连州发电厂440t/h循环流化床锅炉飞灰含碳量偏大原因探讨
时间：2010-06-30 16:19:40
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连州发电厂440t/h循环流化床锅炉飞灰含碳量偏大原因探讨
摘 要 连州发电厂超高压中间再热循环流化床锅炉作为广东省第1台135MW(440t/h)循环流化床锅炉，在运行过程中存在锅炉飞灰含碳量偏大的问题，通过对该炉的简单介绍及对引起锅炉在运行中飞灰含碳量偏大的相关原因进行探讨分析，有针对性的采取了相应的对策，取得了一定的效果。
连州发电厂二期3、4号锅炉是哈尔滨锅炉有限公司制造的440t/h循环流化床锅炉，分别于2004年3月和2004年5月调试完毕并移交生产。整个工程由广东省火电工程总公司承担安装，广东省电力试验研究所承担调试任务，至今运行时间已经接近两年。
1 锅炉设备概况
连州发电厂2台CFB锅炉的型号为：HG-?440/13．7?LM9，该锅炉是采用ALSTOM公司的循环流化床锅炉技术进行设计的超高压参数中间再热机组。
锅炉为半露天岛式布置，全钢炉架。该锅炉是一种自然循环的水管锅炉，主要由炉膛、高温绝热旋风分离器、自平衡“U”型回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室下部布置有大直径钟罩式风帽，燃烧室内布置有双面水冷壁、屏式二级过热器、屏式热段再热器，炉膛与尾部对流烟道之间布置2个高温绝热旋风分离器，尾部对流烟道内依次布置有三级过热器、一级过热器、冷段再热器、省煤器、空气预热器。
锅炉采用后墙给煤方式，炉前煤斗里的煤经给煤机送至位于炉膛后部的回料装置的回料管线，再与循环物料混合后送入燃烧室内燃烧。这种给煤方式具有几点优点：给煤直接与高温循环物料混合，在返料腿内可进行水份蒸发、挥发份析出等过程；同时煤与大量的循环物料一起进入炉内，与床料混合效果更好，更均匀；与布置在前墙的冷渣器配合使用，使给煤远离排渣口，延长了煤颗粒在炉内的停留时间，有利于降低底渣含碳量。
1.1 锅炉主要设计参数
（1） 锅炉技术参数
汽包压力：15.07MPa；
过热蒸汽流量：440t/h； 再热蒸汽流量：367.3t/h；
过热蒸汽出口压力：13.7MPa； 再热蒸汽进/出口压力：2.83/2.61MPa；
过热蒸汽出口温度：540℃； 再热蒸汽进/出口温度：325℃/540℃；
给水温度：249℃； 排烟温度：130℃；
Ca : S摩尔比：2.4 ； 脱硫效率：91% ；
锅炉效率：89.44% ； 设计床温：904℃；
（2） 煤种设计参数。
电厂燃煤主要来自湖南临武、宜章、嘉禾、白沙等地产的无烟煤以及连州本地产的无烟煤。湖南煤和连州煤按照一定的比例混合后送入锅炉燃烧，最大允许粒径为≤7mm，d50=0.75mm，d<350цm不大于10%。煤质特性见表1。
表1 设计、校核煤质量特性
名称
符号 单位 数 值
设计煤种 校核煤种1 校核煤种2
收到基水分 War % 8.5 9 10
收到基碳 Car % 53 60.77 60
收到基氢 Har % 1.2 1.84 1.8
收到基氧 Oar % 3.3 2.14 2.62
收到基氮 Nar % 1.35 0.68 0.85
收到基硫 St.ar % 1.5 2.44 0.85
收到基灰分 Aar % 32.15 24.13 24.93
干燥无灰基挥发分 Vdaf % 5.5 9.1 5.6
低位发热量 Qnet.v.ar kcal/kg 4500 5300 4800
2 飞灰含碳量高的原因分析
连州发电厂2台440t/h循环流化床锅炉于正式投产以来，其飞灰含碳量高达20%?25%。经数据收集和计算，我厂供电煤耗高达518g/kwh。经过进一步的锅炉运行调试，我们分析得到了一些原因，并采取了相关的措施：
（1） 煤种与飞灰含碳量的关系。
循环流化床锅炉煤种适应性广，但对于已经设计成型的CFB锅炉，只有燃烧特定的煤种（即设计煤种）时才能达到较高的燃烧效率。由于煤的结构特性、挥发份含量、发热量、水份、灰份的影响，CFB锅炉的燃烧效率有很大差别。连州发电厂由于其燃煤来源为周围地区的小煤矿，采用汽车运输，煤质变化大，入炉煤经常偏离锅炉设计煤种。我们对此的解决措施是：进行煤种掺烧，加强煤质的采样化验，并及时联系锅炉运行人员，根据入炉煤质的不同，进行运行方式的调整。燃用优质煤易出现床温升高的现象，炉内结焦，风帽烧坏变形，采取的措施是提高飞灰再循环量，适当提高一次风压，降低床温，并减少二次风量来降低过剩空气系数，从而实现较高的燃烧效率。燃用劣质煤时作相反调整。运行人员通过摸索基本掌握一定的规律，找出最佳掺配煤种方案。燃用不同煤种时，要在一定工况下对飞灰取样化验，通过取样分析来了解掺配煤种方案和燃烧调整的方式是否妥当。
