探讨煤质变化对锅炉的影响.ppt

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1、一、关于燃煤的分类、主要特性等基础知识,煤按其形成时间的长短、煤化程度的高低可分为：褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤。,褐煤外观呈棕褐色的煤。由于它的煤化程度比较低，干燥无灰基挥发分可高达40%以上，且挥发分开始析出的温度低，容易着火。它的吸水能力强，水分含量通常超20%，褐煤内部杂质和外部杂质都较多，所以，它的发热量高，难于储存，也不宜远运，属于地方性低质煤。,烟煤是指含碳量高，挥发分多，干燥无灰基挥发分在20%40%之间的煤。烟煤易于着火和燃烧，而且灰分和水分含量较少，发热量较高；对于部分高灰分和高水分的烟煤，发热量则很低，通常将收到基低位发热量小于等于15490kJ/kg的烟煤称为劣质烟煤，着火

2、、燃烧都较困难。烟煤呈黑色，质地松软，具有一定的光泽，燃烧时多烟。它是自然界中分布最广和最多的煤种。,贫煤是指煤化程度低于无烟煤，其干燥无灰基挥发分高于10%20%的煤。与烟煤相比，贫煤较难着火和燃烧，燃烧时火苗短，焦结性差，发热量介于无烟煤和一般烟煤之间。,无烟煤是指煤化程度最高的煤，呈灰黑色，有金属光泽，质地坚硬，不易研磨，俗称白煤。它的挥发分含量很少，干燥无灰基挥发分小于等于10%；含碳量高，干燥无灰基碳最高含量可达95%98%。所以，着火相当难，且不容易燃尽烧透。该煤燃烧时无烟，只有很短的青蓝色火焰，灰渣呈粉末状，无黏结性。因含碳量高，内部杂质和外部杂质少，发热量一般都较高，大多收到基

3、低位发热量在20930-25120kJ/kg之间。但由于氢含量较少，其发热量比部分优质烟煤要低。它储存时稳定，不自燃。,煤的成分及性质：,煤的元素成分，即煤的化学组成成分。包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（W）、灰分（A）。其中碳、氢、硫为可燃成分，其余为不可燃成分。,煤的工业分析成分：,煤的工业分析成分包括水分、挥发份、固定碳和灰分。,煤的主要特性,发热量：单位质量的煤在完全燃烧时所能释放出的全部热量称为煤的发热量，其单位用Kj/kg来表示。发热量分为高位发热量和低位发热量。低位发热量：1kg煤完全燃烧时，放出的全部热量中扣除水蒸汽的汽化潜热所得的发热量，单位kj/

4、kg。高位发热量：1kg煤完全燃烧时，放出的全部热量包括水蒸汽的汽化潜热所得的发热量，单位kj/kg。,挥发份,将煤加热到一定温度时，煤中的部分有机物和矿物质发生分解并逸出，逸出的气体产物称为煤的挥发分。,焦结性,煤在隔绝空气的情况下加热，水分蒸发，挥发份析出后剩余的焦炭可以结成不同硬度焦块的性质。,灰熔点,就是指煤中灰分熔点的高低。常用三个温度来表示变形温度T1、软化温度T2、熔化温度T3。在锅炉设计中，大多采用软化温度ST作为灰的熔点易熔 1160以下 中等熔融 11601350 难熔 13501500不熔 1500以上实践表明，相对于固态排渣炉，当灰的软化温度ST大于1350时,结渣的可

5、能性不大。,设计煤种,是锅炉厂在设计时所采用的煤种，锅炉厂依据此数据进行锅炉的初步设计和热力计算；确定锅炉的主要运行参数、性能数据、受热面结构形式和布置；这个煤种是电厂运行时最常用的煤种；在燃用设计煤种时必 须保证锅炉的性能满足设计要求。,校核煤种,一般是指保证锅炉能够安全和最基本性能的最低 煤质要求；燃用校核煤种时不能保证锅炉的设计性能要求；在工程中锅炉厂常常以校核煤种来验证锅炉的整体设计是否存在偏差，在煤质偏离的情况下锅炉能否安全运行。,60MW锅炉设计燃料特性,135MW锅炉设计燃料特性,目前我厂锅炉设备概况,#5-#7锅炉为哈尔滨锅炉有限公司生产的HG2409.8YM10型单汽包，自然

