1000MW機(jī)組鍋爐飛灰含碳量偏高原因分析及對(duì)策

李江寧

(銅山華潤(rùn)電力有限公司,江蘇 徐州)

1000MW機(jī)組鍋爐飛灰含碳量偏高原因分析及對(duì)策

李江寧

(銅山華潤(rùn)電力有限公司,江蘇 徐州)

在燃煤電廠中,由于各方面原因?qū)е氯济旱牟煌耆紵?使得鍋爐的飛灰含碳量增加,不完全燃燒損失增大,進(jìn)而使鍋爐效率降低,發(fā)電煤耗上升,發(fā)電成本增加.本文通過(guò)深入研究飛灰含碳量的影響因素,制定了一系列的應(yīng)對(duì)策略,不僅提升了鍋爐的運(yùn)行效率,還降低了燃煤的消耗,從而有效的節(jié)省了成本的投入,為鍋爐高效運(yùn)行提供了依據(jù).

飛灰含碳量;原因分析;對(duì)策

1 概述

燃煤電廠鍋爐的運(yùn)行效率主要取決于鍋爐飛灰的含碳量,當(dāng)鍋爐工作時(shí)必須要將飛灰含碳量控制在一定范圍內(nèi),才能保證其功效性、經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性.我司兩臺(tái)1000MW機(jī)組鍋爐2016年1~4月飛灰含碳量達(dá)到了2.5%且有繼續(xù)上升趨勢(shì),亟需尋求飛灰含碳量升高的根本原因,進(jìn)行有效控制.

2 設(shè)備概述

銅山華潤(rùn)電力有限公司為2X1000MW燃煤機(jī)組,鍋爐型SG-3044/27.46-M535,超超臨界參數(shù)、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、切圓燃燒方式塔式鍋爐,整個(gè)設(shè)備選自芬蘭奧林(Oilon)集團(tuán)Ecopower燃燒系統(tǒng);鍋爐出口蒸汽參數(shù)為27.46MPa(a)/605/603℃,其汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)為26.25MPa(a)/600/600℃.而汽輪機(jī)閥門(mén)全開(kāi)功率的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為每小時(shí)3044噸.主蒸汽、再熱蒸汽的相關(guān)指標(biāo)要符合的汽輪機(jī)參數(shù)設(shè)置,使得鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量能夠契合汽輪機(jī)閥門(mén)全開(kāi)功率.本鍋爐燃用徐州混煤和晉東南貧煤,前者為設(shè)計(jì)煤種,后者為校核煤種;設(shè)計(jì)煤種為貧煤,校核煤種為煙煤.

3 飛灰含碳量高的危害及現(xiàn)狀分析

當(dāng)飛灰含碳量較高時(shí),鍋爐效率降低,機(jī)組發(fā)電煤耗升高,生產(chǎn)成本上升;不僅大大降低了燃煤的利用率,還使得鍋爐進(jìn)口附近部位的連接設(shè)備溫度升高,導(dǎo)致爆管等突發(fā)事故;當(dāng)飛灰含碳量升高時(shí),鍋爐內(nèi)部因化學(xué)反應(yīng)生成一些有害氣體,使得鍋爐附近連接管道會(huì)受到有害氣體的腐蝕,而且在此種情況下,爐內(nèi)的灰熔點(diǎn)會(huì)不斷降低,從而形成污垢凝結(jié)在附近的管道壁中;然而飛灰含碳量一旦升高,還需要長(zhǎng)時(shí)間的電除塵來(lái)緩解,這樣不僅消耗了大量的電能,還使得日常的工作效率所有降低,況且排出的煙灰也會(huì)影響到城市的環(huán)境;飛灰含碳量過(guò)高還會(huì)提升粉煤灰燒失量,降低了粉煤灰的利用率.由此可見(jiàn)飛灰含碳量程度影響著電廠的安全性,一旦飛灰含碳量超標(biāo)就會(huì)出現(xiàn)故障,從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失.所以控制飛灰可燃物含量至關(guān)重要,強(qiáng)化鍋爐的燃燒效率,保障設(shè)備正常運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化節(jié)約型發(fā)電,這對(duì)于整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義.2015年銅山項(xiàng)目飛灰含碳量平均值為2.1%,2016年1至4月銅山項(xiàng)目飛灰含碳量達(dá)到了2.5%且有繼續(xù)上升趨勢(shì),按照飛灰含碳量每變化1%約影響煤耗約1.25g/kW.h計(jì)算,已經(jīng)嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性.如圖1所示.

