锅炉飞灰含碳量偏高的原因及处理管理

1、前言

吕四港电厂#1、2、3、4炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产制造，由三菱重工业株式会社提供技术支持的超超临界参数变压运行直流锅炉。锅炉是单炉膛、结构，炉膛尺寸(宽,深,高)19.268/19.230/19.453。设计煤种神府东胜煤，燃烧器采用摆动式上下浓淡分离直流燃烧器，分六层布置，四墙切圆燃烧。制粉系统采用中速磨正压直吹式。

2、飞灰含碳量主要影响因素

根据燃烧理论和实际运行经验得出，引起飞灰含碳量偏高的主要因素有以下几个方面：燃烧时炉内氧量不足；煤粉细度不合适；配风方式不合理；燃煤品质；燃烧时间。这几个因素相互影响互相制约。为了找出一个合适的工况来指导运行，我们对这几个因素一一加以分析。

2.1烟气氧量

煤粉随着热一次风进入炉膛后，一方面由于卷吸高温烟气的对流加热作用以及高温火焰和炉壁的辐射作用，使煤粉很快着火燃烧，初始时由于氧气充足，燃烧速度由化学反应控制，到燃烧后期，由于氧气不充足，燃烧速度由氧气的混合速度控制。在缺氧状态下，碳粒发生不完全氧化反应和还原反应，造成碳粒不完全燃烧，加大了不完全燃烧热损失。因此，保证一定的过量空气系数是必需的。根据经验，此系数应在1.15~1.3之间，折算成烟气氧量是2.6~5。

吕四港电厂#1、2、3、4炉设计烟气氧量为3~5，但由于实际燃用煤种和设计煤种有差别,因此为了保证安全，氧量一般被取下限。为了摸清具体情况，不同工况下我们作了变氧量试验，试验结果如下：

不同负荷不同氧量下的飞灰指标

氧量　400MW 500MW 600MW

4% 7.0 6.7 8

5% 5.0 5.5 6.2

6% 4.8 5.8 4.1

通过试验，我们找出了每台炉的最佳氧量。并在实际运行中按照负荷曲线进行调整。

2.2煤粉细度

在锅炉煤粉燃烧中，对流热交换强度和氧气向粉粒表面的扩散强工与颗粒直径大小成反比，所以尽管细煤粉颗粒使紊流交换强度降低，可是，分子扩散交换及对流交换强度增强，煤粉单位重量的表面积大大增加，有利于煤粉的着火、混合与燃烬。有试验表明，煤粉燃烬时间与颗粒初始直径的1~2次方成正比。即T=K×δ1~2其中K为常数值。但是，随着煤粉细度的提高，制粉单耗也是呈指数级上升，而且煤粉细度的提高还会引起炉膛出口温度升高。因此如何在两者之间找到最小值是试验的目的。通过对各煤种试验以及在1号炉上的实践，可以得出最经济煤粉细度经验公式如下：R90 =5+0.6(100-Ayz)÷100×Vr；Ayz=100×Ay÷Qdwr。

R90为筛孔宽度90微米的筛子筛

选的煤粉。

Ay――应用基下的灰分。

Vr――可燃基下的挥发分。

Qdwr――煤粉的低位发热量。

按上式算出的煤粉细度再作修正后即为最经济煤粉细度。

吕四港电厂#1、2、3、4炉设计煤种神府东胜煤，由于其挥发分为36.44%，故煤粉细度采用了较大值为14~18%。实际煤种比设计煤种差，通过计算，提高旋转分离器转速，调整煤粉细度为10~14%。调整前后试验结果比较如下：