6、循环，集中下降管、倒U型布置的固态排渣煤粉炉，露天布置，锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁，炉膛出口处布置屏式过热器，水平烟道装设两级对流过热器，炉顶水平烟道转向室和尾部包墙均采用膜式管包敷，尾部竖井烟道中布置布置两级省煤器和两级管式空预器。锅炉构架采用全钢结构，按6度地震烈度设计，炉膛、过热器和上级省煤器全悬吊在顶板梁上，尾部空预器和下级省煤器支撑在后部柱和梁上。,#8-#9锅炉为哈尔滨锅炉有限公司生产的HG48013.7YM16型单汽包自然循环，超高压、一次中间再热型露天布置的固态排渣煤粉炉，与上海汽轮机厂生产的C13513.24/0.98/535/535型汽轮机配套。汽包中心标高47.8

7、m，布置于炉前。锅炉前部为炉膛,四周布满膜式水冷壁,炉膛上部布置前屏过热器,炉膛出口处布置后屏过热器，水平烟道内设有一级对流过热器(末级过热器)和一级对流再热器(再热器热段),水平烟道转向室和尾部前、后侧墙均采用膜式管屏包敷。并由中间隔墙使尾部烟道形成双烟道,前烟道布置有再热器冷段、后烟道布置有低温过热器,低温过热器下布置有省煤器，尾部竖井内布置有回转式空气预热器。,煤质对锅炉的影响,煤质是设计电厂锅炉、制粉系统、电除尘器等主要设备的基础,电厂使用的煤质确定之后,其主要设备的结构参数、选型和技术性能指标也就随之而定。当燃用设计煤质的锅炉机组改燃另一煤质时,其运行状况将发生变化,这些变化将影响机

8、组运行的经济性和安全性,应引起管理者和运行人员的重视。,挥发分的影响,挥发分是煤炭中的重要成分，挥发份对燃料着火和燃烧有很大影响。挥发分是气体可燃物，其着火温度低，使煤易于着火。另外，挥发分从煤粉颗粒内部析出后使煤粉颗粒具有孔隙性，与助燃空气接触面积变大，因而易于燃烬，所以褐煤更有利于燃烧。燃烧时间缩短使得燃烧火焰变短，会使锅炉汽温有降低的趋势。挥发分含量降低时情况则相反，锅炉飞灰可燃物相对偏高，火焰中心上移，对流受热面的吸热量增加，尾部排烟温度也随之上升，排烟热损失增大。,发热量的影响,煤炭发热量是煤炭品质的重要指标，若煤的发热量降低，则同样的锅炉负荷所用的实际煤量增大，输送煤粉所需的一次风

9、量必然相应增加，导致锅炉理论燃烧温度和炉内的温度水平下降，使煤粉气流的着火延迟，燃烧稳定性变差，影响煤粉的燃尽，同时还增加了制粉单耗。同时会使锅炉排烟温度升高，产生的烟气量容积增加，增加排烟热损失，为此将增加引风机电耗及脱硫成本。煤的发热量降低还影响机组带负荷，还可能导致锅炉熄火等严重事故的发生。,煤中水分的影响,水分是煤的固有成分，它的存在使煤中可燃物质含量相对减少。水分含量过高，会使煤着火困难，降低炉膛温度，增加不完全燃烧热损失。水分增加会使烟气中酸露点提高，易造成低温腐蚀，还容易因煤炭水分较高而导致输煤系统的阻塞、煤斗的搭桥、制粉系统的出力下降、煤粉管道的粘积，以及燃烧器出口煤粉气流着火

