1 引言

飛灰含碳量是反映電站鍋爐燃燒效率和粉煤灰質(zhì)量的重要指標(biāo),飛灰含碳量的高低關(guān)系到粉煤灰的價格,直接影響電廠的綜合效益.此外,飛灰中的碳對鍋爐尾部受熱面有磨損作用,可降低設(shè)備的使用壽命,飛灰含碳量增加不僅增加燃料消耗量, 而且對鍋爐的安全運(yùn)行造成很大的威脅。很容易發(fā)生鍋爐結(jié)焦和尾部煙道二次燃燒,還會降低電除塵器的效率,造成環(huán)境污染.因此,應(yīng)盡量使鍋爐飛灰含炭量控制在合理的范圍內(nèi),以減少污染,提高電廠效益。

2 設(shè)備概述

我公司300MW機(jī)組鍋爐為亞臨界壓力、一次再熱自然循環(huán)汽包爐，采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)、單爐膛、四角切向燃燒，平衡通風(fēng)，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固體排渣，燃用煤種為蔚縣煤與錫盟煤按7:3摻混。鍋爐采用四角布置，同心切圓燃燒方式。燃燒器噴嘴結(jié)構(gòu)采用一次風(fēng)口四周通以周界風(fēng)，一二次風(fēng)噴嘴間隔布置的型式，每只燃燒器共有17個風(fēng)室，其中頂部燃燼風(fēng)室3個，二次風(fēng)室6個，煤粉周界風(fēng)室5個，油風(fēng)室3個。燃燒器的一次風(fēng)噴嘴可上下擺動20°，二次風(fēng)噴嘴可上下擺動30°，可通過改變?nèi)紵鞯慕嵌?，來改變火焰中心位置。機(jī)組自投運(yùn)后整體運(yùn)行情況穩(wěn)定，但是，在最近的運(yùn)行過程中卻暴露出飛灰含碳量偏高的問題，這直接影響到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。為了降低飛灰含碳量，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，發(fā)電部組織對這一課題開展分析。從燃燒的原理入手，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)狀況和燃煤情況進(jìn)行全面分析，找出影響飛灰含碳量的主要因素，制定相應(yīng)的方案，然后在運(yùn)行工作中進(jìn)行逐步驗(yàn)證。

3 鍋爐飛灰含碳量高的原因分析

3.1煤粉燃燒過程

煤粉在鍋爐內(nèi)燃燒基本分為4個階段：加熱干燥、揮發(fā)分析出著火、燃燒、燃燼。其中最重要的是著火和燃燼階段，要使燃燒完全，首先要保證迅速而穩(wěn)定的著火。只有實(shí)現(xiàn)了迅速而穩(wěn)定的著火，燃燒和燃燼才能迅速進(jìn)行，在煤粉的著火階段，其周圍被一次風(fēng)包圍，具有足夠氧氣，煤粉氣流溫度較低，這個階段的關(guān)鍵是迅速將煤粉加熱到其著火溫度。隨著燃燒的進(jìn)行，煤粉溫度逐步升高，而其周圍氧氣也逐步耗盡，此時制約燃燒的因素變?yōu)榱四芊窦皶r供給充足的氧氣。要使煤粉充分燃燒可以從兩個方面入手，即：加快燃燒速度和增長燃燒時間。

3.2影響飛灰含碳量的主要因素

(1)煤種影響。我公司鍋爐設(shè)計(jì)煤種為河北蔚縣煤，校核煤種1為準(zhǔn)格爾孔對溝煤，校核煤種2為70%蔚縣煤+30%內(nèi)蒙古錫林浩特勝利煤田露天礦原煤。三種煤的成分及煤質(zhì)分析資料見表1。

