600MW W 型火焰锅炉掺配高挥发份烟煤安全及经济性研究Word文档格式.docx

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即便如此，该锅炉运行状况亦较不理想，底渣含碳量、飞灰含碳量均高达10%左右，CO排放

量高达200PPm。

另外“W”型火焰锅炉设计炉内温度高，导致NOX排放高达1300mg/Nm3左右。

近年来，该地区无烟煤供应较为紧张，为了缓解区域煤炭供求矛盾，同时为了解决“W”型火

焰锅炉单烧无烟煤存在的上述问题，该厂开展了掺烧烟煤的试验研究，通过大量试验摸索出混煤燃

烧特性，总结出了锅炉变煤种燃烧调整规律，解决了制约系统运行的安全问题，提高了锅炉煤种适

应性，实现了锅炉效率最优化。

1“W”型火焰锅炉掺配煤种分析及研究

1.1掺配煤种及其特性

掺配煤种的选择首先考虑经济效益，其次再对比各煤种燃烧安全性和经济性。

通过经济效益核算（主要根据混合后标煤单价对比），我们选择了两种掺烧煤种，一种为本地劣

质无烟煤、煤泥，另一种高挥发份烟煤，表一为设计煤种与掺配煤种特征参数对比：

表一设计煤种、掺配煤种特征参数对比表

项目符号单位设计煤种煤泥高挥发份

收到基碳Car%66.9649.2750.21

收到基全硫St，ar%0.450.612.66

收到基灰份Aar%19.0941.7935.56

干燥无灰基挥发份Vdaf%7.1410.0125.14

收到基低位发热量Qnet，ark/g578935684639

可磨系数HGI－38--75~95

由上表可见，本地煤泥的挥发份较低，基本接近设计无烟煤，但其灰分大、热值低。

烟煤挥发份较高，干燥无灰基一般在20~30%之间，煤质较软，易于着火和燃尽。

但对于挥发超

过25%的烟煤及煤粉，要防止贮存时发生自燃。

灰分大的劣质烟煤对受热面易产生灰积、结渣和磨

损。

另外烟煤在受热析出挥发份时易粘结成块，具有较强的焦结性。

1.2掺烧煤种试验对比

由于本地劣质无烟煤和煤泥挥发份基本接近设计煤种，掺烧时制粉系统的运行安全性影响不大，

为此首先进行了掺烧试验，但由于其本身就难以着火燃尽，在掺烧劣质无烟煤和煤泥后锅炉暴露出

了以下问题：

（1）锅炉出力下降，机组带不到满负荷，经常出现投油接带负荷现象。

（2）锅炉效率降低，锅炉设计效率为91.3%，掺烧煤泥后炉效降至88.9%，表现为排烟温度升

275

高，减温水量增大，飞灰及底渣含碳量增加。

（3）制粉电耗增加。

（4）炉内燃烧不稳，多次出现投油助燃工况，试验的两个月稳燃用油量达166吨，占全年用油

量的75%。

（5）锅炉炉膛结渣情况严重，受热面严重超温，且多次出现掉焦现象。

鉴于以上情况，随后选择烟煤进行了掺烧试验。

由于与设计煤种差异较大，试验人员进行了掺

配方式、制粉系统及锅炉安全性和经济性等方面的研究。

2掺配煤方式的研究

2.1炉内掺配

炉内掺配是指两种煤分别磨制后通过在炉内燃烧过程中进行混合，主要通过按煤种分仓上煤来

实现。

2.2炉外掺配

