煤质对锅炉效率的影响分析

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煤质对锅炉效率的影响受煤炭市场影响，本月煤质发热量严重偏低，机组频繁出现限负荷情况，没有能力进行提高煤质指标的试验。因此通过理论分析煤质对锅炉效率的影响。煤质对机组经济性的影响指标分为如下二类：一、直接影响锅炉效率有关的煤质指标为低位热值、收到基灰分。二、煤质影响锅炉效率相关参数为飞灰可燃物、排烟温度、氧量一、对锅炉效率影响煤质指标确定根据反平衡锅炉效率计算方法（摘自《中国大唐集团公司耗差分析技术标准》），锅炉机组的损失包括排烟损失、化学未完全燃烧热损失、固体未完全燃烧损失、散热损失和灰渣热损失。即——排烟热损失，；——化学不完全燃烧热损失，；——固体未完全燃烧热损失，；——散热损失，；——灰渣物理热损失，。（1）、排烟热损失基准温度一般取环境温度。，——根据燃料种类选取；——排烟过量空气系数；——排烟温度，℃；——基准温度，℃。、为经验系数，取值见下表 煤种无烟煤、贫煤3.550.44烟煤3.540.44Mar>15%的洗中煤3.570.62褐煤3.620.90（2）、化学未完全燃烧热损失对于煤粉炉而言，一般该项损失≤0.5%，因此可以忽略不计。（3）、固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失主要是由烟气飞灰和炉底炉渣中含有可燃物组成。对于煤粉炉而言主要是灰渣和飞灰两项损失，以及中速磨煤机排出石子煤的热量损失。如只考虑前两项损失，具体算法如下：——收到基灰分，；——煤低位发热量，；、——灰渣、飞灰占燃料总灰分的份额，；、——灰渣、飞灰中可燃物含量百分率，。对于固态排渣煤粉炉而言，，。（4）、锅炉散热损失散热损失主要是指锅炉炉墙、金属结构及锅炉范围内的管道等向环境散失的热量，算法如下：——锅炉额定蒸发量，；——锅炉实际蒸发量，。（5）、灰渣物理热损失灰渣物理热损失是指炉渣、飞灰排出锅炉设备时所带走的显热占输入热量的百分率，算法如下： ——对于固态排渣煤粉锅炉，炉渣温度可以取800℃；、——炉渣的比热容可以取0.96，飞灰的比热容一般可以取0.82；——锅炉排烟温度，℃。二、煤质指标直接影响锅炉效率的分析通过反平衡锅炉效率的计算公式确定直接影响锅炉效率的煤质指标为低位热值、收到基灰分。我公司9、10号锅炉设计低位热值21350kJ/kg、收到基灰分31.5%，受煤炭市场影响长期入炉煤偏离设计值，热值通常在17500～15500kJ/kg之间波动，当热值降低时收到基灰分相应升高，由于热值与灰分有相应逻辑关系，因此取实际运行中煤质较差时指标与设计值进行比较。实际低位热值降至14706kJ/kg对应收到基灰分44.78%（取2010年11月20日8：00～14：009号炉化验数据）设计煤种条件按固体未完全燃烧热损失公式反算飞灰可燃物为3%、灰渣可燃物为8%时，计算未完全燃烧热损失为1.8274%，与设计值1.8接近，按煤种由设计值向实际变化时固体未完全燃烧热损失有如下变化规律。灰分不变31.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.5热值每降500影响炉效2135020850203501985019350188501835017850173501685016350158501535014850固体未完全燃烧损失1.82741.87121.91721.96552.01632.06982.12622.18572.24872.31552.38632.46152.54172.6273影响固体未完全燃烧损失升高0.04380.04600.04830.05080.05350.05640.05960.06300.06670.07080.07530.08020.0856灰分每升高131.532.533.534.535.536.537.538.539.540.541.542.543.544.5热值不变2135021350213502135021350213502135021350213502135021350213502135021350固体未完全燃烧损失1.82741.88541.94352.00152.05952.11752.17552.23352.29152.34952.40762.46562.52362.5816影响固体未完全燃烧损失升高0.05800.05800.05800.05800.05800.05800.05800.05800.05800.05800.05800.05800.0580热值每降50031.532.533.534.535.536.537.538.539.540.541.542.543.544.5 