300MW燃煤机组飞灰含碳量高的原因分析与对策

摘 要：飞灰含碳量是影响锅炉效率的重要因素之一，本文针对公司锅炉技术改造后飞灰含碳量偏高的实际情况，分别从低氮燃烧器、燃尽风使用、旋转分离器调整等多方面进行分析，查找影响飞灰含碳量高的原因，并提出合理解决方案，降低飞灰含碳量，取得明显成效。

关键词：锅炉；飞灰含碳量；原因分析；降低

中图分类号：TK223 文献标识码：A

飞灰含碳量是反映电厂锅炉燃烧效率的重要指标。飞灰含碳量高就要增加燃料消耗量，直接影响电厂的发电煤耗，增加发电成本，降低经济性。飞灰含碳量升高加剧了对锅炉尾部受热面有磨损，降低设备的使用寿命。而且容易发生锅炉结焦和沉积在尾部烟道引发二次燃烧，这些对锅炉的安全运行造成很大的威胁。因此，应尽量降低锅炉飞灰含炭量，提高电厂效益，保障锅炉运行安全。我公司300MW机组锅炉为亚临界压力、一次再热自然循环汽包炉，采用中速磨直吹式制粉系统、单炉膛、四角切向燃烧，平衡通风，固体排渣。锅炉采用四角布置，同心切圆燃烧方式。燃烧器喷嘴结构采用一次风口四周通以周界风，一二次风喷嘴间隔布置的型式，一次风喷嘴可上下摆动30°，可通过改变燃烧器的角度，来改变火焰中心位置。

机组整体运行情况稳定，飞灰含碳量含量平均3.5%～4.0%。由于环保形势的严峻，为适应“十二五”对火电行业的NOX控制要求，对#3、#4机组进行选择性催化还原烟气脱硝SCR改造，同时配套进行低氮燃烧器改造，燃烧器可摆动。低氮燃烧器改造采用翼型导流浓淡+周界风+SOFA燃烧技术；SOFA风布置在炉膛的四角，每组SOFA燃烧器布置三层SOFA喷口。SOFA燃烧器喷口可以上下摆动，用来调节火焰中心和控制飞灰和降低NOX最佳值。为了降低飞灰含碳量，对磨煤机进行改造，增加了旋转分离器以降低煤粉细度。锅炉改造启动后，运行过程中暴露出飞灰含碳量偏高的问题，平均为8.0%～9.0%，最高出现过15%，这极大的影响到机组运行的经济性。以下简述一下飞灰含碳量偏高的原因。

（1）煤粉细度的影响

煤粉细度对其煤粉的燃烧和燃尽性能有很大影响。煤粉细度越大，即煤粉颗粒粒径越大，势必造成煤粉燃尽时间延长，不完全燃烧损失增大，飞灰含碳量升高。对于高挥发分的煤，因其容易燃烧可允许磨得粗些；对于低挥发分和可磨性指数较低的煤，因较难燃烧而应尽量磨得细些。降低煤粉细度是控制飞灰含碳量升高的有效措施。

（2）煤种特性的影响

煤是火电厂的主要发电成本，为了降低发电成本，要进行配煤掺烧，锅炉燃烧实际煤种与设计煤种不符，从而对煤粉的完全燃烧产生很大的影响，导致飞灰含碳量发生显著变化。

（3）一次风速的影响

对于直吹式制粉系统，一次风速宜低一些，一次风速过高带来的危害如下，直接导致煤粉气流的着火点偏远，着火推迟，一次风中较大的煤粉颗粒获得动能过大，飞出煤粉气流，落到周围的缺氧区，燃烧过程缩短，不利于煤的燃烬。

（4）磨煤机运行方式的影响

上层磨运行，煤粉在炉内燃烧时间缩短，燃烧时间不充分，灰含碳量偏高。

（5）二次风量的影响

锅炉燃烧所需的氧量供应主要来自二次风，如果二次风量偏小，炉内出现缺氧燃烧现象，导致飞灰含碳量增大。

（6）锅炉热负荷的影响

锅炉低负荷时，使得炉膛平均温度降低，影响煤粉的着火，煤粉不容易燃尽又造成飞灰含碳量上升；反之，同样的煤粉在高热负荷时，则容易燃尽，有利于降低飞灰含碳量。

把这几方面的因素同锅炉技术改造后的运行方式一同分析，发现了一些问题：

（1）磨煤机旋转分离器改造后做了实验，由于每个负荷点只运行30分钟，从实验结果看很理想。按照试验结果进行调整，旋转分离器的转速调的高，一段时间运行后导致磨煤机排渣量增大，电流增大，出口风粉混合物温度降低，频繁出现磨煤机满煤，降低了磨煤机的运行安全和影响了机组运行的稳定性。为了应对这种状况，运行人员提高一次风压，总体较以前调高了1.5kPa～2kPa，满负荷一次风母管压力10kPa。即使磨煤机旋转分离器转速降低了，运行人员仍愿意愿保持较高的一次风压，以保证磨煤机的运行稳定。一次风压的提高和磨煤机出口温度的降低导致的飞灰含碳量升高，其数值超过了煤粉细度降低对飞灰含碳量的影响。