（2） 入炉煤的粒径和水份的影响。
颗粒大，碳粒总表面积减少，延长了煤粒燃尽的时间，降低了燃烧效率，同时造成循环灰量不足，稀相区燃烧不充分，出力下降。另外，大块沉积，流化不畅，局部结焦的可能性增大，排渣困难。颗粒小，床层膨胀高，易燃烧，但是易造成烟气夹带，飞灰含碳量高。通过试验发现：煤粒太小，由于煤粉在炉内停留时间过短，燃不尽，飞灰含碳量就大。相对而言，燃用优质煤，煤颗粒可粗些；燃用劣质煤，煤颗粒要细些。所以对于不同的煤质要调整二级破碎机的破碎能力来调整煤的粒度。煤中水份过大不仅降低床温，同时易造成输煤系统的堵塞，故对于水份高的煤应进行掺烧。
（3） 过剩空气系数的影响。
一次风作用是保证锅炉密相区料层的流化与燃烧，二次风则是补充密相区出口和稀相区的氧浓度。调整好一二次风的配比，有效地降低飞灰、灰渣含碳量，是保证锅炉经济燃烧的主要手段。运行中适当提高过剩空气系数，增加燃烧区的氧浓度，有助于提高燃烧效率。但炉膛出口过剩空气系数超过一定数值，将造成床温下降，炉膛温度下降，总燃烧效率将下降，风机电耗增大。所以，在负荷变化不大时，一次风量尽量稳定在一个较适合的数值上，少作调整，主要靠调整二次风比例来控制密相区出口和稀相区的氧浓度。一二次风的配比，与锅炉负荷、煤种等有关，通过进行燃烧调整试验可建立锅炉不同负荷与一二次风量配比的经验曲线或表格，供运行调整时参考。为此我厂与广东省电力试验研究所和浙江大学进行了锅炉燃烧优化试验，建立锅炉不同负荷与一二次风量配比的经验曲线或表格，取得了一定的效果。
（4） 床温的影响。
CFB锅炉的床温一般在800～1000℃，床温提高可以降低劣质煤炉渣含碳量，有利于燃烧反应的进行，化学不完全燃烧损失一般也随床温升高而降低，故CO排放量也降低，但床温升高受灰熔点和脱硫限制，根据煤中含硫量高低可控制床温在860～920℃。温度再提高，容易发生结焦，脱硫效果也变差。床温在负荷调整中靠循环灰量控制，但稀相区温度随负荷的升高、循环风量、给煤量、风量的增加而升高，最高可达到1000℃左右。提高稀相区温度对降低飞灰含碳量非常有利，因此应加强二次风调整，但是应当注意控制高温绝热旋风分离器入口温度，以防止发生二次燃烧。一般我们在运行中应严格控制高温绝热旋风分离器出/入口温度不超过1000℃。
（5） 料层高度的影响。
料层高度影响CFB锅炉稳定运行和燃烧效率，维持一定厚度的料层是运行中必不可少的。循环流化床运行时所保持的料层厚度主要取决于一次风机压头，当风量一定时，风室静压增大说明阻力增大，料层增厚；反之亦然。在一次风机压头一定时，运行料层厚度取决于床料密度和运行负荷，床料密度小，料层可厚些；密度大，料层可薄一些。满负荷时，物料循环量大，料层应厚；低负荷时，料层应薄。料层过薄容易吹透，过厚则增加风机压头，飞灰量增大。因此在一定工况下应维持料层高度的稳定。料层在热态膨胀近一倍，在运行中应注意观测最佳床层高度，通过进行燃烧调整试验可建立锅炉不同负荷与床层高度的经验曲线或表格。料层太薄，负荷将带不足，反之易结焦。
（6） 飞灰再循环系统的影响。
连州发电厂锅炉设计安装了一套飞灰再循环系统，由于其管道设计布置方面的原因，自机组投产后该系统一直未投运过，所以该系统对于锅炉的飞灰含碳量的影响程度并不清楚，我们以后将会进行相关试验。
通过进行锅炉燃烧调整和优化试验，我们制定了相关的曲线或表格，加强了煤质的管理工作，锅炉的飞灰含碳量有了大幅度的降低，额定工况下3号炉的飞灰含碳量已经降低到10%?13%，#4炉的飞灰含碳量已经降低到10%以下。
3 结束语
连州发电厂CFB锅炉作为广东省第一家440t/h的CFB锅炉，在运行过程中将会遇到许多新的问题，作为运行人员，应努力提高循环流化床的理论水平，用心积累实际操作经验，积极摸索规律，在运行中根据不同实际情况进行分析，灵活机动处理，不断提高运行水平，以充分发挥循环流化床这一清洁燃烧技术的优势。
参考文献：
[1] 岑可法等著循环流化床锅炉理论设计与运行。 北京，中国电力出版社，1998。
[2] 吕俊复 张建胜 岳光溪主编循环流化床锅炉运行与检修 北京，中国水利水电出版社，2003）。
作者简介：
王华军（1976?），男，工程师，工学学士，从事运行工作。
联系地址：广东省连州市良江路3号连州发电厂生活区 邮政编码：513400
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