摘要：通过对煤的不同掺烧比例的试验研究，得出该型锅炉在目前煤种下的最佳炉效方案。
关键词：锅炉　 煤种　　试验　　分析

0、概述
厦门电厂#3、#4锅炉分别于1979年及1980年投产，型号BG－130/39－M1，是北锅早期产品，它是由燃用低热值（Qnet.ar=18359kj/kg,Vdaf=31.6%,FCad=46%）的混合烟煤所用炉型改进而成。配两套DTM－250/390型筒式钢球磨煤机中间储仓式制粉系统，锅炉长期烧1：1煤种（福建烟煤：福建白煤），从2003年下半年开始，由于煤炭巿场发生变化，煤源较为紧张且锅炉入炉煤质量变差，锅炉燃烧效率低下，供电煤耗居高不下，由于煤质较差，极大地威胁了锅炉的安全运行，为适应煤炭巿场的变化，提高锅炉经济性，厦门电厂与东南大学协作进行了不同煤种的燃烧试验。分别进行了1：1煤种（福建烟煤：福建白煤）、1：3煤种（大同烟煤：福建白煤）、1：5煤种（印尼煤：福建白煤）、全部福建白煤、全部越南煤、1：1：1煤种（福建白煤：福建烟煤：越南煤）等不同煤种的燃烧试验，总结了各种煤种在＃3、4炉的燃烧特点，针对各煤种对锅炉的安全性及经济性进行分析，总结出了较适合＃3、4炉燃烧的煤种，并针对现场设备的特点提出对设备改进的建议。

1、各种煤种燃烧试验分析：
1.1、1：1煤种（福建烟煤：福建白煤）燃烧试验分析：
1.1.1、2003年12月-2004年1月，＃3、4炉入炉煤种为1：1煤种（福建烟煤：福建白煤），掺配后Vad=6.0－6.5%，Aad = 30－32%， Qnet.ar=20.6－21.2MJ/kg其特性为高热值，高含碳量， #3、4锅炉出现燃尽率下降、热效率较低的现象，针对＃3炉的燃烧特点采取组织典型工况进行重点试验调整的方法进行，典型工况分为燃烧器设计运行条件（第一工况）运行效果的考察，以及煤粉细度调整、二次风率调整、一次风率调整等运行条件不同的组合试验。并优选出适合高碳份、高热值烟白配比为1：1的混合煤种的运行条件。
    从表1的试验结果来看第三工况所组织的运行条件所获得的运行效果最好。它相对第一工况所示的燃烧器设计运行条件而言做了如下一些内容的调整：
（1）配风总量增加10%，近10000Nm3/h。
（2）重组了各次风率的分配比例；调整原则的是适当减少三次风率，增加一、二次风率。
（3）二次风配风组态是“缩腰二次风”；各层二次风量占二次风总量的比例分别为上 42 ％、中 28 ％、下 30 ％，其中上二次风速最高（51m/s），以防止燃烧中心上抬。根据炉底掉渣较严重的现象，下二次风以保证托底刚度为下限，也配了较高的风速（46m/s）。
（4）适当提高煤粉的细度（由R90＝5－6％提至R90=2%）。
调整后的燃尽率明显提高，相对燃烧器设计运行条件（工况之一）而言；飞灰可燃物由26.55%下降为11.22%，使机械不完全损失q4由16.93%下降为7.86%，而锅炉热效率由78.17%提高到86.11%。由于日常在控制＃3、4炉的煤粉细度无法做到R90=2%，因此日常运行调整时要求运行人员燃用此类煤种时采用以下调整方式；炉膛出口氧量保持5％左右、各次风率分别为r1=20％,r2=58-60％.r3=20-22％、R90＝3－4％的运行组合条件。针对于此煤种的配风特点是采用较大风量，以增大碳与氧的接触机率，有于碳的燃尽。
高碳份、高热值混煤试验数据表之一

               工况序
  
项目 
第一工况 
第二工况 
第三工况 
第四工况
飞灰可燃物Cfh(%) 26.55 22.63 11.22 21.85
炉渣可燃物Clz(%) 33.15 37.37 30.80 30.50
机械不完全燃烧损失q4(%) 16．93 16．82 7．86 14．4
排烟热损失q2(%) 4．29 4．4 5．43 5．05
锅炉热效率 （％）
78．17 78．19 86．11 79．95
炉膛出口氧量O2（％） 4.17 5.64 5.97 5.87
入炉风量G（万Nm3/h） 10．82 10．75 11．93 12．18
各次风率r1 /r2/r3 18/57/25 19/58/23 20/59/21 15/62/23