炉外掺配是指不同煤种在卸煤或上煤过程中进行混配，在进入磨煤机前已基本混合均匀，炉外

掺配主要有以下方法：

（1）在汽车（或火车）卸煤沟用叶轮给煤机进行首次掺配，通过叶轮给煤机转速来调整煤种比

例。

（2）在煤场通过斗轮机堆取方式不同实现二次混配。

斗轮机堆煤时采用东西方向连续走行分层堆料，并将煤层的高度控制在2米左右，取煤时采用

南北方向回转分层取料，取煤高度控制在3米左右，以便和堆煤时的煤层上下错开，即错层取煤。

（3）利用推煤机进行混配

当大量储煤时，利用推煤机进行推平压实工作，并对斗轮机不能工作的区域进行翻推混煤。

2.3掺配方式对比及选择

当各煤种的热值、挥发份都能满足机组需求时，可以采炉内掺配的方式。

如果某种煤的挥发份

超出了制粉系统的安全范围，或热值低于燃烧稳定下限时，炉内掺配暴露出炉内局部燃烧不稳，各

台磨运行偏差较大的缺点。

掺烧的烟煤的挥发份一般在20~30%之间，采用炉内掺烧易导致制粉系统着火和爆炸。

另外由于

煤种硬度偏差大，易出现磨间煤粉细度不均，出力偏差大，风煤比偏差大等问题。

而炉外掺配具有

混配均匀稳定，制粉系统运行相对安全的优点，我们在后续的试验中一直采用炉外掺配的方式。

3掺烧烟煤燃烧安全性研究

烟煤比无烟煤的着火燃尽性能好，掺烧后锅炉的燃烧稳定性会大幅提高，但掺烧后易出现以下

安全性问题：

（1）由于挥发份的提高，煤粉气流着火点距燃烧器喷口较近，容易烧损燃烧器喷口。

276

（2）烟煤结渣性能较无烟煤强，掺烧后炉内结焦情况有加剧趋势。

（3）由于掺配煤种的大范围变化会导致炉内温度场的变化，炉内焦渣在温度应力的作用下极易

松动掉落。

3.1燃烧器烧损问题的研究

（1）煤粉的着火点受到煤粉气流喷射速度和火焰传播速度的影响，适当增大燃烧器出口风速，

使煤粉气流着火点推后，远离喷口。

（2）开大磨煤机旁路风挡板开度，将一次风速由原来的22m/s提升到24~26m/s，增加燃烧器

出口速度。

（3）将磨煤机出口温度由原设计的110℃降至102℃，以降低磨煤机出口风温，增加着火热，

推迟着火。

（4）将混煤煤粉适当调粗。

一般情况下煤粉越细越容易着火，着火点越靠近燃烧器喷口，调粗

可使着火点推迟。

另外由于烟煤的经济细度比无烟煤粗，也必须将混煤煤粉调粗。

（5）加大拱区供风量，降低燃烧器喷口区域温度水平防止燃烧器烧损。

对于“W”型火焰锅炉，

增加拱区风量手段主要有开大拱上二次风A、B、C挡板开度，关小垂直墙二次风D、E、F挡板开度。

3.2减小炉内结焦技术探索

3.2.1结焦原因分析

灰的结渣性能除与炉内温度有关系外，还与灰的熔点有关。

混煤的灰熔点通常会出现低于任一

原煤种的情况，导致炉内结焦严重。

无烟煤中掺烧烟煤可能会造成炉内结焦加剧。

（1）混煤炉膛温度水平倾向于无烟煤方向，炉温高于烟煤锅炉。

表二设计煤种、混煤灰质对比

项目单位设计煤种掺配30%烟煤

变形温度℃14101090

软化温度℃15001160

熔化温度℃>

15001210

（2）混煤灰熔点倾向于烟煤，表二为掺配30%烟煤后灰熔点的变化，由表可见，与设计煤种相

