煤質(zhì)變化與鍋爐的燃燒

1、煤質(zhì)變化與鍋爐的燃燒近年來國內(nèi)電力需求旺盛，電煤耗用量持續(xù)增長，預(yù)計(jì)2005年電煤需求將增長到90000萬噸。2004年電煤供應(yīng)全面告急，包括山西、陜西、山東、河南等煤炭產(chǎn)地大多數(shù)電廠電煤庫存遠(yuǎn)低于警戒線，甚至部分電廠陷入了停機(jī)待煤的尷尬境地；同時(shí)，由于電煤資源的供需平衡遭到破壞，促使發(fā)電企業(yè)電煤供應(yīng)日趨多元化、電煤質(zhì)量波動(dòng)幅度增大、煤種雜、入爐煤質(zhì)控制難度加大，引發(fā)的設(shè)備缺陷明顯增多。2004年以來，發(fā)電企業(yè)鍋爐燃燒問題日益增多，包括鍋爐結(jié)渣、滅火、受熱面超溫爆管等故障占機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的比例明顯上升，除各電廠設(shè)備本身存在缺陷原因外，與鍋爐偏離燃燒設(shè)計(jì)煤種有很大關(guān)系。同時(shí)，因電煤質(zhì)量問題造成設(shè)

2、備缺陷增多甚至停機(jī)，更加劇了全社會(huì)用電的緊張程度。1  煤質(zhì)對(duì)鍋爐穩(wěn)定燃燒的影響燃煤電站鍋爐一般燃用經(jīng)過磨制的煤粉，煤粉顆粒由揮發(fā)份、固定碳、水分和灰份等部分組成，由于揮發(fā)份能在較低溫度下析出和燃燒，隨著燃燒放熱，焦碳粒的溫度迅速提高，為其著火和燃燒創(chuàng)造了極為有利的條件。另外，揮發(fā)份的析出還增大了焦碳顆粒的內(nèi)部空隙和外部反應(yīng)面積，有利于提高焦碳的燃燒速度。因此，揮發(fā)份含量越大，煤中難燃的固定碳含量越少，煤粉越容易燃盡；揮發(fā)份析出產(chǎn)生的空隙多，增大反應(yīng)表面積，使燃燒反應(yīng)加快。揮發(fā)份含量降低時(shí)，煤粉氣流著火溫度顯著升高，著火熱也隨之增大，著火困難，達(dá)到著火所需要的時(shí)間變長，燃燒

3、穩(wěn)定性降低，火焰中心上移，爐膛輻射受熱面吸收的熱量減少，對(duì)流受熱面吸收的熱量增加，容易造成末級(jí)過熱器、再熱器超溫甚至爆管。同時(shí)尾部排煙溫度升高，排煙損失也增大。燃料中的灰份在燃燒過程中不但不能放出熱量而且還要吸收熱量。因此，灰份含量越大，發(fā)熱量越低，容易導(dǎo)致著火困難和著火延遲；同時(shí)爐膛燃燒溫度顯著降低，煤的燃盡度變差，造成飛灰可燃物高?；曳莺吭龃螅剂？赡鼙换覍影剂１砻嫒紵俾式档?，火焰的傳播速度減小，造成燃燒不良；另外飛灰濃度越高，使鍋爐受熱面特別是尾部的省煤器、空預(yù)器受熱面的磨損加劇。排灰量增加，也使得除塵費(fèi)用及廠用電上升，同時(shí)飛灰和爐渣的熱物理損失變大，從而降低了鍋爐的效率。統(tǒng)計(jì)

4、資料顯示，平均灰份若從13%上升到18%，鍋爐強(qiáng)迫停運(yùn)率將從1.3%上升到7.5%。煤中的分析基水分在一定的含量限度內(nèi)與揮發(fā)份對(duì)燃煤的著火特性影響一致，少量水分對(duì)煤粉著火有利。從燃燒動(dòng)力學(xué)的角度看，在高溫火焰中水蒸氣對(duì)燃燒過程具有有效的催化作用，可以加速煤粉焦碳的氣化和燃燒，可以提高火焰黑度，加強(qiáng)燃燒室爐壁的輻射換熱。另外，水蒸氣分解時(shí)產(chǎn)生的氫分子及其氫氧根又可以提高火焰的熱傳導(dǎo)率。但水分含量超出限度時(shí)，著火熱也隨之增大。同時(shí)，由于一部分燃燒熱熱耗在加熱水分并使其在汽化和過熱上也降低了爐內(nèi)煙氣溫度，從而使煤粉氣流卷吸的煙氣溫度以及火焰對(duì)煤粉氣流的輻射熱都降低，這對(duì)著火顯然不利。發(fā)熱量是反映煤粉

