W型火焰鍋爐無煙煤摻燒煤泥試驗研究

大唐陽城發電有限責任公司 畢大成

1 燃燒系統的基本情況

通常鍋爐燃燒系統在運行時是需專業技術人員對爐膛進行嚴格管控的，對穩定燃燒以及著火的條件都需進行優化處理，保障燃料可在鍋爐中進行充分燃燒，另外也需對鍋爐爐膛中的受熱面進行有效控制，防止受熱面出現結渣現象，從技術手段上來說可對受熱面進行合理部署，避免出現惡化的傳熱問題出現，并及時對鍋爐中因燃燒產生的污染物進行控制。

結構上鍋爐燃燒系統大致可分為鍋爐燃燒室（爐膛）、送風系統、送煤（或送油、送天熱氣）裝置、灰渣排放裝置等。這些系統的主要功能就是為了能夠完成燃燒過程，將燃料所包含的能量以熱能的形式進行傳播釋放并對鍋爐中的水進行加熱。鍋爐工作流程大致分為煙氣流程、通風流程、排灰渣流程等。鍋爐的燃燒不僅有嚴格的流程要求，對燃燒的系統也有一定基礎要求，如應盡量對燃料進行充分燃燒、讓鍋爐工作效率可大于或等于90%，而對燃燒階段產生的灰渣也有一定的排放標準。對燃燒過程進行控制的目的是讓燃燒產生的熱量能夠完全適應鍋爐蒸汽的負荷要求，以此來保障鍋爐在工作狀態下的安全運行。

為達到劣煤優用、有利燃燒目的，實現合理用煤、提高鍋爐運行經濟性和安全性，配煤摻燒要遵循以下原則：配制完成的混煤要滿足鍋爐燃燒需要；遵循經濟效益原則，在配煤過程中盡量節約價格昂貴的優質煤，擴大本地煤和廉價煤比例，同時做到在滿足用戶要求基礎上盡量減少摻配煤種種類以簡化配煤工藝和生產成本。通常以三種單煤摻混為佳，條件合適時也可只用兩種；要注意降低混煤的磨損性，延長鍋爐的使用壽命，控制混煤硫分在合適范圍內，并控制其他污染物生成；遵循運距最短原則，即盡量減少使用遠距離的外地煤量，以減少運輸損失和運輸造成的環境污染，這一原則也體現在經濟效益原則中。

2 電廠提高燃燒效率所遇到的問題與解決辦法

2.1 明確鍋爐控制系統中的問題

在對鍋爐系統進行優化前，技術人員需對控制系統中現有問題進行分析與明確，影響鍋爐燃燒系統主要因素是：人為影響因素，如在實際工作中，當鍋爐正常工作時需進行調整的引風和送風量頻率不高，且對機組進行降負荷及升負荷時對送風及引風機系統進行的操作手法也較簡單，因此日常工作就容易忽視掉這一重要系統；鍋爐爐膛中負壓性能所具備的靈敏度極高，可對送風量變化做出迅速反應，因此如需對送風量進行調整時，其主要的調整依據還是爐內氧氣含量及機組負荷值，而一旦對送風量進行調整就會導致爐膛內負壓數值出現變化，如此時沒能及時對送風系統進行相應調整就會導致負壓值出現不定的增長，因此必須對這些問題進行嚴謹分析與梳理，對鍋爐進行有針對性的優化，盡可能減少對送風系統及燃燒系統產生信號干擾。一旦出現信號失衡情況，在進行引、送風量調整時就須結合爐內實際工況以最優的方式進行勤調和精調，以此保證爐壓在可控制范圍內。

2.2 雙交叉限幅燃燒自動控制系統

雙交叉限幅燃燒自動控制系統的主要功能就是能夠在達到燃燒時維持過剩的空氣系數，以此來保障燃燒效率，減少因為排煙而造成的排煙熱損失和環境污染。雙交叉燃燒實際是以爐壓調節為主要回路，并以是燃燒的流量與空氣流量調節為并列的副回路，雙交叉燃燒自動控制系統還有高低信號選擇器，以及高低信號限制器等組成的有邏輯性特征的比值調節系統，其主要作用是當鍋爐中出現負荷變化時將鍋爐內部爐壓維持在一定數值上，因此這種自動控制系統對火電企業來說也是鍋爐優化的選擇之一。

2.3 其他不同的優化方法

除上述優化方法外，在實際工作中可進行優化的方法還是較多的，如維持蒸汽階段中的壓力穩定：一般鍋爐中的蒸汽壓力是鍋爐運行狀態中的重要參考數據之一，這不僅是關系到鍋爐設備的安全穩定使用，更能反映出燃燒階段中的能量關系；保證燃燒階段中的經濟效益：想提高鍋爐效率的重要辦法就是保證鍋爐在燃燒階段中的經濟效益，這種經濟性主要是通過維持爐膛中的燃料量與送風量間的最佳配比來實現，換言之就是讓風量能夠保障燃料得到充分燃燒，主要是反應在蒸汽壓力數值穩定上。

維持住爐膛中的壓力穩定：燃燒階段中爐膛的風量以及流出爐膛煙氣量間的平衡關系主要是通過鍋爐內負壓數值的穩定情況來反映，一般如果送風量大于引風量爐膛中負壓將升高，而過高的壓力會導致爐膛朝外噴火，但如負壓過低又會影響到爐膛中燃燒情況，導致鍋爐燃燒的經濟性降低，故而對爐膛進行負壓控制十分重要。

