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        煤質(zhì)變化對鍋爐運(yùn)行的影響及優(yōu)化措施

        2021-01-07 06:42:37朱亞波
        化工設(shè)計(jì)通訊 2021年2期
        關(guān)鍵詞:發(fā)熱量煤種煤質(zhì)

        朱亞波

        (哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150046)

        在我國很多火電廠中,仍然以燃煤作為發(fā)電的主要燃料。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),電廠中采購燃煤所需成本占據(jù)鍋爐運(yùn)行成本的70%以上,在煤炭市場較為緊張的背景下,電廠就會采用摻燒或者降低燃煤品質(zhì)的方式來降低運(yùn)行成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。在煤質(zhì)發(fā)生變化的情況下,與設(shè)計(jì)值出現(xiàn)了偏離,與鍋爐結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行特性也會出現(xiàn)一定的偏差。在鍋爐運(yùn)行中,就可能加劇磨損、腐蝕、結(jié)焦、爆管等現(xiàn)象,不僅存在巨大的安全隱患,而且還會縮短鍋爐及相關(guān)設(shè)備的使用壽命,降低鍋爐燃燒效率,最終導(dǎo)致能耗和成本的增加。為了解決煤質(zhì)變化對鍋爐運(yùn)行的影響,可優(yōu)化鍋爐結(jié)構(gòu)和性能設(shè)計(jì),加強(qiáng)對燃煤的管理,還可以對燃燒方式以及煤質(zhì)檢測技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。通過先進(jìn)的技術(shù),對燃煤摻燒過程中的煤質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線檢測,及時(shí)獲取燃煤數(shù)據(jù),然后與配煤設(shè)備以及摻燒軟件結(jié)合,實(shí)現(xiàn)摻燒系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整,幫助電廠以較低的經(jīng)濟(jì)煤種獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

        1 煤質(zhì)變化對鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生的影響

        燃煤質(zhì)量直接影響到鍋爐燃燒的效率,通過對煤質(zhì)的變化進(jìn)行分析,有利于對配煤方案以及鍋爐燃燒進(jìn)行調(diào)整,對降低電廠成本,提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

        1.1 發(fā)熱量

        發(fā)熱量是衡量煤質(zhì)好壞的重要指標(biāo),較高的發(fā)熱量會提升鍋爐的燃燒效率。如果發(fā)熱量數(shù)值較低時(shí),可能導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。在鍋爐出口溫度較低時(shí),鍋爐燃燒工況不穩(wěn)定,直接影響到燃燒熱效率。

        1.2 揮發(fā)分

        在燃煤燃燒的過程中,在較低的溫度下?lián)]發(fā)分就能夠析出和燃燒,揮發(fā)分的析出會增加焦炭內(nèi)部的空間以及外部的反應(yīng)面積,有助于提高燃燒速度。所以燃煤中揮發(fā)分含量越大,煤中難以燃燒的固定碳就越少,粉煤越容易燃燼。如果揮發(fā)分含量較低,著火時(shí)間會有所延長,且爐膛受熱面積縮小,尾部煙溫高,排煙熱損失較大。

        1.3 灰分

        因?yàn)榛曳植粫紵?,所以在灰分含量較大的情況下,會出現(xiàn)著火困難和著火延遲的現(xiàn)象,同時(shí)還會降低爐膛溫度。隨著灰分含量的增加,會在碳粒表面形成灰層,由此降低燃燒速度,影響鍋爐燃燒效率。飛灰濃度的增加,灰塵顆粒在排煙過程中會加劇受熱面的磨損,降低鍋爐使用壽命,容易出現(xiàn)積灰和結(jié)渣現(xiàn)象,影響到鍋爐熱效率。

        1.4 顆粒度

        如果煤粉的粒徑較大,在鍋爐燃燒過程中因?yàn)槭軣釙r(shí)間較短就會導(dǎo)致焦炭出現(xiàn)不完全燃燒,爐渣中含碳量增加,增加鍋爐的物理熱損失。如果粒徑較小,在燃燒過程中容易被煙氣帶走,從而造成飛灰熱損失。所以在燃燒時(shí),要根據(jù)顆粒度的大小來調(diào)整給風(fēng)量,盡量保證燃燒效率。

        1.5 含水量

        燃煤中的含水量對著火特性有一定的影響,如果含水量相對較小,對于高溫火焰而言,蒸汽對燃燒可起到催化作用,從而提高爐膛的溫度。水蒸氣在分解后產(chǎn)生的氫分子和氫氧根還能夠提高火焰的熱傳導(dǎo)率。但是如果含水量過高,加熱水分會消耗掉一定的熱量,就會降低爐內(nèi)溫度,從而導(dǎo)致鍋爐燃燒熱效率降低。

        2 提高燃煤鍋爐運(yùn)行效率的優(yōu)化措施

        2.1 采用在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)