5、燃燒好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)煤的發(fā)熱量下降到一定程度時(shí)，不僅會(huì)引起燃燒不穩(wěn)定、不完全，而且可能導(dǎo)致鍋爐滅火等故障。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，燃煤的低位發(fā)熱量下降1MJ/kg，廠用電率將提高0.5%。此外燃煤發(fā)熱量下降對(duì)鍋爐機(jī)組的可用率影響巨大。美國電力公司（AEP）的一項(xiàng)研究表明，美國全國燃煤機(jī)組10年間，燃煤平均發(fā)熱量從27.328MJ/kg下降到24.65 MJ/kg，可用率下降了13%。2  煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐燃燒及設(shè)備的影響一般情況下，鍋爐最好燃用其設(shè)計(jì)煤種或與設(shè)計(jì)煤種比較接近的煤種，以確保燃燒穩(wěn)定及各參數(shù)在正常范圍內(nèi)運(yùn)行。但近年來，由于電煤資源的供需平衡遭到破壞，促使發(fā)電企業(yè)電煤供

6、應(yīng)日趨多元化，電煤質(zhì)量波動(dòng)幅度增大，入爐煤質(zhì)控制難度加大，從而對(duì)鍋爐的穩(wěn)定燃燒和運(yùn)行安全造成了很大的影響，主要如下：（1）當(dāng)鍋爐用煤質(zhì)量難以保證，且已經(jīng)超出鍋爐設(shè)計(jì)煤種和校核煤種使用范圍時(shí)，將造成鍋爐運(yùn)行調(diào)整困難，加大鍋爐煙溫偏差；雖然主蒸汽不超溫，但可能導(dǎo)致過熱器管局部超溫。華電國際某廠#2爐于1996年10月投產(chǎn)使用，2004年3月10日和3月29日，末級(jí)過熱器連續(xù)兩次發(fā)生爆管，對(duì)其進(jìn)行鑒定和分析后認(rèn)為，除管材本身溫度余量偏小造成管材金相組織發(fā)生惡化外，近一段時(shí)間煤質(zhì)差是導(dǎo)致管材性能惡化的主要原因。（2）若煤質(zhì)變差，其灰份將增大，將會(huì)使鍋爐受熱面、預(yù)熱器的尾部煙道、電除塵、制粉系統(tǒng)設(shè)備的磨

7、損損害較為嚴(yán)重，并使送風(fēng)阻力增大；灰份的增加，還將影響到除塵器的除塵效果，使電除塵、排灰系統(tǒng)運(yùn)行壓力加大。（3）在煤質(zhì)比較差的情況下，尤其是煤質(zhì)揮發(fā)份較低而灰份較高時(shí)，容易引起鍋爐燃燒不穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)可能造成鍋爐滅火。（4）當(dāng)煤質(zhì)熱值較低時(shí)，將造成鍋爐制粉困難、粉位低、給粉機(jī)下粉不均、磨煤機(jī)電耗高等問題，致使機(jī)組帶負(fù)荷困難，不能滿足電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度的需要。（5）當(dāng)煤質(zhì)揮發(fā)份較高時(shí)，由于設(shè)計(jì)為熱風(fēng)送粉，氣粉混合溫度高，容易引起制粉系統(tǒng)放炮、噴燃器燒損或變形嚴(yán)重、煤粉管道燒壞。（6）煤質(zhì)變差，可能造成鍋爐結(jié)焦，影響受熱面的換熱效果，引起受熱面局部超溫等問題。（7） 當(dāng)燃煤煤質(zhì)含硫量大時(shí)，易引起水冷壁的高溫