表1 設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的成分與煤質(zhì)比較。

近幾年，由于煤炭市場緊張及電煤價格的迅速上漲，我公司實(shí)際燃用煤種揮發(fā)分低、灰分大，且煤質(zhì)變化頻繁。燃煤的揮發(fā)分含量降低時，煤粉氣流著火溫度顯著升高，著火熱隨之增大，著火困難，達(dá)到著火所需的時間變長，燃燒穩(wěn)定性降低，火焰中心上移，爐膛輻射受熱面吸收的熱量減少，對流受熱面吸收的熱量增加，尾部排煙溫度升高，排煙損失增大。煤的灰分在燃燒過程中不但不會發(fā)出熱量，而且還要吸收熱量?；曳趾吭酱?，發(fā)熱量越低，容易導(dǎo)致著火困難和著火延遲，同時爐膛溫度降低，煤的燃燼程度降低，造成的飛灰可燃物升高?；曳趾吭龃螅剂Ｈ紵^程中被灰層包裹，碳粒表面燃燒速度降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，造成燃燒不良，飛灰含碳量升高。

(2)煤粉細(xì)度。合理的煤粉細(xì)度是保證鍋爐飛灰含炭量在正常范圍主要因素之一,降低煤粉細(xì)度是降低飛灰可燃物的有效措施。由于磨煤機(jī)存在振動現(xiàn)象，導(dǎo)致運(yùn)行中分離器轉(zhuǎn)速偏低，磨輥加載不能提高，影響了煤粉細(xì)度。近期煤可磨性較差，石子煤較多，大顆粒的石子煤在研磨件之間形成支撐，導(dǎo)致煤粉不能被磨細(xì)。煤粉過粗，單位質(zhì)量的煤粉表面積越小，加熱升溫、揮發(fā)分的析出著火及燃燒反應(yīng)速度越慢，因而著火越緩慢，煤粉燃燼所需時間越長，飛灰可燃物含量越大，燃燒不完全;另一方面提高煤粉的均勻性,也有利于煤粉的完全燃燒,較粗的煤粉若不能很好的與空氣攪拌混合,將導(dǎo)致著火不好,燃燒時間較長,這也是影響飛灰可燃物的主要因素。

(3)一次風(fēng)速的影響。由于我公司磨煤機(jī)輸粉管路直徑550mm，燃燒器噴嘴直徑450mm。導(dǎo)致了噴嘴出口處風(fēng)速過高。曾對一次風(fēng)速進(jìn)行過計(jì)算，給煤量 30t/h(按6%水分計(jì)算),磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量為60t/h時，輸粉管道內(nèi)風(fēng)速為19m/s，而燃燒器噴嘴處的風(fēng)速為30m/s。給煤量40t/h，一次風(fēng)量65t/h時，輸粉管道內(nèi)的風(fēng)速為24.5m/s，噴嘴處的風(fēng)速為41m/s。對于燃燒煙煤鍋爐推薦的一次風(fēng)速為25～35 m/s，對于直吹式送粉系統(tǒng)，一次風(fēng)速宜選下限，所以通過計(jì)算表明，我公司機(jī)組一次風(fēng)速偏高，一次風(fēng)速過高帶來的危害如下：

a)這直接導(dǎo)致煤粉氣流的著火點(diǎn)偏遠(yuǎn)，著火推遲，燃燒過程縮短。既不利于穩(wěn)燃，又影響了燃燼。

b)一次風(fēng)中較大的煤粉顆粒獲得動能過大，飛出煤粉氣流，落到周圍的缺氧區(qū)，影響燃燼。

c)切圓直徑變小，火焰不能均勻的充滿爐膛，爐膛中心煙氣流速過快，縮短了煤粉的爐內(nèi)停留時間。造成爐內(nèi)溫度分布不均勻和煙氣流速不均勻。不利于穩(wěn)定著火和燃燒。

