锅炉飞灰含碳量偏高与NOx排放浓度影响因素试验分析

张　姣，闫晓沛，张勇胜，高　欣，王天龙

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄　050021)



锅炉飞灰含碳量偏高与NOx排放浓度影响因素试验分析

张姣，闫晓沛，张勇胜，高欣，王天龙

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄050021)

摘要：对某电厂锅炉飞灰含碳量偏高的问题进行试验研究，通过改变炉膛出口氧量、NOx风门开度组合以及一次风压等参数，分析飞灰含碳量以及NOx排放浓度的影响规律。试验结果表明：炉膛出口氧量对飞灰含碳量以及NOx浓度的影响较大；改变二次风挡板开度对飞灰含碳量以及NOx浓度的影响相对氧量的幅度要小；一次风压的改变对飞灰含碳量的影响效果可能受煤质的影响不太明显，但对NOx排放浓度的降低有显著影响。

关键词：飞灰含碳量；NOx排放浓度；氧量；NOx风门开度；一次风压

1概述

飞灰含碳量是反映电站锅炉燃烧效率的重要指标，研究表明，飞灰含碳量每下降1%，锅炉效率上升0.519%，供电煤耗约降低1.019 g/kWh。飞灰含碳量的高低直接影响到电厂的反平衡供电煤耗。另外飞灰含碳量高还会造成飞灰变粗，增大尾部受热面的磨损，降低其寿命；使炉内飞灰的熔点降低，易引发受热面结焦，使得电除尘效率降低，造成环境污染等问题，严重时造成锅炉气温、壁温超限，引发机组重大安全事故[1-3]。因此应尽量使锅炉飞灰含碳量控制在合理的范围内，以减少污染，提高电厂效益。

某电厂锅炉是亚临界参数、一次中间再热、单汽包、自然循环、半露天、单炉膛、 型布置、平衡通风、固态排渣煤粉锅炉。采用钢球磨煤机中间储仓式热风送粉系统，前后墙对冲燃烧方式。配置有4台钢球磨煤机，前后墙各3层共24个旋流燃烧器，每个旋流燃烧器的中心为一次风喷口，向外依次为内二次风喷口、外二次风喷口。每二层燃烧器之间布置2个三次风喷口，前后墙共8个三次风口。2013年进行了低NOx燃烧器改造，燃烧器上部增加了燃尽风。在尾部竖井下设置有2台容克式三分仓回转式空气预热器。锅炉的辅机配有2台轴流式引风机，两台轴流式送风机，2台上离心式一次风机。

2试验工况介绍

2.1试验工况数据

为了研究飞灰含碳量的影响因素，在煤质稳定的前提下，通过改变炉膛出口氧量、二次风挡板开度组合以及一次风压等参数对本锅炉进行一次为期4天的试验分析，共分为11个工况，各工况条件如表1所示。

表1试验工况表

工况氧量/%NOx风上层开度/%NOx风下层开度/%一次风压/kPa1常规氧量100100常规2高氧(+0.5)100100常规3低氧(-0.5)100100常规4常规氧量50100常规5常规氧量20100常规6常规氧量5050常规7常规氧量2050常规8常规氧量10050常规9常规氧量10020常规10低氧(-0.5)100100常规11常规氧量100100高一次风压

2.2试验前条件准备

试验前将入炉煤的无烟煤比例控制在60%，保持不变。试验过程中，除工况要求控制的参数外，运行人员均按习惯操作方式调整。锅炉主要运行参数采用表盘数据，并取试验期间的平均值。飞灰采样取空气预热器出口的固定式飞灰采样器，试验开始前倒空采样瓶，试验结束时取出瓶内样品。

3试验过程及分析

3.1燃煤煤质

锅炉燃烧的好坏，很大程度上取决于燃煤品质，而煤中水分、灰分、挥发份、含碳量等指标都对燃烧有较大影响。在本次试验中，采用的是60%的无烟煤，实际燃用煤质分析如表2所示。