1.1.2、2004年9月，煤炭市场供应紧张，导致煤质下降，其中一个显著的特点是煤中灰分大幅度增加，煤的热值下降较多，掺配后煤质Vad=5.3－5.8%，Aad = 35－38%，Qnet.ar=17.7－18.6MJ/kg，由于煤质变差，使得燃烧稳定性和经济性均受到了较大的影响。针对这种现象，对此煤种的燃烧特性进行试验分析。
高灰份、低热值混合燃料试验数据表之二
               工况序
  
项目 
#1工况 
#2工况 
#3工况 
#4工况 
#5工况
飞灰可燃物Cfh(%) 31.83 26.94 21.50 21.63 17.41
炉渣可燃物Clz(%) 28.9 50.06 46.03 51.71 30.60
机械不完全燃烧损失q4(%) 29.8 24.41 19.04 21.62 14.96
排烟热损失q2(%) 4.13 4.51 4.65 4.76 5.25
锅炉热效率 （％）
65.48 70.47 75.71 73.02 79.2
炉膛出口氧量O2（％） 4.14 4.57 3.88 4.6 3.52
入炉风量G（万Nm3/h） 11．72 10．68 10．60 11．11 12．18
各次风率r1 /r2/r3 20/59/21 20/54/26 20/55/25 20/58/22 16/61/23

