某660MW超臨界鍋爐飛灰含碳量高的綜合治理

馬啟磊

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司， 安徽　合肥　230600)

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某660MW超臨界鍋爐飛灰含碳量高的綜合治理

馬啟磊

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司， 安徽合肥230600)

文章對(duì)某660MW超臨界鍋爐運(yùn)行情況進(jìn)行分析，指出鍋爐設(shè)計(jì)、煤質(zhì)不佳、混煤策略不合理、煤粉細(xì)度不合格和燃燒控制參數(shù)不合理是造成飛灰含碳量升高主要原因。利用高溫?zé)崽炱綄?duì)典型煤質(zhì)進(jìn)行燃燒特性試驗(yàn)，結(jié)合鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)制定了優(yōu)化混煤策略、提高煙煤比例、控制NOx濃度、優(yōu)化燃燒控制等治理措施，取得了明顯的效果。

超臨界鍋爐；飛灰含碳量；混煤；燃燒調(diào)整

1　技術(shù)背景

飛灰含碳量是影響電站鍋爐燃燒效率和粉煤灰綜合利用的重要指標(biāo)，飛灰含碳量越高，飛灰硬度越大，對(duì)受熱面磨損越嚴(yán)重。影響飛灰燃盡的主要因素有煤質(zhì)、煤粉細(xì)度、燃燒氧量、停留時(shí)間、爐膛溫度、火焰充滿度、燃燒器投運(yùn)方式等。隨著安徽地區(qū)大容量超臨界及超超臨界機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)，新建機(jī)組飛灰含碳量均較低。某廠鍋爐為一次中間再熱、變壓運(yùn)行，帶內(nèi)置式汽水分離器啟動(dòng)系統(tǒng)，固態(tài)排渣、單爐膛平衡通風(fēng)、Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置超臨界本生(Benson)直流鍋爐。燃燒系統(tǒng)配某新型OPCC旋流燃燒器，前墻從上往下燃燒器編號(hào)A、B、C，后墻從上往下燃燒器編號(hào)D、E、F，其中F層燃燒器配等離子點(diǎn)火裝置，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配6臺(tái)HP1003型中速磨。自2013年底投產(chǎn)以來飛灰含碳量明顯偏高，2015年平均統(tǒng)計(jì)飛灰含碳量5.2%，月平均最高達(dá)7.8%。

2　原因分析

2.1鍋爐設(shè)計(jì)因素

單只燃燒器熱負(fù)荷過高，爐內(nèi)火焰充滿度不足，局部煤粉濃度過高，造成飛灰不易燃盡。鍋爐設(shè)計(jì)燃用貧瘦煤，設(shè)計(jì)爐膛熱負(fù)荷較高，斷面寬深比為1.26∶1。國內(nèi)同類型鍋爐設(shè)計(jì)一般采用扁長爐膛設(shè)計(jì)，在保證了爐膛斷面面積不變的前提下，斷面寬深比達(dá)到1.36∶1，且同層布置5～6個(gè)一次風(fēng)噴口，以達(dá)到降低單只燃燒器熱負(fù)荷、提高爐膛火焰充滿度的目的。

2.2混煤摻燒策略

試驗(yàn)開始前6個(gè)月入爐煤統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1　入爐煤及飛灰統(tǒng)計(jì)結(jié)果

7月開始摻燒部分相對(duì)較高揮發(fā)分煙煤。設(shè)計(jì)煤種干燥無灰基揮發(fā)份為19.7%，所以電廠混煤策略是保證入爐煤加權(quán)干燥無灰基揮發(fā)份20%左右，發(fā)熱量20000kJ/kg左右。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，入爐混煤主要加權(quán)指標(biāo)控制較好，鍋爐飛灰略有下降。從入爐煤分析來看，混煤采用較高比例貧瘦煤摻混較低比例煙煤得到。典型摻混煤種如下：