圖1 飛灰可燃物變化趨勢(shì)

4 鍋爐飛灰含碳量高的原因分析及調(diào)整策略

通過(guò)梳理發(fā)電廠的生產(chǎn)流程得出影響飛灰含碳量的主要因素有:燃料的品質(zhì)、鍋爐負(fù)荷、煤粉細(xì)度、爐內(nèi)氧量、二次風(fēng)配風(fēng)方式、磨煤機(jī)出力、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)等.

4.1 燃料的品質(zhì)對(duì)飛灰含碳量的影響及調(diào)整策略

銅山公司注冊(cè)礦點(diǎn)多達(dá)100余家,入爐煤質(zhì)經(jīng)常偏離設(shè)計(jì)煤種,使得煤粉在鍋爐內(nèi)無(wú)法完全燃燒,導(dǎo)致飛灰含碳量偏高.當(dāng)燃煤有機(jī)質(zhì)的熱分解物被充分揮發(fā)時(shí)燃燒效果最好,這時(shí)的燃煤利用率最高.由于煤炭中的成分復(fù)雜,還有大量有機(jī)雜質(zhì)和不可燃燒氣體,所以只要燃煤中的不易燃燒物質(zhì)揮發(fā)分升高,燃煤中的固定碳含量就會(huì)減少,這樣煤炭就更容易充分燃燒.而且燃煤中水分含量也會(huì)阻礙鍋爐的正常運(yùn)行.當(dāng)水分含量過(guò)多時(shí),就會(huì)提高煤炭燃燒時(shí)所需的熱量,而且排放的熱能也會(huì)降低,拖延了煤炭燃燒的時(shí)間,而且燃煤中的水分會(huì)使得鍋爐內(nèi)部的溫度降低,使得煤炭燃燒不徹底,繼而提升了飛灰的含碳量.再者燃煤中灰分含量也很大的影響煤炭燃燒的情況,灰分含量多會(huì)減低熱能的排放量,而且炭雜外面附著一層灰分,阻隔了燃燒物與氧氣的結(jié)合,導(dǎo)致煤炭不能更好地燃燒,且燃燒不穩(wěn)定,大大提升了飛灰含碳量.下圖2為2015年和2016年銅山公司入廠煤質(zhì)比例.

圖2 銅山公司入廠煤質(zhì)對(duì)比

銅山項(xiàng)目現(xiàn)有注冊(cè)煤碳礦點(diǎn)多達(dá)100余家,煤質(zhì)復(fù)雜、劣質(zhì)煤占比大,煤場(chǎng)合理規(guī)劃壓力很大,利用數(shù)字煤場(chǎng)技術(shù)對(duì)煤場(chǎng)重新進(jìn)行規(guī)劃,通過(guò)多煤種燃燒試驗(yàn)后結(jié)果的數(shù)據(jù)分析對(duì)摻配煤質(zhì)進(jìn)行要求,使煤質(zhì)摻配需達(dá)到低位發(fā)熱量5000~5300kcal/kg,揮發(fā)分23~28%,空干基灰分≯20%.另外,加倉(cāng)時(shí),低揮發(fā)煤種可摻配加入下兩磨,增加煤粉在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)間,達(dá)到完全燃燒的目的;高揮發(fā)煤種可摻配加入上三層磨,為不完全燃燒的煤粉二次燃燒提供條件,達(dá)到整體完全燃燒的目的.整體加倉(cāng)按熱值排序?yàn)锳>B>C>D>E>F;按照揮發(fā)分排序?yàn)锳

4.2 煤粉細(xì)度對(duì)飛灰含碳量的影響及應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)煤粉顆粒越細(xì),煤粉揮發(fā)分的效果就越好,單位面積接觸氧氣的程度就越高,也就越容易燃燒,不僅著火速度快,而且火苗旺盛,燃燒較為徹底.而且精細(xì)的煤粉加熱升溫后,需要燃燒的時(shí)間更少,只有充分的燃燒才能減少飛灰含碳量.但相反的若煤粉加工的太細(xì)小,就會(huì)提升制粉系統(tǒng)的電能耗損,加大了電廠的用電量,所以在實(shí)際的煤粉研磨過(guò)程中還要慎重選擇煤粉細(xì)度,最好在保證燃燒效率的前提下,最經(jīng)濟(jì).通過(guò)收集以往數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分離器轉(zhuǎn)速與飛灰含碳量直接的回歸分析得出,分離器轉(zhuǎn)速將會(huì)直接影響到飛灰含碳量的數(shù)值,在煤種、負(fù)荷、氧量等參數(shù)不變的情況下,分離器轉(zhuǎn)速越高,飛灰含碳量越低.為了確定分離器轉(zhuǎn)速的最佳值,通過(guò)煤粉細(xì)度試驗(yàn)來(lái)找尋煤粉細(xì)度R90的最佳范圍.通過(guò)煤粉細(xì)度試驗(yàn)得出磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速為210r/min,R90為20%以下時(shí)經(jīng)濟(jì)性最佳.

