鍋爐燃燒過程中飛灰可燃物的測試與分析

大唐張家口市處理廠現(xiàn)有dg1025、177-2號、亞洲邊界、單道、固碳排放和自然循環(huán)燃煤鍋爐。采用三角形燃燒，配備六種zgm95g中型驅煤機，其中一臺采用均勻間隔內(nèi)耗氣裝置。近年來,隨著機組運行年限的增加和設備方面存在的缺陷,鍋爐出現(xiàn)了很多諸如空氣預熱器漏風量增大、磨煤機石子煤量高、煤粉粗等問題,并表現(xiàn)出了飛灰可燃物高的特征。根據(jù)電廠日?；瘜W分析統(tǒng)計表明,該廠4號爐經(jīng)常出現(xiàn)飛灰可燃物含量高于10%的情況,影響了機組的經(jīng)濟性。因此,有必要對該爐的制粉系統(tǒng)進行調整,同時通過對化學取樣處和電除塵器處飛灰取樣的分析和比較,排除由于取樣器安裝和磨損引起的采樣偏差。為此,對該廠1號爐和4號爐的飛灰可燃物進行了測試,為全面分析和理解飛灰可燃物高現(xiàn)象提供思路。1含碳量和大渣含碳量在鍋爐5項熱損失中,機械未完全燃燒損失q4占第二位,通常僅次于排煙熱損失。而表征q4的主要參數(shù)為鍋爐的飛灰含碳量和大渣含碳量,其計算公式如下。q4=32892AarQnet(αfhCfh100?Cfh+αlzClz100?Clz)(1)q4=32892AarQnet(αfhCfh100-Cfh+αlzClz100-Clz)(1)影響此項損失的因素有燃料性質、煤粉細度、燃燒方式、爐膛結構、鍋爐負荷、爐內(nèi)空氣動力工況及運行操作等多種情況。1.1煤質灰份的影響從表1中可以看出,試驗煤種和鍋爐設計煤種存在較大的差別,與設計煤種相比,試驗煤種含碳量較高,揮發(fā)份較低。煤質灰份含碳量高會使火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢,著火推遲,燃燒穩(wěn)定性變差。煤中揮發(fā)份的含量對煤粉的燃盡程度有很大的影響,揮發(fā)份越大,煤粉著火越迅速,燃燒越完全;反之,煤粉的燃盡程度較差。1.2煤粉細度的調整表征煤粉細度特征的R90大小直接影響飛灰可燃物的變化。煤粉越細,與空氣的接觸面及接觸空間越大,易于燃盡。但追求過細的煤粉細度會帶來磨煤機電耗的增加;對于不同煤質有不同的最佳煤粉經(jīng)濟細度。可由如下的計算公式對最佳經(jīng)濟細度進行估算。R90=6+0.8×(100-Aad)/(100×Vdaf)(2)現(xiàn)有煤種Vdaf=31.6%,Aad=11.375%,計算得出R90=28.4%。表2為該廠4號爐有關磨煤機煤粉細度的測試結果,從表中可以看出,該爐的3號、5號磨煤機的煤粉偏粗;同時,從該爐70%負荷下的飛灰和大渣含碳量(飛灰為3.9%、大渣為7.06%)來看,確實存在個別磨煤機煤粉偏粗的問題。因此,應對有關磨煤機進行適當?shù)恼{整。表3為該廠1號爐投運的4臺磨煤機調整前后飛灰可燃物的比較,煤粉細度從原來的29.56%調整到26.41%,而飛灰可燃物并沒有變化,大渣含碳量僅為1.45%。因此,對于該種類型的鍋爐和配風系統(tǒng),在此煤粉細度下(R90<30%),煤粉細度并不是影響飛灰可燃物的主要因素。1.3火炬燃燒特性制粉系統(tǒng)輸粉管道中風粉量的合理分配是保證燃燒器良好運行的重要條件之一,在直吹式制粉系統(tǒng)中這一影響尤為顯著。