300MW燃煤機組飛灰含碳量高的原因分析與對策

趙巖峰

摘 要：飛灰含碳量是影響鍋爐效率的重要因素之一，本文針對公司鍋爐技術改造后飛灰含碳量偏高的實際情況，分別從低氮燃燒器、燃盡風使用、旋轉分離器調整等多方面進行分析，查找影響飛灰含碳量高的原因，并提出合理解決方案，降低飛灰含碳量，取得明顯成效。

關鍵詞：鍋爐；飛灰含碳量；原因分析；降低

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A

飛灰含碳量是反映電廠鍋爐燃燒效率的重要指標。飛灰含碳量高就要增加燃料消耗量，直接影響電廠的發電煤耗，增加發電成本，降低經濟性。飛灰含碳量升高加劇了對鍋爐尾部受熱面有磨損，降低設備的使用壽命。而且容易發生鍋爐結焦和沉積在尾部煙道引發二次燃燒，這些對鍋爐的安全運行造成很大的威脅。因此，應盡量降低鍋爐飛灰含炭量，提高電廠效益，保障鍋爐運行安全。我公司300MW機組鍋爐為亞臨界壓力、一次再熱自然循環汽包爐，采用中速磨直吹式制粉系統、單爐膛、四角切向燃燒，平衡通風，固體排渣。鍋爐采用四角布置，同心切圓燃燒方式。燃燒器噴嘴結構采用一次風口四周通以周界風，一二次風噴嘴間隔布置的型式，一次風噴嘴可上下擺動30°，可通過改變燃燒器的角度，來改變火焰中心位置。

機組整體運行情況穩定，飛灰含碳量含量平均3.5%～4.0%。由于環保形勢的嚴峻，為適應“十二五”對火電行業的NOX控制要求，對#3、#4機組進行選擇性催化還原煙氣脫硝SCR改造，同時配套進行低氮燃燒器改造，燃燒器可擺動。低氮燃燒器改造采用翼型導流濃淡+周界風+SOFA燃燒技術；SOFA風布置在爐膛的四角，每組SOFA燃燒器布置三層SOFA噴口。SOFA燃燒器噴口可以上下擺動，用來調節火焰中心和控制飛灰和降低NOX最佳值。為了降低飛灰含碳量，對磨煤機進行改造，增加了旋轉分離器以降低煤粉細度。鍋爐改造啟動后，運行過程中暴露出飛灰含碳量偏高的問題，平均為8.0%～9.0%，最高出現過15%，這極大的影響到機組運行的經濟性。以下簡述一下飛灰含碳量偏高的原因。

（1）煤粉細度的影響

煤粉細度對其煤粉的燃燒和燃盡性能有很大影響。煤粉細度越大，即煤粉顆粒粒徑越大，勢必造成煤粉燃盡時間延長，不完全燃燒損失增大，飛灰含碳量升高。對于高揮發分的煤，因其容易燃燒可允許磨得粗些；對于低揮發分和可磨性指數較低的煤，因較難燃燒而應盡量磨得細些。降低煤粉細度是控制飛灰含碳量升高的有效措施。

（2）煤種特性的影響

煤是火電廠的主要發電成本，為了降低發電成本，要進行配煤摻燒，鍋爐燃燒實際煤種與設計煤種不符，從而對煤粉的完全燃燒產生很大的影響，導致飛灰含碳量發生顯著變化。

（3）一次風速的影響

對于直吹式制粉系統，一次風速宜低一些，一次風速過高帶來的危害如下，直接導致煤粉氣流的著火點偏遠，著火推遲，一次風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，燃燒過程縮短，不利于煤的燃燼。

（4）磨煤機運行方式的影響

上層磨運行，煤粉在爐內燃燒時間縮短，燃燒時間不充分，灰含碳量偏高。

（5）二次風量的影響

鍋爐燃燒所需的氧量供應主要來自二次風，如果二次風量偏小，爐內出現缺氧燃燒現象，導致飛灰含碳量增大。

（6）鍋爐熱負荷的影響

鍋爐低負荷時，使得爐膛平均溫度降低，影響煤粉的著火，煤粉不容易燃盡又造成飛灰含碳量上升；反之，同樣的煤粉在高熱負荷時，則容易燃盡，有利于降低飛灰含碳量。

把這幾方面的因素同鍋爐技術改造后的運行方式一同分析，發現了一些問題：

（1）磨煤機旋轉分離器改造后做了實驗，由于每個負荷點只運行30分鐘，從實驗結果看很理想。按照試驗結果進行調整，旋轉分離器的轉速調的高，一段時間運行后導致磨煤機排渣量增大，電流增大，出口風粉混合物溫度降低，頻繁出現磨煤機滿煤，降低了磨煤機的運行安全和影響了機組運行的穩定性。為了應對這種狀況，運行人員提高一次風壓，總體較以前調高了1.5kPa～2kPa，滿負荷一次風母管壓力10kPa。即使磨煤機旋轉分離器轉速降低了，運行人員仍愿意愿保持較高的一次風壓，以保證磨煤機的運行穩定。一次風壓的提高和磨煤機出口溫度的降低導致的飛灰含碳量升高，其數值超過了煤粉細度降低對飛灰含碳量的影響。

