600米深的地下植物王国

600米深的地下植物王国 600MW超临界锅炉变煤种运行特性探析 摘 要 600MW超临界机组是我国燃煤发电的主力机组之一，在很多情况下存在着实际燃用煤种偏离设计煤种的现象，这对锅炉的运行造成了不良影响。本文对煤种变化对锅炉的影响进行了分析，并就如何做好变煤种运行下的调整进行了一些探讨。 关键词 600MW超临界锅炉;变煤种;运行特性;方法 中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2014)120-0160-02 0引言 我国动力用煤一直都存在缺陷，比如煤种杂、煤质差、煤燃烧污染大，因此出现了很多超临界机组的燃煤情况严重偏离设计煤种的问题，进而引发了灭火频率高、出力少、煤耗多、机组运行可靠性差等问题。这对我国燃煤电厂的正常运行带来了不利影响，如何做好变煤种工况下的运行工作成为我国科学界和工程界面临的一大难题。 1 锅炉设计煤种与实际燃用煤种简介 设计煤种是指锅炉厂在进行锅炉的设计时所采用的煤种，锅炉厂依据此煤种的参数进行锅炉的热力计算和初步设计，以此来确定锅炉的主要运行参数、结构布置以及主要性能指标等。从理论上来说，设计煤种应该是锅炉运行时最常采用的煤种，在燃用设计煤种时锅炉有比较良好的运行特性。但在电站锅炉实际的运行过程中，受到一些主客观条件的影响，经常出现实际的燃用煤种与设计煤种不一致的情况，甚至实际燃用的煤质特性与设计煤种存在较大差别，这种现象在我国的燃煤电厂中普遍存在，这给锅炉的燃烧调整带来了不便，有时甚至引起比较严重的后果。 2 煤质对锅炉运行的影响 2.1对燃烧系统运行性能的影响 煤质特性主要包括力学特性、化学特性、物理特性、电特性、热特性和灰特性等，在众多的特性中，挥发分、水分、灰分等的含量对锅炉的运行性能有着非常重要的影响。当锅炉的煤种发生变化时，煤质特性会发生较大变化，会直接影响燃烧系统的运行。挥发分会对煤粉的着火情况有着直接的影响，通常情况下煤粉的着火性能与挥发分含量的多少成正比，高挥发分的煤比较易着火，低挥发分的煤比较难着火且燃烧过程不太稳定，但挥发分太高有可能出现着火提前而损坏燃烧器的情况并且容易造成化学不完全燃烧热损失增加。各煤种中都含有一定量的水分，水分含量多就会使煤燃烧时放出的热量减少，使着火困难、燃烧不能完全进行，导致化学和机械不完全燃烧热损失增加。灰分是煤中的不可燃物质，对煤的发热量有较大影响，当灰分含量增加时会使煤的发热量和理论燃烧温度降低，并且煤的外表面还比较容易形成灰分外壳，对煤中的可燃成分与氧气的接触起了阻碍作用，使煤不易燃尽，增大了机械不安全燃烧热损失，使燃烧过程变得不稳定。 2.2对燃烧稳定性的影响 煤质特性对燃烧稳定性有着非常显著的影响，在对燃烧稳定性进行评判时煤质因素是不可或缺的一个方面。如上文所述，煤的挥发分、水分和灰分等都会对煤的燃烧过程产生影响，目前通常以着火判别指数δ对煤的燃烧稳定性进行判断，其计算公式如下[1]: 其中，Qv为挥发分的发热量，Qx为煤粉升高单位温度的吸热量，Mad为煤中空气干燥基的水分含量，Qnet，ad为通过工业分析方法得到的煤的空气干燥基的低位发热量，FCad是煤中空气干燥基的固定碳含量，Qc为碳元素的发热量，为考虑灰分含量对着火过程影响的修正系数，CM、CA和CC分别为加热过程中水的平均比热、灰的比热和碳的比热。目前已有学者对600MW超临界锅炉变煤种运行情况进行了实验研究，得出了着火温度与着火判别指数的关 系曲线。着火判别指数越大，则越有利于着火过程的进行，煤越易燃，反之则煤越难燃。当锅炉进行变煤种运行时，可以针对所燃用的几种煤种得到着火判别指数与燃烧稳定性的关系，以此为依据对燃烧过程进行调整，使锅炉在变煤种运行时尽可能维持稳定燃烧。 2.3对锅炉效率的影响 锅炉的热效率是用来表示最终被有效利用的热量与输入热量的比值，其计算公式如下: 其中，q2、q3、q4、q5和q6分别为锅炉的排烟热损失、可燃气体未完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失和灰渣物理热损失。要对上述各项热损失进行计算，首先需要对煤进行元素分析，同时根据运行参数、锅炉的出口过量空气系数和排烟温度等进行计算。由于煤质不同，煤中各成分的含量有较大差别，因此锅炉在变煤种运行时各部分的热损失大小会发生变化。比较显著的变化在于:1)煤质变化会引起燃烧产物的改变，从而使烟气的流量大小发生变化;2)煤的燃烧状况、三原子气体及固体颗粒会引起辐射换热的变化;3)由于不同煤种的灰含量不同，导致各受热面的积灰程度及水冷壁的结渣程度不同，使各受热面的吸热量分布情况发生变化。