只有每一個燃燒器都按一定的風煤比例向爐膛送入燃料和空氣,才能使整個鍋爐獲得最佳的燃燒效果。調節(jié)鍋爐過?？諝庀禂?shù)固然可以控制入爐空氣量的多少,但無法反映單個燃燒器的燃燒工況。如果各燃燒器以參差懸殊的比例送入燃料和空氣,盡管爐膛過剩空氣系數(shù)維持在較佳的范圍內(nèi),但對于每個燃燒器來說,空氣和粉量不均,將導致有的燃燒器缺風,有的粉量不足。其結果必然造成著火和燃燒不穩(wěn)、個別火嘴處結焦、不完全燃燒損失增加、鍋爐效率降低等一系列不良后果。表4為該電廠1號爐4臺磨煤機的各輸粉管風速和煤粉濃度測試結果。從表4中可以看出,4根輸粉管的煤粉濃度存在著較大的差異,最大值為最小值的2~5倍;同時也可以看出,雖然4個粉管的風速相差不大,但煤粉濃度仍存在較大的差異,應對4個輸粉管的風速進行熱態(tài)調平,并對磨煤機的內(nèi)部氣流分配特性進行研究,減小風粉不均的現(xiàn)象。1.4cfh穩(wěn)定的研究一般當爐膛出口的過?？諝庀禂?shù)在設計值1.25(5%)時,煤粉在爐膛內(nèi)燃燒有充分的空氣供應,Cfh能保持在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)。但若爐內(nèi)嚴重缺氧燃燒,氧量小于4%時,Cfh有時甚至達到10%以上。因此,應加強表盤對氧量監(jiān)控,同時進行氧量表的校核,在保證機組安全穩(wěn)定的情況下,維持表盤氧量為4.0%。1.5配風方式及負荷的影響機組負荷變化,直接引起入爐煤量的變化,導致Cfh的變化。鍋爐在升負荷時,入爐煤量增加,如果不進行配風方式的調整,導致過?？諝饬啃『团滹L方式的不合理,都會造成Cfh的升高;同時,增加負荷,入爐煤量的增加會使爐膛容積熱負荷增加,縮短煤粉在爐內(nèi)的停留時間,使得Cfh升高。因此,鍋爐負荷過高,煤粉來不及燒透,而鍋爐負荷過低,燃燒反應減慢,都將使Cfh增加。1.6火焰中心適宜爐膛溫度和火焰中心的變化,改變了煤粉燃燒的外部條件,必然對Cfh產(chǎn)生影響。當爐膛溫度較低時,火焰中心提高,煤粉的燃盡程度差,Cfh將增加;爐膛溫度較高時,火焰中心適宜,Cfh降低。因此,爐內(nèi)燃燒動力工況對Cfh影響重大。此外,燃燒器的投停方式,各層、角二次風的配比,一次風風率的大小都影響爐內(nèi)的燃燒工況,影響到Cfh的大小。建議在運行時采用“縮腰”型的配風方式,造成主燃燒區(qū)的弱旋流,卷吸上下層的煙氣,增加煙氣流程,延長煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時間,也可以為碳粒的后期燃燒提供充足的氧量,以降低飛灰可燃物Cfh的含量。同時,采用這種配風方式也可以降低爐膛出口煙氣溫度和煙氣中NOx的含量,降低鍋爐的排煙溫度,提高鍋爐的經(jīng)濟性。1.7化學取樣處檢驗電廠大多數(shù)采用撞擊式飛灰采樣器,將其安裝在鍋爐省煤器后的兩側煙道上,這種采樣器捕捉到的主要是較粗粒度的飛灰,故測得的可燃物量一般偏高,本次試驗從化學分析取樣處和電除塵器處取得的樣品分析結果也證明了這一點,分析結果見表5。