比，灰熔点明显降低。

（4）着火点提前，造成下炉膛温度过高，易造成拱区温度过高而形结大焦块。

（5）对于“W”型火焰锅炉，炉膛出口烟温长期高于800℃时易在屏过及拆焰角部位结焦。

掺

烧烟煤后煤粉变细，火焰易上飘，且中心上移，导致屏式过热器处易出现结焦现象；

3.2.2防止炉内结焦掉焦

（1）根据混煤质特性，采用增加二次风量、燃烧调整手段减缓炉内结焦状况；

通过加强吹灰、

大幅升降负荷等扰动措施，促使炉内焦块及时掉落，防止结焦扩大。

（2）炉外掺配三种手段综合运用，确保混配均匀。

若混配出现局部不均的现象，容易导致烟煤的强沾性渣和无烟煤的弱粘性渣相互形成夹层，极

易出现垮灰灭火的情况。

277

（3）做好混配煤管理工作，控制出现混煤煤质大幅突变现象，避免炉内温度场急剧变化引起焦

块松动掉落。

（4）当混煤的挥发份大于15%时应及时关小F挡板，以增大拱区风量，降低拱区温度，以防止

着火区域缺风结焦。

（5）若炉膛出口烟温高于800℃时，在关小F挡板的同时采用关小乏气挡板等手段降低火焰中

心高度。

（6）适当降低煤粉细度，调整煤粉细度在6~7%之间（R90），防止煤粉过细导致火焰上飘或过粗

导致局部结焦现象。

3.3结果

3.3.1通过上述一系列手段，燃烧器区域温度由原来的1000℃降至800℃左右，根部看火孔观察火

焰由原来亮白色变为金黄色。

另外停炉后检查燃烧器喷口未见有烧损现象。

3.3.2通过一系列的控制手段，机组在燃烧混煤期间基本未出现掉大焦情况，停炉后检查拱区、侧

墙、翼墙等区域基本无挂焦渣现象。

4掺配烟煤燃烧调整

4.1混煤的燃烧特性分析

无烟煤与烟煤形成的混煤仅是两种煤的物理混合，但其燃烧特性不能简单认为是两种煤质特性

的加权平均值，其着火及燃尽性与加权平均值有较大的差异。

4.1.1着火温度影响分析

为了利于煤粉着火，一般要求掺烧煤种着火温度应基本接近，如相差太远，很可能出现易燃煤

种着火后无法引燃难燃煤种的情况。

烟煤着火温度一般在500~600℃之间，略低于无烟煤的着火温

度，对无烟煤的点燃有推动作用，适于作掺配煤种。

4.1.2燃尽性能分析

（1）燃尽性能应从灰渣不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失（CO）两方面考虑。

（2）在燃尽性能方面，由于混煤中的烟煤易“抢风”，使无烟煤在较低氧分压下燃烧，可能会

出现缺氧燃烧，从而导致混煤燃尽性能急剧下降。

（3）无烟煤中掺配烟煤后，由于着火点相对提前，着火区域易出现缺风工况，从而导致化学不

完全燃烧损失增大。

（4）由于火焰燃烧行程相对变短，导致灰渣不完全燃烧损失增大。

所以为了提高燃尽性能，必须针对性做大量燃烧调整试验，做好相应的燃烧调整工作。

4.2定掺烧比例（20～25%）燃烧调整试验

定比例燃烧调整试验是指在掺配比例一定的条件下，通过燃烧调整，找到混煤的最佳燃烧工况，

确定各挡板煤种变化后的燃烧调整方向及比例变化关系。

4.2.1变乏气挡板对燃烧的影响

278

表三变燃烧器乏气挡板试验结果

