淺談350 MW 機組混煤燃燒技術

戴新枝

國能九江發電有限公司

0 前言

混煤是將不同種類、不同性質的煤按一定的比例摻配加工而成的混合煤。它雖然具有摻配單煤的某些特征，但其綜合性能有所改變。基本原理就是利用各種煤在性質上的差異，通過混合實現取長補短，發揮各摻配煤種優點，達到綜合性能最佳［1］，通過優質煤和劣質煤的混合提高劣質煤利用率，降低燃料成本；通過高硫煤和低硫煤摻配，可降低SO2排量。在配煤過程中，添加適當的高溫固硫劑可大大減少SO2排量，減少環境污染。

1 混煤煤質的約束條件

1）揮發分是評價配煤的首要條件［2］，是衡量燃煤著火難易程度的重要指標，揮發分的含量對燃燒過程的發生和發展有很大的影響。燃料燃燒時，揮發分首先析出與空氣混合并著火，對燃燒過程的初級階段具有特殊意義，揮發分越高越容易著火，燃燒過程越穩定，因此入爐煤揮發分不能低于維持低負荷燃燒穩定性和經濟性的下限，也不能高于防止燃燒器噴口燒壞或煤粉自燃的上限值。九江公司鍋爐適宜揮發分為12%～15%，低于12%就要采取穩燃措施或重新配煤，高于15%就要采取降低磨煤機出口煤粉溫度。因此混配煤時，揮發分有兩個約束條件即

2）發熱量是表征煤質的綜合性指標［2］，是燃煤最重要的性能指標，它決定煤的價值也是進行熱力計算不可缺少的參數。發熱量分高位和低位，高位發熱量是指1 kg燃料完全燃燒時放出的全部熱量；低位發熱量是指從高位發熱量中扣除燃燒過程中氫燃燒產生的水和燃料自帶的水分氣化的吸熱量，因為這個熱量鍋爐收不回來，所以熱力計算常用低位發熱量。各種煤的低位發熱量差別大，燃燒發熱量低的煤，煤量消耗大，機械不完全燃燒損失大，制粉單耗增加，灰渣增加，甚至鍋爐燃燒不穩，機組出力受限，因此發熱量有一個最低限值即。

3）灰分是煤中的主要雜質［2］，是燃料完全燃燒后形成的固體殘留物的總稱。各種煤的灰分含量差別很大，少的只有10%左右，多的可達50%，各種煤的灰分差別大也導致發熱量差別大。煤中灰分含量增加，火焰傳播速度減緩，著火推遲，燃燒穩定性差，焦炭燃盡程度差，灰渣物理熱損失增加，受熱面污染和磨損增加，因此灰分有一個最高限值。

4）水分是煤中的雜質［2］，分表面水分和固有水分，各種煤的水分含量差別很大，最少的僅2%左右，最多的可達50%～60%。水分增加，煤的發熱量有一部分將消耗在水分蒸發和過熱上，使爐膛溫度降低，導致燃燒穩定性差，減少煤粉的燃盡程度，降低鍋爐效率，同時還會引起輸煤設備堵塞，因此水分有一個最高限值即

5）硫是煤中的有害元素［2］，雖然在燃燒時可放出一定的熱量，但其燃燒產物是SO2和SO3氣體，這種氣體和水蒸氣結合生成亞硫酸或硫酸蒸汽，當煙氣流經低于其露點的金屬受熱面，硫酸蒸汽便在其表面凝結造成腐蝕。含硫過高會引起受熱面腐蝕和堵灰，還會使煙氣的排放達不到環保要求，因此硫分有個最高限值即

6）灰的熔融特性是表征煤結渣性能的指標［2］，灰的熔融特性用DT/ST/FT 表示，DT 是變形溫度、ST 是軟化溫度、FT 是熔化溫度，用它們可判斷煤在燃燒過程中結渣的可能性，各種煤的灰熔融特性溫度一般在1 100～1 600 ℃之間。凡ST 大于1 400 ℃的煤稱為難熔灰分的煤，ST=1 200～1 400 ℃的煤稱為中熔灰分的煤，ST 小于1 200 ℃稱為易熔灰分的煤，混煤的灰熔點不是單煤熔點的簡單線性函數關系，混合后煤灰熔點可能降低很多，導致鍋爐大量結焦影響鍋爐的安全運行，因此應對混煤灰熔點進行測量分析，判斷其適應性。