10、滞后等一系列的问题。煤炭中的水分会阻碍煤炭燃烧，阻碍煤粉和空气的接触，所以会使锅炉燃烧需要的空气量增加，锅炉产生的烟气量也增加，空气量和烟气量的增加，则炉膛中的气流速度增加，使燃料在炉膛内的停留时间变短，烟气量的增加，特别是其中水分比例增加，会使烟气的热容量增加，因而使炉内的温度场水平下降。,上述作用的结果是化学不完全燃烧损失和机械不完全燃烧损失增加，烟气体积的热容量大的另一个作用是在传递同样热量煤的温度将减小，排烟热损失增大，使锅炉效率下降，锅炉效率的降低，会使燃料量进一步增加，燃料量的增加，使炉内热量分配发生变化，会影响到锅炉过热汽温，一般水分每增加1%，过热汽温会升高1.5。一般水分每增

11、加1%影响煤耗0.18g/kwh。水分还影响制粉系统的干燥出力、空预器积灰以及输煤系统的运行，易发生制粉、输煤系统堵煤等不安全事件。制粉系统为提高干燥出力，必然增加热风量，使得制粉单耗、一次风率增加，反过来又影响到锅炉的燃烧。,煤质变化对污染排放的影响,随着国家环保要求越来越严格，分析煤质对成本的影响还要考虑到煤质对锅炉排放总量的影响。煤粉炉燃烧时，炉膛温度通常在1400以上。煤中含有的硫份除有机硫、黄铁矿等易燃烧生成SO2外，还有不可燃硫的硫酸盐在碳氢还原性物质共存时，也会分解成SO2。在实际的燃烧过程中，煤中硫的析出主要受炉膛温度、煤中碱性氧化物的自身固硫作用、在高温中的停留时间及煤的物理

12、特性（如煤的粒度、煤中硫含量等）的影响。随着燃煤水分的增加，NOX的生成量会增加。同时燃煤量的增加，必然带来排放量的增加，会带来更多的社会问题。,灰分、含硫量的影响,锅炉燃用煤质含灰量、硫量较高，运行中容易引起受热面沾污积灰、结渣、腐蚀和磨损。积灰、结渣一方面将降低受热面传热效率，使炉膛及各级受热面吸热量减少，进而导致炉膛出口及各级受热面进出口烟气温度升高，锅炉效率下降；另一方面沾污积灰会使省煤器、空气预热器堵塞，使辅机电耗增加，此外，积灰、结渣还会使受热面表面温度增高，导致受热面管壁超温和高温腐蚀甚至爆管；较大的渣块坠落，甚至会发生人身及设备重大不安全事故。因此，在锅炉运行过程中，对受热面进

13、行周期性的吹扫，使其保持在合适的清洁状态，以提高运行的安全和经济性。,二、煤质变化对锅炉燃烧和机组负荷的影响,锅炉燃煤偏离设计煤种以及煤质大幅度的波动对锅炉的影响是全方位的，主要表现在以下几个方面：对锅炉燃烧的影响；对锅炉制粉系统的影响；对锅炉受热面的影响；对风烟系统的影响；对除渣、除灰系统的影响。,1、煤质变化对锅炉燃烧的影响,煤质变差使燃烧过程推迟、锅炉出力达不到额定出力，减温水量大幅度增加，屏式过热器和高温过热器出现管壁超温，直接威胁锅炉受热面的安全运行。由于煤质差，锅炉燃烧不稳定，主蒸汽压力波动大，在AGC（自动发电控制系统）测试时，经常性发生1次测试不合格，需要2、3次。由于入炉煤发

14、热量过低，时会发生减负荷、锅炉熄火事故，尤其是在锅炉点火启动过程中，会造成燃烧不稳定，炉膛负压晃动较大，危及锅炉的安全运行。,煤种的变化，其运行特性也将发生较大变化。锅炉燃用低发热量劣质煤时，给粉机转速上升，火焰中心上移，使烟温升高，减温水量增大，排烟温度升高，炉效下降。经统计，给粉转速由500 rpm上升到600rpm时，排烟温度在30分钟内可升高12。,由于煤质不稳定，会造成锅炉燃烧区域局部水冷壁管的高温硫腐蚀。,水冷壁高温S腐蚀的处理办法及预防措施,杜绝低氧燃烧，二次风的配风方式合理，以防止炉膛底部缺氧。严禁喷燃器缺角运行。为防止炉内火焰偏斜直接冲刷水冷壁，运行中必须按层或对角投停燃烧器