名称负荷乏气挡板开度排烟温度CO飞灰含碳量炉渣含碳量

单位MW%℃PPM%%

工况一42010130.0745.42.69

工况二42025132.3717.12.46

备注试验工况掺配比例为23.5%

燃烧器乏气挡板的主要作用为烧低挥发份无烟煤时浓缩煤粉浓度以利于着火，燃用无烟煤时乏

气挡板开度一般在25%左右。

工况一乏气档板开度为10%，工况二乏气挡板开度为25%，由表三可见当乏气挡板开大时，虽

然底渣含碳量、CO基本不变，但飞灰含碳量明显上升，排烟温度升高2.3℃。

出现以上问题的主要原因可能为混煤煤质变软，煤粉细度提高，火焰下冲能力减弱，导致燃烧

行程变短，易产生上飘，飞灰含碳量增加。

综合比较和分析，掺烧烟煤后乏气档板应由原来的25%关至10%左右。

另外随着掺配比例的增

加，乏气挡板应随之关小。

4.2.2变DE挡板对燃烧的影响

表四变DE挡板试验结果

名称负荷DE挡板开度排烟温度CO飞灰含碳量炉渣含碳量

工况三4208~10131.6706.84.00

工况四42015132.3636.93.86

工况五42020135.7627.13.51

备注试验工况掺配比例为25.3%

D、E挡板为布置在垂直墙上部的二次风，主要为煤粉着火初期供风。

燃无烟煤时D、E挡板一

般开度都较小，在5%~8%之间。

工况三D、E挡板开度在8~10%左右，工况四在工况三的基础上将D、E挡板开大至15%左右，由

表可见随着开度的增加，CO排放量明显降低。

工况五是在工况四的基础上将挡板开大至20%左右，表中显示随着开度的增加，CO排放量基本

不变，但此时由于火焰中心的抬高排烟温度上升了3.4℃。

以上试验表明掺烧烟煤后D、E挡板开度

应适当增加，主要是混煤挥发份的增加着火点提前，D、E挡板开度增大后适当补充了着火区需求风

量，利于CO向CO2转变。

但开度过大会造成排烟温度升高，引起炉效的降低。

4.2.3变C挡板对燃烧的影响

C挡板主要为油枪燃烧提供风量，锅炉正常运行时，一般保持5%的冷却风量开度。

279

表五变燃烧器C挡板试验结果

名称负荷

C挡板开度

开度

空预器前

氧量

排烟温度CO飞灰含碳量炉渣含碳量

单位MW%%℃PPM%%

工况六450102.3133.5656.84.57

工况七450301.8130.7574.94.86

工况八450502.0128.3604.95.39

备注试验工况掺配比例为24.9%

工况六、七、八的掺烧比例为25%左右。

C挡板开度分别为10%、30%、50%，由工况六与工

况七对比可见，掺烧烟煤后随着C挡板开度的增加CO排放量明显降低，另外飞灰含碳量也呈下降

趋势，主要原因为混煤挥发份增加，煤粉着火提前，C挡板开大后对着火区域有补风作用，另外C

挡板的下冲作用加大了煤粉气流的下行程，降低了飞灰含碳量。

工况八为继续将C挡板开至50%左右，此时排烟温度继续下降，CO排放量基本不变，但可能

由于煤粉气流下冲增强，底渣含碳量呈上升趋势。

故以后试验过程将C挡板固定在30%左右.