 #5工况燃烧条件相对其它而言，做出调整的原则如下：
（1）降低一次风率和风速，提前着火点（r1=16.7 %,c1= 26 m/s）。
（2）增加总风量供给，重点增大二次风量，且各层二次风量占二次风总量的比例分配原则是；上36％、中34％、下30％，从二次风速图形上看近似等圆柱形。
（3）三次风率基本根据制粉出力和干燥水平自我平衡。这是因为煤质热值较低，水分又偏高；#3炉的制粉系统已是在大大超出设计出力的条件下运行，几乎没有调整的余地了。
试验结果来看，#5工况的运行效果较好，它使得自2004年8月份燃用该混合煤种以来一直处在Cfh=23－28%,Czh=40－50%的#3、4锅炉燃尽率水平提高到了Cfh=17.41%,Czh=30.6%。整体燃尽水平提高了 9.45 %。今后若燃用类似煤种可采用；炉膛出口氧量保持为4％、各次风率分别为r1=17-18％,r2=55-58％,r3=23-25％。
但在烧此高灰份煤种时，由于入炉灰份较高，锅炉结焦较为严重，经常出现大片结焦掉落的现象，造成锅炉燃烧工况变化较大，较容易出现灭火及超温现象，故此高灰份煤种会影响到锅炉的安全运行。
1.2、1：3煤种（大同烟煤：福建白煤）燃烧试验分析：
由于几次1：3煤种掺配时福建白煤煤质变化较大，造成1：3掺配后煤质也有较大的变化，2004年5、7月入炉煤Vad=7.0－8.9%、Aad =30－31%，2005年1月入炉煤Vad=5.8－6.3%、Aad =36－41%。
根据不同的入炉煤质，配风情况也作相应的调整：
1.2.1、对于高挥发份、低灰份煤种，配风采用：
（1）适当增加一次风风速，由26－28m/s调到28－30m/s，
（2）适当增加上、中二次风风速，减少下二次风风速，基本保持总二次风量不变。
各风率分别为一次风率18.9%、二次风率54.7%、三次风率24.4%，
1.2.2、对于低挥发份、高灰份煤种配风采用：
一次风速＝27.5—28.5m/s，
二次风速  上层＝46－48m/s，中层＝42－44m/s,下层＝38－40m/s
三次风速由制粉系统干燥和出力需求水平决定
对应的炉膛出口氧量水平约4.5-5.5%，或更高一些。这种运行方式会略增加排烟损失，但是它对一次风携粉、着火性能和炉内各气流混合扰动功能将有益处。从＃3、4炉的燃烧试验来看，该煤种在燃烧时工况较为稳定，锅炉能安全运行，但在燃烧特性上仍呈现无烟煤的燃烧特性，碳燃烧不完全，因此，飞灰可燃物较高，锅炉反平衡效率较低。
1.3、1：5煤种（印尼煤：福建白煤）燃烧试验分析：
2004年6月进行1：5煤种燃烧试验，掺配后Vad=7.33%，Aad = 29.9%，Mt=9－10%、Qnet.ar=18.81MJ/kg，燃用印尼烟煤与省内无烟煤1:5掺配煤，由于挥发份高，燃烧时工况较为稳定，但由于煤种里印尼烟煤所占比例小，在燃烧过程中只起到助燃白煤的作用，因此占绝大比例的省内无烟煤成份导致燃烧经济性不好，飞灰可燃物较高，平均反平衡效率在70.8%左右，而其挥发份高、热值低、密度小、容易自燃，为了降低煤粉制备与储存中因密度不同导致煤粉分层，由印尼煤质带来的煤仓、一次风管自燃风险，现场的制粉风温及粉仓温度均控制较低，一次风速不敢太低，这些都加剧了燃烧不经济倾向。由于燃烧经济性较差，加上此煤种受煤供应的影响，1：5掺配的煤种燃烧试验只进行一周的时间，之后未再进行试验。
1.4、全部福建白煤燃烧试验：
该煤种掺配后的煤质情况为：Vad=3.75－3.9%，Aad =26－37%，Qnet.ar= 17.5－18.8MJ/kg，由于此煤种挥发份低，与锅炉的设计工况偏差较大，无法实现脱油燃烧，正常运行时需两把油枪助燃，且燃烧不完全，飞灰可燃物较大，锅炉效率低，平均锅炉效率只能在70.7%左右。因挥发份低，锅炉容易出现灭火，对锅炉安全运行有较大影响。由于需投油助燃，造成油耗指标偏高，经济性较差。
1.5、全部越南煤燃烧试验分析：
该煤种掺配后的煤质情况为：Vad=6.28%，Aad=34.31%，Qnet.ar=19.7MJ/kg，采用一次风率为18％、二次风率为57－58％（上39％、中31％、下30％）、三次风率为24－25％进行燃烧调整。从越南煤的入炉煤质分析看，该煤质的挥发分、灰分、热值等几项主要指标符合我厂锅炉要求的煤质稳定、适烧的煤质变化范围，燃烧实证表明，该煤质燃烧的炉内工况稳定性好，两炉四角炉膛温度均有几十度的提高，结焦倾向也不会太严重，困扰锅炉燃烧多时的给粉下粉不均现象也得到较为有效的缓解，主汽温度超温频繁的现象也得到较为有效的克制，燃烧的安全性有保障。
1.6、1：1：1煤种（福建白煤：福建烟煤：越南煤）燃烧试验分析：
该煤种掺配后的煤质情况为：Vad=6.4－7.0% ，Aad=32－34%，Qnet.ar=20.3－20.6MJ/kg，＃3炉风粉在线监测数据具体配风方式各风率：一次风率14.3%，二次风率56.4%，三次风率29.3%，总入炉风量控制在12－14万Nm3/h左右。这种配煤从煤的组分上来看介于贫煤与无烟煤之间，且更偏向贫煤一些，由于挥发份发保证锅炉在较稳定的工况下运行，且由于灰份不高，不会引起锅炉经常性的结焦，因含碳量在60%以下，能保证煤粉在炉内能较完全的燃烧，燃烧稳定，因此，飞灰可燃特较低，炉效率较高。