（2）低氮燃烧的根本是局部缺氧的分层燃烧。煤粉的燃尽阶段用时最长，效率很低。煤粉没有在炉膛中心充分燃烧，脱离高温区后燃尽很困难。SOFA风布置在炉膛的四角，每组SOFA燃烧器布置三层SOFA喷口，其喷口面积大于二次风口的面积，SOFA风量可以占到二次风量的1/4～1/3。调整氮氧化物时，SOFA风开度偏大，燃烧区缺氧较严重，煤粉无法充分燃烧，而在燃尽区由于SOFA风量大，温度低，又没有有效的扰动措施，造成了飞灰含碳量升高。

（3）SOFA风开大后，氧量增加，氮氧化物标态值增加。一般做法是降低送风机出力，减少氧量，这使得煤粉在燃烧区更加缺氧，继续使飞灰含碳量升高。

（4）由于进煤渠道多样，用煤来源比较复杂，配煤不均，煤质经常变化，挥发分、水分、灰分和发热量等主要指标不稳定，没有煤的硬度系数，挥发分范围14%～22%，发热量范围13MJ/kg～ 21MJ/kg，又没有进行掺烧试验，配风有一定的盲目性，无法达到最优。

（5）为了提高再热气温，燃烧器更换为可摆动式。正常运行时，燃烧器角度上摆幅度偏大，火焰中心上升，减少了煤粉在炉膛内的燃烧时间，对飞灰含碳量的降低不利。

以上五点就是我公司飞灰含碳量升高的主要原因，其根本原因是缺氧燃烧，燃烧时间不充足和燃尽阶段风煤混合不充分。根据这些因素提出的解决方案主要是增加煤粉在炉内的停留时间和改善燃烧末期风粉的充分有效混合，以下是具体措施。

（1）煤质化验力求精确，配煤尽可能均匀，稳定。对于煤质变化应选择一些典型配煤方式进行掺烧试验，总结规律，对配风进行一般性指导，减少盲目性操作。

（2）保持较低的一次风压：运行中，每台磨煤机的煤量要均衡，这样有利于降低一次风压，满负荷各台磨煤机入口一次风压控制在8kPa左右即可，磨煤机电流控制在42A～45A。低负荷，磨煤机煤量小，电流低与41A时，可以继续降低一次风压，保持6kPa～6.5kPa左右，同时提高磨煤机旋转分离器转速，如果无烟煤比例大，尽可能提高磨煤机旋转分离器转速以降低煤粉细度，改善煤粉着火条件。

（3）保持比较高的磨煤机出口温度，入炉煤挥发分大于19%时，磨煤机出口温度控制在95℃；挥发分小于19%时，磨煤机出口温度控制在100℃～105℃；这样有利于煤粉在炉内尽快的燃烧，提供充足的时间燃尽。

（4）确保燃烧末期空气和煤粉的良好扰动和混合。燃尽风改造后是正切，这不利于空气和煤粉良好混合，现在已将一、二层燃尽风改为反切方式，极大改善了燃烧末期空气和煤粉混合，有利于煤粉的末期燃烧，降低飞灰含碳量。

（5）对于氮氧化物的调整要适当，满足氮氧化物指标后尽可能少的用燃尽风，保证煤粉在炉内有比较充足的空气以供燃烧，降低缺氧燃烧程度。燃尽风使用时，角度可以向下摆动，增加煤粉在炉膛内的停留时间，进一步降低飞灰含碳量。

（6）保持合适的锅炉负压：减小吸风机出力，炉膛负压由原先的-70升至-30Pa左右，保持炉膛微正压状态，降低烟气流速，增加煤粉在锅炉内的停留时间。

（7）强化回转式空预器吹灰工作，防止堵灰，保持空预器换热面清洁，提高传热效果，提高一、二次风温度，有助于煤粉的点燃，也保证煤粉末期燃烧有较高的温度，有利于煤粉末期的燃烧、燃尽。

以上措施在实践中不断改进，主要目的是保证环保参数合格前提下，减低缺氧燃烧程度，增加煤粉在炉内停留时间和强化煤粉的末期燃烧。采取这些措施后，取得明显成效，我公司300MW机组飞灰含碳量大幅下降，由原先的平均8.0%～9.0%将至4.0%～5.5%，下降幅度50%左右。按照飞灰含碳量每下降1%，煤耗降低约1g/kWH，每一亿度电可节约燃煤约400t左右。

参考文献

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