热电厂    李洪雨

摘  要  低氮燃烧锅炉采用欠氧燃烧方式，机械不完全燃烧损失增加，烟气飞灰含碳量较高。分析控制飞灰含碳量的重要性、影响因素，提出调整和控制方法，为锅炉经济运行提供参考。

关键词  飞灰含碳量  分析控制

1  铁煤集团热电厂锅炉概述

铁煤集团热电厂共有四台锅炉，均为煤粉炉。其中1号炉和2号炉为无锡锅炉厂制造，型号为UG—130/9.8—M型；3号炉和4号炉为武汉锅炉厂制造，型号分别为WGZ-130/9.81-4和WGZ-130/9.8-4型。燃烧器原为普通直流型燃烧器，2014年改为低NO_X垂直浓淡燃烧器。锅炉整体呈倒U字形布置，从炉膛出口至尾部烟道依次布置过热器、省煤器、空气预热器、脱硝装置、电除尘及脱硫装置。主燃烧器具体布置情况见图1。

图1  主燃烧器具体布置

2  控制飞灰含碳量的意义

煤耗是火力发电机组最主要的经济技术指标之一，飞灰含碳量高就增加煤耗。在锅炉各项热损失中,机械不完全燃烧热损失仅次于排烟热损失,约占锅炉热效率的0.5 ～5 %。机械未完全燃烧损失增大的主要原因是由于煤粉颗粒大、燃料灰分高或配风不当等原因造成的煤粉燃烧不完全。不但增加煤耗，还容易使炉膛出口处结焦或者尾部烟道可燃物积存而引起的再燃烧，危及设备安全运行，同时也影响除尘器及脱硫、脱硝设备，降低了设备寿命。因此，把锅炉飞灰含碳量控制在合理的范围内，对电厂的经济指标、设备的安全运行都有十分重要的意义。

3  影响飞灰含碳量的因素

3.1  煤质影响

3.1.1  灰分的影响

煤中的灰分高，可燃成分相对降低，发热量就低，燃烧时间长，部分煤粉不能燃尽，机械未完全燃烧损失增加。

3.1.2  挥发分的影响

煤的挥发分高，挥发分析出，燃烧时放出大量热，利于碳粒着火，也提高炉内温度，易于煤的燃尽。相反，挥发分低的煤因燃烧时间增加，就难以燃尽。

3.1.3  水分的影响

煤中的水分会降低其低位发热量，在燃烧时，水分蒸发还要吸收部分热量，降低炉内温度，水分过大还会使煤粉着火困难，推迟燃烧，增加燃烧损失。

3.2  二次风量的影响  

如果二次风量小,炉内缺氧燃烧，推迟着火过程，从而使灰中残留碳增加。对于低氮燃烧器来说，二次风量过大，破坏炉内分层燃烧效果，会增加氮氧化物生成量，因此要选择合适的二次风量。

3.3  煤粉细度的影响

煤粉细度和煤粉颗粒均匀度对于煤粉的着火和燃尽影响非常大。煤粉颗粒直径越大,煤粉燃尽时间越长,不利于完全燃烧,使飞灰含碳量升高。如果煤粉过细，虽利于着火和燃烧，但会增加制粉电耗和金属磨耗。因此,应通过试验来确定煤粉经济细度。煤的挥发分高或者煤粉颗粒比较均匀,细度可大一些。

3.4  锅炉热负荷的影响

锅炉负荷低时,炉膛烟温低,火焰卷吸能力小，直接影响煤粉的着火,推迟煤粉燃烧。燃烧时间增加，煤粉燃不尽又造成飞灰含碳量上升；在高负荷时,炉膛烟温高，着火容易，也有利于燃尽,就能降低飞灰含碳量。但锅炉热负荷不可过高,应控制各部烟温不超标，防止结焦,因此需要将锅炉负荷控制在经济负荷范围内。