15、，不得缺角运行。加强对水冷壁管的检测，及更换不良的水冷壁管，并进行冷态动力场试验。加强入炉煤的配煤管理，确保煤质稳定。根据入炉煤的变化情况及时调整锅炉的燃烧。,2.煤质变化对锅炉受热面结焦和粘污的影响,受热面粘污与煤灰的酸碱比、熔渣粘度、含铁百分比、灰熔融温度、煤的烧结强度和含钠量有关。煤种不同,其上述特征参量也将不同。结焦除与煤灰的熔点温度、粘污性等有关外，也与炉内空气动力场、温度水平等有密切关系，根据燃煤的灰特性设计锅炉，选择锅炉断面、容积以及燃烧器区域壁面热负荷。锅炉断面热负荷及燃烧器区域壁面热负荷选得大，有利于着火和燃烬，但容易结渣；选得小则反之。,受热面的结焦会导致受热面管壁超温，减

16、温水量大幅攀升，汽温超温时间攀升。燃煤硫分过高会引起锅炉高温腐蚀、空预器低温受热面低温腐蚀以及空预器积灰板结。会对水冷壁的烟气侧严重腐蚀减薄、水冷壁爆管等问题；会导致炉膛结焦恶化；会导致空预器尾部低温受热面结酸露，导致受热元件腐蚀与受热面积灰板结等，引起空预器烟风阻力显著增加，导致风机耗电率升高。,采取措施，主要是加强结焦检查，及时清除大焦块；防止高温腐蚀主要是适当提高烟气氧量，对腐蚀部位进行防腐喷涂等；防止空预器低温受热面腐蚀与积灰主要：有加强空预器吹灰、及时清除受热面积灰，停炉时及时进行积灰冲洗，在冬天时适当提高冷风温度、防止受热面结酸露，加强受热面腐蚀检查、腐蚀较严重时及时更换换热元件，

17、确保锅炉运行的可靠性和受热面的安全。,煤质变化对锅炉受热面磨损的影响,锅炉受热面的磨损与灰的特性、温度、烟气流速和灰量有关。当以低灰份且灰中坚硬物含量较少的煤作为锅炉的设计基准时，烟气流速可以选得较高，也无需采用防磨措施，如将该锅炉改燃用高灰份且灰中坚硬物质含量较多的煤时，烟气通道中灰量增加，同时对于多灰的煤为了燃烧完全又须增大送风量，使烟速提高，将使受热面磨损加快。故对过热器和尾部受热面的磨损问题应作为影响锅炉安全的重大问题，否则因锅炉爆管造成非计划停炉消缺的事故将是不可避免的。煤中灰分增加，烟气中飞灰的浓度升高，使受热面磨损成比例的增加，煤的灰分过高时，会出现特殊的设备损坏情况。例如：蒸汽

18、吹灰器吹扫范围的受热面严重吹损。,吹灰器附近的受热面严重吹损的过程：由于煤的灰分升高，烟气中飞灰的浓度升高，烟气灰粒的流速及烟气的含灰量存在以下关系。T=KV3u式中 T-受热面金属的磨损量，g/m2.sV-烟气中灰粒的流速，m/su-烟气的含灰量,g/m3K-常数，s2/m2,当吹灰时，蒸汽将烟气中的飞灰加速，使灰粒的速度大幅度升高，对受热面形成了冲刷，由于受热面金属的磨损量与烟气中灰粒流速的3次方及烟气中的含灰量成正比，导致了吹灰器附近受热面的严重损坏，形成了“喷砂”的效应。,防止吹灰器附近受热面损坏的措施,吹灰器附近的受热面上安装防磨片 调整合适的吹灰压力 优化受热面的吹灰方式，根据煤质

19、、壁温、烟温等参数安排合理的吹灰频次和吹灰方式 加强对吹灰器的检查、维护、管理，发现吹灰器缺陷及时消除,3、对风烟系统的影响,煤质变差，烟气中的飞灰浓度增加，不仅使烟气的阻力增加，而且加速了烟道的磨损，空预器的磨损、使尾部漏风增加，影响机组带负荷。,4、对制粉系统的影响,当煤质变化时影响到磨煤机出力，由于燃用煤质的可磨性系数比设计煤质的可磨性系数降低较多，特别是掺烧淮南煤时，煤较难磨容易发生满煤现象，导致粉仓粉位下降，影响机组负荷。出力下降、钢耗增加：燃用劣质煤时，由于入炉煤中杂质很多，尤其是被粉碎的煤矸石、矿石和砂类物，大大降低了煤的可磨性，使单位钢耗大幅度增加。,褐煤全水份含量大，使制粉系