因此,在使用這種取樣器時,應先用抽氣式等速取樣系統(tǒng)進行標定,求得其修正因數(shù)。由于取樣器安裝角度和取樣管與煙道密封處不嚴都會造成化學取樣處采集到較大的飛灰粒子,飛灰含碳偏高,造成測量上的失真。因此,建議電廠對采樣器的現(xiàn)有狀況進行檢查,按照有關電力行業(yè)標準進行安裝和標定,為運行提供真實的數(shù)據(jù),以指導鍋爐運行。2關于這些問題的討論2.1測試方法飛灰含碳量是影響鍋爐效率的重要指標,在鍋爐設計過程中,根據(jù)設計煤種都有一定的推薦值。對于煙煤,20t/h以上的鍋爐,q4推薦值為1%左右,該爐的熱力計算中q4為2.0。根據(jù)1號爐的飛灰和大渣的飛灰含碳量(飛灰3.01%,大渣1.45%)測試結果計算得q4=0.45%;4號爐的飛灰和大渣的飛灰含碳量(飛灰,3.9%,大渣,7.06%)測試結果計算得q4=0.673%。因此,對于該類型鍋爐的配風方式和燃用煤種,現(xiàn)有的飛灰含碳量水平是合理的。2.2輸粉管一次風速煤粉氣流中的一次風量主要用于燃燒煤粉受熱后析出的揮發(fā)份的燃燒,余下的焦炭顆粒的燃燒由二次風提供氧氣而燃燼,所需的一次風量可由式(3)計算得到。由現(xiàn)有煤種的可燃基揮發(fā)份可以算出,對于此種煤種,所需的一次風率為31.6%,所需的理論空氣量為6.865Nm3/kg,每個輸粉管的風速可以由式(4)計算得出。表6為各種條件下的輸粉管一次風速計算值。r1=Vdaf/100(3)v=(6.865T·0.316·αζ)/(4MS·3600)(4)式(4)中,T為入爐煤量,kg/h;α為過?？諝庀禂?shù);ζ為密度修正系數(shù),按風粉混合溫度為85℃修正,ζ=1.017;M為投運的磨煤機數(shù);S為輸粉管管徑,該爐為0.1661m2。從表6中可以看出,在燃料較好的情況下,所需的輸粉管一次風速較低。在現(xiàn)有煤種的情況下(110t/h入爐煤和1.15的過?？諝庀禂?shù)),粉管實測值(表4)與理論計算值相符的較好,但當負荷降低時,應進行燃燒調整,適當?shù)亟档鸵淮物L速,以便于煤粉燃燒,降低飛灰可燃物。2.3石熱同類型磨煤機單耗試驗結果如果一味地以提高煤粉細度來降低飛灰可燃物,會增加磨煤機電耗,通過二者對供電煤耗的變化來判定其對電廠經(jīng)濟性的影響。Δbfh=0.00089ΔCAzsb(5)Δbmmj=ΔnE/B(100?e)?10?Δn?b(6)Δbmmj=ΔnE/B(100-e)?10-Δn?b(6)取b=350g/(kW·h),廠用電率e=6%。由石熱同類型磨煤機單耗的試驗結果可知,R90從29.12%下降到26.64%,單耗從8.64g/(kW·h)上升到9.16g/(kW·h),細度下降為18.04%,單耗為10.21g/(kW·h),從式(6)計算得到Δbmmj=0.215g/(kW·h),4臺磨為0.86g/(kW·h);按此計算,飛灰可燃物應從4%降到2%左右。3飛灰可燃物對煤調濕系統(tǒng)的影響(1)從上面的分析可知,由于撞擊式取樣器固有的缺陷,造成化學取樣分析結果較實際飛灰含碳量有較大的區(qū)別,造成飛灰可燃物偏高的假象;(2)試驗測試表明,對于燃用現(xiàn)有煤種和鍋爐本身配風系統(tǒng)的特點,鍋爐的飛灰可燃物在4%左右是