煤质下降对锅炉安全性和燃烧稳定性的影响及改进措施

      摘要：文章针对煤质特性变差、锅炉灭火事故增加的事实，从煤质特性变
化影响锅炉燃烧稳定性方面进行了较详细的分析，提出了通过对锅炉设备的改造，
加强燃煤管理，提高管理水平来适应煤质变化的有效措施。

      关键词：燃煤质量；锅炉安全性；燃烧稳定性；设备改造近几年来，由于
燃煤市场情况的变化，电厂燃煤质量出现持续下降，主要表现在发热量、挥发分
的下降和灰分的增加及燃烧特性的恶化。由于煤质变化偏离设计范畴要求，导致
锅炉燃烧不稳定，灭火事故时有发生，影响机组的安全稳定运行。为此，对锅炉
燃烧系统及输煤系统进行改造，同时，加强管理，使锅炉稳燃能力得到提高，在
煤质下降，燃烧特性恶化的状况下仍能维持锅炉燃烧稳定。

      一、设备情况湖南某厂1 号炉是哈锅生产的HG-670/13.82-WM10 型锅炉，
为超高压、中间再热、自然循环、固态排渣煤粉炉，单炉膛、负压燃烧、∏型布
置。炉膛四角切向布置四层16个煤粉燃烧器及中、下二层点火及低负荷助燃用油
枪8 支。本锅炉采用两套结构相同的中间储仓式低速钢球滚筒式磨煤机制粉系统。
干燥剂由热风和再循环风组成，热风来自空气预热器出口，流经热风门、磨煤机
入口隔绝门进入磨煤机，再循环风来自排粉机出口，流经再循环风门进入磨煤机。

      二、燃用煤质及运行状况（一）燃用煤质锅炉设计煤种为40% 大同烟煤和
60% 无烟煤与贫煤的混合煤种，发热量20990KJ/kg. 校核煤种I 是30% 大同烟煤
和70% 无烟煤与贫煤的混合煤种，校核煤种II70% 大同烟煤和30% 无烟煤与贫煤
的混合煤种。设计煤种与校核煤种的煤质分析结果见表1 ：（二）运行状况按发
电煤耗370g/kWh计算，平均每天满负荷要消耗原煤8080.8t ，耗用煤量之大，对
煤的质量与管理要求也就更大，而2005年来，燃煤质量的下降，与运行煤质不相
吻合，发生偏离较大。众所周知，锅炉是按一定煤种设计的，锅炉工作的规律之
一是，对于燃料的适应范围有一定限制，若其燃煤质偏离设计煤种，就会导致锅
炉的经济性，安全性降低，严重时发生锅炉灭火而导致机组跳闸，引发设备故障
以及输煤系统设备的损坏率提高。2005年、2006年、2007年、2008年，由于煤质
差燃烧不稳引起的机组跳闸事故次数分别是6 次、7 次、5 次、5 次。

      三、煤质下降对锅炉和输煤系统的影响（一）燃煤发热量下降造成锅炉受
热面超温，影响发电量因燃煤发热量下降，着火延迟，火焰中心上移，致使炉膛
出口温度升高，对流传热份额提高，导致过热蒸汽超温，管壁过热爆管和磨损爆
漏停机。该厂1#炉，因2007年上半年煤质下降到18100kJ/kg，而设计煤发热量为
20990kJ/kg，因此导致过热器超温磨损爆管停炉，少发电1.2 亿千瓦时。

      （二）灰分增加对锅炉受热面积灰和磨损愈严重众所周知，受热面的飞灰
磨损速度与烟气速度的三次方成正比，与飞灰浓度大小成正比，如烟速快1 倍则
磨损加快7 倍。而混煤不坚硬，其维氏硬度为10～70，对维氏硬度200 的钢管不
会构成严重磨损。但是燃煤参与燃烧后形成灰份、其灰份中的SiO2硬度高达500
以上，会对钢管造成剧烈磨损。含灰量高，飞灰浓度就更高，更加剧了受热面磨
损，因而使尾部受热面如省煤器、再热器严重磨损、泄漏，导致停炉。并引起空
气预热器磨损泄漏，烟风短路，燃烧工况难以形成。引风机、排粉机等含尘风机
因灰量增加，叶轮磨损失去动平衡，使风机剧振甚至引起“飞车”停炉。若灰分
的温度t2小于1350℃时，就有可能造成受热面结焦和积灰会影响传热，使排烟温
度升高，炉膛结焦，妨碍锅炉连续安全经济运行。同时，环境污染增加。

      （三）燃煤中的水分是惰性物质，水分的增加，会使燃烧温度下降资料表
明，水分对燃烧温度的影响比灰分还大，炉膛燃烧温度的降低，不但会使燃烧不
稳定，而且还影响煤的燃烬度，从而影响锅炉的安全运行和经济性。水分增加还
会使锅炉的烟气量增加，不但增加了排烟的热损失，而增加了引风机的耗电量。