20、统的干燥出力成为影响磨煤机出力的主要因素。为提高磨煤机进口温度、制粉出力，只能增加排粉机的出力，但磨煤机出口温度仍大幅下降，只能以减少给煤机的转速来维持磨煤机的出口温度在60度左右，在严重时，给煤机转速由600rpm减到400rpm，大大影响了磨煤机的出力，也增大了磨煤机的钢耗，也影响了排烟温度，据统计磨煤机出口温度下降10度，排烟温度将上升1-2度。,泥煤：很多泥煤中混有大量粘土，磨煤机很容易断煤，经常在原煤仓下部小煤斗处发生堵煤、煤仓搭桥，这种煤的特征是：用手用力一捏，便成为团状，松开手后，煤团形状不变，手上无湿润感，用手拈煤团，有明显的胶着状，煤内无明显颗粒。原煤仓疏松器仅对较干燥的粒状

21、煤有较好的疏松作用，对于含有大量粘土的细末状原煤的煤起不到作用，煤仓搭桥严重，对于这种煤，目前能采取的措施是用大锤反复用力敲打原煤斗及靠煤斗振动器。这种断煤的处理时间多次长达0.5小时以上。在燃用劣质煤时，对锅炉运行的影响，一方面反映在机组负荷受到限制，另一方面表现在粉仓粉位不涨或下降。粉仓粉位低，达不到用绞龙送粉的条件，发挥不了绞龙的作用，在处理断煤的同时，磨煤机因启停时间间隔、启磨大瓦温度限制，被迫长时间空转，众所周知，磨煤机空转时对钢瓦和钢球的磨损是正常运行的五十倍以上，这也是磨煤机钢球耗量增大、钢瓦磨损的主要原因之一。,当入炉煤为较干燥的细粉末状劣质煤时，由于其流动性特别强，给粉机内容

22、易发生自流的现象，其主要特征是煤细且干。设备可靠性降低:由于入炉煤煤质差，导致入炉煤量大幅增加，制粉系统磨损问题日益突出。一次风管、喷燃器口磨损漏粉的缺陷成倍增加，由于磨损会使粗粉分离器或细粉分离器受损，三次风带粉量增加。,有时由于制粉出力的降低，使得磨煤机运行时间增加，对于需要停磨处理的缺陷无法及时得到消除。这将增加检修的工作量，另外还会大大损伤设备的寿命。燃用劣质煤时给粉机转速高时达700rpm，又由于煤粉中杂质多，比重大，导致给粉机的联轴器经常性的断销，给粉机电机由于过载经常跳闸，一次风管弯头经常性的磨穿、一次风粉混合物温度套管磨穿，严重影响到机组的安全运行。在运行中发现这样的规律:当煤

23、质较好时，给粉机的下粉较正常，即使粉仓粉位低于3米时运行，给粉机的下粉也正常均匀，但是当煤质差时，粉仓的重度增加，其粘度也增加，粉仓粉位即使在5米以上，给粉机下粉也不均匀。,5、对除灰、除渣系统的影响,仓泵出力无法满足劣质煤产生的粉煤灰#8、#9炉一电场仓泵出料阀均已改大，入炉煤煤质差、灰份高、灰量大，已远远超过仓泵的承受能力。主要表现在，煤质差灰量大时，一、二电场的仓泵进料时间特别短，仓泵进料的时间仅有1-2分钟，而出料时间长达10分钟（锅炉负荷只有350T/H）。煤质好时，负荷在430T/H时，进料只有5、6分钟，而出料时间也只有6-7分钟在这种情况下,易造成进、出料阀卡涩、灰管堵塞、电场

