关于煤粉炉燃用劣质煤时燃烧的安全性和经济性的探讨
河南新郑热电股份有限公司
【摘 要】 劣质煤是一种比较难燃的煤种,从燃烧器的形式、卫燃带的敷设、一二次风的混合、煤粉细度的控制等方面,阐述了强化劣质煤在煤粉炉中安全、经济燃烧的方法。
【关键词】 煤的通用着火指数 劣质煤 燃烧器 卫燃带 热回流 一二次风混合 煤粉细度
1 前言 2000年以来,随着国家对煤炭市场的整顿,众多小煤窑由于安全生产条件不达标相继关停。煤炭市场也由2000年以前的供过于求转向相对的供不应求。在经济利益的驱动下,煤炭市场出现煤质下降,煤价上扬的趋势日益明显。煤质的下降不但给锅炉的安全稳定运行带来了一定的威胁,同时也给锅炉的经济运行带来了相当大的影响。因此采取一定的措施强化锅炉燃烧的稳定、提高燃煤的燃烬度,最大限度地降低各项热损失,已是迫在眉睫的事情。
2 燃煤着火难易程度的判别 按传统的说法,所谓劣质煤是指那些水份、灰份或含硫量较多而挥发份和含碳量较低,燃烧比较困难的煤种。为了更准确地反映煤着火的难易程度,在此我们有必要引入煤的着火难易程度的公式—煤的通用着火指数Fz的概念。Fz=(Vf+Wf)2×Cf×100式中 Fz—煤的通用着火指数Vf—煤的工业分析成份分析基挥发份含量
Wf—煤的工业分析成份分析基水份含量
Cf —煤的工业分析成份分析基含碳量 公式中Fz是一个与煤质有关的无因次参数,Fz值越大说明燃煤越易着火燃烧,反之,Fz值越小,说明燃煤越不易着火燃烧,按Fz值的大小,可将燃煤 着火的难易程度大致分为以下5类:
(1) 极难燃煤:Fz≤0.5
(2) 难燃煤:0.5<Fz≤1.0
(3) 准难燃煤:1.0<Fz≤1.5
(4) 易燃煤:1.5<Fz≤2.0
(5) 极易燃煤: Fz>2.0 3 劣质煤稳燃的对策
(1) 在燃烧器设计方面采取的对策: 对于四角布置直流燃烧器中间储粉仓煤粉炉在燃用劣质煤时,燃烧器的设计一般都采用一次风集中布置,二次风分级供给的三角形着火设计方案,这种燃烧器对燃烧劣质煤有以下优点:
① 一次风集中布置,增加了燃烧区域煤粉浓度,集中了易燃烧的挥发份,降低了着火区域的过量空气。
② 燃烧中心集中,使燃烧区域温度水平得以提高。
③ 一、二次风喷口间有一定的间距,不但可以平衡风速相对较高的二次风对一次风的引射作用,减少一次风的偏离,而且还可以与二次风的倾角共同作用,灵活地控制一、二次风相交的位置,从而保证煤粉射流着火的稳定性和风粉的良好混合。
④ 采用高宽比比较大,即狭长的一次喷口,以增加煤粉射流的着火周界,增加一次风射流与炉内高温烟气的接触面积。
⑤ 在一次风喷口内安装有一定厚度的流线形纵向隔板,不但起到防止一次风喷口变形的作用,同时还可以提高一次风射流的刚性,增加一次风射流对炉内高温烟气的卷吸量。
(2) 在燃烧调整方面应采用的对策:
锅炉燃烧稳定与否的关键,是看煤粉射流进入炉内后能否尽快着火燃烧,煤粉气流尽快着火燃烧的关键是要有足够的热量对煤粉射流进行加热,使其尽快达到着火燃烧的温度。理论研究表明,煤粉射流进入炉内后对其加热的热源主要来自以下几个方面:
① 一次风射流卷吸炉内高温烟气的热量;
② 炉内高温烟气对一次风射流的辐射热量;
③ 燃料着火前挥发份析出燃烧进行化学反应的热量;
④ 对于四角布置直流燃烧器切圆燃烧时,还有上游邻角对下游一次风射流相互点燃的热量。
根据上述分析结果,结合劣质煤灰份高、热值低,燃烧困难、挥发份析出困难、一次风射流加热至着火所需热量多,着火后火焰传播速度慢的特点,在燃烧调整方面应采取以下措施:
① 采用合适的一次风率和一次风速,以减少一次风射流达到着火燃烧所需的吸热量。
② 在炉膛燃烧区水冷壁上敷设一定数量、一定形式的卫燃带,以提高炉膛温度,保持着火区高温,提高回流烟气的温度。
③ 合理地组织炉内空气动力工况,使一次风射流不发生偏离,以达到射流屏两侧热烟气回流区域适中,烟气回流量充足的目的。
④ 根据一、二次风喷口间距,合理地调整二次风的倾角,使二次风混入一次风做到适时、适量。
⑤ 根据煤质的具体情况,合理地调整煤粉细度。
4 应用举例 新郑热电股份有限公司B&WB—65/3.82—M煤粉锅炉,设计正四角布置直流燃烧器(如图1所示)
切圆燃烧,配有低速筒式钢球磨煤机、中间储仓、热风送粉制粉系统。设计热风温度345℃。设计煤种为优质贫煤,主要成份如下: CY=70.1% HY=3.47% OY=3.596 NY=1.11% SY=0.327% AY=19.64% WY=1.75% VY=13.254% QDY=26749kJ/kg