表2实际燃用煤质分析

项目War/%Vdaf/%Aar/%Qnet.ar/(MJ·kg-1)设计5.9312.4124.7722.84校核4.517.2731.5120.29工况16.714.2425.1522.79工况26.714.2425.1522.79工况36.617.0830.2020.89工况46.617.0829.6820.89工况55.415.1829.6821.61工况65.415.1829.6821.61工况75.415.1829.6821.61工况85.415.1829.6821.61工况95.415.1829.6821.61工况105.415.6130.1621.47工况115.415.6130.1621.47

煤中的灰分高到一定程度时就会导致飞灰含碳量增多，从而影响燃烧。这是因为灰分在燃烧过程中需要吸收热量，使燃烧温度降低，从而降低了燃烧的强度。灰分会阻碍煤中碳和氧气发生化学反应。因此煤粉细度是影响锅炉飞灰含碳量的重要因素之一。煤粉越细，单位质量的煤粉与空气的接触面积越大，有利于煤粉的着火，使炉膛的着火点提前，越容易燃尽，飞灰含碳量越小。本次试验过程当中，主要是调整了氧量、二次风挡板以及一次风压，因此煤质对飞灰含碳量的试验结果只具有一定的参考意义。

3.2改变氧量

燃料完全燃烧的必要条件就是保持充足而又适量的空气，当燃料燃烧时得不到充足的氧气，不完全燃烧热损失就会增加，飞灰含碳量就会增加。通过工况1至工况3的试验来研究氧量对飞灰含碳量的影响。将炉膛出口氧量分别调整至5.2%、4.6%、3.9%，并保持稳定运行一段时间，取出飞灰样品并化验结果。数据显示，氧量从5.2%降低至3.9%，飞灰含碳量分别为8.1%、8.8%和9.3%。之后重复进行了氧量为3.9%的试验，飞灰含碳量为7.23%，比较工况3有明显下降，但是相比工况5至工况9中氧量控制在4.6%左右时，飞灰含碳量仍然很高。因此，氧量变化对飞灰含碳量是有很大影响的，适当增加氧量有利于飞灰含碳量的降低，见图1。

图1　氧量与飞灰含碳量的关系

氧量的变化同时也影响着炉膛出口的NOx排放量，从工况1至工况3来看，炉膛出口氧量降低后，NOx浓度由833 mg/m3减少至712 mg/m3，而在工况10下，NOx浓度则降低至649 mg/m3。因此，炉膛出口氧量越低，则NOx浓度越低，见表3。

表3氧量对NOx浓度的影响

项目名称工况1工况2工况3工况10平均氧量/%4.65.23.93.9平均NOx浓度/(mg·m-3)797833712649

3.3改变二次风挡板开度

通过工况4至工况9来研究改变二次风挡板开度对飞灰含碳量的影响。在其他参数不变的情况下，改变二次风挡板开度实际上就是改变了空气过量系数。研究表明，过量空气系数越高，则飞灰含碳量越小。本次试验中，虽然无烟煤的比例未变，但是改变二次风挡板开度后，燃煤煤质发生了变化，因此，从结果上来看挡板开度的改变对飞灰含碳量的影响不大，比氧量对其的影响幅度要小的多。由图2，图3可知，一层NOx风全开/一层NOx风20%时，飞灰含碳量的值为最小值。从工况4至工况9的试验结果来看，改变二次风挡板开度对炉膛出口NOx的影响不大，其浓度值均在800 mg/m3左右。