若掺配比例增加挥发份升高，C挡板开度可随之增大以补充拱区缺风，另外开大C挡板可以降

低拱区温度，减缓结焦。

4.2.4变A、B档板试验

Ａ挡板用于调节乏气喷口环形二次风量，Ｂ挡板用于调节主煤粉喷口环形二次风量，都属于拱

上风，Ａ、Ｂ都属于拱上风，开大会增加拱上风的动能，降低火焰中心，同时能够及时补充燃烧初

期所需风量，对改善着火区域的缺风状态和减缓拱区结焦由很大的作用，单烧无烟煤时A、B挡板

一般处于全开位置。

表六变燃烧器AB挡板试验结果

名称负荷C挡板开度开度空预器前氧量排烟温度CO飞灰含碳量炉渣含碳量

工况九4501002.54136.5543.64.57

工况十450802.36134.8737.42.86

备注试验工况掺配比例为27.9%

工况九为AB档板均在原开度100%下试验参数，工况十为AB档板开度关至80%后试验参数。

对

比发现A、B挡板关小后可能由于着火区域二次风量不足，CO排放量及飞灰含碳量大幅上升，故还

将A、B挡板保持在全开位置。

4.2.5变F档板试验

Ｆ挡板用于调节垂直墙下部二次风风量，也是调节拱上与拱下风比例的最有效手段。

当Ｆ挡板

关小时，拱上风增加，燃烧中心下移。

掺烧烟煤后变F挡板试验目的主要解决以下两方面问题：

通过调整F挡板开度来确定合适的拱

上风与拱下风比例，观察A、B挡板风量对燃烧区域的补风作用；

通过增大A、B挡板开度观察其对

280

煤粉燃烧行程的影响，防止掺烧烟煤后燃烧过程中失重加快下冲能力减弱，气流底部无法达到F风

口高度。

表七变F档板试验结果

名称负荷F挡板开度总减温水量

省煤器出

口氧量

排烟温度CO飞灰含碳量炉渣含碳量

单位MW%T/H%℃PPM%%

工况十一55535173.11.53138.7645.643.63

工况十二55025154.31.91137.5544.363.31

备注试验工况掺配比例为21.7%

由表七可见，当F档板开度由35%关小至25%时，减温水量呈下降趋势飞灰及底渣含碳量亦有所

降低，尤其是CO排放量明显下降，证明F挡板关小后拱上补风效果明显，炉内风粉混合良好，另外

F挡板关小后降低了火焰中心，延长了煤粉燃尽时间。

综合比较和分析，F档板在平均25%开度时配风比例与煤粉燃烧行程均得到改善，因此决定将

F档板的优化后位置控制在平均25%左右（按中间大两端小分布）。

4.2.6变煤粉细度试验

燃煤特性决定了煤粉的经济细度，晋东南无烟煤试验合理煤粉细度为5%，烟煤合理煤粉细度为

10~15%（R90），混煤的理论合理煤粉细度应介于二者之间。

在磨煤机运行工况未作调整情况下，掺烧烟煤后混煤煤粉必然变细，由于煤粉愈细越容易着火，

所以很容易造成着火区域缺风，另外由于煤粉愈细火焰越易短路上飘，造成炉内燃烧后期混合不好，

为防止出现上述问题必须通过试验来确定混煤的经济煤粉细度。

控制煤粉细度的手段有磨煤机筒体钢球量和分离器叶片位置两种，考虑到节省厂用电的因素，

本试验降低煤粉细度的主要手段为减小磨煤机筒体内加球量，故试验时间较长，试验时各工况外部

条件基本一致。

表八变煤粉细度试验结果

名称

负

荷

分离器挡

板开度

磨煤机

电流

煤粉细度

（R90）

总减

温水量

排烟

温度

CO

飞灰含

碳量

炉渣含

单位MW格A%T/H℃PPM%%

工况十三5483.81254~5185.4138.5625.85.74

工况十四5523.51178~10140.2135.2542.25.92

备注试验工况掺配比例为22.7%，混煤热值为4830KJ/KG

从试验结果看，工况十四由于煤粉变粗，着火点相对推迟，避免了煤粉在拱区集中着火引起缺

风现象，另外火焰中心下移，煤粉后期燃烧工况改善，CO、灰渣含碳量均明显下降。

综上所述，混煤的经济煤粉细度在8~10%较为合适。

4.2.7变二次风风量试验

合适的二次风量是保证锅炉安全经济运行的重要因素。

281