24、积灰等故障，严重时影响电场的安全运行。在灰量较大时，在一、二电场灰斗内积存大量的灰，若不及时出空，就有可能导致电场短路跳闸，严重影响设备的安全。因此，在灰量较大时，一方面要加强出灰，保证除灰空压机的稳定运行，保证仓泵在最大出力下运行；另一方面保证设备的安全正常运行，必要时要调整入炉煤的配比，降低机组负荷，确保电场的正常运行。,导致捞渣机运行工况异常：燃用劣质煤时灰份大，灰渣粒度不大，大量细小的灰粒粘附在捞渣机刮板上，捞渣机容易溢流渣水，溢流水沟容易发生堵塞。曾经在老厂由于结焦导致出渣困难，一度除渣系统处于瘫痪，被迫将出渣方式改成直排；#5炉曾经因为结焦严重，最后被迫停炉打焦。从水冷壁冷灰斗开始

25、结焦，一直结至火嘴口附近（8米层），渣根本无法出。在掺烧褐煤、神华煤时，由于炉膛结焦多，在吹灰时、加减负荷时、锅炉变工况运行（启停制粉系统、单风机运行）时，经常性的发生水冷壁掉焦块，严重时危及捞渣机的安全运行，影响炉底正常出渣、甚至影响机组的负荷。,目前我厂的主要燃煤结构,结论,在能源日益紧张燃煤价格不断上涨的情况下，火电厂的入炉煤掺烧工作显得特别重要，为了保证电厂的运行安全，只有采用科学的配煤掺烧方式才能保证最大的安全经济效益，通过多年来的掺烧我们积累了大量的经验，并不断拓宽掺烧范围，又挖掘出了诸如褐煤、神华煤等煤种的掺烧经验，08年9月下旬开始掺烧褐煤，今年掺烧神华煤，特别是褐煤的掺烧，降

26、低了公司电煤成本，产生了巨大的经济效益，因此在设计煤种供应紧张的情况下有效地缓解了电煤的压力，进而最大限度地保证了机组的连续安全运行，没有发生因燃煤紧缺而被迫停机的现象。因此通过对各煤种的科学论证并采取适当的掺配方案，掺烧非设计煤种、校核煤种是完全可行的。,为降低煤炭使用成本，各发电企业纷纷拓宽煤种的使用范围，提高劣质煤的利用率，所以火力发电燃用劣质煤将成为一种趋势。,如何提高劣质煤的利用率，掺烧好劣质煤，将成为电厂永恒的主题。根据我们对煤质的分析，在掺烧劣质煤时如何确保锅炉的安全、经济运行，我认为应该做好以下几个方面的工作：,1、燃运对于掺烧煤质的煤样，应及时联系锅炉运行，锅炉运行根据煤质报

27、告，进行锅炉燃烧优化调整，寻求合理的运行方式，以减轻受热面积灰和结渣的速度和程度，最大限度地保持机组正常运行。,2、燃运要做好入炉煤的掺配工作，严格控制入炉煤 煤质，尽量减少入炉煤中所含杂质，尽可能的使 煤质较均匀，从而确保锅炉机组设备调整运行的 连续性。3、燃运加强与锅炉运行交流和沟通，燃煤的掺配应 该考虑电、热负荷、粉仓粉位、除尘、出灰、脱 硫情况、锅炉运行实际工况等问题；锅炉运行应 将燃烧、制粉等运行情况及时反馈至燃运，为配 煤作参考。4、配煤掺烧应考虑的煤质特性指标，煤的燃烧特 性；煤的结渣及灰特性；煤的可磨性；污染物排 放特性。,5、锅炉运行应对受热面合理吹灰。合理吹灰的意义：炉内燃烧过程是一种极其复杂的物理化学过程，燃煤特性、锅炉结构、炉内温度水平、空气动力工况等因素，都影响受热面的沾污积灰与结渣状况。受热面吹灰其方案是否合理，将直接影响锅炉运行的安全性和经济性，根据设备、负荷特点，制订切实可行的吹灰方案意义重大。合理吹灰可使锅炉受热面相对清洁，降低排烟温度，提高锅炉效率，降低辅机电耗、减少发生运行事故，达到用较小的吹灰成本得到较高的经济效益。,