1000MW機組鍋爐飛灰含碳量偏高原因分析及對策

李江寧

(銅山華潤電力有限公司,江蘇 徐州)

1000MW機組鍋爐飛灰含碳量偏高原因分析及對策

李江寧

(銅山華潤電力有限公司,江蘇 徐州)

在燃煤電廠中,由于各方面原因導致燃煤的不完全燃燒,使得鍋爐的飛灰含碳量增加,不完全燃燒損失增大,進而使鍋爐效率降低,發電煤耗上升,發電成本增加.本文通過深入研究飛灰含碳量的影響因素,制定了一系列的應對策略,不僅提升了鍋爐的運行效率,還降低了燃煤的消耗,從而有效的節省了成本的投入,為鍋爐高效運行提供了依據.

飛灰含碳量;原因分析;對策

1 概述

燃煤電廠鍋爐的運行效率主要取決于鍋爐飛灰的含碳量,當鍋爐工作時必須要將飛灰含碳量控制在一定范圍內,才能保證其功效性、經濟性和節能性.我司兩臺1000MW機組鍋爐2016年1~4月飛灰含碳量達到了2.5%且有繼續上升趨勢,亟需尋求飛灰含碳量升高的根本原因,進行有效控制.

2 設備概述

銅山華潤電力有限公司為2X1000MW燃煤機組,鍋爐型SG-3044/27.46-M535,超超臨界參數、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、切圓燃燒方式塔式鍋爐,整個設備選自芬蘭奧林(Oilon)集團Ecopower燃燒系統;鍋爐出口蒸汽參數為27.46MPa(a)/605/603℃,其汽輪機進口參數為26.25MPa(a)/600/600℃.而汽輪機閥門全開功率的鍋爐最大連續蒸發量為每小時3044噸.主蒸汽、再熱蒸汽的相關指標要符合的汽輪機參數設置,使得鍋爐最大連續蒸發量能夠契合汽輪機閥門全開功率.本鍋爐燃用徐州混煤和晉東南貧煤,前者為設計煤種,后者為校核煤種;設計煤種為貧煤,校核煤種為煙煤.

3 飛灰含碳量高的危害及現狀分析

當飛灰含碳量較高時,鍋爐效率降低,機組發電煤耗升高,生產成本上升;不僅大大降低了燃煤的利用率,還使得鍋爐進口附近部位的連接設備溫度升高,導致爆管等突發事故;當飛灰含碳量升高時,鍋爐內部因化學反應生成一些有害氣體,使得鍋爐附近連接管道會受到有害氣體的腐蝕,而且在此種情況下,爐內的灰熔點會不斷降低,從而形成污垢凝結在附近的管道壁中;然而飛灰含碳量一旦升高,還需要長時間的電除塵來緩解,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影響到城市的環境;飛灰含碳量過高還會提升粉煤灰燒失量,降低了粉煤灰的利用率.由此可見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就會出現故障,從而造成巨大的經濟損失.所以控制飛灰可燃物含量至關重要,強化鍋爐的燃燒效率,保障設備正常運行,從而實現現代化節約型發電,這對于整個行業來說具有積極的現實意義.2015年銅山項目飛灰含碳量平均值為2.1%,2016年1至4月銅山項目飛灰含碳量達到了2.5%且有繼續上升趨勢,按照飛灰含碳量每變化1%約影響煤耗約1.25g/kW.h計算,已經嚴重影響機組經濟性.如圖1所示.

圖1 飛灰可燃物變化趨勢

4 鍋爐飛灰含碳量高的原因分析及調整策略

通過梳理發電廠的生產流程得出影響飛灰含碳量的主要因素有:燃料的品質、鍋爐負荷、煤粉細度、爐內氧量、二次風配風方式、磨煤機出力、爐內空氣動力場等.

4.1 燃料的品質對飛灰含碳量的影響及調整策略

銅山公司注冊礦點多達100余家,入爐煤質經常偏離設計煤種,使得煤粉在鍋爐內無法完全燃燒,導致飛灰含碳量偏高.當燃煤有機質的熱分解物被充分揮發時燃燒效果最好,這時的燃煤利用率最高.由于煤炭中的成分復雜,還有大量有機雜質和不可燃燒氣體,所以只要燃煤中的不易燃燒物質揮發分升高,燃煤中的固定碳含量就會減少,這樣煤炭就更容易充分燃燒.而且燃煤中水分含量也會阻礙鍋爐的正常運行.當水分含量過多時,就會提高煤炭燃燒時所需的熱量,而且排放的熱能也會降低,拖延了煤炭燃燒的時間,而且燃煤中的水分會使得鍋爐內部的溫度降低,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合,導致煤炭不能更好地燃燒,且燃燒不穩定,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比例.