3 關于W型火焰鍋爐無煙煤摻燒煤泥試驗研究情況

3.1 研究方法

煤炭在燃燒過程中會因諸多因素導致燃燒效率不高，對此不僅要優化相應的燃燒方式，還要尋找到最佳煤炭組合方式。一般煤泥中都有較多細顆粒，因此粘性都較大很容易出現結團現象，不但會影響到煤炭的存儲與運輸還會造成較為嚴重的環境污染。但與原煤相比，煤泥的灰分高、熱值較低，故而很多電廠都會選擇利用煤泥來進行燃燒發電，絕大多數電廠應用較多的都是循環流化床鍋爐，而W型火焰鍋爐的火焰組織方式、鍋爐結構等與循環流化床鍋爐有著較大差別，目前W型火焰鍋爐摻燒研究主要還是集中在摻燒煙煤上。

無煙煤中摻燒煤泥試驗的負荷選取應滿足電廠長期都是在低負荷條件下也適用的前提，因此試驗在370MW左右負荷條件下進行，試驗期間的煤泥性質相對較為穩定，無煙煤性質出現了細微變化。在試驗開展前將煤泥與無煙煤炭提前進行混合后送入原煤倉。

表1 設計煤質與摻燒實驗用煤質分析結果

本次試驗采取爐前摻燒與分倉摻燒，記錄相應的爐膛結焦、爐火溫度、燃燒器與受熱面壁溫度等數據，同時注意觀察爐渣變化情況，以此確定最有效的摻燒方案；其次，該鍋爐設備為亞臨界壓力、平衡通風、一次再熱、自然循環、汽包鍋爐，采用了W型火焰燃燒方式，鍋爐制粉系統采用雙進雙出的一次風機正壓直吹式鋼球磨煤機系統，每臺磨煤機都對應6只燃燒器，每臺鍋爐都有36臺燃燒器。試驗期間主要使用NOVA2000煙氣分析儀對鍋爐出口及空預器前后的煙氣成分進行分析測量。

3.2 摻燒的最終試驗結果

爐前摻燒試驗。在370MW左右的負荷下，爐膛拱下1.5m左右的側墻結焦情況相比較為嚴重，厚度達200mm，而在300MW以下負荷內結焦情況相比之下不是特別嚴重，僅爐膛拱下5m左右處有黏膠狀焦層。測溫后發現300MW左右的溫度在1515攝氏度左右，而結焦情況不嚴重時的溫度為1400～1500攝氏度左右，可見爐膛結焦與火焰溫度有直接聯系，當爐膛溫度越高時越容易出現結焦現象。

分倉摻燒試驗。為避免燃燒器被燒損，無煙煤與煤泥比例為8:2，同時將磨煤機對應的燃燒器調風盤調整為165mm，并開大內外二次的風門，負荷同樣選擇為370MW左右。試驗結果顯示，鍋爐4層標高右側墻前部與中部都出現結焦，厚度大致為300mm，左側墻結焦情況相對比較輕微，鍋爐3層半標高出現厚度250mm左右膠粘狀焦層。此外，同層間火焰溫度差較大，同層間兩側溫差雖較小，但3層都出現后墻溫度低于前墻的情況，燃燒器上1層左墻溫差為100攝氏度左右，爐拱下1.5m左右的左墻溫差為200攝氏度，右墻溫差則是150攝氏度，這說明截面的熱負荷極為不均，這種情況下很容易造成氣溫偏差，甚至出現水冷壁爆管等問題。

摻燒煤泥機組經濟性的分析。根據試驗中收集的鍋爐效率及無煙煤、煤泥的價格與熱值來看，對摻燒煤泥的平衡煤價進行了計算分析，當無煙煤的標價為469元左右一噸時，減去煤泥標價的409元一噸，一噸摻燒煤的差價為60元左右一噸，此時摻燒煤與不進行摻燒時經濟性較為一致，然而當這個差價大于60元左右一噸時，價格與效率比值將隨著摻入比例逐漸降低，這說明經濟性有所提升，但60元一噸只是一個平衡點，也就是說是在摻煤泥后，混合煤價下降，煤耗指標的上升，用煤價來填補了此時的煤耗指標。

4 結語

根據試驗結果可知，隨著煤泥摻燒比例的提升，其飛灰含碳量與底渣含碳量也會出現明顯提升，從而使得鍋爐熱效率出現了降低。如保持蒸發量不變，煤泥的灰分含量增加，那么摻燒的入爐煤量和比例也會增加，灰分對鍋爐的燃燒影響增大，會使火焰傳播速度減慢，著火時間推遲，燃燒溫度下降，燃燒穩定性差，爐膛結渣和高溫受熱面沾污、結渣增多，鍋爐受熱面磨損和積灰情況加劇等。

以上這些都對鍋爐安全穩定運行產生不利影響，也是W型火焰鍋爐摻燒工作中需考慮的因素。因此當煤泥與無煙煤差價在60元以上時摻燒煤泥就能提高其經濟性，但60元的差價只是摻燒工作中的一個平衡點，在摻燒方式的選擇和優化時還要從整個系統全方位進行考慮。