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配煤掺烧对燃煤锅炉的影响分析

  • 来源: 大唐华东电力试验研究院 锅炉所
  • 作者: 王远鑫
  • 发布时间: 2018-04-02

配煤掺烧对燃煤锅炉的影响分析

大唐华东电力试验研究院 锅炉所 王远鑫

1. 配煤掺烧配煤方式

煤炭价格持续走高影响,国内煤炭市场动力煤供应日趋紧张。为降低原料成本、越来越多电厂在燃用设计煤种时掺烧部分价格低廉的非设计煤种,期望以此降低燃料成本。但燃煤锅炉实际运行中,因混煤燃烧特性与设计煤种差距较大且难以测量,时常影响燃煤锅炉经济、安全运行。

燃煤锅炉配煤方式主要分为两大类,即:炉前掺混掺烧与炉内掺混掺烧。

着火性能相差较大的两种煤质掺混,掺混后煤质着火性能趋向于着火性能好的煤质,炉前掺混掺烧正是利用这点,期望以此增强混煤煤粉着火特性和燃烧稳定性;锅炉实际运行中,该掺混方式下各层燃烧器中煤粉的煤质不发生变化,因此使机组对负荷的相应能力较强。但其对电厂煤场原煤管理要求较高且在混煤点燃初期存在“抢风”现象,抑制了较劣煤后期的燃尽特性。

炉内掺混掺烧又可分为:分磨制粉,直吹炉内掺烧;分磨制粉,分仓储存,炉内掺烧;分磨制粉,仓内掺混,炉内掺烧。混煤“炉内”、“炉外”掺混方式对燃烧特性的影响表明:“炉内”掺混可较好解决“抢风”现象且NOx排放量较低。贫煤与烟煤进行掺混试验,进一步指出“炉内”掺烧方式下合理的掺烧方式(贫煤优先进入炉内)有利于提高混煤燃尽率和降低氮氧化物排放量;不合理的掺烧方式(贫煤延迟进入炉内)则会导致混煤燃尽率进一步降低,其氮氧化物也有所降低。

2. 配煤掺烧对污染物排放特性影响

燃煤机组主要污染物包括:烟尘、二氧化硫、氮氧化物。

混煤灰分、挥发分、低位发热量、硫污染物排放量特性参数线性拟合较好,可近似通过加权平均求得。且单煤及混煤燃烧时硫析出速率曲线都呈现出典型的双峰结构。

沉降炉试验台上炉温由1000℃升至1400℃,氧化性气氛下浙混煤NO排放浓度较还原气氛下提升约两倍。在不分级燃烧条件下,混煤NOx排放量主要受挥发分氮影响,分级燃烧条件下,混煤NOx排放量则主要受热力型氮和焦炭氮影响。煤样燃烧时,特定条件下(温度1200℃、氧浓度20%)影响煤样氮氧化物排放量的主要煤质特性参数排序为:碳含量>氮含量>氢含量>硫含量。而燃煤机组运行中影响氮氧化物排放量因素较多、除混煤自身因素外(挥发分、氮含量)还与NOx生成机理及燃煤机组燃烧条件(一次风率、总风量、旋流燃烧器旋流强度等)密切相关。锅炉负荷、磨煤机风量、二次风门开度、磨煤机煤种元素分析及低位发热量、燃尽风开度、风箱与炉膛压差、燃烧器摆角、锅炉效率共计45个变量作为输入节点,录入BP神经网络对燃煤锅炉氮氧化物排放量进行预测,模型最大误差为9.55%,平均误差为3.63%

3. 配煤掺烧对结渣特性影响

燃煤锅炉受热面积灰与结渣严重影响锅炉经济、安全运行。内蒙某电厂2号炉先后两次发生斜后水冷壁处焦脱落,挡住火检处致使MFT保护的炉内无火动作,导致锅炉停运。在实际燃煤锅炉运行中,为降低成本,电厂时常在弱结渣煤中掺烧强结渣煤造成锅炉炉膛出口受热面严重结渣。

煤质结渣特性,从大的方面来分,主要分为灰熔点型结渣特性指数、灰成分型结渣指数法、灰粘度型结渣指数法,特种方法和综合判别法 。这其中灰分型结渣特性指数应用较少,这是由于煤灰是由多种元素组成,融化时将结成多元晶体,各种元素相互影响,只对灰元素中一种或几种进行判别,很难代表整个煤种的结渣特性,灰熔点则成为普遍认可的一种判断煤质结渣特性的指数。

国外学者研究认为灰熔点不满足线性加权,这是由于不同煤中的FeOSiO2Al2O3等成分在高温作用下生成熔点在1000~1200℃的低熔点共晶体,上述成分发生反应,使灰熔融特性与单煤存在差异;同时,单煤中的某些成分形成共熔点,改变了混煤灰熔点。

鉴于混煤灰熔融特性不满足线性加权且对燃煤锅炉安全运行产生重要影响,不少学者展开研究期望通过数值算法对混煤的熔融特性进行预测。利用神经网络模型,对混煤的灰熔点进行预测,其将混煤的灰成分简化为硅铝比(SiO2/ Al2O3)、氧化钙(CaO)、铁的氧化物(Fe2O3)、碱金属氧化物之和(Fe2O3+ CaO+MgO +K2O+Na2O)以及灰分含量,利用神经网络对灰熔点进行预测,预测结果与试验结果相比,误差波动较大,最大误差达到23.82%

4. 结论

以往神经网络预测灰熔点结果误差波动大,不具有实际应用价值,而以结渣程度为预测结果虽预测精度高,但概念较为笼统,难以界定。因此,以灰熔点为预测结果,寻求更佳的预测方式即成为一项亟需解决的问题。

 


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