我厂锅炉燃用高灰分煤种的分析
巴陵石化公司热电事业部生产室作者聂广华
[摘要]我厂现燃用煤种挥发分低、灰分大，有时灰分高达46，长期在32—40之间，直接影响锅炉安全、经济运行。通过分析燃用高灰分煤种对锅炉燃烧及其它方面的影响，找出了燃用高灰分煤种的相应对策。
[关键词]稳定性积灰爆管大速差STF最佳细度
一、用高灰分煤种对锅炉的影响
1、安全方面
⑴影响锅炉燃烧的稳定性
燃料的灰分非但不能燃烧，而且还妨碍可燃物与氧的接触，增加燃料着火和燃尽的困难。煤粉着火温度升高，着火点远离喷咀，火焰中心上移，从而降低喷咀出口的卷吸热，使预热室的煤粉得不到足够的热量。同时燃用灰分高的煤，灰分增加会使加热煤粉的热量增加，使得着火区域温度水平下降。实验证明，燃煤的理论燃烧温度越低，既：灰分和水分的含量越高，灰分引起的温度降低的幅度越大，可见高灰分煤种由于着火推迟，燃烧温度下降，燃烧的稳定性较差，燃烧调整不当，容易造成锅炉熄火。
⑵超温爆管
当煤种变化，煤粉粗，着火推迟，火焰中心上移，长期超温过热器很容易爆管
⑶高温积灰和腐蚀
炉内结渣或积灰使辐射减少并且导致过热器温升高，对流受热面的积灰可能阻塞烟气通道，使通风阻力增加，过热器的热偏差加剧，甚至影响锅炉出力。锅炉的积灰分为三类：①炉墙水冷壁上的熔渣；②对流过热器受热面上的高温烧结性积灰；③省煤器和空气预热器等低温受热面的松散性积灰。当高温积灰比较突出时灰分的沉积主要取决于煤中灰分的成分和含量，灰分中大各种有机混合物，其中有些易溶成分，基本是碱金属的化合物和硫酸盐，它们的熔化温度为700—800℃，在炉内高温区转变为气态，当烟气离开炉膛冲刷对流过热器时，气态物就会凝结在受热面上，在高于700—800℃以上的烟气区域内并形成碱金属的粘性沉淀层。
高温腐蚀，高温积灰含有的碱金属与飞灰中的氧化硫较长时间发生化学反应，使生成碱金属的硫酸盐。如Na2Fe(SO4)3和KAl(SO4)2等复合物，这些硫酸盐复合物对过热器的合金钢会产生强烈的腐蚀。
⑷受热面磨损
受热面磨损一般包括机械磨损和飞灰磨损，当燃煤含灰量过高时，一方面烟气灰量增加，对尾部受热面磨损加剧，另一方面尾部烟道内积灰增加，堵住了一部分烟气通道，形成烟气走廊，同样加剧磨损，一般当烟气流速低到2.5~3m/s时,就很容易发生受热面堵灰,但烟速不能太高,否则受热面将受到严重的磨损,如我厂2006年5月29日#5炉上级省煤器爆管,就是飞灰随烟气磨损管壁造成的。
⑴影响锅炉燃烧热效率
对我厂煤种灰分增加，使煤粉燃尽度变差，未燃尽的颗粒随灰渣从炉膛排掉或随烟气一起排出，导致Q4损失增加，Q4=Q4hz Q4fhkj/kg
Q4hz—————排烟携带飞灰中未燃尽碳粒造成的机械未完全燃烧损失
Q4hz—————锅炉排渣中未参加燃烧的碳粒造成的机械未完全燃烧损失
另外，灰渣量有相当高的温度，灰渣量的增加使灰渣物理损失Q6hz成比例增加，导致锅炉效率下降。
⑵锅炉燃油消耗明显增加
由于燃煤灰分增加，挥发分相对降低，不利于煤粉着火燃烧，高负荷仍然出现燃烧不稳现象，需要投油助燃，油耗明显增加。我厂2006年2—3月份#9炉因灰分高结渣严重，比去年同期多耗油80吨。当燃用高灰分煤时，为保证锅炉出力不变，输煤电耗、送引风机电耗、制粉单耗、除尘除渣电耗都将大幅度上升，使净效率下降。
二、燃用高灰分煤种对策
⑴恢复燃烧器高速射流管
燃烧器对燃烧的可靠性、经济性有很大影响，通过燃烧器结构改造，增强锅炉在低负荷下运行的煤种适应性。我厂#6、#7、#8、#9炉均是清华大学研制的大速差STF燃烧器，一次喷口截面积与预热室出口面积相差较大，一次风流速迅速下降，加重了下二次风的托粉负担，刚性也相应减弱。
如果恢复高速射流管，两射管流速可在0~300m/s音速之间调节，它所产生的烟气回流与下一次风射流产生的烟气回流重合，增大了烟气回流量，根据不同煤种着火热的要求，调节射流量也可改变炉膛烟气回流量，增大了烟气回流量的调节范围。同时，也起到冷却冲刷燃烧器的作用，防止燃烧器温度过高和结焦。燃烧器结构图如下：

