混煤摻燒對鍋爐性能影響

林濤

摘要：近年來，隨著我國動力煤市場的變化，越來越多的發(fā)電企業(yè)無法保證鍋爐設(shè)計用煤的供應。同一煤種，隨著產(chǎn)地、采礦點、地質(zhì)條件以及開采、運輸、儲存等條件的不同，煤質(zhì)特性也會有很大的差別。很多發(fā)電企業(yè)從經(jīng)濟效益的角度出發(fā)，主動讓鍋爐摻燒一些低價煤、劣質(zhì)煤，增大了鍋爐實際用煤的變化幅度，煤質(zhì)特性參數(shù)遠遠偏離設(shè)計值。燃料特性發(fā)生變化后，鍋爐是否可以安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定的運行？燃料發(fā)生變化后，鍋爐燃燒系統(tǒng)以及輔機系統(tǒng)會相應地發(fā)生何種變化？

Abstract： In recent years， with the changes in China's thermal coal market， more and more power generation companies cannot guarantee the supply of coal for boiler design. The same coal type， with the different origins， mining points， geological conditions and mining， transportation， storage and other conditions， coal quality characteristics will also be very different. From the perspective of economic efficiency， many power generation enterprises actively let the boiler blend some low-cost coal and inferior coal， which increases the variation range of the actual coal used in the boiler and the coal quality parameters deviate far from the design value. After the fuel characteristics change， can the boiler operate safely， economically and stably？ After the fuel changes， what changes will occur in the boiler combustion system and the auxiliary system？

關(guān)鍵詞：混煤;鍋爐;性能

Key words： mixed coal;boiler;performance

中圖分類號：TK229.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0217-03

0? 引言

我們知道電站鍋爐在設(shè)計階段都會選取不同煤種進行校核計算，鍋爐對煤種的變化是有一定的適應性的。因此，在不對鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒器參數(shù)等進行結(jié)構(gòu)性改變的條件下，鍋爐實際燃用的煤在一定的范圍之內(nèi)變化是允許的。下面對煤種改變對鍋爐性能的影響進行分析。

1? 單一燃料特性參數(shù)對鍋爐燃燒性能的影響

1.1 發(fā)熱量對燃燒特性的影響

鍋爐燃用比原設(shè)計發(fā)熱量低的煤種，鍋爐效率下降，不完全燃燒損失增加。鍋爐燃用發(fā)熱量過高的煤種，在燃料量相同的情況下，鍋爐會過度燃燒，產(chǎn)生過量煙氣，增加大氣污染，還可能損壞燃燒設(shè)備。雖然發(fā)熱量是煤重要的經(jīng)濟指標，但并非發(fā)熱量越大越好。

1.2 揮發(fā)分對燃燒性能的影響

揮發(fā)分主要由可燃氣體：氫氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫及其他碳氫化合物組成。不同種類的煤，揮發(fā)分含量和開始析出溫度不相同。一般碳化程度淺的煤揮發(fā)分含量多，開始析出的溫度較低。褐煤130～170℃開始析出，煙煤190℃析出，無煙煤析出溫度高達380～400℃。揮發(fā)分多的煤易著火，燃燒快，火焰長。燃煤揮發(fā)分降低，煤著火溫度變高，即不易著火，使煤粉氣流著火推遲，燃燒不易穩(wěn)定，容易發(fā)生滅火。爐膛結(jié)構(gòu)和鍋爐運行時的調(diào)整與揮發(fā)分含量密切相關(guān)。

1.3 煤中含硫量對燃燒特性的影響

1kg硫完全燃燒生成二氧化硫時能放出9050kJ的熱量，部分二氧化硫進一步氧化成三氧化硫，二氧化硫和三氧化硫與煙氣中的水蒸氣結(jié)合在一起生成亞硫酸和硫酸蒸氣。硫酸蒸汽的酸露點遠遠大于同樣分壓力下水蒸氣露點。硫酸蒸汽一旦凝結(jié)在受熱面上，便有強烈的腐蝕性。酸露點的高低主要取決于燃料中硫的含量。硫的氧化物隨煙氣排入大氣，會造成嚴重的環(huán)境污染。硫是煤中的有害元素，我們希望硫含量越低越好。

1.4 煤中灰分含量對燃燒特性的影響

灰的成分比較復雜，一般包含氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、鈣鎂氧化物、及堿金屬氧化物等成分。一般而言灰分含量高的煤種煤質(zhì)較差，反之屬于優(yōu)質(zhì)煤?；曳执嬖跁姑褐锌扇荚氐暮肯鄬p少，發(fā)熱量降低?；曳謺璧K可燃物質(zhì)與氧接觸，影響煤顆粒燃燒與燃盡?；曳謺故軣崦娣e灰、結(jié)渣，影響傳熱。煙氣中的飛灰還會引起設(shè)備的磨損、腐蝕，降低鍋爐使用壽命。爐膛排除灰渣會帶走一部分熱量，造成熱損失。隨煙氣排出的飛灰會污染環(huán)境。灰分的變化在運行中必須高度重視。