这都会引起各项热损失的变化，最终使锅炉热效率的大小受到影响[2]。 3变煤种运行的调整方法 3.1对燃烧进行调整 锅炉内部的燃烧反应效果，决定了系统的生产能力及生产的可靠性，决定了机组运行的经济效益。燃烧调整的根本目的在于满足电负荷所需的蒸汽量以及达标的蒸汽品质，保障锅炉机组运行的稳定性、高效性、经济性:1)维持蒸汽参数(蒸汽压力、蒸汽温度、蒸发量等)稳定可靠;2)确保着火稳定、燃烧充分、火焰分布均匀、不结渣、燃烧器和水冷壁保持良好、过热器温度稳定;3)使机组运行保持最高的经济性;4)减少燃烧污染物排放。 600MW的超临界锅炉在设计时已经考虑到在实际运行中煤种变化的影响，因此大部分锅炉的燃烧系统都有一定的调节能力，但在实际燃用煤种与设计煤种差别较大的情况下，需要对燃烧方案进行调整以更好地保证锅炉的稳定运行。在燃用无烟煤与贫煤时，由于它们的挥发分是偏低的，它们燃烧存在的问题主要关于着火过程，可对燃烧配风进行调整:为加重煤粉浓度，一次风速设置较小，降低着火热，将着火时间提前;为加大穿透力，二次风速设置较大，增大燃烧圆直径，有效防止二次风过早掺入一次风中。采用劣质燃煤时，煤粉应尽量磨细，可以确保正常着火及燃烧完全，同时给予较高的过量空气系数，有利于降低热耗。对于挥发分较高的烟煤，不必注重着火问题，而是重点加强燃烧过程的可靠性及安全性，通过降低二次风率、增加燃烧器数量分散热负荷的方式避免结焦现象。此外，提早进行一次风和二次风的混合可以提高燃煤效率。 3.2对磨煤机出力进行调整 煤种的变化会直接引起哈氏可磨指数HGI、干燥无灰基挥发分Vdaf、收到基灰分Aar、收到基水分Mar等参数的变化，这些参数对制粉系统中磨煤机的出力有着直接的影响。通常情况下，磨煤机的出力与HGI值成正比，当在燃料中掺入可磨指数低的无烟煤时会使磨煤机出力下降。当其它参数不变，而干燥无灰基挥发分Vdaf的含量发生变化时，磨煤机的出力随Vdaf值的增大而增大;在正常情况下，收到基的灰分含量Aar对磨煤机的出力有着不利的影响，灰分越高，制粉系统越容易堵塞(堵管和堵磨)，使机组出力不达标;收到基水分的含量Mar对磨煤机的出力也有着负面影响，因为Mar值的提高意味着煤的湿度提高，影响干燥出力，会直接导致磨煤机出力的降低。对于采用设计煤种燃烧的锅炉来说，由于干燥出力和工作时的通风量都足够大，因此一般不会出现磨煤机的出力降低的现象。在出现磨煤机的出力降低时，可以采用以下几种方法进行调整:1)定期添加钢球并及时清理不合格钢球;2)在保证磨煤机出口温度的条件下尽量使磨煤机入口的风温提高;3)保证磨煤机内一定的通风量，尽可能使磨煤机入口的负压减小;4)保证煤粉的细度合格，在必要的情况下对粗粉分离器的折向门进行调整[3]。 3.3对过量空气系数进行调整 过量空气系数α定义为实际送入锅炉内的风量与燃料燃烧实际所需风量的比值。很显然，煤种不同时，燃料所需的理论空气量是不同的，因此在变煤种运行时通过对过量空气系数进行调整可以使锅炉保持比较高的热效率。在过量空气系数值较大时，由于锅炉炉膛内的氧含量比较高，炉内气流的扰动比较强烈，燃料燃烧比较充分，使未完全燃烧热损失的量得到有效减少;但过量空气系数较大时由于风量比较充足，会使排烟量增大，排烟温度升高，使排烟热损失增大。在变煤种运行时，可以通过调整试验最终确定燃用不同煤种时的最佳的过量空气系数值，在煤质较差的情况下，由于着火过程和燃尽过程比较困难，因此需要较大的α值，在锅炉负荷及煤种的挥发分含量较低时，为防止燃烧不稳定的情况发生，此时应使过量空气系数值增大以保证稳定燃烧时的需氧量。但为了保证锅炉运行的经济性，应在保证稳定燃烧的前提下不要使过量空气系数值过大。 4结论 在未来相当长的时期燃煤发电仍然是我国主要的电力生产形式，因此探讨节能和环保的燃煤发电技术是我国面临的迫切任务。由于受到各方面条件的限制，我国的600MW超临界燃煤电站机组大部分都是使用混煤作为燃料，与设计煤种的品质相差甚远，因此需要对变煤种工况的运行特性进行分析，并采取进行调整。本文对此进行了简要分析，希望对从事锅炉运行工作的人员提供一些有益的参考。 参考文献 [1]张国林.600MW超临界锅炉变煤种运行特性分析[D].华北电力大学，2012(3). [2]刘俊伟等.600MW超临界锅炉变煤种运行特性分析[J].科技创新与生产力，2012(8). [3]苏世革.燃煤锅炉变煤种运行可行性研究[J].山东电力技术，2007(3).