2、在燃烧试验中发现的问题及采取的措施：
2.1下粉不均现象较严重。在入炉煤种较差时，尤其是挥发份较低、灰份较高的情况下，下粉不均更加严重，影响到汽温、汽压及燃烧的稳定，分析认为：
（1）由于所采用的给粉机为GF－3型叶轮给粉机运行年年限较久，各间隙磨损较严重，容易造成给粉机下粉不均，给粉机调速采用的是滑差电机调速，在调试中发现表盘给粉机转速与实际转速不符，运行人员根据表盘转速指示调整下粉理，造成各个粉管下粉不均匀；
（2）在燃用高灰分煤种时，灰份较高的煤种的流动性较差，在带额定负荷时，给粉机转速较高，掏空给粉机上部煤粉，造成煤粉搭桥，煤粉塌落时大量煤粉涌向给粉机，造成大量下粉；
（3）由于粉仓多年未进行清理，仓壁上煤粉结块较多，使煤仓形成漏斗状，影响煤粉的流动，造成给粉量变化较大；
（4）在燃用低挥份、高灰份的煤种时，锅炉燃烧工况较差，炉膛压力波动较大，呈脉动现象，造成一次风速变化，部分煤粉沉积在一次风管中，使风管阻力增大，一次风压上升，将大师粉管积粉吹入炉膛，造成入炉粉量过大，燃烧加剧，烟气含氧量下降，引起汽温、汽压上升，待粉管煤粉大量减少后，燃烧减弱，氧量上升，汽温汽压下降。
（5）炉膛温度较低，＃3、4炉在2003年将卫燃带改成碳化硅材料后，炉膛温度就有所下降，但由于当时所燃用的煤质较好，安全性及经济性不受影响，但入炉煤质较差时炉膛温度低对燃烧的影响就较大，反之燃烧不稳定又造成炉膛温度场的不稳定。
采取的措施：
（1）对给粉机进行检查，对磨损较严重的部件进行更换，对表盘转速与实际转速重新核对调整。
（2）利用机组检修机会对粉仓进行检查，清理，清除仓壁上的积粉。
（3）对卫燃带进行改造，将部分卫燃带改造成热阻更高的卫燃带材料，并将脱落的部分上。
2.2、三次风速偏大，三次风率过高。在试验中发现，三次风速高于设计值，三次风速设计值为63m/s，但实际运行中三次风速达到80 m/s以上，以这样一股大流量、高流速的携粉量在10－15％，且平均温度小于90℃的劲风强流进入锅炉。对正常燃烧中的煤粉气流的燃烧发展是很不利的，它会使炉膛中心温度降低，不利于碳的燃尽。
采取的措施：正常运行时通过关小排粉机入口风门控制三次风速不超过设计值。
2.3、在目前多煤种混磨的条件下，制粉系统存在的问题：
首先，在目前运行方式下，每台磨煤机的出力均在12～14t/h（随煤质的变动而波动），制粉出力和干燥出力均较设计值增加许多；致使制粉系统运行阻力增大，造成煤粉细度调整上的困难。同时，为维持制粉系统的出力，三次风量不能过低，以三次风量所表征的乏气数量因干燥出力比常规高出了10～15％，这是三次风量屡压不下的主要原因。由此而牵动的煤粉细度和乏气总量两大因素均对锅炉机组的燃烧效率产生了很大的负面影响。
其次，制粉均匀性指数只有n=0.67，一般n的正常值是0.8～1.2,由此反映出多煤种混磨的煤粉均匀性比较差。而且在对R90筛余量进行的组分分析FCad=70.2%,Vad=2.3%,又反映出混磨制粉中偏粗的成分是本省无烟煤，对降低飞灰含碳量、提高燃尽率产生不利的影响。由于掺烧福建白煤所具有的特性，针对制粉系统的运行调整主要采取在保证制粉出力的前提下，尽量降低三次风速，控制煤粉细度在R904－5%。

3、结论与建议
   从各煤种掺配后的煤质情况看，根据变煤种试验结果，两台炉采用的配煤组分应控制在Aar＝27～32%，Mt＝5～8％，FCad<60％，Vdaf>8.5％，Qnet.ar=19000～21000kJ/kg范围较好。在保证锅炉安全运行的情况下，各煤种的燃烧经济性分析要以锅炉的吨汽燃料成本为主要依据来进行评价，目前比较适合＃3、4炉燃烧的煤种是1：1：1（福建白煤：福建烟煤：越南煤），其经济性也最好，其次是1：1煤种（福建烟煤：福建白煤），1：3煤种（大同烟煤：福建白煤），全部越南煤，另外几种配煤方式由于在燃烧特性上呈无烟煤的燃烧性质，故其燃烧效率较低，经济性较低，故只能在煤源紧张时采用，从本厂＃3、4炉的长时间的运行情况来看，确实如此。2005年下半年至今，＃3、4炉大部分时间燃用煤种是1：1：1，机组煤耗创达到最佳水平。从燃烧调试的结果看，一旦锅炉安装投产后，其燃用的煤种不能严重偏离所设计煤种，否则，要达到较好的效率，只能通过对设备进行改造来实现。只有适合本台锅炉燃烧的煤种才叫好煤。对于烧混煤的锅炉，应有加强燃料管理，有一套完整的配煤制度，并严格执行，才能保证入炉煤质的稳定。