图2　一层NOx风门开度对飞灰含碳量的影响

图3　一层NOx风门开度对NOx排放浓度的影响

3.4改变一次风压

针对锅炉存在的下层燃烧器加不上粉，导致上层燃烧器投入偏多，上层燃烧器比下层燃烧器给粉机转数要高的问题，通过改变一次风压来研究对飞灰含碳量和NOx排放浓度的影响。煤粉进入炉膛到离开炉膛的时间成为在炉内的燃烧时间，分为着火、燃烧和燃尽3个阶段，这个时间越长煤粉就越容易燃尽。理论上，上层燃烧器投入多，会造成炉膛火焰中心上移，煤粉在炉膛内的燃烧时间缩短，不利于煤粉燃尽，造成飞灰含碳量的增加。因此通过提高一次风压增加下层燃烧器的转数，从而减少燃烧器的投入数，使炉膛火焰中心下移且集中，达到降低飞灰含碳量的目的。从工况11的试验结果来看，一次风机出口风压提高了大约0.3 kPa，共投入燃烧器20个，运行氧量控制在4.7%，下层给粉机转数均在460 r/min以上，此时的飞灰含碳量为7.25%，与一次风压变化前的工况1相比之下，飞灰含碳量降低了2.05%，但其中不排除煤质变化的影响，见表4。

在工况11下，炉膛出口NOx排放浓度也比较低，与工况1的797 mg/m3相比低至716 mg/m3。这是因为下层给粉量增加，炉膛空气的分级燃烧效果较之前更好。

表4工况1与工况11运行参数对比

项目名称工况1工况11燃烧器投运个数—20A一次风机出口压力/kPa4.44.7B一次风机出口压力/kPa4.54.7平均氧量/%4.64.7飞灰含碳量/%9.37.25平均NOx排放浓度/(mg·m-3)797716

4结束语

试验结果表明，燃煤煤质对飞灰含碳量的影响较大，而煤质中灰分越高则导致飞灰含碳量增加。氧量也是影响飞灰含碳量的重要因素，适当增加氧量有利于飞灰含碳量的降低，改变二次风挡板对飞灰含碳量的影响幅度明显小于氧量造成的影响，另外提高一次风压对飞灰含碳量的影响效果不太明显，但从理论上分析，增加下层燃烧器投粉量，减少投运燃烧器的个数，有利于飞灰含碳量的降低。

关于NOx排放浓度方面，氧量对其影响较大，氧量越低则炉膛出口NOx排放浓度越低；改变二次风挡板开度对NOx排放浓度影响不大，很有可能是受煤质变化的影响；增加下层给粉量，减少投运燃烧器个数，炉膛空气分级燃烧效果好，从而获得良好的NOx浓度。

参考文献：

[1]张骏阳.锅炉飞灰含碳量分析[J].工业技术，2014(16)：77.

[2]张贤忠，王琰清.浅析锅炉飞灰含碳量偏高的成因及解决方案[J].工业技术，2011(20)：113

[3]张光玉.影响600 MW锅炉飞灰含碳量因素的分析[J].科技世界：2013(29)256,271.

本文责任编辑：丁力

Test Analysis on High Carbon Content and Influencing Factorsof NOxEmission Concentration

Zhang Jiao,Yan Xiaopei,Zhang Yongsheng,Gao Xin,Wang Tianlong

(State Grid Hebei Electric Power Resesrch Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:Aiming at the test to high carbon content of the boiler,through changing the oxygen content of furnaces outlet,opening degree of NOx air damper and primary air pressure,make analyses of the dependence of carbon content and NOxemission concentration.It shows that the oxygen content of furnaces outlet brings a tremendous influence to carbon content and NOxemission concentration,changing effect of primary air pressure to carbon content is not clear,which maybe affected by coal characteristics, but has significant effect on reduction of NOxemission concentration.

Key words:carbon content;NOxemission concentra-tion;oxygen content;opening NOxair dam-per degree;primary air pressure

收稿日期：2016-02-29

作者简介：张姣(1985-)，女，工程师，主要从事电站锅炉的生产运行试验、调试和科研工作。

中图分类号：TK263

文献标志码：B

文章编号：1001-9898(2016)03-0039-03