8、腐蝕，以及鍋爐尾部煙道、空預(yù)器蓄熱元件、電除塵內(nèi)部等部位低溫腐蝕。3  建議采取的措施及對(duì)策針對(duì)電煤供應(yīng)緊張和煤質(zhì)多變而造成的發(fā)電鍋爐燃燒問題增多的嚴(yán)峻形勢(shì)，各發(fā)電企業(yè)必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，制定相應(yīng)的可操作性強(qiáng)的措施，做好鍋爐燃燒調(diào)整工作，以減少或避免鍋爐非計(jì)劃停運(yùn)或故障發(fā)生，確保鍋爐設(shè)備安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以下是建議采取的措施和對(duì)策：（1） 加強(qiáng)混煤或配煤工作?；烀夯蚺涿汗ぷ骺商岣吡淤|(zhì)煤的利用率，降低燃料成本，減少排放。通過合理的將不同類、不同性質(zhì)的煤種，按照一定比例加工混合成混煤，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的條件下，使混煤的價(jià)格最低，可以有效地降低發(fā)電成本。另外，對(duì)煤中礦物質(zhì)引起的鍋爐受

9、熱面結(jié)渣、積灰、腐蝕、磨損等問題，可以通過配煤來改善或解決。隨著“廠網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)”的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及煤炭供應(yīng)的多樣化，配煤是穩(wěn)定煤質(zhì)保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)燃燒的最佳選擇。（2） 鍋爐運(yùn)行人員要及時(shí)掌握入爐煤的煤質(zhì)分析情況，特別是入爐煤的揮發(fā)份、發(fā)熱量、灰份的含量，特別是入爐煤的揮發(fā)份數(shù)據(jù)，以便在控制鍋爐運(yùn)行時(shí)做到有的放矢。直吹式鍋爐運(yùn)行人員可以根據(jù)給煤機(jī)煤量大致判斷煤質(zhì)優(yōu)劣，特別應(yīng)避免入爐煤煤質(zhì)的突然大幅波動(dòng)。（3）鍋爐的一次風(fēng)速、二次風(fēng)速、煤粉濃度是與鍋爐煤粉燃燒最為密切的控制參數(shù)。應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)情況（揮發(fā)份）調(diào)整控制一次風(fēng)速在合理的范圍。安裝風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的鍋爐，應(yīng)充分利用這一工具，控制一次風(fēng)

10、速及二次風(fēng)速（風(fēng)壓），優(yōu)化給粉量的調(diào)節(jié)方式，同層給粉量應(yīng)保持一致，燃燒器出口煤粉濃度基本均勻。應(yīng)防止煤粉管道堵管或積粉，防止一二次風(fēng)速偏差過大，造成火焰中心偏移。另外，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某管一次風(fēng)速下降，煤粉濃度增加時(shí)，應(yīng)立即減小此給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，到噴燃器和給粉機(jī)就地檢查，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)停止該給粉機(jī)運(yùn)行，并增大一次風(fēng)速，增加其他給粉機(jī)，維持正常運(yùn)行。（4） 加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢，特別是檢查爐內(nèi)煤粉燃燒情況，如燃燒器噴口煤粉著火距離或煤粉燃燒狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否存在結(jié)渣或燃燒不穩(wěn)現(xiàn)象?？捎眉t外或光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量爐內(nèi)各部分的爐膛溫度。（5） 通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)確定鍋爐一、二次風(fēng)的配風(fēng)方式，根據(jù)煤質(zhì)控制爐膛出口的氧量。煤質(zhì)差時(shí)，在制粉系統(tǒng)允許的條件下，調(diào)整粗粉分離器檔板開度及合格煤粉細(xì)度，有利于煤粉燃燒。（6） 根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備特點(diǎn)和煤質(zhì)情況提出可操作執(zhí)行的鍋爐燃燒不穩(wěn)的事故反措及穩(wěn)燃措施，充分利用具有穩(wěn)燃功能的燃燒器，如少油點(diǎn)火燃燒器、船型燃燒器等。大型鍋爐分組燃燒器應(yīng)集中投運(yùn)燃燒。（