7）為保證機組的安全經濟運行，表1 為摻配混煤各參數允許范圍［3］。

表1 火電廠燃煤允許變化范圍

2 混煤的燃燒特性及變化規律

1）煤的灰分、硫分和水分均具有較好的直線可加性［3］，在進行配煤方案計算時，按各單煤的配比對其進行加權平均計算不會產生過大的誤差，因此這三種指標可以按其重量進行加權平均計算。

2）煤的發熱量和揮發分也具有較好的直線可加性［3］。但實踐表明，配煤的實測發熱量高于公式計算值，其增加的值隨發熱量的降低而增大，在相同條件下，可以提高燃燼度，具有節能效果。配煤的實測揮發分低于公式計算值揮發分的煤種占比越大，混煤的實際揮發分減少越多。

3）煤的著火性。煤的固定碳與揮發分的比值（FC/Vad）稱為燃料比［1］，它是判斷煤的燃燒性的指標，燃料比越小，說明煤的固定碳含量越低，煤的著火越容易，燃燒性好，一般認為FC/Vad＜4.0，著火性能好，FC/Vad大于9.0 難燃。混煤種的易燃煤總是在較低溫度下著火［3］，并對難燃煤的點燃有推動作用，所以混煤的著火溫度一般低于各煤種按比例加權平均的數據，即偏向于易燃煤方向。表2 為一種無煙煤和一種煙煤的基本煤質參數，圖1 為這兩種煤摻燒后的著火溫度TT（TPRI 煤粉氣流著火溫度測值）的變化趨勢。

表2 無煙煤與煙煤的基本煤質參數

圖1 煙煤中摻燒無煙煤著火溫度的變化趨勢

4）煤的燃燼性能［3］。在燃燼性能方面，由于混煤中的易燃煤“搶風”，使難燃煤在較低氧分壓下燃燒，燃燒條件惡化，出現不易燃燼的現象，從而使混煤燃燼性能急劇下降。在某一比例下燃燼率低于各煤種按比例的加權平均值，即燃燒效果偏向于難燃煤種方向，圖2 為煙煤中摻燒無煙煤燃盡率的變化趨勢。

圖2 煙煤中摻燒無煙煤盡率的變化趨勢

5）煤的結焦性能［3］。試驗表明，配煤后的灰熔融性溫度與單煤并不呈線性關系，因為不同品種煤所含礦物質各不相同，在高溫下發生復雜的物化反應，形成各種復雜的氧化物，導致灰熔融溫度成非直線變化。混煤的結渣性能除與燃燒性能有一定關系外，還主要取決于煤種各自的灰特性。通常還可能出現混煤的灰熔點ST 低于所有單一煤種的現象，如高CaO 的煤種，除于本身煤灰中的Fe2O3形成共熔體外，在與高鐵煤摻燒時還有多余的CaO 與摻燒煤的Fe2O3形成共熔體，從而在一定比例下出現結渣加劇的現象。

