和吸热量的变化，再得到煤耗的变化。或者由制造厂的修正曲线先得到热耗的变化，再得到煤耗的变化。并且还要考虑其他因素同时变化时，对主汽压引起变化的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆粗略估算可采用下式：
B*[C1/(1+C1)]/ηb/(1-ηe)，
B--是煤耗，C1--是主汽压对热耗的修正系数，ηb--是锅炉效率，ηe--是厂用电率。
从上公式可以计算出当二次风量小时，飞灰含碳量就会增大 。
2.6 热风温度的影响
热风温度的高低直接关系到煤粉气流的初温和炉内的燃烧工况。对于同一台燃煤锅炉,当其它条件相同时,通过提高热风温度可以提高煤粉气流的初温,使燃烧室壁面温度增加,从而减少把煤粉气流加热到着火温度所需的着火热,有利于降低飞灰含碳量。相反,如果热风温度较低,则会降低炉膛温度,影响煤粉的着火和燃尽,使得飞灰含碳量增大。
2.7 锅炉热负荷的影响
锅炉低负荷时,燃料消耗量相应减少,水冷壁的吸热量虽然减少一些,但减少幅度较小,相对每kg 燃料而言,水冷壁的吸热量反而有所增加,使得炉膛平均温度降低,影响煤粉的着火,煤粉不容易燃尽又造成飞灰含碳量上升;反之,同样的煤粉在高热负荷时,则容易燃尽,有利于降低飞灰含碳量。但锅炉热负荷过高,容易引起炉膛结焦,故仍然需要控制在一定水平。
3飞灰含碳量偏高造成的影响
机械未完全燃烧损失增大,其根本原因就是由于飞灰含碳量偏高所造成的。在锅炉各项热损失中,机械不完全燃烧热损失仅次于排烟热损失,约占锅炉热效率的0.5 %～5 %。因此,飞灰含碳量的升高,将在很大程度上降低锅炉的热效率。
4 降低飞灰含碳量的措施
由上述分析可知,要降低飞灰含碳量,就是要使煤粉的燃烧尽量接近完全燃烧,也就是在保证炉内不结渣的前提下,燃烧速度要快而且要燃烧完全,以得到最高的燃烧效率。根据飞灰含碳量的影响因素,可从以下几个方面来组织良好的燃烧过程,降低飞灰含碳量。
4.1 控制合适的煤粉细度。煤粉细度降低，单个颗粒燃烬所需时间减少，同时增加了煤粉和空气的接触面，加快了燃烧速度。所以通过合理的调节制粉系统的运行方式，尽可能维持理想的煤粉细度。
4.2 加强空预器吹灰。
防止堵灰,提高传热效果,提高一、二次风温度,同时也防止由于空预器差压大而造成引风机出力不足,从而限制锅炉总风量。锅炉负压不能过高,炉膛负压适当,控制在±100 Pa之内,使煤粉在炉膛内有足够的燃烧时间。严密关闭各孔、门,保持水封正常。减小锅炉漏风。
4.3 保证煤粉的稳定性
严格把关燃煤来源渠道,借助配煤和成分分析等手段尽量使实际煤种的特性与设计煤种相符,保证电站燃煤的稳定性,并根据煤种特性,选择合适的煤粉细度。
4.4 保证合理的过量空气系数
供应充足而又适量的空气是保证燃料完全燃烧的必要条件,最佳过量空气系数取决于炉型、燃料特性以及炉内工况和运行经验等因素,
一般通过燃烧调整实验确定。当燃用无烟煤、贫煤或劣质煤时,在额定负荷下,最佳过量空气系数为1.20～1.25 。
4.5 保证适当高的炉温
选择适当高的炉温,可使煤粉着火加快,燃烧过程进行得也快,燃烧容易趋于完全燃烧,有利于降低飞灰含碳量,提高锅炉效率。炉温范围取决于燃料性质、预热空气温度、炉膛容积热强度和炉膛断面热强度等因素。
4.6 具有足够的燃烧时间
在一定炉温下,一定细度的煤粉要有一定时间才能燃尽。合适的炉内停留时间,是指煤粉从燃烧器出口到炉膛出口的运动过程中,煤粉应完成着火、燃烧以至燃尽过程,这样才能使得煤粉燃烧完全。煤粉在炉内的停留时间,主要取决于炉膛容积和单位时间内炉膛产生的烟气量。
4.7 强化空气和煤粉的良好扰动和混合
煤粉燃烧反应过程主要在煤粉表面进行,燃烧反应速度主要取决于煤粉的燃烧反应速度和空气扩散到煤粉表面的扩散速度。因此,要做到完全燃烧,在保证足够高的炉温和合适空气量的前提下,还必须使煤粉和空气能充分扰动、混合,及时将空气输送到煤粉燃烧表面上去,这要求燃烧器结构特性及其一、二次风必须良好配合以及具备良好的炉内空气动力场。
5 结论
从煤粉细度、煤种特性、一次风速、燃烧器的结构特性、热风温度、炉内空气动力场和锅炉负荷等方面对飞灰含碳量变化的影响规律看出在锅炉运行时,必须全面考虑各种措施间的紧密联系和互相依赖性,并根据实际锅炉机组特性和现场具体条件正确处理,从而达到降低飞灰含碳量、节约能源的目的,保障燃煤电站锅炉的安全、高效运行.
参考文献
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论文作者:李现周
论文发表刊物:《科学教育前沿》2015年第9期供稿
论文发表时间:2015/12/29
标签：煤粉论文; 锅炉论文; 炉膛论文; 燃煤论文; 温度论文; 损失论文; 细度论文; 《科学教育前沿》2015年第9期供稿论文;