表2　典型入廠煤分析結(jié)果

圖1　典型入廠煤熱重分析結(jié)果

利用德國NETZSCH公司STA409PC型熱重分析儀對(duì)上述典型煤種進(jìn)行分析，以25℃/min的速率升溫，分析結(jié)果如圖1。

圖中虛線為“國華貿(mào)”煤，實(shí)線為“大礦煤”，靜態(tài)燃燒模式下“大礦煤”著火溫度和燃盡溫度均比“國華貿(mào)”低約150℃，煤粉燃燒特性差別較大，不適合直接摻混入爐燃燒。

煤場(chǎng)面積受限，無法布置專用混煤裝置，只能采用斗輪機(jī)直接抓取，皮帶上摻混的方式上煤。該方法混合不均，造成入爐煤質(zhì)波動(dòng)較大，飛灰含碳量較大。

2.3制粉系統(tǒng)性能

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定》，混煤最佳煤粉細(xì)度R90應(yīng)為15%左右，考慮到混煤由大量貧瘦煤組成，推薦煤粉細(xì)度R90應(yīng)不大于12%。但通過測(cè)試煤粉細(xì)度，該廠平均煤粉細(xì)度約為17%。煤粉細(xì)度明顯偏大，造成飛灰含碳量高。

磨煤機(jī)出力不足。滿負(fù)荷工況需要6臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，造成一次風(fēng)用量增加，氮氧化物升高。上層磨煤粉顆粒爐內(nèi)停留時(shí)間不足，飛灰燃盡率下降。

2.4燃燒控制參數(shù)

一次風(fēng)速過高。一次風(fēng)速越高煤粉顆粒進(jìn)入爐膛初速度越高，在爐內(nèi)停留時(shí)間越短。

爐膛運(yùn)行氧量偏低。因?yàn)镾CR對(duì)入口NOx濃度要求的關(guān)系，鍋爐存在較嚴(yán)重的缺氧運(yùn)行，不利于飛灰燃盡。

二次風(fēng)箱壓力過低。旋流燃燒器依靠一定的二次風(fēng)箱壓力組織有效流場(chǎng)，強(qiáng)化燃燒。滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，該爐二次風(fēng)箱壓力僅100Pa左右，最低時(shí)甚至為零，明顯低于同類型機(jī)組600～800Pa的正常值。

2.5其他因素

造成該爐飛灰含碳量升高的其它因素有：鍋爐無組織漏風(fēng)量較大，特別是爐底干渣機(jī)漏冷風(fēng)明顯，燃燒器二次風(fēng)量不足，火焰中心位置上升；磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速不均勻，燃燒器熱負(fù)荷分配不均，局部燃燒工況惡化，飛灰不易燃盡；二次風(fēng)量和爐膛出口氧量顯示不準(zhǔn)，風(fēng)量調(diào)節(jié)不合理。

3　調(diào)整措施

3.1優(yōu)化配煤措施

根據(jù)典型入廠煤的靜態(tài)燃燒特性試驗(yàn)，否定了電廠已有的配煤及上煤措施。為保證不同燃燒特性的燃料燃盡，充分利用燃燒器位置不同而形成的位差，分別以“皮帶混合，爐內(nèi)摻燒”、“分磨上煤，爐內(nèi)混合”兩種策略進(jìn)行混煤摻燒試驗(yàn)。以上述典型入廠煤為例，600MW工況下開展優(yōu)化配煤摻燒試驗(yàn)，試驗(yàn)期間兩小時(shí)分析一次飛灰，每工況穩(wěn)定時(shí)間不低于10小時(shí)。主要試驗(yàn)結(jié)果如圖2：

圖2　優(yōu)化配煤試驗(yàn)飛灰含碳量化驗(yàn)結(jié)果

工況1為“皮帶混煤”，其他工況均為“分磨上煤”；工況2、3、4分別是磨AF、EF、CF上“大礦煤”，入爐“大礦煤”占比33%；工況5、6為磨ADF、ABF上大礦煤，入爐“大礦煤”占比50%?！按蟮V煤”著火溫度和燃盡溫度均較低，屬于易著火易燃盡煤種，隨著”大礦煤“摻燒比例的提高，飛灰含碳量明顯下降。