        為了解決燃煤成本高的問題,多數(shù)電廠都會采用摻燒的方式。為了提高鍋爐摻燒效率,降低劣質(zhì)煤對鍋爐燃燒效率的影響,可以采用煤質(zhì)在線檢測技術(shù),實(shí)時(shí)獲取鍋爐燃煤數(shù)據(jù),通過與在線摻燒優(yōu)化軟件的結(jié)合,可有效提高燃燒效率。在煤種較多時(shí)煤質(zhì)會出現(xiàn)較大的波動,為了解決煤質(zhì)檢測數(shù)據(jù)滯后的問題,可以采用激光式煤炭全元素分析設(shè)備,將其架設(shè)在入爐煤皮帶上方。在上皮帶煤為原煤倉加煤時(shí),利用高能量脈沖激光來激發(fā)待測煤流,通過對煤中水分、灰分、發(fā)熱量、硫分等進(jìn)行定量分析,能夠獲取上皮帶燃煤的發(fā)熱量、灰分、灰成分以及全元素?cái)?shù)據(jù)。在線檢測裝置在獲取煤質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)后,會將其以網(wǎng)絡(luò)的形式傳送給在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)。

        摻燒優(yōu)化軟件會對入廠煤質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,然后制定初期的配煤方案。在接收到上皮帶煤質(zhì)數(shù)據(jù)后,會將其與初步配煤方案中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,如果數(shù)據(jù)偏差較大,則會對前端配煤的煤種以及比例進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,以保證入爐煤質(zhì)能夠達(dá)到最佳配置。在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)還會對爐內(nèi)實(shí)時(shí)燃燒的煤質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,通過數(shù)據(jù)比對分析為鍋爐運(yùn)行推薦關(guān)鍵參數(shù),以提高燃燒效率。在線摻燒優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用,能夠及時(shí)調(diào)整前端配煤的煤種及比例,避免煤質(zhì)出現(xiàn)較大的波動,同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)獲取爐內(nèi)煤質(zhì)數(shù)據(jù),為調(diào)整鍋爐運(yùn)行參數(shù)提供參考,既能夠提高鍋爐燃燒效率,又能夠降低運(yùn)行成本。

        2.2 選擇合理的配煤方式

        根據(jù)我國煤炭市場以及電力市場的現(xiàn)狀,對于大多數(shù)電廠而言采用單一的設(shè)計(jì)煤種作為燃料不太現(xiàn)實(shí)。在這種情況下,可結(jié)合實(shí)際情況選擇適宜的配煤方式來減少煤質(zhì)變化對鍋爐燃燒的影響,還能夠達(dá)到節(jié)能的目的。對于爐內(nèi)混合強(qiáng)烈的四角燃燒可采用爐內(nèi)混合的配煤方式,尤其是對于燃燒、結(jié)渣特性相差較大的直吹式制粉系統(tǒng)的電廠而言,采用爐內(nèi)混合較為適合。根據(jù)煤種的差異,采用不同的制粉系統(tǒng)和不同的燃燒器,在爐內(nèi)燃燒過程中實(shí)現(xiàn)各煤種的混合,在燃燒過程中能夠根據(jù)負(fù)荷情況及時(shí)調(diào)整比例,確保所有煤種都能夠參與爐內(nèi)燃燒。具體的操作可分為上下兩層燃燒器,可根據(jù)實(shí)際情況選擇煤種的布局,比較常見的方式為上層燃燒其他煤種,下層燃燒易結(jié)渣煤種。

        對于無法實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)混合的電廠而言,可以采用預(yù)先混合的方式??稍诿旱V或者煤炭中轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行混合,也可以在上煤過程中摻配。通過合理的配煤比例,將各煤種混合到一起,能夠有效緩解結(jié)渣問題。但是采用預(yù)先混合的方式,需要有較大的煤場能夠進(jìn)行煤種的分堆存放。對于燃燒性能相差較小的煤種而言,還可以采用間斷性摻燒的方式。在選擇配煤方式時(shí),還需要結(jié)合電廠運(yùn)行現(xiàn)狀、鍋爐結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)煤種性能、燃煤種類及各自性能等因素進(jìn)行綜合考量,最終選擇適宜的配煤方式,以降低運(yùn)行成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

        2.3 加強(qiáng)煤場庫存結(jié)構(gòu)的優(yōu)化管理

        高效的庫存管理不僅關(guān)系到燃煤電廠運(yùn)行的安全性和連續(xù)性,而且還會對煤質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。尤其是在燃煤種類較多的情況下,煤質(zhì)更容易出現(xiàn)較大的波動,進(jìn)而對鍋爐運(yùn)行效率和能耗產(chǎn)生一定的影響。煤種不同,熱值、硫分、揮發(fā)分、灰熔點(diǎn)、水分、灰分等相關(guān)性存在一定的差別,如果庫存管理不妥,會直接影響到煤質(zhì)。所以在庫存管理中,不僅要保證各個(gè)煤種在數(shù)量上的合理控制,還要做好煤質(zhì)的管理。為了保證電廠配煤摻燒總體熱量值保持在一定范圍內(nèi),應(yīng)該根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)以及實(shí)際摻燒情況,合理控制庫存煤種的熱值結(jié)構(gòu)。為了預(yù)防脫硫設(shè)備運(yùn)行效率低的情況,應(yīng)該保證一定量的低硫媒庫存量。受到存煤揮發(fā)分的影響,在存放過程中可能會出現(xiàn)損耗、自燃、揮發(fā)分析出等現(xiàn)象,所以要做好存煤在揮發(fā)分方面的影響。存煤的灰熔點(diǎn)、水分、灰分等對鍋爐的燃燒效率會產(chǎn)生不同的影響,所以要優(yōu)化對庫存煤質(zhì)的結(jié)構(gòu)管理。