（2）低氮燃燒的根本是局部缺氧的分層燃燒。煤粉的燃盡階段用時最長，效率很低。煤粉沒有在爐膛中心充分燃燒，脫離高溫區后燃盡很困難。SOFA風布置在爐膛的四角，每組SOFA燃燒器布置三層SOFA噴口，其噴口面積大于二次風口的面積，SOFA風量可以占到二次風量的1/4～1/3。調整氮氧化物時，SOFA風開度偏大，燃燒區缺氧較嚴重，煤粉無法充分燃燒，而在燃盡區由于SOFA風量大，溫度低，又沒有有效的擾動措施，造成了飛灰含碳量升高。

（3）SOFA風開大后，氧量增加，氮氧化物標態值增加。一般做法是降低送風機出力，減少氧量，這使得煤粉在燃燒區更加缺氧，繼續使飛灰含碳量升高。

（4）由于進煤渠道多樣，用煤來源比較復雜，配煤不均，煤質經常變化，揮發分、水分、灰分和發熱量等主要指標不穩定，沒有煤的硬度系數，揮發分范圍14%～22%，發熱量范圍13MJ/kg～ 21MJ/kg，又沒有進行摻燒試驗，配風有一定的盲目性，無法達到最優。

（5）為了提高再熱氣溫，燃燒器更換為可擺動式。正常運行時，燃燒器角度上擺幅度偏大，火焰中心上升，減少了煤粉在爐膛內的燃燒時間，對飛灰含碳量的降低不利。

以上五點就是我公司飛灰含碳量升高的主要原因，其根本原因是缺氧燃燒，燃燒時間不充足和燃盡階段風煤混合不充分。根據這些因素提出的解決方案主要是增加煤粉在爐內的停留時間和改善燃燒末期風粉的充分有效混合，以下是具體措施。

（1）煤質化驗力求精確，配煤盡可能均勻，穩定。對于煤質變化應選擇一些典型配煤方式進行摻燒試驗，總結規律，對配風進行一般性指導，減少盲目性操作。

（2）保持較低的一次風壓：運行中，每臺磨煤機的煤量要均衡，這樣有利于降低一次風壓，滿負荷各臺磨煤機入口一次風壓控制在8kPa左右即可，磨煤機電流控制在42A～45A。低負荷，磨煤機煤量小，電流低與41A時，可以繼續降低一次風壓，保持6kPa～6.5kPa左右，同時提高磨煤機旋轉分離器轉速，如果無煙煤比例大，盡可能提高磨煤機旋轉分離器轉速以降低煤粉細度，改善煤粉著火條件。

（3）保持比較高的磨煤機出口溫度，入爐煤揮發分大于19%時，磨煤機出口溫度控制在95℃；揮發分小于19%時，磨煤機出口溫度控制在100℃～105℃；這樣有利于煤粉在爐內盡快的燃燒，提供充足的時間燃盡。

（4）確保燃燒末期空氣和煤粉的良好擾動和混合。燃盡風改造后是正切，這不利于空氣和煤粉良好混合，現在已將一、二層燃盡風改為反切方式，極大改善了燃燒末期空氣和煤粉混合，有利于煤粉的末期燃燒，降低飛灰含碳量。

（5）對于氮氧化物的調整要適當，滿足氮氧化物指標后盡可能少的用燃盡風，保證煤粉在爐內有比較充足的空氣以供燃燒，降低缺氧燃燒程度。燃盡風使用時，角度可以向下擺動，增加煤粉在爐膛內的停留時間，進一步降低飛灰含碳量。

（6）保持合適的鍋爐負壓：減小吸風機出力，爐膛負壓由原先的-70升至-30Pa左右，保持爐膛微正壓狀態，降低煙氣流速，增加煤粉在鍋爐內的停留時間。

（7）強化回轉式空預器吹灰工作，防止堵灰，保持空預器換熱面清潔，提高傳熱效果，提高一、二次風溫度，有助于煤粉的點燃，也保證煤粉末期燃燒有較高的溫度，有利于煤粉末期的燃燒、燃盡。

以上措施在實踐中不斷改進，主要目的是保證環保參數合格前提下，減低缺氧燃燒程度，增加煤粉在爐內停留時間和強化煤粉的末期燃燒。采取這些措施后，取得明顯成效，我公司300MW機組飛灰含碳量大幅下降，由原先的平均8.0%～9.0%將至4.0%～5.5%，下降幅度50%左右。按照飛灰含碳量每下降1%，煤耗降低約1g/kWH，每一億度電可節約燃煤約400t左右。

參考文獻

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