同樣摻混比例下，“分磨上煤”方式明顯更有利于煤粉燃盡。其原因有以下兩個(gè)方面：第一，“分磨上煤”方式利用燃燒器布置形成的位差，不同燃盡特性煤種爐內(nèi)停留時(shí)間不同，對(duì)燃盡所需氧量要求也不同，更有利于煤粉燃盡；其次，易燃盡的“大礦煤”燃盡所需氧量較低，上層燃燒區(qū)域空氣過量系數(shù)更低，對(duì)下層生成的NOx還原能力更強(qiáng)，整體NOx生成濃度較低，運(yùn)行人員可根據(jù)NOx濃度適當(dāng)增加總風(fēng)量，有利于煤粉燃盡。

3.2煤粉細(xì)度優(yōu)化試驗(yàn)

煤粉細(xì)度是影響飛灰含碳量的另一關(guān)鍵因素，試驗(yàn)開始前各煤倉煤位上至滿倉，試驗(yàn)期間各臺(tái)磨煤機(jī)煤質(zhì)不變。調(diào)整磨煤機(jī)通風(fēng)量、磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速降低煤粉細(xì)度。分離器轉(zhuǎn)速、煤粉細(xì)度(R90)和飛灰含碳量關(guān)系見表3：

表3　煤粉細(xì)度優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

分離器轉(zhuǎn)速對(duì)煤粉細(xì)度影響十分明顯，隨著分離器轉(zhuǎn)速提高，煤粉細(xì)度下降，飛灰含碳量降低。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該爐動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速達(dá)到35Hz以上時(shí)皮帶打滑現(xiàn)象比較明顯，磨煤機(jī)出力降低，嚴(yán)重影響磨煤機(jī)調(diào)節(jié)性能。若對(duì)該分離器進(jìn)行升級(jí)改造，達(dá)到同類型設(shè)備優(yōu)秀水平，分離器轉(zhuǎn)速達(dá)35Hz以上時(shí)，煤粉細(xì)度將進(jìn)一步降低，更有利于煤粉燃盡。

3.3燃燒調(diào)整試驗(yàn)

除煤質(zhì)及煤粉細(xì)度原因外，燃燒控制參數(shù)對(duì)飛灰含碳量也會(huì)產(chǎn)生較大影響。綜合上述分析結(jié)果制定如下燃燒調(diào)整措施：

采用“分磨上煤”方式上煤。充分利用燃燒器位差，將易燃煤入上層磨。

增加高揮發(fā)分煤比例。試驗(yàn)期間，等離子磨(F磨)和上層磨(A、D磨)燃用高揮發(fā)分煤，占總煤量50%。日常運(yùn)行考慮到負(fù)荷率變化較大，鍋爐磨煤機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)為4～6臺(tái)，上中下三層各一臺(tái)磨上高揮發(fā)分煤，保證不同負(fù)荷下高揮發(fā)分煤比例均不低于40%。

增加氧量。高揮發(fā)分煤比例增加，爐膛出口NOx濃度明顯下降，適當(dāng)增加燃燒區(qū)域二次風(fēng)比例及總風(fēng)量。

降低一次風(fēng)量，磨煤機(jī)出口風(fēng)速由28m/s降至24m/s，提高煤粉顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間，且SCR入口NOx濃度下降。

提高磨煤出口風(fēng)粉混合物溫度。原磨后溫度基本控制在設(shè)計(jì)值(75～85℃)，通過試驗(yàn)，根據(jù)各臺(tái)磨煤質(zhì)情況提高至95～105℃。揮發(fā)分初析率升高，煤粉氣流著火熱降低，利于穩(wěn)燃、著火和燃盡。

調(diào)整燃燒器配風(fēng)方式。通過計(jì)算，燃盡風(fēng)燃燒器通流面積過大，燃盡風(fēng)比例過大，造成二次風(fēng)箱壓力不足，將燃盡風(fēng)燃燒器外二次風(fēng)門開度由100%關(guān)至50%，二次風(fēng)箱入口門維持全開不變；煤粉燃燒器外二次風(fēng)門開度由60%調(diào)整至40%～50%(兩側(cè)墻50%，中間40%)，二次風(fēng)箱入口門采用正寶塔配風(fēng)方式，未投用層二次風(fēng)門開度關(guān)至5%。部分負(fù)荷時(shí)，根據(jù)NOx濃度適當(dāng)關(guān)小燃盡風(fēng)箱入口風(fēng)門開度。