4.3 爐內(nèi)氧量對(duì)飛灰含碳量的影響及調(diào)整策略

若爐內(nèi)氧量較低,則煤粉在缺氧條件下燃燒,煤粉的燃盡度較差,造成爐膛出口的飛灰含碳量升高;當(dāng)爐內(nèi)氧量充裕,符合煤粉完全燃燒所需要的氧量值,爐膛出口的飛灰含碳量逐漸降低.但氧量的增加不是無(wú)休止的,通過(guò)試驗(yàn)可以證明當(dāng)達(dá)到一定的氧量以后,繼續(xù)增加爐內(nèi)氧量,飛灰含碳量數(shù)值基本不會(huì)變化.但當(dāng)繼續(xù)增加爐內(nèi)氧量時(shí),排煙溫度會(huì)有所上升,損失在逐步升高,送、引風(fēng)機(jī)電耗上升,機(jī)組生產(chǎn)廠用電率升高.所以,需要尋求一個(gè)最佳氧量,符合鍋爐的最佳燃燒效率.

4.4 一、二風(fēng)量及二次風(fēng)擋板配風(fēng)方式對(duì)飛灰含碳量的調(diào)整策略

在 煤粉燃燒之前,若對(duì)一次風(fēng)還未使用完畢就進(jìn)行一次風(fēng)的混用,那么會(huì)不利于燃煤著火,特別對(duì)于揮發(fā)分低的燃煤更加不利,由于二次風(fēng)的混入提升了一次風(fēng)率,提高的著火熱量,延遲了著火時(shí)間;若二次風(fēng)混入較慢,使得煤粉燃燒后得不到充足的氧氣供給,促使?fàn)t內(nèi)燃燒不從分,使得飛灰含碳量升高,所以合理的調(diào)整二次風(fēng)量及其擋板開(kāi)度是非常有必要的.為避免節(jié)流損失,維持各臺(tái)運(yùn)行磨的熱風(fēng)調(diào)門(mén)開(kāi)度在80%~90%之間時(shí)進(jìn)行各負(fù)荷、各煤量區(qū)間的一次風(fēng)壓及風(fēng)量試驗(yàn)和二次風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn),得出最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)間.

4.5 燃燒方式對(duì)飛灰含碳量的影響及調(diào)整策略

燃燒器擺角決定了爐內(nèi)火焰中心的位置,當(dāng)燃燒器向下擺動(dòng)時(shí),相應(yīng)的爐膛火焰中心將向下移動(dòng),煤粉在爐膛中的燃燒時(shí)間將延長(zhǎng),從而使得煤粉有機(jī)會(huì)完全燃燒,飛灰含碳量降低;當(dāng)燃燒器上擺時(shí),會(huì)促使火焰中心向上轉(zhuǎn)移,繼而大大減少煤炭在鍋爐內(nèi)燃燒需要的時(shí)間,使得煤粉不能夠燃燒殆盡,使飛灰含碳量升高.所以,對(duì)于燃燒器擺動(dòng)進(jìn)行有效的利用方式就是確保鍋爐再熱器汽溫達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上保持下擺,增加煤粉在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間,降低飛灰含碳量.磨組運(yùn)行方式會(huì)對(duì)煤粉的燃燒時(shí)間產(chǎn)生一定的影響,從而決定著煤炭的燃燒率.當(dāng)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí),要將增加煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間,使得燃燒物能夠徹底耗盡為止,只有這樣才會(huì)降低飛灰含碳量.

5 運(yùn)行節(jié)能效果分析

通過(guò)在燃料的性質(zhì)、煤粉細(xì)度、過(guò)量空氣系數(shù)、一二次風(fēng)配風(fēng)方式、燃燒方式等方面進(jìn)行全面分析和有效調(diào)整后,銅山項(xiàng)目#5、#6爐平均飛灰含碳量由調(diào)整前的2.5%降至調(diào)整后的1.8%,降低發(fā)電煤耗0.875g/kW.h,全年節(jié)約標(biāo)煤約10500噸,取得直接經(jīng)濟(jì)受益645.02萬(wàn)元.通過(guò)對(duì)此種調(diào)整策略的實(shí)施取得了顯著的成果,由此證實(shí)整套應(yīng)對(duì)策略的有效性.

[1]孫學(xué)信.燃煤鍋爐燃燒試驗(yàn)技術(shù)與方法,北京:中國(guó)電力出版社,2002.

TM621.2

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1671-0711(2017)11(上)-0082-02