d)加劇了管道和噴嘴的磨損。

(4)一、二次風(fēng)配合分析。一次風(fēng)速低，易造成一次風(fēng)管堵塞，還可能燒壞燃燒器。一次風(fēng)溫高，煤粉氣流達(dá)到著火點(diǎn)所需熱量減少，著火點(diǎn)提前。二次風(fēng)混入一次風(fēng)的時間要合適。如果在著火前混入，則著火延遲;如果過遲混入，則著火后的燃燒缺氧。二次風(fēng)一下子全部混入一次風(fēng)對燃燒也是不利的，因?yàn)槎物L(fēng)的溫度大大低于火焰溫度，大量低溫的二次風(fēng)混入則會降低火焰溫度，燃燒速度減慢，甚至造成熄火。二次風(fēng)速一般應(yīng)大于一次風(fēng)速。二次風(fēng)速比較高時，才能使空氣與煤粉充分混合;二次風(fēng)速又不能比一次風(fēng)速大太多，否則會迅速吸引一次風(fēng)，使混合提前，影響著火?？傊?，二次風(fēng)混入應(yīng)及時而強(qiáng)烈，才能使混合充分，燃燒迅速而完全。燃用低揮發(fā)分煤時，應(yīng)提高一次風(fēng)溫，適當(dāng)降低一次風(fēng)速，選用較小的一次風(fēng)率，這對煤粉的著火燃燒有利。燃用高揮發(fā)分煤時，一次風(fēng)溫應(yīng)低一些，一次風(fēng)速高一些，一次風(fēng)率大一些。有時有意使二次風(fēng)混入一次風(fēng)的時間早一些，將著火點(diǎn)推后，以免結(jié)渣或燒壞燃燒器。

(5)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度。我公司磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度正常運(yùn)行時應(yīng)控制在80℃左右，由于夏季雨天較多，加上煤質(zhì)變化頻繁，燃煤水分含量高，磨煤機(jī)出口溫度經(jīng)常在70-80℃之間擺動，有時甚至低于70℃運(yùn)行，風(fēng)粉混合物溫度降低必將導(dǎo)致煤粉著火推遲，煤粉燃燼程度差，導(dǎo)致飛灰含碳量上升。

(6)磨煤機(jī)運(yùn)行方式的改變。合理的磨煤機(jī)運(yùn)行方式直接影響到爐膛溫度，爐膛內(nèi)的火焰集中程度，火焰中心位置，我公司#1、#2機(jī)組普遍存在再熱汽溫偏低的現(xiàn)象，為保證機(jī)組再熱蒸汽參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)運(yùn)行，運(yùn)行調(diào)整時改變磨煤機(jī)的運(yùn)行方式，四臺磨運(yùn)行時，優(yōu)先選用上四層制粉系統(tǒng)，導(dǎo)致爐膛火焰中心上移，在配風(fēng)不合理的情況下，部分燃料未燃燼便隨煙氣離開爐膛，導(dǎo)致飛灰含碳量增加。

(7)負(fù)荷及煤種的變化。我公司#1、#2機(jī)組投產(chǎn)以來，AGC投入率均在95%以上，機(jī)組負(fù)荷頻繁大幅度波動，由于風(fēng)量跟蹤調(diào)整具有滯后性，短時的煤粉過粗影響燃燒完全，漲負(fù)荷過快時，送風(fēng)量跟蹤不上，爐膛氧量只有1%-2%，導(dǎo)致煤粉短時的缺氧燃燒，同樣影響燃燒的完全性。同時煤種變化又影響磨煤機(jī)的出力,碰到可磨性差的煤種時,很容易導(dǎo)致飛灰含碳量上升。

4 降低鍋爐飛灰含碳量的方法

通過對以上列舉影響飛灰含碳量種種因素的分析，我公司采取以下措施加以改善：

(1)降低風(fēng)煤比。現(xiàn)階段我公司選用的風(fēng)煤比為2.0，這是燃燒煙煤鍋爐較為合適的數(shù)值。但是我公司一次風(fēng)管和噴嘴的情況，導(dǎo)致風(fēng)粉流過燃燒器噴口的速度過快，著火點(diǎn)推遲。因此考慮降低磨煤機(jī)的風(fēng)煤比。但是風(fēng)煤比降低后，一次風(fēng)速降低有導(dǎo)致輸粉管堵塞的危險。為防止煤粉管堵粉，《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》(DL/T5145-2002),要求送粉管道介質(zhì)流速 不應(yīng)低于18m/s，所以在降低風(fēng)煤比的同時應(yīng)控制磨煤機(jī)的最低一次風(fēng)量不能低于50t/h。

(2)控制合適的煤粉細(xì)度。煤粉細(xì)度降低，單個顆粒燃燼所需時間減少，同時增加了煤粉和空氣的接觸面，加快了燃燒速度。所以通過合理的調(diào)節(jié)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式，盡可能維持理想的煤粉細(xì)度。