煤粉细度　6% 12% 18%

飞灰Cfh　1.7% 3.5% 10%

2.3配风方式

吕四港电厂#1、2、3、4号炉都采用四墙切圆燃烧技术，每只角风口布置相同，具体如下：

在实际运行中，如果没有油枪运行，油枪层即随二次风逻辑开关挡板。燃烧器层随燃料风逻辑开关挡板。煤粉在炉内燃烧过程大致分为着火、燃烧、燃烬三个阶段，在着火阶段即是加热一次风和煤粉；燃烧阶段即是二次风混入，煤粉和氧气剧烈反应阶段；燃烬阶段即是碳粒燃烧阶段，配风即是二次风如何混合的方式，二次风混入早了，即增加了着火所需热量，延迟了着火时间，混入迟了，造成缺氧燃烧，减少了燃烬时间，同时二次风的混入时间问题还会对NOx的大小产生直接影响。

吕四港电厂刚投运时，由于忽视了辅助风挡板的作用，结果挡板开度处于混乱状态，炉内燃烧切圆无法形成。飞灰含碳量大得惊人，最高达到11%。后来在公司领导的重视下规定了挡板的调整范围。在此基础上，我们运行中进行了各种配风试验，试验包括挡板全开、正宝塔、束腰、倒宝塔等方式。从试验结果中得到了各种煤质的最佳配风方式。飞灰含碳量也下降到5%以下，下降幅度达到55%。

正宝塔配风就是将下几层二次风挡板开度大于上几层二次风挡板开度。倒宝塔配风反而行之。束腰配风就是将上、下二次风挡板开度大于中间的二次风挡板开度。

2.4燃煤品质

锅炉燃烧的好坏，很大程度上取决于燃煤品质，我们这里只讨论几个重要指标，从中可以看出对燃烧的影响，即

燃料着火特性判别指数和燃料燃烬判别指数。

燃料着火特性判别指数可以用应用基挥发分来判别：



Vy――应用基挥发分。

Vr――可燃基挥发分。

Ay――应用基灰分

Wy――应用基水分。

通过上式可以反映出灰份、水分对着火稳定性的影响，具体值如下：



分类 极难稳定区 难稳定区 中等稳定区 易稳定区 褐煤区

燃料燃烬判别指数用下式来判别：



Vf――分析基下的挥发分。

Wf――分析基一的水分。

Cf――分

析基下的含碳量。

具体值如下：



分类 极难燃煤 难燃煤 中等难燃煤 易燃煤 极易燃煤

根据上式，我们可以在煤进厂后对煤进行大概估计，并针对各个煤种进行相应的燃烧调整。吕四港电厂加强了煤质监督之后，燃烧情况大有好转。

2.5燃烧时间

煤粉进入炉膛到离开断膛的时间段称为在炉内停留时间，这个时间同样分为着火时间、燃烧和燃烬时间，这个时间越长，煤粉燃烬度越高，但是一台锅炉设计完成之后，其尺寸也被确定，不可能再作多大改变。但是燃烧时间与煤质也有相当大的关系，我们可以利用这一关系进行燃烧调整。它们具体关系如下：

T=V/M

V=3600×273×Qd×m×ε×P

M=273×Q÷V×VY×T

V――炉膛容积 m3

M――烟气量 m3 /s

P――炉内绝对压力 Pa

Qd――燃料低位发热量 KJ/Kg

M――煤粉和火焰之间相对速度的系数。向上流动时取0.96，向下流动时取1.04

ε――火焰在炉内的充满度，一般取0.7~1.0

VY――烟气容积 N m3/Kg

T――炉内温度 K

Q/V――炉膛容积热负荷 KJ/m3h

3、结束语

通过对影响飞灰含碳量的因素分析 及采取相应措施，1号炉飞灰碳量由试验前的5~8%下降为1.7~3%，下降幅度为55%。由于飞灰含碳量的降低，供电煤耗也下降了3~5克左右。由于飞灰含碳量的降低，粉煤灰综合利用前途也光明起来，当含碳量低于5%时，可以收取一级灰。由此看来，降低飞灰含碳量具有巨大的经济利益，而这些还不包括锅炉热效率的提高带来的效益。