混煤掺烧的安全性及经济性.docx

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混煤掺烧的安全性及经济性

混煤掺烧的安全性及经济性

河南电力试验研究院

2010年5月

1混煤掺烧的必要性

1设计煤种供应紧张，采购不到足够数量的设计煤种。

2为降低燃煤采购成本，掺烧超出校核煤种的低质煤。

3使用设计煤种时存在不安全、不经济，附属系统不适应的情况。

4设计为电除尘器，实际燃煤飞灰比电阻较高，除尘器效率大大降低，为满足污染物排放要求，掺烧高硫煤以降低燃煤飞灰比电阻。

2混煤掺烧中出现的问题

1炉内结渣、

2水冷壁高温腐蚀

3排烟温度升高

4灰渣可燃物升高

5制粉系统爆炸

6空预器堵灰

7附机电耗升高

8风机运行不稳定

9燃烧稳定性下降，锅炉灭火

10参数达不到设计，锅炉出力降低

11输灰系统出力满足不了要求

12受热面超温

13污染物排放超标

14一次风管频繁堵管

15中速磨石子煤量大增，石子煤排放不及

3出现问题的原因分析及应对措施

1炉内结渣

a惨烧强结渣性的煤

b几种不结渣性的煤惨混合燃烧过程中形成低灰熔点的共熔体

c惨烧高灰份的煤后，一次风管堵管，造成火焰中心偏斜，引起局部结渣

煤的结渣特性：

结渣性判别：

结渣综合指数R

结渣等级判别界线：

采用灰熔点及结渣综合指数能较好地判断煤的结渣倾向

混煤的灰熔点不具备加和性，有时比两种单煤都低，有时比两种单煤都高，因此掺烧时除对准备掺烧的煤种进行灰熔点测试外，还应对不同比例掺烧后煤种进行按比例混合后的灰熔点测定以判断掺混煤及混合后煤的结渣特性

对于原燃用煤种运行中存在结渣的通过惨烧高灰熔点的煤，提高混煤的灰熔点可以减轻锅炉结渣，混煤的灰熔点应提高≥8％；对于原燃用煤种运行中不存在结渣问题，混煤掺烧时要使混煤的灰熔点不降低或降低＜设计的8％，以避免混煤掺烧后发生结渣。

神华煤与大同、兖州煤在某些锅炉上掺烧出现结渣加剧现象，原因是神华煤为高CaO的煤种，除与本身煤灰中形成低灰熔点共熔体外，在与高铁煤掺烧时还有多余的CaO与掺烧煤中的Fe2O3形成低灰熔点共熔体，从而在一定比例下出现结渣加剧的现象。

应注意神华煤与Fe2O3含量大于7%、Fe2O3/CaO大于3的煤比例在20%～30%出现结渣趋势加剧现象。

对于采用储仓式制粉系统的锅炉当掺烧低发热量煤时燃料量增加，给粉机转速增大，若煤粉混合器性能不好，一次风管较易发生度管，此时炉内火焰中心偏斜，造成局部结渣，对此应提高一次风压或进行煤粉混合器改造。

2水冷壁高温腐蚀

在掺烧高硫煤时，炉内水冷壁比较易出现高温腐蚀。

燃煤硫份的高低应以折算硫份为准，燃用高硫煤时炉内存在较高浓度的H2S气体，H2S与炉管发生反应形成腐蚀，在壁面存在较高CO浓度、炉管温度较高时，腐蚀速率加快，特别是在高参数的亚临界、超临界锅炉上能在较短时间造成水冷壁破坏。

烧高硫煤防止高温腐蚀的方法主要是：

A通过燃烧调整或燃烧器改造降低壁面附近CO浓度，提高O2浓度。

B对易发生高温腐蚀的部位进行喷涂，阻止H2S与炉管的直接接触。

3燃烧不稳，锅炉灭火

当原燃用煤种燃烧特性较好（干燥无灰基挥发份较高或发热量较高），掺烧燃烧特性较差的煤（干燥无灰基挥发份较低或发热量较低）时，锅炉燃烧的稳定性会降低，严重者会引发锅炉灭火发生。

其原因是掺烧燃烧特性较差的煤（干燥无灰基挥发份较低或发热量较低）着火温度较高，煤粉气流加热到着火点所需吸收的热量较多，而供给的着火热不变时煤粉气流的着火困难，必然引起燃烧不稳。

锅炉设计时所采用的炉膛容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域热负荷、燃烧器不布置方式与所采用的设计煤种相适应，当煤质下降较多以后锅炉的原结构设计与煤质已不相适应，因此掺烧煤质应有一定的限制，采用混磨混烧方式掺烧时原则上掺混后的煤质应达到适耗煤质的要求。