(3)燃燼階段供給充足的氧氣。鍋爐運(yùn)行中保持足夠的氧量至關(guān)重要。而我公司的氧量自動調(diào)節(jié)存在缺陷，為了設(shè)計(jì)的簡便，做成送風(fēng)量跟隨鍋爐蒸發(fā)量的模式。這樣的后果就是導(dǎo)致了增加負(fù)荷時先加煤后加風(fēng)，存在缺氧燃燒的現(xiàn)象。改進(jìn)的方法就是在增加負(fù)荷時，手動干預(yù)風(fēng)量調(diào)節(jié)，提前增加送風(fēng)量。

(4)優(yōu)化磨煤機(jī)運(yùn)行方式。下層磨維持高出力運(yùn)行，上層磨在低載方式下運(yùn)行，即所謂的正寶塔式給煤。通過加大下層磨的加載力，來保證煤粉細(xì)度，由于具有足夠的煤層厚度，所以下層磨不會劇烈振動。上層磨雖然煤層較薄，但是工作在輕載方式下，所以也不會振動，由于其給煤量較小，所以也可以得到較細(xì)的煤粉。這樣既可以緩解磨煤機(jī)振動情況，又盡可能的維持煤粉細(xì)度。當(dāng)然，這種方式是不適用于特別難磨的煤。

(5)減少過燃風(fēng)的用量，在總風(fēng)量不變的情況下，增加過燃風(fēng)相當(dāng)于減少了燃燒區(qū)域的送風(fēng)，使燃燒推遲，抬高了火焰中心，所以會減弱燃燒速度。另外由于過燃風(fēng)反切布置，大量送入過燃風(fēng)，會將形成的燃燒切圓打散，降低了燃燒區(qū)域的溫度，因而會減弱燃燒。所以運(yùn)行中要盡量減少過燃風(fēng)的使用。

(6)倒寶塔型配風(fēng)方式。采用倒寶塔型配風(fēng)可以壓住火焰，不使火焰上飄，減緩了煙氣的流速，延長了煤粉在爐內(nèi)的停留時間。這相當(dāng)于增加了煤粉的燃燒時間，對燃燼有利。

(7)火焰中心偏斜的影響。通過分析#1、#2鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，懷疑其可能存在火焰中心偏斜的問題?；鹧嫫x爐膛中心，在爐內(nèi)充滿度不好，風(fēng)粉摻混不理想，部分煤粉飄離燃燒區(qū)域，導(dǎo)致燃燒不充分。對此可以通過合理的配風(fēng)輔以過燃風(fēng)來加以調(diào)節(jié)。

(8)加強(qiáng)空預(yù)器吹灰,防止堵灰,提高傳熱效果,提高一、二次風(fēng)溫度,同時也防止由于空預(yù)器差壓大而造成引風(fēng)機(jī)出力不足,從而限制鍋爐總風(fēng)量。鍋爐負(fù)壓不能過高,爐膛負(fù)壓適當(dāng),控制在±50 Pa之內(nèi),使煤粉在爐膛內(nèi)有足夠的燃燒時間。嚴(yán)密關(guān)閉各孔、門,保持水封正常。減小鍋爐漏風(fēng)。

(9)改善燃煤質(zhì)量。當(dāng)煤質(zhì)變好時，著火迅速，反應(yīng)速度快，易于燃燼。對于燃煤揮發(fā)分較高的電廠，飛灰含碳量可以很容易的控制在2%左右。所以要從源頭上加以控制，盡量使用設(shè)計(jì)煤種或與設(shè)計(jì)煤種接近的煤種，以確保燃燒穩(wěn)定。

5 結(jié)語

通過以上初步的分析，找到了影響我公司飛灰含碳量的主要原因是煤質(zhì)變化、煤粉細(xì)度及燃燒的調(diào)整，在今后的機(jī)組運(yùn)行中，工作人員應(yīng)加強(qiáng)對入爐煤質(zhì)的采樣化驗(yàn)，及時低將煤質(zhì)情況提供給運(yùn)行人員，運(yùn)行人員應(yīng)針對當(dāng)前的煤質(zhì)采取合理的運(yùn)行方式,及時調(diào)整,精心操作，降低鍋爐的飛灰含碳量，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。