燃煤机组飞灰含碳量上升的原因分析及改进措施

王晓峰

摘要：某发电厂采用中储式制粉系统，中速球磨机，炉内采用四角切圆燃烧方式。在运行过程中，发现锅炉飞灰含碳量出现升高趋势，为了查明飞灰含碳量升高的原因，提高机组运行的经济性，对入炉煤种、煤粉细度、一次风速及一二次风温等因素进行分析排查，并采取相关改进措施降低飞灰含碳量。

关键词：燃煤；机组；飞灰含碳量；上升；原因分析；改进措施

飞灰含碳量高不仅会造成锅炉热损失增加，降低锅炉效率，致使机组经济效益下降，而且会增加环境污染，对企业社会效益产生负面影响。因此，降低锅炉飞灰含碳量具有经济及社会双重效益^[1]。根据统计数据（见图1），发现某发电厂#5、6炉飞灰含碳量有升高的趋势，尤其是#6炉，3、4月份飞灰含碳量明显升高。另外，#6炉的飞灰含碳量明显比#5炉高。

图1 某电厂#5、6炉飞灰含碳量变化趋势图

一、原因分析

当煤粉气流在炉膛内的燃烧和燃尽过程不充分时，势必造成机械未完全燃烧热损失增大，表现为飞灰含碳量升高。分析认为影响飞灰含碳量变化的主要原因如下：

1、煤种特性的影响

燃烧理论认为，挥发份含量对煤粉燃烧的影响最为重要。当燃用挥发份较多的煤种时，容易着火，燃烧也易于完全，机械未完全燃烧热损失减小，飞灰含碳量降低。燃煤中灰分含量也会对燃烧产生影响，燃煤中的灰分不但不能燃烧，而且会降低燃煤的发热量，并妨碍可燃质与氧的接触，使燃料着火和燃尽困难，还会使炉膛温度下降，燃烧不稳定，造成飞灰含碳量增加^[2-3]。

该厂2月份以来各个月的入炉煤煤种统计见表1。可见，2月份有将近半个月的时间燃用“石炭#1”煤，有8天的时间燃用“神混”煤。其中“石炭#1”煤具有高挥发份、低灰分的特点，“神混”煤的灰分也较低，所以2月份#5、6炉飞灰含碳量均比较低；3、4月份大部分时间燃用的煤种挥发份较低、灰分高，故3、4月份#5、6炉飞灰含碳量上升，尤其是#6炉，上升更明显；5月份下半个月燃用煤种的灰分降至15%以下，所以5月份飞灰含碳量对比3、4月份有所下降。

表1 2～5月入炉煤种统计

2、煤粉细度的影响。

煤粉越粗，造成燃尽时间延长，飞灰含碳量升高；但煤粉过细将会增加制粉系统的耗电和加大磨煤机的磨损。

#5、6炉1～5月煤粉平均细度变化趋势见图2。由图中可知：1～5月，#5炉煤粉细度明显比#6炉细，这是#6炉飞灰含碳量比#5炉高的主要原因；4月份#6炉煤粉细度明显变粗，这是4月份#6炉煤种变化不大但飞灰含碳量仍然升高的主要原因；5月份#5炉煤粉细度变粗，这是5月份#5炉在燃用煤种灰分有所降低的条件下飞灰含碳量仍然有所上升的主要原因；5月份#6炉煤粉细度变细，在与5月份燃用煤种灰分有所降低的共同作用下，#6炉5月份的飞灰含碳量明显降低（从2.73%降至2.14%）。

图2 #5、6炉1～5月平均煤粉细度变化趋势图

3、一次风速的影响

一次风速过高，导致煤粉着火点偏远，着火推迟，燃烧过程缩短，既不利于稳燃，又影响燃尽；风速太小会使气流无刚性，造成偏转，破坏炉内动力场，并且其卷吸高温烟气的能力下降，这也会造成不完全燃烧。此外，风速太低还有可能造成堵管^[4]。

4、一、二次风温的影响

适当高的风温可以提高煤粉气流的初温，减少煤粉气流所需的着火热，有利于降低飞灰含碳量。

5、火焰中心高度的影响

炉膛火焰中心上移，部分燃料还未充分燃尽便随烟气离开炉膛，这样就导致了飞灰含碳量增加^[5]。

二、改进措施

要降低飞灰含碳量，就是在保证炉内不结焦的前提下，使煤粉的燃烧尽量接近完全燃烧。针对影响飞灰含碳量的原因，综合考虑安全、经济因素，建议采取以下改进措施：

1、保证燃煤的稳定性

电厂燃煤来源复杂，混煤为若干煤种的物理混合，煤粉在炉内实际燃烧时还是各煤种本身化学成分的反应过程，导致飞灰含碳量不稳定。所以，在考虑经济性的同时，还应尽可能保证入炉煤种的稳定性。