影响炉效灰分升高12135020850203501985019350188501835017850173501685016350158501535014850固体未完全燃烧损失1.82741.93072.03902.15272.27232.39832.53122.67152.81982.97703.14383.32113.51003.7116影响固体未完全燃烧损失升高0.10320.10830.11380.11960.12600.13280.14030.14840.15720.16680.17730.18890.2016由固体未完全燃烧热损计算公式可知收到基灰分与固体未完全燃烧热损成线性关系，即低位热值不变的情况下灰分每升高1%，q4升高0.058%；与低位热值成反比例关系，随入炉热值降低固体未完全燃烧热损为加速升高趋势，在低位热值由21350kJ/kg降至14850kJ/kg过程中，每500kJ/kg热值影响固体末完全燃烧损失由0.0438%至0.0856%间有加速升高趋势。如不考虑其它因素影响，则因煤质热值与灰分变化影响锅炉效率关系如下图：通过分析当入炉煤由设计值低位热值21350kJ/kg、收到基灰分31.5%，降至14706kJ/kg对应收到基灰分44.78% 时，假定其它指标不变的情况下锅炉效率降低1.8842%。三、受煤质影响的锅炉指标对效率的分析（1）、飞灰可燃物①公司9、10号锅炉按贫烟设计，挥发份较低时，煤粉难以点燃，且燃烧时火焰很短，燃烬也较为困难。而贫烟开始逸出挥发份的温度为320～390℃。挥发份析出后煤质会变的松散、孔隙较多，加速了燃烧过程，煤的着火特性主要取决于挥发分含量，随挥发份含量减少，煤粉的着火温度显著增加，挥发份含量越低，飞灰可燃物越高。②在2010年9月15日公司7、9、10号炉飞灰可燃物分别完成9.68%、7.66%、7.89%，较上半月完成值（截止14日）2.52%、1.47%、2.26%，分别大幅升高7.16%、6.19%、5.63%，影响供电煤耗升高9.09g/kWh、7.61g/kWh、6.93g/kWh。③另外当各单一煤种性能差别过大时，由于易燃煤种“抢风”，使难燃煤种燃尽更加困难。由于混煤种的易燃煤总是会在较低温度下着火，并对难燃煤的点燃有推动作用，所以混煤的着火温度一般是低于两煤种按比例加权平均的数据，即混煤的着火性能偏向易燃煤方向。而在燃尽性能方面，由于混煤中的易燃煤“抢风”，使难燃煤在较低氧分压下燃烧，燃烧条件恶化，出现不易燃尽的现象，从而导致混煤燃尽性能急剧下降。2011年6月12日～13日9、10号炉分别出现可燃物升高的情况，在掺配高挥发分蒙煤（怀来煤）与低挥发分黎城县煤、薛村煤、井陉煤时就会出现因易燃煤种“抢风”引起的飞灰可燃物升高情况。 由于飞灰可燃物升高只在特定时段，且与煤质总体指标关联性不明显，因此难以量化说明。（2）、排烟温度排烟温度影响因素较多，如锅炉负荷、炉膛漏风、预热器漏风、预热器积灰、煤质因素等影响，单独煤质对排烟温度的影响难以定量分析。①挥发分对排烟温度的影响挥发份含量高的煤种，容易着火燃烧，加速了着火过程，使炉内吸热量相对集中，增加了炉内蒸发受热面的吸热份额。炉内蒸发受热面的吸热份额增加，炉膛出口烟温降低，影响尾部对流受热面入口烟温降低，进而影响排烟温度降低。②灰分对排烟温度的影响灰份升高不但妨碍煤中可燃物质与氧的接触，还要吸收燃料放出的热量，降低火焰温度，减缓燃烧速度，致使燃尽困难 。炉膛内吸热主要是辐射吸热方式，火焰温度降低，相应降低了炉膛吸热效率，为维持主汽压力，必然增加燃料量，此时炉膛出口烟气温度虽然下降，但烟气体积增加影响各段受热面烟温升高，最终影响排烟温度升高。同时存在热值升高排烟温度降低的现象。③9、10号炉设计收到基灰分31.5%，由于当前燃用煤种热值降低，对应收到基灰分通常在39%～45%范围，灰分升高后烟气携带的灰量增加，造成预热器堵灰现象加剧。