3 燃燒混煤可能出現的問題及應對措施

3.1 受熱面積灰、結渣的預防及應對措施

3.1.1 積灰、結渣的機理［1］

“積灰”是指溫度低于灰熔點時灰沉積在受熱面上的積聚，多發生在鍋爐對流受熱面上。“結渣”是指在受熱面上熔化了的沉積物的積聚，這與各種力作用而遷移到壁面上某些灰粒的成分、熔融溫度、黏度及壁面溫度有關，多發生在爐內輻射受熱面上。噴入爐膛的煤粉在0.03～0.05 s 的時間內即被加熱到1 600 ℃或更高溫度。在很高的溫升速度下，灰中礦物質的蒸發、分解、氧化、揮發以至熔融成結晶體的過程幾乎同時進行。一般認為，煤粉爐內，傳過爐膛火焰的全部灰粒都是被液化的，在表面張力的作用下收縮成球形，黏度約為10～100 pa·s。一般10%顆粒（主要由黃鐵礦殘留物組成）在1 300 ℃下熔化，大部分不規則顆粒在1 300～1 480 ℃下熔化，5%顆粒（主要由石英組成）在1 480 ℃以上才開始熔化。如果處于熔融或半熔融狀態的灰到達受熱面前未足夠冷卻成凝固狀態，則很容易黏附在受煙氣（火焰）沖刷的受熱面或爐墻上形成結渣。爐內積灰、結焦后使爐內傳熱熱阻增加、吸熱量減少、爐膛出口溫度升高、減溫水量增加、鍋爐效率降低。對流受熱面嚴重積灰可能使傳熱降低30%～50%，排煙溫度及煙道阻力大幅升高，影響鍋爐的安全經濟運行。

3.1.2 積灰結渣的預防［1］

實驗表明，爐膛出口煙氣溫度升高50 ℃結焦速率上升5 倍，積灰結渣的預防首先要控制爐膛出口煙氣溫度。九江公司350 MW 機組鍋爐在爐膛出口布置有屏式過熱器，為防止結焦控制屏后煙溫不超過（DT-50）℃或（ST-150）℃，屏前煙溫對于弱結渣性煤應小于1 250 ℃，對于強結渣性煤應小于1 100 ℃，對于一般結渣性煤應小于1 200 ℃。研究表明，爐內溫度提高，受熱面的結渣會呈指數規律上升，對易結渣煤要嚴格控制運行溫度，可采取加大運行過量空氣系數，增加配風的均勻性，防止局部熱負荷過高和產生局部還原性氣氛，防止一次風直接沖刷壁面等，必要時降負荷運行。

3.1.3 積灰、結渣的判斷及應對措施［1］

在機組運行中，當發現各段受熱面煙溫不正常上升、減溫水量增加、金屬壁溫上升、各部溫差增大時說明結焦較多。監盤人員應加強配風，保證空氣和燃料的良好混合，保持合適氧量防止受熱面附件出現還原性氣氛導致熔點較高的Fe2O3還原為熔點較低的FeO。其次，監盤人員應了解入爐煤種有無明顯變化，判斷爐膛熱負荷及各臺磨煤機負荷分配是否合理，就地檢查爐底漏風情況，必要時重新化驗煤質進行相關實驗。及時吹灰可防止受熱面結焦惡性循壞，降低排煙溫度，減少減溫水量，避免受熱面金屬超溫爆管。實踐證明，對受熱面進行一次全面吹灰可使省煤器出口溫度下降20～30 ℃，排煙溫度下降15～25 ℃，提高鍋爐效率1%～1.5%。三期每臺爐均有36 個吹灰器，左側為雙數右側為單數，因此左側煙溫高吹雙數吹灰器，反之吹單數吹灰器。近期5#爐左側煙溫經常高于右側煙溫較多，應采取雙數多吹單數少吹效果良好。根據經驗得知，吹灰后受熱面維持清潔的時間一般為5～6 h，因此要根據負荷趨勢選擇吹灰時間段，為防止受熱面二次污染最好從前往后吹。吹灰時機組負荷應大于245 MW，同一區域兩個吹灰器不能同時啟動，避免對燃燒造成不利影響。吹灰時運行值班員和吹灰器維護人員應現場值守，檢查吹灰蒸汽壓力在合理范圍，吹灰器及時退出無內漏。吹灰器蒸汽壓力過高、蒸汽帶水、頻繁吹灰可能導致受熱面吹損，運行人員應加強就地巡檢，綜合引風機電流、蒸汽流量、減溫水量等參數分析判斷是否有四管泄漏。