3.4其他治理

對(duì)干渣機(jī)冷卻風(fēng)口進(jìn)行“堵二留一”的封堵，降低干渣機(jī)漏風(fēng)率。標(biāo)定爐膛出口氧量測(cè)點(diǎn)，空預(yù)器出口二次風(fēng)量測(cè)點(diǎn)，保證氧量及風(fēng)量測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確性。開展脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化，降低氨逃逸率，提高SCR系統(tǒng)對(duì)入口NOx的適應(yīng)能力。

3.5治理效果

經(jīng)過調(diào)整，滿負(fù)荷試驗(yàn)工況二次風(fēng)箱壓力由原100Pa左右升高至500Pa，NOx濃度由648mg/m3降低至407mg/m3，飛灰含碳量由5.2%降低至2.05%。

2015年11月至2016年3月統(tǒng)計(jì)月平均飛灰含碳量已降至2.75%，綜合治理取得了明顯的效果。

4　結(jié)論

鍋爐系統(tǒng)龐雜，各系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)度較大。影響飛灰含碳量的因素多種多樣，分析處理該類問題應(yīng)抓住問題的本質(zhì)，對(duì)癥下藥才能取得良好的效果。

本文所述，在鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)已定的前提下，飛灰含碳量升高既有對(duì)不同煤質(zhì)的燃燒特性不了解，制定的混煤策略不合理的原因，也有燃燒控制參數(shù)不合理的原因，更有制粉系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不佳的問題。除此之外，隨著國家環(huán)保政策越來越嚴(yán)格，鍋爐的優(yōu)化治理必須兼顧污染物生成及排放。本文通過脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化，提高SCR系統(tǒng)對(duì)入口NOx濃度的適應(yīng)性，把握NOx生成量與爐膛風(fēng)量之間的最優(yōu)關(guān)系也是燃燒調(diào)整的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)同類鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整具有一定的借鑒意義。

[1] 馬啟磊.正交法在“W型”鍋爐燃燒調(diào)整中的應(yīng)用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,(01):90-95.

[2] 徐遠(yuǎn)剛，劉毅，張成，等.鍋爐飛灰含碳量偏高的原因分析[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2010,(05):325-328.

[3] 陳敏生，劉定平，等.電站鍋爐飛灰含碳量的優(yōu)化控制[J].動(dòng)力工程,2005,(04):545-549.

[4] 溫文杰，馬小茜，劉翱.鍋爐混煤摻燒的飛灰含碳量預(yù)測(cè)和運(yùn)行控制[J].熱力發(fā)電,2010,(03):3- 8.

[5] 范華挺.淺論飛灰可燃物的降低[J].廣東科技,2006,(08):33-34.

[責(zé)任編輯：程蓓]

A 660MW Supercritical Boiler High Unburned Carbon Comprehensive Treatment

MAQi-lei

(ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.EasternChinaBranch,Hefei230600,China)

This paper analyzes a 660MW supercritical boiler′s operation, and points out that the mainly reasons of high unburned carbon are the boiler design, poor coal quality, unreasonable mixed coal policy, unqualified coal fineness and unreasonable combustion control parameter. Combined high temperature heat balance for a typical coal quality combustion characteristics test results with boiler design features, several control measures like optimizing mixed coal strategy, improving the ratio of bituminous coal, controlling the concentration of NOxand optimizing combustion control are developed, which have already achieved significant results.

supercritical boiler; unburned carbon; mixed coal; combustion adjustment

2016- 04-25

馬啟磊(1982-)，男，湖北荊州人，碩士，中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司鍋爐室副主任，工程師，從事熱力發(fā)電廠鍋爐燃燒技術(shù)及節(jié)能新技術(shù)的研究。E-mail: rancy725@163.com

TK224.1+1

A

1672-9706(2016)03- 0051- 05