⑵提高一次风煤粉浓度
对于煤粉炉而言，一次风中的煤粉浓度直接影响着火的稳定性，煤粉浓度在一定范围内，高的煤粉浓度可以使单位体积燃烧释放热量的强度增大，单位容积内辐射粒子数量增加，风粉气流的黑度增加，有利于迅速吸收炉膛辐射热量，以利于着火。同时煤粉浓度的增大，使得煤中挥发分析出的浓度增加，促进了可燃物质的着火。近几年对不同煤种的实验表明，无烟煤、贫煤等低挥发分煤种，煤粉浓度在一定范围内，煤粉着火的最低温度随煤粉浓度的增加而降低。然而煤粉浓度的增加又会造成一次风速下降，易发生堵管，火咀出口风粉沉积，卷吸无力，燃烧器附近易结渣，进而使一次风喷口部分被堵塞或堵死。如2006年3月份我厂新区#9炉频繁熄火就是因为甲、乙、丁角下喷口堵死，使得一次风粉集中从上喷口喷出，增加了一二次风的动量比，打破了炉膛内空气动力分布，出现了双切圆的倾斜现象。











#9炉4月份小修停炉各角下一次风口结渣情况
从中可以看出，乙丁角结渣严重，甲角较严重，丙有1/3处被堵。正验证了运行中乙角下一次风速偏低（有时低于6m/s）是结渣引起的。因此在增加浓度的同时，还要使一次风速不至于太低。当然一次风速也不能太高，风速高对燃烧同样不利，因为一次风量大，会增加所需着火热，此时的原则是：保证一次风不堵管（或从打焦孔看去，几乎无结焦现象），提高二次风率，二次风大些，可以增加起穿透力，增强火焰刚性，扩展切圆直径，强化煤粉气流的后期扰动混合，改善炉内空气动力场。由于煤种灰分高，着火推迟是此时的特点，因此二次风的介入应滞后一次风，也就是一次风咀上的中上二次风适当增加比例，目的是减少二次风对一次风的干扰，防止一次风射流偏斜，贴壁冲墙，造成结渣，在用风上适当减少腰部风，我厂#9炉腰部风长期未投入，也是出于此种考虑。
⑶集中使用火咀
集中使用火咀是稳定燃烧的又一措施。燃用高灰分的劣质煤，在高负荷的要求下，应尽量使用下排给粉机，这样可以降低火焰高度，增加煤粉在炉膛的滞留时间，使着火区域的煤粉浓度得到提高。由于一次风在布置上存在长短不一，弯头角度有大有小，使各角的风粉流沿程损失与局部损失也不尽相同，直接影响了一次风速和输粉能力，这就要求运行人员根据管道特性，将同一排的一次风速和煤粉浓度调平。
⑷适当提高炉膛压力
炉膛内发生一系列复杂的物理化学反应，其反映程度主要取决于浓度、压力、温度。分子运动论人为，气体压力是气体分子撞击容器壁面的结果。压力愈高，单位容积内分子数量愈多。在锅炉运行中，只要不打正压冒粉，稍提高炉膛压力对延长燃烧时间和减少漏风都是有好处的。
⑸针对不同煤种，确定最佳煤粉细度
高灰分，低挥发分的煤种，磨得越细越易燃烧，且q4愈小，但对制粉设备而言，要消耗较多电能。因此在运行中要选择适当的煤粉细度，使不完全燃烧损失q4和制粉能耗Зm之和最小。这即最佳细度，我厂用R88zj表示。图如下











⑹加强对入炉煤分析的管理，加强锅炉运行与煤分析的联系，分析人员准确、及时将煤样分析结果通知运行人员。以有效指导运行人员调整燃烧。
⑺加强煤种混配掺烧管理，尽量满足锅炉低负荷运行下对煤质的要求。
⑻定期检查声波吹灰器的工作情况，及时加油，尽可能减少高温受热面的积灰。
⑼老区安装飞灰含碳量在线监测装置，为燃烧调整提供可靠依据。