●设计煤种

设计煤种按下表所规定的变化范围控制：

煤种

Vdaf偏差%

Aar偏差

%

Mar偏差

%

Qnet,ar偏差%

ST偏差%

无烟煤

－1

±4

±3

±10

-8

贫煤

－2

±5

±3

低挥发分烟煤

±5

±5

±4

高挥发分烟煤

±5

+5～-10

±4

褐煤

±5

±5

±7

●适耗煤种

●煤质好于最差校核煤种，低于设计煤种规定的变化范围的下限煤种为适耗煤种。

当相邻煤种掺混后煤质低于适耗煤种时，应采取相应的手段才能保证燃烧的稳定。

采用手段主要从降低煤粉的着火温度、减小煤粉气流的着火热，增加加热着火的能量供给等方面考虑。

具体措施为：

A提高磨出口温度（与防爆要求相适应）

B将煤粉磨的更细（与挥发份相适应）

C降低一次风量（以不堵管为限）

D在炉内增设部分卫燃带

E采用缩腰配风

F对于旋流燃烧器，减小内二次风量，增大旋流强度

G燃烧器进行相应的改造

4制粉系统爆炸

当掺烧煤种挥发份较设计煤种增加较多，磨出口温度没有相应降低时制粉系统及粉仓易发生爆炸，特别是储仓式制粉系统由于部件多，煤粉易积存，爆炸更易发生。

控制好磨出口温度是防止制粉系统爆炸的关键。

采用分仓上煤、分磨磨制的制粉系统出口温度应依据煤的挥发份按下表控制：

煤类

无烟煤

贫煤a

烟煤b

褐煤

Vdaf%

<10

10～20

>20

>37

磨煤机及制粉系统

球磨、贮仓式或直吹式

球磨、中速磨、贮仓式或直吹式

中速磨、球磨、直吹式

中速磨、风扇磨、直吹式

磨煤机出口温度tm,2℃

≥130c

130～100d

90～60e

60（中速磨）

100（风扇磨）f

一次风粉混合物温度tPA℃

直吹式或贮仓式，乏气送粉

直吹式

≥130c

130～100d

同tm,2

贮仓式或半直吹式，热风送粉

260～200g

230～190g

a含瘦煤及贫瘦煤，诸煤类定义见GB/T3715及GB5751；

b此处的“烟煤”所指为除去前栏的“贫煤”之外的诸烟煤类；

c无限制，取决于磨煤机械部分和制粉系统其他元件可靠运行的条件及干燥剂初温；

d对于直吹式系统，极限温度为150℃；

e钢球磨用烟气空气混合干燥剂时，tm2=120℃；

f风扇磨用烟气空气混合干燥时，tm2=180℃；

g一次风初始温度不应低于330℃；无烟煤如采用450-470℃，则tPA可接近300℃。

考虑到混煤有可能存在混不匀的情况，所以磨出口温度按混煤高挥发份的煤控制。

5中速磨石子煤量大增，石子煤排放不及

采用中速磨制粉系统，当掺混煤的仠石、石子量增加，煤的可磨系数降低，此时石子煤量大增，严重时排放不及，将影响锅炉的正常运行，特别是HP磨表现尤为显著。

对此应对磨煤机风环进行改造，在风环周向增加节流环，提高风环喉口风速，使风环上的石子煤能在下部高速风的带动下回到磨盘上重磨，从而降低石子煤排放量。

6空预器腐蚀及堵塞

当掺烧高硫份煤时，烟气的酸露点温度降低，当空预器冷端进口壁面温度低于酸露点温度时，空预器波纹板上产生结露，结露以后会对波纹板形成腐蚀，同时粘附飞灰，造成流道堵塞。

在冬季锅炉负荷较低时掺烧高硫煤的空预器腐蚀及堵塞尤为严重。

对此应采取如下措施：

A投入暖风器或热风再循环

B保正热风再循环管畅通，堵塞后要及时疏通

7排烟温度升高

当掺混高灰份、低热量煤及掺混低挥发份煤、高结渣性煤时，锅炉排烟温度将升高，使锅炉效率降低。

掺混高灰份、低热量煤造成排烟温度升高的原因有以下几个因素：

A高灰份煤燃烧时炉膛燃烧温度降低，蒸发吸热份额下降，灰带出炉膛的热量增加

B高灰份煤燃烧时炉内受热面污染加重，受热面吸热减少

C烧高灰份煤时，烟气量增加

掺烧低挥发份煤时排烟温度升高的原因有以下几个因素：

A掺烧低挥发份煤时煤的燃尽性能下降，火焰中心抬高，炉膛出口温度升高

B挥发份降低以后，煤粉细度未按挥发份的变化进行调整，使火焰中心进一步抬高

掺烧高结渣性煤时排烟温度升高的原因：

掺烧高结渣性煤时，炉膛水冷壁或屏式过热器结渣增强，水冷壁及屏式过热器吸热量减少，炉膛出口烟温增高。

应对方法：

A增加吹灰次数，保持受热面清洁

B增大中速磨石子煤量，使入炉煤灰份减小

C对于掺烧低挥发份煤者，降低煤粉细度

D对于掺烧低挥发份煤者，若采用中速磨时提高磨出口温度或降低磨入口风量，从而减小惨入的冷风量，使经过空预器的热风量增大；对于采用储仓式制粉系统者也应提高磨出口温度，降低一次风速从而使煤粉气流着火提前，以降低火焰中心高度。