1.5 灰的熔融性對燃燒特性的影響

由于灰是各組成成分的復合化合物或混合物，所以它沒有固定的熔點。當它受熱時，就由固態(tài)逐漸向液態(tài)轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化特性就稱為灰的熔融性。在鍋爐中多用軟化溫度ST作為灰熔點。各種煤的ST-般為1100～1600℃?；业娜廴谛詫﹀仩t運行的經(jīng)濟性和安全性有很大影響。對于固態(tài)排渣煤粉爐，當燃用灰熔點低的煤，容易引起受熱面結(jié)渣。對于液態(tài)排渣煤粉爐，當燃用灰熔點高的煤，容易造成爐底排渣口流渣困難。

當灰粒溫度低于軟化溫度時，在受熱面上只能形成疏松的弱黏性聚形灰渣，容易脫落。當灰粒溫度高于軟化溫度時，固態(tài)的顆粒將變成熔融狀態(tài)，具有較強的黏性，與受熱面接觸時會黏附在受熱面上形成結(jié)渣，導致傳熱惡化。

1.6 煤中水分含量對燃燒特性的影響

水分增加會使煤中可燃元素的含量相對減少，水分蒸發(fā)要吸收汽化潛熱，使煤的實際發(fā)熱量降低。水分多對煤的著火、燃燒十分不利，會增加不完全燃燒熱損失。煤中水分增加將使燃燒生成的煙氣容積增大，造成排煙熱損失及引風機耗電量增加。水分多還會引起低溫受熱面的堵灰與腐蝕。

2? 混煤特性參數(shù)對鍋爐燃燒性能的影響

一般認為混煤是煤的機械混合，其燃燒特性應是兩種煤質(zhì)特性的加權(quán)平均值，實際并非如此。雖然混煤的元素成分和發(fā)熱量與原煤的加權(quán)平均值相符，但是燃用混煤的爐內(nèi)過程，如著火燃燒穩(wěn)定性、燃盡性和結(jié)渣特性等，則與加權(quán)平均結(jié)果有較大的差距。

煤粉氣流著火指數(shù)的測定條件與電站鍋爐煤粉著火工況最接近，可以把它作為比較煤粉著火難易的主要指標。煤粉氣流著火指數(shù)受煤粉濃度和混煤比例的直接影響，煤粉濃度升高著火指數(shù)降低。無煙煤摻燒煙煤的比例越大著火指數(shù)越低，通常煤粉爐的一次風煤粉濃度為0.4～0.6，提高煤粉濃度有利于著火，采用濃淡分離技術(shù)或高濃度一次風燃燒，可明顯提高煤粉濃度，有利于著火和提高燃燒穩(wěn)定性。但是，過高的煤粉濃度在輸粉方面要采取有效措施防止煤粉爆炸。

難燃煤摻燒易燃煤時著火特性明顯改善，1：1混煤的著火指數(shù)大多不是兩個原始煤種著火指數(shù)的平均值，而是向易燃煤著火指數(shù)靠攏。這說明易燃煤種先著火并起到一個穩(wěn)定火源的作用。由此可見，難燃煤種燃燒時，摻燒少量的易燃煤種對穩(wěn)定燃燒和降低不投油負荷有利。易燃煤種被迫摻燒難燃煤種時，其著火指數(shù)要升高，但摻燒比例不是太大時著火穩(wěn)定性可在允許范圍內(nèi)。分析混煤的著火特性，可得出如下規(guī)律：

①揮發(fā)分是判別著火難易的概略指標。一般來說，揮發(fā)分越高，著火越容易;但是揮發(fā)分相近的不同煤種（包括混煤），其著火難易程度可能有很大的差別。

②難著火的煤與易著火的煤混燒，總的著火難易程度趨近易著火煤的著火特性，難燃煤摻燒易燃煤來改善著火特性，其作用會較顯著。

③混煤的著火及燃燒穩(wěn)定性靠近易燃煤的特性，難燃煤中摻燒部分易燃煤種會顯著提高燃燒穩(wěn)定性。

④混煤的燃燒，各摻燒煤種在燃燒過程中均保持原有的燃燒特性。

⑤混煤的燃盡性趨近難燃煤種，難燃煤中摻燒易燃煤種，不會使燃盡特性顯著改善。

從分析研究所選用煤種來看，兩原始煤種的結(jié)渣性能對混煤結(jié)渣性有同等程度的影響，結(jié)渣煤種糝燒不結(jié)渣煤種會使結(jié)渣程度減輕。相反，不結(jié)渣煤種摻燒結(jié)渣煤會使燃燒產(chǎn)生結(jié)渣。結(jié)渣傾向受摻燒比例的影響，摻燒越多，結(jié)渣傾向越重。一般來說，兩不結(jié)渣煤摻燒后仍不結(jié)渣。