        為了保證電廠燃煤庫存結(jié)構(gòu)的優(yōu)化管理,可以采用動態(tài)管理方法,利用動態(tài)規(guī)劃模型,根據(jù)電廠每天的耗煤量、每天的配煤方案,計(jì)劃購煤量等因素,制定出合理的采煤計(jì)劃,確保煤場庫存的煤質(zhì)能夠符合電廠的需求。對于庫存結(jié)構(gòu)中任何一項(xiàng)煤質(zhì)特性而言,由于鍋爐的燃燒特性以及環(huán)保排放都有一定的要求,所以既要保證庫存量處于最小安全值之上,又要保證各項(xiàng)煤質(zhì)屬性均在配煤規(guī)定的范圍內(nèi)。采用動態(tài)管理庫存的方式,不僅能夠滿足電廠生產(chǎn)的正常運(yùn)行,而且還能夠在煤質(zhì)結(jié)構(gòu)上達(dá)到最佳狀態(tài)。

        2.4 加強(qiáng)電廠的全過程管理

        因?yàn)槊嘿|(zhì)的好壞直接影響到鍋爐的燃燒效率以及電廠的經(jīng)濟(jì)效益,所以在煤種較多的情況下,為了將煤質(zhì)變化控制在最小范圍內(nèi),應(yīng)該加強(qiáng)電廠燃煤的全過程管理。

        針對電廠燃煤采購、存放、使用的特點(diǎn),制定出完善的管理方案。對于有條件的電廠,盡量使用設(shè)計(jì)煤種。對于需要摻燒的電廠,要加強(qiáng)對進(jìn)煤的質(zhì)量管理,及時(shí)準(zhǔn)確地掌握煤炭市場信息,盡量選擇煤質(zhì)好、較為穩(wěn)定的合作企業(yè)。在燃煤進(jìn)場后,做好燃煤存放管理工作,根據(jù)煤種和煤質(zhì)的差異性,分類存放,并做好防護(hù)措施,防止儲煤出現(xiàn)風(fēng)化和自燃現(xiàn)象,盡量避免煤質(zhì)發(fā)生變化。在輸煤過程中,根據(jù)配煤方案的需求,合理搭配煤種,及時(shí)清理燃煤中的雜質(zhì)。值班人員要做好入爐煤的煤質(zhì)分析工作,尤其是煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、顆粒度等,并且能夠根據(jù)煤質(zhì)的不同來調(diào)整燃燒參數(shù)。在燃燒過程中,做好觀察工作,確保煤與空氣能夠充分混合接觸,控制好爐膛內(nèi)的溫度,監(jiān)視爐膛負(fù)壓、排煙溫度、氧氣、二氧化碳等數(shù)據(jù),通過對鍋爐的燃燒調(diào)節(jié),確保鍋爐運(yùn)行參數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)。各個(gè)部門的人員應(yīng)該加強(qiáng)合作,對煤質(zhì)在每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)的記錄,最終通過煤質(zhì)變化、鍋爐運(yùn)行狀態(tài)等各項(xiàng)因素的綜合對比分析,不斷進(jìn)行燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn),最終探索出不同煤種的混燒、摻燒和配煤技術(shù),切實(shí)提升各煤種的利用率,降低燃燒成本。

        3 結(jié)束語

        為了保證電廠生產(chǎn)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和穩(wěn)定性,在制粉、鍋爐、脫硫、脫銷、除塵、輸灰等系統(tǒng)運(yùn)行過程中,盡量使用設(shè)計(jì)煤種或者校核煤種。雖然設(shè)計(jì)煤種是為了保證鍋爐的燃燒熱效率,但是受到煤炭市場以及電力市場的影響,燃煤摻燒已經(jīng)成為燃煤電廠普遍面臨的問題。在燃煤摻燒過程中,由于煤種的不同,會導(dǎo)致發(fā)熱量、水分、灰分等性能參數(shù)與設(shè)計(jì)值或者校核值出現(xiàn)一定的偏差,從而對鍋爐運(yùn)行效率以及電廠經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生一定的影響。在這種情況下,解決燃煤摻燒中煤質(zhì)的變化是解決電廠可持續(xù)發(fā)展的重要問題,電廠急需加強(qiáng)對燃煤管理、煤質(zhì)檢測等技術(shù)的提升,在保持鍋爐處于最佳運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí),還能夠保證電廠獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

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