8风机运行不稳定

当掺烧煤的发热量下降较多时，燃料量显著增加，引起一次风管、烟道阻力增加，一次风机及引风机压头也随之增大，在机组负荷较低时，风机工作点原来已离失速线较近，在阻力增大以后，风机工作点有可能落到失速线以下，使风机进入不稳定区域运行，引起炉膛负压及燃烧工况不稳定，严重着MFT动作。

应对办法：

A对风机进行改造，增设防失速装置

B低负荷运行时，制粉系统尽量采用开大混合风门、热风门的低一次风压运行方式，减小风门节流，以降低一次风压。

9受热面超温

在掺烧低挥发份煤种及高灰份、低发热量煤种时，屏式过热器、高温过热器、高温再热器容易发生超温问题，其主要原因是：

A掺烧低挥发份煤种时火焰中心抬高

B掺烧低挥发份煤种以后，四角切园炉炉膛出口残余扭转增大，两侧烟温偏差增大

C采用储仓式制粉系统的锅炉，在掺烧低发热量煤种时，粉量增大，给粉机需高转速下运行，此时下粉均匀性变差，混合器的性能也变差，导致炉膛四角进粉量偏差增大，炉膛两侧烟温偏差增大。

应对措施：

A降低煤粉细度以降低火焰中心

B降低一次风速以降低火焰中心

C对下粉不好的煤粉混合器进行改造，使下粉均匀性提高。

D将燃尽风改为反切，或增大燃尽风反切角度，消除残余扭转。

E对于屏式过热器超温者，调整一、二级过热器减温水分配比例，增大一级减温水量，降低屏入口汽温。

10一次风管频繁堵管

掺烧高灰份、低发热量煤种时，煤粉在一次风管产生的阻力增大，一次风压增加，若煤粉混合器性能不佳，下粉管原来正压就较大，此时下粉管正压进一步增大，一次风托粉作用愈加明显，下粉均匀性变差，下粉时大时小，一次风管便更容易堵塞。

应采取的措施：

对原来性能不佳的混合器进行改造，使下粉管在运行中能保持微负压。

11灰渣含碳量增大

掺烧低挥发份、高灰份低发热量煤时锅炉灰渣含碳量均会升高，引起锅炉效率的降低。

不同掺烧方式、掺烧份额、掺烧位置对掺烧后的影响不同。

A不同种类煤种采用不同掺烧方式对灰渣含碳量的影响

相同种类的煤种掺烧时，锅炉灰渣含碳量的变化较小，相邻煤种掺烧时，灰渣含碳量较同类煤种掺烧变化增大，跨煤种掺烧时，灰渣含碳量变化很大。

跨煤种掺烧时（如烟煤、无烟煤），煤的燃烧特性相差很大，高挥发份的烟煤着火点较低，采用混磨混烧方式时，一次风煤粉气流进入炉膛后，烟煤很快着火并消耗氧，无烟煤煤粉周围氧浓度降低，使高着火点的无烟煤的着火变得更加困难，即使无烟煤着火以后由于氧浓度不够，燃烧的扩展速率也较缓慢，在炉内很难形成高的温度，温度水平的低下导致无烟煤的燃尽变差，最终使灰渣含碳量升高。

因此，跨煤种掺烧应尽量不采用混磨混烧方式。

B不同煤种混磨时出现的问题

不同煤种混磨时，由于其可磨系数不同，可磨系数高的煤种会被磨的过细，而可磨系数低的煤种细度仍然偏粗，若要使可磨数低的煤种同时达到细度要求，则磨煤机出力降低，制粉系统电耗会升高，造成厂用电率升高。

因此可磨系数相差太大的煤种不宜混磨混烧。

若是烟煤与无烟煤混磨，两者要求的细度相差太大，达到无烟煤应达到的细度时，磨煤机出力将严重降低，制粉系统电耗、厂用电率将严重升高，机组煤耗也随之升高；若磨出口混煤细度按混煤等效挥发份控制，则无烟煤细度将严重偏粗。

此时混煤燃烧后的灰渣可燃物含量将大幅升高。

C不同制粉系统对煤种的适应性

采用