      （四）煤的挥发分含量是评定其燃烧性能的首要指标不同煤种，挥发分含
量也不同。随着煤质挥发分含量的减少，煤粉的着火温度显著增加。有资料认为
：高挥发分煤粉的着火温度约在800 ℃左右，低挥发分煤粉的着火温度可高达1100
℃。对Vr小于5%的煤种可达500 ℃；Vr等于15% ～30% 的煤种大致在270 ℃～300
℃之间；Vr等于40% 长焰煤，约为210 ℃左右；挥发分在其余范围内的煤种，其
温度水平也相应地介于上述各间隔温度之内。从而可看出挥发分含量对燃烧稳定
性以及制粉、输煤系统运行安全性的影响。

      （五）燃煤中含硫量增大，会使低温受热面形成低温酸腐蚀，带来烟气通
道堵塞等问题燃煤中的可燃硫在燃煤进程中被氧化，生成SO2 及较少的SO3 ，SO3
含量虽然很少，但由于它与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽。当烟气温度低于
酸露点时，硫酸蒸汽在低温受热面及烟道部分就会凝聚造成酸腐蚀和结垢。根据
有些电厂经验，煤粉炉，当煤的含硫量小于1.5%时，尾部受热面不会产生明显的
低温酸腐蚀。当煤的含硫量为1.5%～3%时，如不采取有效措施就会有明显的腐蚀
和堵灰。若大于3%，就进入严重的腐蚀和堵灰范围，造成空气预热器堵灰和腐蚀
引起大量漏风，严重地影响锅炉运行的安全经济性。

      （六）煤质的改变，将加重输煤系统负担，降低设备使用寿命

      众所周知，煤的发热量是评价动力用煤最重要的指标之一。如锅炉负荷不
变，当燃煤发热量降低，则耗煤量就增大，输煤系统的负担加重。入厂煤量增加，
对缷输煤设备、输煤皮带都有可能因煤量的增加而损坏率提高。如该厂总容量为
650MW ，按原设计煤种低位发热量为平均20934kJ/kg计算，每小时耗煤平均约336t.
如煤发热量下降至15491kJ/kg，每小时耗煤量平均约为455t，耗煤量增加119t/h，
无形中输煤系统负担加重，导致厂用电率增加，设备的健康水平下降。

      同样煤的灰分大小也是衡量煤质好坏的一个指标。煤的质量级别是根据煤
的灰分多少制定的。对工业用煤来讲，灰分是无益的成分，它给输煤系统增加了
无效的负担。灰分多，固定碳就越少，煤的发热量也就低。根据推算，煤的灰分
每增加1%，其发热量减少约209.34～376.81kJ/kg ，由于灰分的比重大约是可燃
物比重的两倍，会使输煤系统设备磨损增加，增加了检修更换工作量，严重地污
染环境及影响工人的身体健康。

      水分大易引起设备粘煤、落煤堵煤，严重时会中止上煤影响生产；严寒季
节会使煤和存煤冻结，影响卸煤和上煤。但是，水分很少时，在卸煤和输煤过程
中造成栈桥内粉尘飞扬，影响环境卫生，影响工人身体健康。

      煤的挥发分和含硫量虽说没有明显的影响输煤系统，但是由于过大的含量，
输煤系统应注意防燃和在储存中的自燃，因两种成分的燃点都较低，容易引起自
燃，因此也要做好安全措施。

      四、改进措施根据上述燃煤质量对锅炉设备和输煤系统的影响可知，燃煤
的质量是个不可忽视的大问题。为此，我认为电厂应变被动为主动地来抓好燃煤
下降的问题，尽快适应市场的变化，才能从困境中解脱，提高火电厂的效益。

      1.为扭转被动局面，电厂应对锅炉设备及输煤系统设备进行必要的改造、
尽可能地适应燃用较劣质煤种。主要措施是采用提高燃烧器区域的热负荷，利用
背火侧卫燃带分块技术，在水冷壁四周布置卫燃带。

      2.要加强监督，强化燃煤质量的督促检查，对电煤掺杂使假的行为，强化
采样人员的技术素质，职业道德的提高，做好监装及时采样，多方位采集煤样等
措施来防止掺假行为。

      3.随着国家经济高速发展的要求，火电厂是燃料的大用户，尽可能不用较
优质燃料，尽可能多采用当地燃煤，因地制宜地在设计建设火电厂时尽可能采用
劣质煤种，避免以后所造成的严重损失。

      4.燃运部门要及时了解煤种的质量，做到合理存放，根据煤质情况，进行
合理地掺混工作，尽可能地将混合煤种适应锅炉煤质要求，达到稳定燃烧，以满
足锅炉运行的安全经济。

      5.要加强输煤的技术管理，加强工作人员的技术培训，加强设备的维护，
锅炉运行人员要提高运行操作水平，在实践中尽快掌握煤种变化下的运行操作，
还要加强与燃运部门的联系及时掌握来煤情况，做到及时调整各种参数、克服因
煤质煤种变化所带来的被动局面，努力使运行设备，确保在安全、经济的状态中
发挥好的效益。

      五、结语通过对锅炉设备的改造，加强燃煤管理，提高管理水平，来适应
煤炭市场的变化，不仅可以提高火电厂的效益，而且也可以提高全社会的经济效
益。