當受熱面大面積結焦嚴重影響機組的安全經濟運行時，應及時采取降負荷除焦、停爐人工除焦等措施，同時做好入爐煤質分析，從源頭上杜絕結焦。

3.2 揮發分變化對磨煤機出口煤粉溫度的影響

兩種燃燒性能差異很大的煤種摻燒，要考慮燃燒穩定性和噴口安全性問題。如在煙煤鍋爐中摻燒貧煤、無煙煤時要考慮燃燒穩定性，而摻燒褐煤則主要考慮噴口及爐內結渣等安全問題。實際運行中磨煤機出口煤粉溫度選擇要確保燃燒穩定、鍋爐效率高、噴口不燒壞、受熱面不結渣、制粉系統不堵管、不爆炸。表3 是九江公司350 MW 機組根據混煤揮發分選擇的磨煤機出口煤粉。

表3 揮發分與磨煤機出口煤粉溫度對照表

磨煤機出口煤粉溫度下降，排煙溫度必然上升，一般出口煤粉溫度降低10℃，排煙溫度上升3～6 ℃。

3.3 煙氣溫度上升對脫硫及脫硝設備的影響

1）受熱面結焦、負荷上升、磨煤機出口煤粉溫度下降、底渣系統人孔門誤開、空預器積灰等都會造成省煤器出口煙氣溫度或空預器出口溫度上升。

當脫硝入口煙溫（省煤器出口煙溫）達425 ℃時，脫硝設備跳閘影響NO2的排放，這是環保要求不允許的，運行中要考慮測點偏差和溫度上升慣性，因此加負荷要緩慢均勻，氧量控制合適，盡量提高主汽壓，提醒監盤人員注意脫硝入口煙溫變化。

2）當脫硫入口煙溫（空預器出口煙溫）達160 ℃時，脫硫系統事故噴淋動作；當脫硫入口煙溫（空預器出口煙溫）達180 ℃時，脫硫系統跳閘，延時10 s 鍋爐MFT 動作機組停運。當空預器出口煙溫偏高而省煤器出口煙溫不高時，可適當增加送風量（5#爐短時關閉停運A 磨的冷風門，為降低燃燒器噴口溫度此門常保持一定開度）煙氣放熱增加煙溫下降；當空預器積灰導致出口煙溫高時，啟動空預器吹灰，但要注意吹灰時出口煙溫會短時升高幾度（最好將煙溫降至150 ℃以下開始吹）。當省煤器出口煙氣溫度高時，應適當減少磨煤機出力、降低氧量控制煙溫上升速度。350 MW 機組投AGC時，加負荷時壓力跟蹤緩慢，可短時解除AGC（燃燒不變）緩慢關小汽機調門提高汽壓，提高帶負荷能力（汽壓提高1 MPA,負荷上升大約0.5 MW）

4 排渣量大幅增加的措施

近三期5/6#爐排渣量大量增加給運行、檢修人員及底渣系統設備帶來考驗。監盤人員發現掉渣要及時擠渣，擠渣的技巧包括單門推、雙門擠、四門擠等，剛掉落的熱渣（偏紅色）不宜立即擠，最好待渣塊變成黑色再擠。擠渣操作時要派人就地檢查關斷門動力油系統，發現漏點要暫停擠渣消漏。集控室通過攝像頭了解渣斗掛渣有一定的局限性，因此要定期派人到現場通過觀察孔檢查渣斗壁是否掛渣，用測溫槍對渣斗測溫判斷是否局部掛渣，發現渣斗壁掛渣要及時通知檢修人員打渣。打渣時要注意人員安全，注意觀察燃燒情況及排煙溫度上升趨勢。

5 結束語

鍋爐是根據給定的煤種設計制造的。設計煤種不同，鍋爐的爐型、結構、燃燒器及燃燒系統的形成也不同，當實際燃用煤種與設計煤種差別明顯時，會給鍋爐設備的安全經濟運行帶來各種各樣的問題，如何摻配出經濟適用的煤種，如何燒好入爐混煤，如何提高經濟性，如何減少設備故障，如何延長設備壽命等，都是我們今后要努力的方向。