2、降低煤粉细度

由图2可知，#5炉煤粉细度明显比#6炉细，在燃用同煤种情况下，#5炉飞灰含碳量明显比#6炉低（见图1）。#5炉煤粉细度最高值是D磨，R90为31.8%；而#6炉A、C、D磨的煤粉细度（R90）分别为32.85%、32.25%和32%。所以，降低煤粉细度（R90降至30%以下），可以有效降低飞灰含碳量。#5、6炉各台磨煤机1～5月煤粉细度变化趋势见图3、图4。

图3 #5炉2～5月各磨煤机煤粉细度变化趋势图

图4 #6炉1～5月各磨煤机煤粉细度变化趋势图

煤粉细度可以通过磨煤机的钢球配比、粗粉分离器的挡板开度进行调整。由于#5、6炉磨煤机补加钢球均以加φ40、φ50球为主，φ60钢球加入量较少，在钢球配比上暂时无法进行进一步优化。

另外，分别对#5、6炉磨煤机粗粉分离器挡板开度进行调整，调整前后挡板开度见表2。

表2 #5、6炉粗粉分离器挡板开度调整前后对比

	#5炉				#6炉
	A磨	B磨	C磨	D磨	A磨	B磨	C磨	D磨
调整前	40°	40°	45°	45°	30°	40°	25°	30°
调整后	未调整	未调整	35°	35°	25°	未调整	未调整	25°

由于#6炉C磨粗粉分离器挡板开度已经调至25°，若再调小可能会产生积粉引起爆炸，故不建议进一步调小。根据观察，调整前后煤粉细度变化有限。

3、保证足够的燃烧时间

降低一次风速可以增加煤粉在炉膛内的停留时间，自从更换了一次风管风粉混合器后，一次风管道阻力有所减小，目前，已经先后将#5、6炉的一次风压由3400～3600Pa降至3200～3300Pa运行，再降低对安全运行会造成影响：一次风管堵塞和因着火点过近烧坏喷嘴。因为一次风速可降低空间有限，因此对降低飞灰含碳量效果不明显。

在低负荷时，可优先停用上层给粉机，以降低炉膛火焰中心；炉膛负压严格控制在-50Pa；严密关闭各孔、门，保持炉底水封正常，以减少锅炉漏风，以上措施可以增加煤粉在炉膛内的停留时间，并已执行多年。

4、提高一、二次风温

防止空预器堵灰，适当加强吹灰，可以提高传热效果，提高一、二次风风温，同时可以防止空预器堵灰而造成引风机出力不足、从而限制了锅炉总风量。

通过一次风旁路门开度调整一次风温，并适当提高了一次风温运行：当燃煤挥发份＜27%时，一次风温控制在245～250℃；燃煤挥发份≥27%时，一次风温控制在240～245℃；当燃用易结渣煤种（神华煤、伊泰煤等）时，一次风温控制在235～240℃。一次风温过高会对一次风管安全运行造成影响，可提高空间有限，因此采取此措施后，对降低飞灰含碳量效果不明显。

5、对磨煤机内部进行检查

必要时进入磨煤机内部对钢球磨损情况进行检查，确保磨煤机钢球的数量和质量达到要求，根据检查结果采取相应措施。

三、结论及建议

1、#5、6炉3、4月份飞灰含碳量升高主要是由于煤种变化、煤粉细度偏大造成的。

2、在燃用相同煤种的情况下，#6炉飞灰含碳量明显比#5炉高是因为#6炉煤粉细度比#5炉大。

3、#5炉C、D磨，#6炉A、D磨煤粉细度较大，且粗粉分离器挡板还有调整空间，建议可进一步调小挡板开度来降低煤粉细度。

4、为保证安全，进一步提高一次风温、降低一次风压已无多大空间，对降低飞灰含碳量效果并不明显。

参考文献：

[1] 侯锐. 锅炉燃煤对锅炉热效率的影响分析[J]. 科技创新与应用,2015,(08):65.

[2] 王莺歌.大型电站锅炉飞灰含碳量的调整与控制[J].东北电力技术,2007,(11):24-28.

[3] 赵虹,张翔宇,李培,杨建国,冯国华,王立业.锅炉飞灰含碳量与煤燃烧特性的相关性研究[J].热力发电,2011,40(08):41-44.

[4] 周新刚，刘志超，路春美，等．燃煤电厂锅炉飞灰含碳量影响因素分析及对策[J]．节能，2005(9):45-47.

[5] 吕俊复,冯俊凯. 煤粉炉中燃烧产物停留时间及其对飞灰含碳量的影响[J]. 锅炉技术,2005,(06):21-24.

作者简介：王晓峰（1983－），男，广东连州人，热能与动力工程师，硕士研究生学历，主要从事发电项目技术管理工作。

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