图1 燃烧器
计算可知,设计煤种Fz =1.58,属于较易燃贫煤。 该炉于1994年投产以来,一直燃用本地区新密市贫煤,煤质基本稳定在 Cf=60%~62% Vf=12%~13% Af=24%~26% Wf=0.6%~0.8%=22000~23000kJ/kg之间,计算可知,其Fz值略大于1.0属于准难燃煤,锅炉燃烧状况基本尚可。然而进入2001年下半年以来,由于煤炭市场形势的变化,入炉煤质有较大的下降,锅炉燃烧的稳定性和经济性随着入炉煤质的下降每况愈下。特别是其经济运行性较差,主要表现在冷灰斗排出的灰渣中可燃物含量较多,排出的灰水中含有较多未燃烬的煤粉,造成锅炉吨煤产汽量下降,发电煤耗升高,严重地影响了电厂的经济效益。根据化学分析结果表明这一阶段的入炉煤质主要成份如下:Cf=50%~56% Vf=11%~12% Af=30%~39%Wf=0.7%~0.9% QDY =17000~21000kJ/kg 计算可知,其Fz值在0.7~0.9之间,属于难燃煤种。
为了扭转由于煤质下降,锅炉燃烧稳定性和经济性差的被动局面,分析认为B&WB—65/3.82—M煤粉炉燃烧器的设计是符合劣质煤燃烧要求的,造成燃烧稳定性欠佳和经济性差的主要原因在于:
① 是设计热风温度较低,只有345℃,达不到理论要求390℃~400℃。
② 是目前的燃烧调整工况不适应劣质煤燃烧的要求,因此根据上述燃用劣质煤时,在燃烧调整方面应采取的措施的理论依据,决定停炉重新进行燃烧调整,在本次调整中我们主要采取了下列措施:
① 在四角一次风喷口两侧水冷壁受热面上敷设了高1200mm,宽800mm,厚30mm的卫燃带(如图2所示),共敷设卫燃带7.68m2,以减少回流区域水冷壁的吸热量,提高回流烟气的温度,增加高温烟气对一次风射流的热辐射。实践表明增加卫燃带后,不但没有因水冷壁吸热量减少造成排烟温度升高,相反由于一次风射流着火提前,燃烬时间缩短反而降低了排烟温度。
图2 炉膛截面
② 适当降低一次风率和一次风速,保持热态一次风管内风速在23~24m/s,一次风喷口风速在18~20m/s之间。冷态一次风速为16~17m/s,下二次风和中二次风风速为26m/s,上二次风风速为28m/s。虽说从理论上讲一次风率和一次风速越低煤粉射流达到着火所需的热量越少,一次风管堵塞的最低安全风速在18m/s左右,但由于劣质煤发热量低,一次风中煤粉浓度较高,一般在0.5~0.6kg煤粉/kg空气之间,且由于劣质煤含灰份较多,在煤粉细度不变情况下煤粉颗粒重度较大,过低的一次风速会使射流携带煤粉的能力减弱,从而使煤粉颗粒从一次风中离析落入冷灰斗,反而造成经济性降低。经验表明一次风最低冷态风速不能低于16m/s,否则,煤粉颗粒就会从一次风射流中离析。在本次燃烧调整中,为了防止因一次风速低造成一次风射流偏离,特意把一次风喷口切圆外侧边和底边进行加长(如图3所示),以确保一次风射流不发生偏离,能射入燃烧中心。
图3 一次风火嘴
③ 调整中二次风喷口下倾1°,上二次风喷口下倾6°,三次风喷口下倾11°,以达到二次风混入一次风适时、适量的目的。
④根据锅炉燃烧贫煤时,煤粉细度的计算公式: —煤的干燥基灰分 Vr ——煤的可燃基挥发分 计算出煤粉细度R90应在8%~12%之间。由于该炉设计热风温度较低,因此控制R90在8%~10%之间,以增加煤粉的表面积,强化燃粉的燃烧。
实践证明经上述调整后,锅炉运行的稳定性和经济性大有提高,主要表现在以下几个方面:
①排烟温度较调整前下降12℃,每天可节约原煤1.2t左右。
②冷灰斗排渣和灰水中未燃烬可燃物含量由原来的26.67%降为5.26%,每天可节约原煤3 t左右。
③飞灰可燃物由调整前的平均8.6%降为6.4%,每天可节约原煤1t左右。 上述三项指标综合,使锅炉吨汽耗煤量由原来的141.55kg降为现在的137.66kg,如按锅炉每天产汽1450t,年运行300d,每吨原煤150元计算,每年可节约原煤1700t,折合人民币25万元之多,由此可见其经济效益是十分明显的。
5 结束语 由于小容量煤粉锅炉炉膛截面热负荷和容积热负荷相对较低,因此煤质的变化对燃烧的安全性和经济性的影响较为敏感。实践证明燃烧器的形式、卫燃带的敷设、良好的炉内空气动力工况和合适的煤粉细度是煤粉炉燃烧调整的关键。特别是在目前煤炭市场质次价高的形势下,根据实际入炉煤情况,结合锅炉自身的特点及时正确地对锅炉进行燃烧调整,是提高锅炉运行的稳定性和经济性的有效手段,也是提高发电厂经济效益的必要手段和当务之急。