圖2 銅山公司入廠煤質對比

銅山項目現有注冊煤碳礦點多達100余家,煤質復雜、劣質煤占比大,煤場合理規劃壓力很大,利用數字煤場技術對煤場重新進行規劃,通過多煤種燃燒試驗后結果的數據分析對摻配煤質進行要求,使煤質摻配需達到低位發熱量5000~5300kcal/kg,揮發分23~28%,空干基灰分≯20%.另外,加倉時,低揮發煤種可摻配加入下兩磨,增加煤粉在爐膛內燃燒時間,達到完全燃燒的目的;高揮發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,達到整體完全燃燒的目的.整體加倉按熱值排序為A>B>C>D>E>F;按照揮發分排序為A

4.2 煤粉細度對飛灰含碳量的影響及應對措施

當煤粉顆粒越細,煤粉揮發分的效果就越好,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.而且精細的煤粉加熱升溫后,需要燃燒的時間更少,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小,就會提升制粉系統的電能耗損,加大了電廠的用電量,所以在實際的煤粉研磨過程中還要慎重選擇煤粉細度,最好在保證燃燒效率的前提下,最經濟.通過收集以往數據資料進行分離器轉速與飛灰含碳量直接的回歸分析得出,分離器轉速將會直接影響到飛灰含碳量的數值,在煤種、負荷、氧量等參數不變的情況下,分離器轉速越高,飛灰含碳量越低.為了確定分離器轉速的最佳值,通過煤粉細度試驗來找尋煤粉細度R90的最佳范圍.通過煤粉細度試驗得出磨煤機分離器轉速為210r/min,R90為20%以下時經濟性最佳.

4.3 爐內氧量對飛灰含碳量的影響及調整策略

若爐內氧量較低,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;當爐內氧量充裕,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休止的,通過試驗可以證明當達到一定的氧量以后,繼續增加爐內氧量,飛灰含碳量數值基本不會變化.但當繼續增加爐內氧量時,排煙溫度會有所上升,損失在逐步升高,送、引風機電耗上升,機組生產廠用電率升高.所以,需要尋求一個最佳氧量,符合鍋爐的最佳燃燒效率.

4.4 一、二風量及二次風擋板配風方式對飛灰含碳量的調整策略

在 煤粉燃燒之前,若對一次風還未使用完畢就進行一次風的混用,那么會不利于燃煤著火,特別對于揮發分低的燃煤更加不利,由于二次風的混入提升了一次風率,提高的著火熱量,延遲了著火時間;若二次風混入較慢,使得煤粉燃燒后得不到充足的氧氣供給,促使爐內燃燒不從分,使得飛灰含碳量升高,所以合理的調整二次風量及其擋板開度是非常有必要的.為避免節流損失,維持各臺運行磨的熱風調門開度在80%~90%之間時進行各負荷、各煤量區間的一次風壓及風量試驗和二次風配風試驗,得出最佳經濟區間.

4.5 燃燒方式對飛灰含碳量的影響及調整策略

燃燒器擺角決定了爐內火焰中心的位置,當燃燒器向下擺動時,相應的爐膛火焰中心將向下移動,煤粉在爐膛中的燃燒時間將延長,從而使得煤粉有機會完全燃燒,飛灰含碳量降低;當燃燒器上擺時,會促使火焰中心向上轉移,繼而大大減少煤炭在鍋爐內燃燒需要的時間,使得煤粉不能夠燃燒殆盡,使飛灰含碳量升高.所以,對于燃燒器擺動進行有效的利用方式就是確保鍋爐再熱器汽溫達標的基礎上保持下擺,增加煤粉在爐內的燃燒時間,降低飛灰含碳量.磨組運行方式會對煤粉的燃燒時間產生一定的影響,從而決定著煤炭的燃燒率.當磨煤機運行時,要將增加煤粉在爐內的停留時間,使得燃燒物能夠徹底耗盡為止,只有這樣才會降低飛灰含碳量.

5 運行節能效果分析

通過在燃料的性質、煤粉細度、過量空氣系數、一二次風配風方式、燃燒方式等方面進行全面分析和有效調整后,銅山項目#5、#6爐平均飛灰含碳量由調整前的2.5%降至調整后的1.8%,降低發電煤耗0.875g/kW.h,全年節約標煤約10500噸,取得直接經濟受益645.02萬元.通過對此種調整策略的實施取得了顯著的成果,由此證實整套應對策略的有效性.

[1]孫學信.燃煤鍋爐燃燒試驗技術與方法,北京:中國電力出版社,2002.

TM621.2

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1671-0711(2017)11(上)-0082-02