3? 設(shè)計燃用煙煤鍋爐摻燒褐煤問題探討

很多發(fā)電企業(yè)，為了降低運行成本，將原設(shè)計燃用煙煤的鍋爐大量摻燒高水分褐煤。在不改變鍋膛結(jié)構(gòu)及其附屬系統(tǒng)的條件下，能夠摻燒多少高水分褐煤呢？

根據(jù)鍋爐廠提供的設(shè)計資料、《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計規(guī)范》以及其他規(guī)程規(guī)范可知：在鍋爐燃用燃料一定的條件下，首先要進行爐膛截面熱負荷以及容積熱負荷的確定，進而確定爐膛結(jié)構(gòu)等參數(shù)。而爐膛截面熱負荷及容積熱負荷的選擇與燃料的特性有很大的關(guān)系。表1為300MW鍋爐熱力特性。

與煙煤相比，由于褐煤揮發(fā)分高，容易結(jié)渣。因此在選擇爐膛熱力特性參數(shù)時數(shù)值相對煙煤低。所以原設(shè)計燃用煙煤的鍋爐，摻燒一定比例的褐煤，從燃燒穩(wěn)定性的角度出發(fā)，鍋爐沒有問題;相對于煙煤，褐煤較軟，原設(shè)計燃用煙煤的鍋爐大多配置中速磨煤機，因此從碾磨出力的角度出發(fā)，中速磨煤機磨制褐煤是沒有問題的。但是由于褐煤水分大、揮發(fā)分較高，原設(shè)計燃用煙煤的鍋爐制粉系統(tǒng)，大多選擇“熱風十冷風”作為干燥劑，那么這種磨煤機在碾磨褐煤過程中能否出現(xiàn)其他問題？鍋爐能夠摻燒多大比例的褐煤呢？

對于火力發(fā)電廠而言，燃煤摻燒比例是企業(yè)需要確定的關(guān)鍵參數(shù)之一，摻燒比例的選擇主要受到以下幾個方面的影響：

①鍋爐結(jié)渣是影響鍋爐安全運行的重要因素，因此摻燒比例的確定應結(jié)合鍋爐結(jié)渣特性而最終確定。

②褐煤的水分高。爐內(nèi)摻混或爐外摻混都會影響制粉系統(tǒng)的干燥出力，磨煤機的出口溫度降低，直接影響到鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

③褐煤揮發(fā)分含量高，在實際摻燒過程中應防止制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸。同時也要關(guān)注燃燒器噴口以及水冷壁等受熱面的結(jié)焦現(xiàn)象。

④正是由于褐煤具有高水分、高揮發(fā)分、低熱值的特點，設(shè)計燃用煙煤的鍋爐在摻燒一定比例的褐煤時，鍋爐一次風率的增大會給鍋爐的性能帶來許多變化。

原設(shè)計燃用煙煤的鍋爐、在不對其進行任何改動的時提下，鍋爐最大能夠摻燒多少褐煤呢？下面以某臺330MW鍋爐為例，進行分析說明。該爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1080t/h，鍋爐的額定蒸發(fā)量為1045.6t/h。鍋爐設(shè)計煤種為徐州煙煤，摻燒煤種為印尼褐煤。

以褐煤：煙煤=1：9、2：8、3：7的摻燒比例進行校核計算。計算時假設(shè)摻燒褐煤后，磨煤機出口溫度75℃不變。計算結(jié)果表明，按1：9比例摻燒，制粉系統(tǒng)的冷、熱一次風比例為21：79。摻燒比例為2：8的校核計算中冷、熱一次風比例為6：94干燥出力基本達到極限。摻燒比例為3：7時制粉系統(tǒng)干燥劑全部采用熱風也無法滿足制粉系統(tǒng)正常運行。

這表明制粉系統(tǒng)的設(shè)計干燥出力已經(jīng)不能滿足鍋爐制粉需要。即在鍋爐現(xiàn)有系統(tǒng)條件下，鍋爐最大的摻燒褐煤比例為2：8。當然，如果適當降低磨煤機出口風溫，則摻燒比例可以提高。

目前很多發(fā)電廠鍋爐摻燒較為便宜的褐煤，褐煤具有高水分、高揮發(fā)分、灰熔點較低的特性。在運行中有以下問題需要重視：

①由于總的燃煤量及煙氣量的增加，鍋爐對流受熱面磨損增加。

②制粉系統(tǒng)干燥出力裕度不足甚至沒有。特別是在冬季運行期間，該問題將特別突出。

③由于干燥出力的不足，必須增加一次風量。導致燃燒推遲，對流受熱面容易超溫，減溫水量增大。

④褐煤的揮發(fā)分高，容易著火。運行人員應及時調(diào)整配風，防止由于褐煤著火提前而導致的“搶風”現(xiàn)象的發(fā)生。

電站鍋爐可以摻燒一定比例的劣質(zhì)煤，通過一些小的技術(shù)改造可在保證鍋爐及其制粉系統(tǒng)安全運行的前提下實現(xiàn)較大比例的摻燒。

參考文獻：

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