3.5  一次风速的影响。

一次风速过大，刚性强，煤粉气流预热不充分，燃烧不充分就进入燃尽阶段，造成飞灰含碳量增加。一次风速过小，容易造成煤粉气流贴墙，烧损燃烧器喷口。

4  降低飞灰含碳量的方法

4.1  选择合适煤种

热电厂设计燃用煤种为小青劣质煤，灰分高，发热量较低，详见附表。目前实际燃用的小青煤灰分达到52%，通过运行发现，适当掺烧发热量和挥发分较高、灰分较低的大隆煤，有利于煤粉着火和燃尽，有利于降低飞灰含碳量。

  附表  锅炉设计煤质

4.2  保持合适的煤粉细度和均匀度

当煤质变化时，应通过实验来确定煤粉的经济细度，通常最佳细度控制在R₉₀=20～25%。通过检测，发现5号制粉系统煤粉均匀度差。打开人孔检查发现粗粉分离器的折向挡板开度与实际指示不一致，开度不均匀。检修人员调整后，挡板位置与实际相符，开度均匀。再次检测，煤粉颗粒均匀度恢复正常。图2、图3分别为调整前、后5号粗粉分离器折向挡板位置对比。因此，运行中要定期检测煤粉细度和均匀性，有问题及时调整。

图2  调整前5号粗粉分离器折向挡板位置

图3  调整后5号粗粉分离器折向挡板位置

4.3  采用在线监测系统

    在线监测系统可实时传送烟气飞灰含碳量数据，司炉可根据数据变化趋势提前调整，保持良好的燃烧工况。目前，热电厂锅炉飞灰含碳量的测定采用的是定期人工取灰，再进行化验分析的方法。不能做到实时监测调整，对运行人员起不到及时指导作用。应增设烟气飞灰含碳量实时监测系统，可以提高锅炉效率。

4.4  优化运行工况

4.4.1  合理配合一、二次风，保证燃烧区氧量

对于低NO_x燃烧器，为了控制出口NO_x含量，要合理配比上、中、下二次风量及SOFA风量，在能保证炉膛出口烟气NO_x浓度不超标及能保证过热汽温时，要尽量增大下二次风量，减少SOFA风量，使火焰中心下移，煤粉在炉膛内停留时间延长，降低飞灰含碳量。

4.4.2  保持较高的一次风温

提高煤粉气流的初温，可减少煤粉着火热，有利于煤粉挥发分析出，利于着火和燃尽。但燃用挥发分较高的煤种时，会造成煤粉提前燃烧，有可能烧损燃烧器的喷口,因此要适当控制。

4.4.3  合理配置给粉机运行方式

本厂锅炉燃烧器燃烧方式为四角布置切圆燃烧，上下两层布置共8台给粉机，同时投运。当上层给粉机转数高时，煤粉在炉膛内停留时间缩短，辐射传热减少，部分煤粉未燃尽便离开燃烧区，导致飞灰含碳量增加。反之，下层给粉机转数较高时，飞灰含碳量相应就会降低。

4.4.4  提供合适的空气量

     本厂锅炉采用欠氧燃烧方式，这就导致化学未完全燃烧损失增大，因此，在能保证炉膛出口烟气NO_x含量不超标及能保证过热汽温时，尽量提高过剩空气量，减少化学未完全燃烧损失，从而降低飞灰含碳量。

4.4.5  强化空气和煤粉的良好扰动和混合  

新安装的燃烧器或燃烧器大修后，做空气动力场试验，确定一二次风门开度，保持各角燃烧器风速均匀，配比合理，切圆大小符合要求。运行时，依照低氮燃烧器厂家提供的配风卡，按锅炉负荷调整一、二次风速，保证空气和煤粉的良好混合，使燃料燃烧完全。

5  结  语

低氮燃烧器因采用欠氧燃烧方式，使煤粉分层燃烧，达到降低氮氧化物生成量的目的，部分煤粉在燃烧区停留时间减少，燃烧不完全。因此我们在煤种特性、煤粉细度和均匀性、风量配比、锅炉热负荷等方面要加强研究，合理调整，从而降低飞灰含碳量、降低煤耗,保障低氮燃烧器锅炉的安全、高效运行。

作者简介：李洪雨（1978－），男，工程师。2011年毕业于辽宁科技大学电气工程及自动化专业，现任热电厂锅炉分场主任。联系电话：13470169828。