浅析影响锅炉飞灰含碳量的因素
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[摘 要] 飞灰含碳量一直为影响锅炉效率的重要因素之一。本文针对我公司2号锅炉飞灰含碳量偏高的实际情况，分别从煤质、煤粉细度、一次风速、磨煤机出口温度、配风方式、磨煤机运行方式、负荷等方面进行分析。并针对影响2号锅炉飞灰含碳量的因素，提出合理应对方案，通过相关改造及运行调整，降低飞灰含碳量。
[关键词] 锅炉 飞灰含碳量 影响 因素
华能宁夏大坝发电有限责任公司现有四台单机容量为320MW火电单元机组，锅炉均为北京巴布科克・威尔科克斯有限公司生产，亚临界参数一次中间再热单汽包自然循环水管式煤粉炉。制粉系统采用冷一次风正压直吹式，配备五台ZGM－95型平盘中速磨煤机。20个DRB型双调风旋流燃烧器，分布于矩型燃烧室的前、后墙（前墙三排、后墙二排），对冲燃烧。据现代火力发电机组相关数据统计，锅炉飞灰含碳量每上升1%，标准煤耗约增加1.0～1.3g/kwh。从锅炉效率方面考虑，机械不完全燃烧热损失和排烟损失是影响锅炉效率的两个主要方面。而公司所采用的固态排渣方式，其中随烟气排出的飞灰量占总灰量的90%左右，而烟气飞灰中含碳量的超标,既增加燃料消耗量 ,也对锅炉的安全运行造成很大的威胁，容易发生锅炉结焦和尾部烟道二次燃烧，同时降低了设备的使用寿命，降低电除尘器的效率，造成环境污染。这些都使得锅炉运行的安全性与经济性受到影响。因此，把锅炉飞灰含炭量控制在合理的范围内，对生产运行具有重要的意义。
一、影响锅炉飞灰含碳量的原因分析
煤粉在锅炉内燃烧基本分为加热干燥、挥发份析出着火、燃烧、燃烬四个阶段。要使煤粉燃烧完全，首先要保证迅速而稳定的着火。煤粉在着火阶段，其周围被一次风包围，具有足够氧气，由于煤粉气流温度较低，所以这个阶段的关键是迅速将煤粉加热到其着火温度。只有实现了迅速而稳定的着火，燃烧和燃烬才能迅速进行，如果着火过迟，就会推迟整个燃烧过程，致使煤粉来不及烧完就离开炉膛。随着燃烧的进行，煤粉温度逐步升高，而其周围氧气也逐步耗尽，此时需要及时供给充足的氧气促使煤粉燃烧完全。
1、煤质。我公司锅炉设计煤种为灵武煤，校核煤种为石嘴山煤。但随着近几年能源日益紧张，燃煤价格迅速上涨，我公司实际燃用煤种较杂，煤质变化频繁。
对于我公司直吹式制粉系统，当煤的发热量偏低时，同样的锅炉负荷所需的实际煤量增大，相应的一次风量就会增加，导致理论燃烧温度和炉内的温度下降，使煤粉气流着火延迟，造成飞灰含碳量增大。当煤的挥发份偏低时，煤粉气流着火温度显著升高，着火热随之增大，造成着火点后移，火焰中心上移，尾部排烟温度随之升高，飞灰含碳量也会增大。当煤的灰份偏高时，其中的灰份不仅不发热而且还要吸收热量，致使碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减缓，着火推迟，飞灰含碳量升高。同时灰份的增大，也会使煤的燃烬程度变差。因为灰份含量增大，碳粒燃烧过程中被灰层包裹，不易燃烬。造成飞灰含碳量升高。当煤的水分偏大时，煤粉进入炉膛后，使炉内温度降低，导致燃烧稳定性变差，煤粉的燃烬程度降低。
2、煤粉细度。由于公司采用的是ZGM－95型平盘中速磨煤机，磨辊加载的压力都是检修后预先加好的，由于给煤量的变化，煤粉细度和均匀性都会随着变化的。如果煤粉越细，单位质量的煤粉表面积越大，加热升温、挥发份的析出着火及燃烧反应速度越快，因而着火越迅速，燃烧所需时间越短，燃烧越充分，飞灰含碳量越低。另外，若煤粉很细，颗粒外面的焦炭燃烧后，不易形成较大扩散阻力的灰壳，易于燃烬。但煤粉过细，会使得制粉电耗增加。因此，在实际运行中，应综合考虑不完全燃烧损失和制粉单耗的要求，使之达到最小，即寻找煤粉经济细度，以保证较高的锅炉效率和较低的飞灰含碳量。
