某厂飞灰及炉渣含碳量异常升高的原因分析

某电厂飞灰及炉渣含碳量异常升高原因分析
摘要：本文通过热重分析方法对某烟煤锅炉电厂几个有代表性的入厂煤原煤样进行分析，得出不同温度下原煤的燃烧动力学特性，找出了入厂煤中含有无烟煤的燃烧特性，为该厂飞灰、大渣含碳量的异常升高找到了最有可能的原因。

关键词：烟煤锅炉含碳量热重无烟煤
1引言
某厂2×300MW机组锅炉系武汉锅炉厂生产的WGZ1025/18.24-4型烟煤煤粉锅炉，锅炉自投产后，运行状况一直良好，飞灰、炉渣含碳量分别小于1%、2%，但近来，锅炉飞灰、炉渣含碳量均异常升高，其中飞灰含碳量超过4%、炉渣含碳量超过8%，在排除设备状态不佳及运行人员操作失当外，入炉煤的燃烧特性成为了关注的焦点。

本文通过分析燃煤在不同温度下的燃烧动力学特性，以找出可能存在不适宜烟煤锅炉燃烧的其他难燃煤种。

2实验方法
2.1试验仪器
本次试验所采用仪器为梅特勒-托利多生产的TGA/DSC 1热重/热差/热流分析仪。

2.2温度控制
实验共分为4个温控段
升温段1 40-105℃升温速率10℃/min
恒温段1 105℃停留时间10min
升温段2 105-1050℃升温速率10℃/min
恒温段2 1050℃停留时间30min
2.3其他参数控制
反应气体为空气流量40mL/min,保护气体氮气流量60mL/min，恒温水浴温度22℃，反应物的过筛细度：120～140目。

2.4热分析补偿模式：
扣除空白反应曲线
2.5试样
分别对电厂的三个煤场进行了取样，共形成5个样品，实验室编号如下1号煤场原煤样、2号煤场原煤样、3号煤场1号原煤样、3号煤场2号原煤样、3号煤场3号原煤样。

通过对样品进行热重分析得出其中的燃烧反应动力学特征，以找出不适宜烟煤炉型燃烧的其他煤种，为更好的比对原煤样增加了标准物质样品GBW11109d（烟煤）及GBW11112e（无烟煤）其标准值及不确定度如下表所示。

表2-1标准物质的标准值及不确定度
3 煤样的燃烧动力学特性
3.1动力学参数
3.1.1着火及燃尽温度：采用TG-DTG法来确定着火温度（图3-1），即在DTG曲线上，过峰A点作垂线与TG曲线交于B点，过B点作TG曲线的切线，该曲线与失重开始时的平行基线的交点C所对应的温度定为着火温度[1]。

同时，将试样失重占总失重99%时对应的温度定为燃尽温度[2]，各试样的着火温度及燃尽温度见(表3-1)
图3-1：着火温度定义示意
由表3-1中的煤样化学动力学参数可看出3号煤场2号样的着火温度较标准物质无烟
煤高23.07℃，燃尽温度与标准物质仅相差4.22℃，除此之外3号煤场3号样着火、及燃尽温度值与标准物质无烟煤更接近。

表3-1 煤样动力学参数表
3.1.2最大燃烧速率及其对应温度
定义为最大峰值所对应的失重速率，其对应的温度为最最大燃烧速率（dw/dt）
max
.各试样的最大燃烧速率及最大失重速率所对应的温度见表3-1。

大失重速率的温度t
max
从上表中可得出最大失重速率点出现时标准物质无烟煤的温度高而烟煤的温度低，5个试样中温度的高低与着火点及燃尽点温度所表述的燃烧动力学特性一致，随着原煤碳化程度的加深最大失重速率点出现的温度推后。

3.2试样的TG及DSC曲线
图3-1 试样的TG及DSC曲线
为了便于查看热流曲线即DSC曲线，试样均按照失重量相等进行质量秤取，从DSC 曲线可看出，3号煤场1号原煤样所呈现的趋势更接近标准物质烟煤；3号煤场2号原煤样在整个燃烧过程所表现出来的燃烧特性与标准物质无烟煤在趋势上一致；3号煤场3号煤样在840℃以后即焦炭燃烧阶段表现出介于烟煤与无烟煤之间的燃烧特性；1号及2号煤场原煤样在300-600℃区间表现出烟煤的燃烧特性，焦炭燃烧阶段由于含碳量低，最大放热峰较其他原煤样提前。

3.3 试样的DTG曲线
图3-2 试样的DTG曲线
上图中曲线越靠横坐标左端开始下降的曲线表明燃煤初始着火温度较低，反应活化能也相应较低，煤粉在锅炉内的燃烧也越提前；越靠横坐标右端开始下降的曲线表明燃煤初始着火温度较高，反应活化能也相应较高，煤粉在锅炉内的燃烧也越滞后。

由此可得出1号煤场原煤样、2号煤场原煤样、3号煤场1号原煤样均表现为高挥发份烟煤燃烧特征，3号煤场2号原煤样分析结果为无烟煤燃烧特征，3号煤场3号原煤样分析结果为烟煤中混入少量无烟煤的燃烧特征。

4 结论
4.1无烟煤的燃烧化学动力学特征表现为：着火较为滞后、燃尽也滞后，焦炭的燃烧比重相对较高，从煤场的三个位置分别取样中，发现部分样品存在无烟煤的燃烧化学动力学特征。

4.2 两种煤混合后的活化能介于两种单一煤质之间，燃烧进程是两种单一煤种的混合，整个进程相互独立又相互影响，易燃煤促进难燃煤着火的同时又争夺燃烧初期的氧，而难燃煤由于焦炭燃烧过程相对缓慢且不能通过易燃煤增加其比表面积或孔隙率，因此后期燃尽过程相对独立遵从于焦炭的燃烧规律。

故在烟煤锅炉中掺入不定量的无烟煤，其他燃烧条件不变的情况下，锅炉飞灰及炉渣含碳量必然增加。

4.3由于我国大部分电厂目前所使用的入厂煤结算体制化验指标中最多采用的几项指标分别是发热量、硫分、水分、挥发份等。

煤炭供应商为了实现利润最大化，通常不考虑电厂的实际情况，根据指标进行煤种掺配，往往出现烟煤中混无烟煤混褐煤等煤种互混情况，故电厂根据以上指标收存的煤，应用目前的结算体制不可能鉴别出具体的煤种，且人为掺配煤种的方法，属于事先未知，往往给运行控制带来很多的问题，影响到锅炉的经济及安全运行。

文中对采用热重方法鉴别烟煤与无烟煤及烟煤与无烟煤的混煤提供了动力学参数法、DSC曲线法、DTG曲线法等鉴别方法可供参考。

参考文献
［1］聂其红，孙绍增，李争起，等．褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究［Ｊ］．燃料科学与技术，２００１，７（１）：７２－７６．
［2］顾利锋，陈晓平，赵长遂，等．城市污泥和煤混燃特性的热重分析法研究［Ｊ］．热能动力工程，２００３，１８（６）：５６１－５６３．。