（3）、氧量查300MW锅炉热力计算书，在设计煤种下100%负荷对应过量空气系数1.25，折算氧量4.2%；75%负荷对应过量空气系数1.31，折算氧量5%；50%负荷对应过量空气系数1.52，折算氧量7.2%。由于煤种变化，2011年8月2日15：00～21：00进行了9号炉250MW、300MW负荷工况下氧量6.0%、5.5%、5.0%、4.5%、4.0%工况下的变风量调整调试验。在黎城县煤40%、薛村煤30%、井南煤20%、国阳煤10%，入炉煤热值15849kJ/kg、挥发分12.68%、收到基灰分41.75%，4台制粉系统运行条件下，比较氧量、排烟温度、再热汽温确定300MW负荷工况氧量维持在4.5%左右、250MW负荷工况时氧量维持在5.0%左右机组经济性较好。不同煤种的理论烟气量计算 煤种实际1实际2实际3设计校核V05.2143855.2404035.6734135.6062856.27178Car51.4551.7557.8256.1662.8Har2.532.522.322.422.7Sar1.221.170.811.350.98Oar2.122.013.262.181.78Nar0.790.80.850.831.17War6.66.56.095.566.5α——过量空气系数1.251.251.251.251.251kg燃料中C生成的CO2容积0.9600570.9656551.07892121.04794561.1718481kg燃料中S生成的SO2容积0.008540.008190.005670.009450.00686理论N2容积，由燃料中N与空气中N组成4.12568414.14631834.48879624.43560514.9640662V0gy理论干烟气容积（Nm3/kg）5.09428115.12016335.57338745.49300076.1427742Vgy实际干烟气容积（Nm3/kg）6.39787746.43026416.99174076.8945727.7107192V0H20理论烟气中水容积（Nm3/kg）0.44688560.44495050.42462160.42804760.4815357VH20实际烟气中水容积（Nm3/kg）0.46787350.46604350.44745700.45061290.5067796Vy烟气总容积（Nm3/kg）6.8657506.8963077.4391977.34518468.2174987燃料量计算（kg/小时）151892.75150994.94132641.77131616.7122121.5124发电标准煤耗（g/kWh)320320320320320发电量(万kWh)3030303030低位发热量(kj/kg)1850018610211852135023010烟气量（Nm3/小时）104285710413079867489667481003533通过不同煤种的烟气量计算，对于300MW锅炉在实际煤种热值升高时烟气量随之降低，但通过对设计煤种与校核煤种的计算并不存在对应关系，因此低位热值对烟气量影响实质上是煤种元素分析对烟气量的对应关系。按上表计算实际煤种最大烟气量与最小烟气量偏差56109Nm3/小时，变化量只占总烟气量的5%左右。而实际运行中存在如下对应关系 负荷300MW不变时，随给粉机平均转速升高（入炉煤热值降低），引风机电流基本不变时可以认为烟气量相对稳定，此时氧量随给粉机平均转速升高降低，与理论烟气量计算相符。四、结论1、当低位热值不变的情况下灰分每升高1%，固体末完全燃烧损失升高0.058%；当低位热值每降低500kJ/kg，影响固体末完全燃烧损失由0.0438%至0.0856%间有加速升高趋势。如不考虑其它因素影响，当入炉煤由设计值低位热值21350kJ/kg、收到基灰分31.5%，降至14706kJ/kg对应收到基灰分44.78%时，假定其它指标不变的情况下锅炉效率降低1.8842%。2、煤质对氧量、排烟温度、飞灰可燃物的影响因素较为复杂，难以定量说明。综上所述，目前实际煤种由于热值降低、灰分升高因素最少影响锅炉效率较设计值降低1.8842%，折算影响供电煤耗升高7.122g/kWh。