3、一次风率。公司对于一次风率的设计值为19.4%。2号锅炉的一次风率平均值为21.3%，明显大于设计值。一次风率越大，也就代表一次风量越大一次风速越快。煤粉气流着火所需的着火热越大，着火所需的时间也越长，这样就推迟了着火点，使得飞灰含碳量增加。同时风速过大，煤粉中的大颗粒可能因为动能过大而穿过燃烧区不能燃尽，造成飞灰含碳量增加。一次风太大，也导致二次风的扰动混合力度不够，火焰不能均匀的充满炉膛，炉膛中心烟气流速过快，缩短了煤粉的炉内停留时间。造成炉内温度分布不均匀和烟气流速不均匀。不利于稳定着火和燃烧，影响燃烬。一次风量过小，不但减少着火燃烧初期的氧气，使得反应速度减慢，阻碍着火的继续扩展，而且可能造成一次风干燥出力不够，使得煤粉中水分相对较大，挥发份析出减弱，推迟煤粉着火，而使得飞灰含碳量增大。
4、一、二次风的配合。二次风混入一次风的时间要合适。在一次风携带煤粉着火后送入二次风，补充煤粉气流燃烧所需的氧气，使它与着火燃烧的煤粉气流强烈混合，促使煤粉的燃烧和燃尽过程。二次风如果在煤粉着火以前过早的混入一次风对着火是不利的，尤其是对于挥发份低的煤更是如此，因为二次风的温度大大低于火焰温度，大量低温的二次风混入则会降低火焰温度，这种过早的混和，使煤粉需要的着火热增加，着火推迟，势必增加机械不完全燃烧损失，飞灰含碳量上升。但如果二次风过迟混入，又会使着火后的煤粉得不到燃烧所需氧气的及时补充，这也会使炉内燃烧不完全，飞灰含碳量增加。
5、磨煤机出口温度。我公司磨煤机出口温度正常运行时控制在72℃左右，由于煤质变化频繁，磨煤机出口温度经常在65-75℃之间摆动，有时甚至低至60℃。磨煤机出口温度的高低直接关系到炉内燃烧工况。对于同一台燃煤锅炉，当其它条件相同时，通过提高煤粉气流的初温，从而减少把煤粉气流加热到着火温度所需的着火热，有利于降低飞灰含碳量。相反，如果磨组出口温度较低，会增加煤粉燃烧的着火热，同时也会使炉膛的温度相应降低，影响煤粉的着火和燃尽，使得飞灰含碳量增加。
6、磨煤机运行方式的改变。合理的磨煤机运行方式直接影响到炉膛温度，火焰集中程度及火焰中心位置。若机组投运上排磨组较多时，必然使得火焰中心上移，煤粉在炉膛内停留的时间缩短，部分燃料未燃烬便随烟气离开炉膛，导致飞灰含碳量增加。反之，投运下排磨组较多时，飞灰含碳量相应就要减少。
二、 降低锅炉飞灰含碳量的对策
1、采用用合适的比率，将几种煤掺合一起，使其成分与设计煤种的成分接近。当煤质有变化时，及时通知运行人员。从源头上加以控制，尽量使校核后的煤质与设计煤种接近，以确保燃烧稳定。
2、控制合适的煤粉细度。将磨煤机进行改造，由定压方式改为变加载方式，通过加载油压的变化和粉管节孔控制煤粉的细度和均匀性。当然这需要及时对煤粉取样和检测，并通知运行人员调整。
3、制定出相应的燃烧调整卡（见下表），通过调整一次风压、燃烧器内外二次风挡板开度，力求使燃烧器保持适当的一、二次风配比，使风粉混合均匀，维持合适的过量空气系数。同时可采用倒宝塔型配风方式，压住火焰，延长了煤粉在炉内的停留时间。
4、优化磨组运行方式：维持下排磨组高出力、上排磨组低载方式运行，尽可能的投运下排磨组.并将磨组出口温度控制在80℃左右。
5、加强空预器吹灰,防止堵灰,提高传热效果,提高一、二次风温度,同时也防止由于空预器差压大而造成引风机出力不足,从而限制锅炉总风量。保持炉膛负压适当，控制在±50 Pa之内。严密关闭各孔、门，保持水封正常，减小锅炉漏风。
三、 结语
通过以上分析，在今后的机组运行中，应加强对入炉煤质的采样化验，及时将煤质情况提供给运行人员，并建议安装飞灰含碳量在线监测设备。运行人员根据煤质及飞灰含碳量的变化采取合理的运行方式,及时调整，提高机组运行经济性。
参考文献：
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[2] 孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京:中国电力出版社, 2002.
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