表九变二次风总风量试验结果

二次风

总风量

总减温

水量

排烟温度CO

飞灰

含碳量

底渣

单位MWM3/ST/H%℃PPM%%

工况十五548398162.50.80134.3623.871.82

工况十六552418200.41.94135.9543.791.01

工况十七550430221.32.38141.6544.582.14

备注试验工况掺配比例为26.0%

出于燃烧稳定性的考虑，单烧无烟煤时锅炉二次风量一般控制较小，掺烧烟煤后，由于燃烧稳

燃性能的提高，适当提高二次风量可提高燃烧经济性，同时对减缓炉内结焦有一定的帮助，但若增

加过量，会导致减温水量增大、管壁超温、排烟温度升高、厂用电增加等不利工况，严重时还会出

现锅炉变煤种适应性差，稳燃性降低等恶性工况。

工况十五为单烧无烟煤时的二次风量，工况十六、十七燃用煤质相近，其二次风量逐渐增加，

由对比可见工况十五稍差，工况十七中减温水、排烟温度均明显升高。

综合比较分析减温水、排烟温度、经济性及安全性等情况，在掺配比例在30%以下时550MW二

次风总风量宜控制在400～420m3/S之间，控制省煤器出口氧量在2.0%以上。

随着掺配比例的增加同

负荷下二次风量应相对增加。

4.3变掺烧比例燃烧调整

通过固定掺烧比例燃烧调整试验摸清混煤的燃烧特性及各挡板的调整方向后，必须进行变掺烧

比例调整试验，以保证锅炉在不同掺配比例工况下的燃烧安全性和经济性。

变掺配比例后主要调整

手段有二次风量、F挡板开度等手段。

4.3.1掺配比例与二次风量间关系

二次风量系数为掺配烟煤后二次风量与单烧无烟煤所需风量之比。

随着掺配比例的不同，其二次风

量系数随之变化，合理的二次风量是保证锅炉安全经济运行的重要条件，图二是通过大量试验工况总结

的二次风量经验曲线，运行人员每班根据混煤比例及挥发份情况相应调整二次风量。

由图可见，当掺配

比例低于10%时，不需多加二次风，当大于10%后，运行人员可根据掺配比例相应逐渐增加二次风量。

图二二次风量修正系数与烟煤掺烧比例关系

282

4.3.2F挡板开度与掺配比例间关系

F挡板是运行人员调整燃烧的主要手段之一，通过调整F挡板开度可改变着火风与燃尽风的比

掺配比例不同，二者间关系必须相应改变。

通过定掺配比例燃烧调整实验可知当掺配比例增大

时应适当关小F挡板已增加拱上风量，对燃烧的经济性及避免拱区结焦均有好处。

图三为F挡板开

度与掺配比例间经验关系曲线，由图可见当掺配比例小于15%，F挡板不需特意调整，基本和单烧

无烟煤开度相同，当比例在15~30%之间，挡板开度呈线性下降，当比例大于30%后挡板维持25%

的开度即可。

图三掺配比例与F挡板开度关系曲线

X轴：

掺配比例单位：

%；

Y轴：

F挡板开度单位：

%

4.4燃烧调整效果校验

通过定比例和变比例掺配燃烧调整试验后锅炉经济型及适应性有了明显改善，主要体现在飞灰

含碳量、底渣含碳量、CO排放量、减温水量等方面，具体如下。

4.4.1飞灰含碳量与底渣含碳量的变化

图四为掺烧烟煤比例与飞灰含碳量的变化关系曲线，图五为掺烧烟煤比例与底渣灰含碳量的变

化关系曲线，由图可见，当掺配比例在10~33%之间时，随着掺配比例的增加飞灰及底渣含碳量明显

下降，说明燃烧调整工况有较好的适应性。

图四飞灰含碳量与掺烧比例关系曲线单位：

283

图五底渣含碳量与掺烧比例关系曲线

单位：

4.4.2CO排放量的变化

图六为CO排放量与掺烧比例间关系曲线，由图可见当掺烧比例小于10%时，CO排放量基本不

变；

掺烧比例大于32%以上，CO排放量下降缓慢。

当掺烧比例在10%~32%之间，CO排放量基本

呈线性降低。

图六CO排放量与掺烧比例关系

4.4.3减温水总量及一、二级减温水量配比变化情况

图七所示为同负荷工况下（350MW）锅炉减温水量与掺烧比例间变化曲线，由图可见随着掺配

比例的增加，减温水总量呈下降趋势，主要原因