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1、火电厂燃煤特性对锅炉运行和设备的影响,何红光 教授 级高工 燃料与燃烧实验室 西安热工研究院有限公司 2010年8月 （大连）,内 容,中国动力用煤分布及其主要特征 煤质基本特性及影响 炉内结渣对锅炉运行的影响 中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标 我国大容量电站锅炉燃用主要煤种存在的问题 混煤燃烧结渣性能评价 不同用途的混煤方案、措施及其在电站锅炉中的实绩 我国大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型原则 TPRI煤性-炉型耦合体系在工程中的应用（炉膛选型）实效,A.中国动力用煤分布及其主要特征,中国煤炭储量、产量和发电用煤量 探明保有储量10000亿吨以上，居世界第二，仅次于美国 其中动力煤占全国煤炭储
2、量70%以上 西北、华北动力煤储量占全国的80%以上。工业发达的华东地区仅占1.73% 2009年，中国原煤产量约30.5亿吨，比上年增加8.8% 2009年6000千瓦及以上机组用煤14亿吨，比上年增加6.08%,A.中国动力用煤分布及其主要特征,A.中国动力用煤分布及其主要特征,不同煤种主要分布地区,A.中国动力用煤分布及其主要特征,中国聚煤区划分示意图 I东北内蒙古晚侏罗世聚煤区 II西北早、中侏罗世聚煤区 III华北石炭二叠纪聚煤区 IV 滇藏中、新生代聚煤区 V华南晚二叠世聚煤区 VI台湾第三纪聚煤区,A.中国动力用煤分布及其主要特征,灰分小于10%的特低灰煤占20%以上；硫分小于1
3、%的低硫煤约占65%-70%；硫分1%-2%的约占15%-20%。高硫煤主要集中在西南、中南地区。华东和华北地区上部煤层多低硫煤，下部多高硫煤。 形成时代越早的煤，煤化程度越高。 成煤时代越晚的煤，一般平均灰分越低。,A.中国动力用煤分布及其主要特征,A.中国动力用煤分布及其主要特征,我国现行的煤炭分类中常作为动力用煤的有无烟煤、贫煤、贫瘦煤、弱粘结煤、不粘结煤、长焰煤和褐煤。 无烟煤。煤化程度高，挥发分低Vdaf10%,含碳量高达90，含氢量Hdaf一般小于4，氧和氮比其它煤种低，抗粉碎能力高，燃烧时不易着火，化学反应性差，储存时不易自然。 贫煤。Vdaf=10.120，含氢量Hdaf一般4
4、4.5%，着火温度高，比无烟煤易着火。,A.中国动力用煤分布及其主要特征,贫瘦煤。高变质程度的烟煤，单独炼焦时，大部分能结焦。Cdaf和Hdaf都比贫煤略小，燃烧后有时会结成块状物，通常ST比较高。 弱粘结煤。是一种粘结性较弱的低变质到中等变质程度的烟煤，挥发分Vdaf为2237。加热时产生胶质体较少，炼焦时产生粉焦多。易着火，燃烧性能好。,A.中国动力用煤分布及其主要特征,不粘结煤。变质程度较低的中高挥发分烟煤，挥发分Vdaf为2237。一般水分比较大，发热量较上述低，但易着火，燃烧时火焰较长。 长焰煤。变质程度较低，挥发分最高的烟煤，挥发分Vdaf为37。水分仅次于褐煤，发热量比褐煤高，有
5、些煤还含有少量次生腐殖酸。易着火，燃烧性能好，火焰长。,A.中国动力用煤分布及其主要特征,褐煤。经过成岩作用，但没有或很少经过变质作用而形成的煤，含水量Mt高达45。含碳量较低，挥发分Vdaf为37，低位发热量Qnet,v,ar大多为10.4516.73MJ/kg。风干时易爆裂成碎煤。碱金属较多，灰熔融性温度较低。堆积密度较小，给运输造成困难，贮存时易自然。,B.煤质基本特性及影响,煤自燃的原因 首先由煤的性质决定。煤的变质程度，变质程度低，自燃倾向大。与矿物质含量、粒度和含水量等有关。空气和水是自燃的主要原因 煤与空气接触后氧化放热。同时煤堆内水分受热蒸发并在煤堆高处凝结释放大量的热量 煤中
6、的黄铁矿也会因受热氧化而放出热量,B.煤质基本特性及影响,煤自燃的预防措施 组堆的工艺过程。减少空气与雨水渗入煤堆，对褐煤和长焰煤分层压实组堆 气候条件。温度、降雨等。建立定期测温制度。60 极限温度，每昼夜平均温度连续增加高于2 （与环境温度无关）时，立即消除祸（未着）源 及时消除自燃祸源。挖出散热，供锅炉燃烧。不要向煤中加水，否则加速氧化和自燃,B.煤质基本特性及影响,煤中水分变化对锅炉运行和设备的影响 水分增加，导致原煤仓下煤困难 制粉系统干燥出力不足，要求风压增加，流速增加，磨煤机及管道磨损增加 对着火有影响，炉膛温度下降，固体不完全燃烧热损失增加 烟气量增加，锅炉排烟损失增加，引凤机
7、电流上升 烟气中水露点温度上升，造成酸露点温度增加，当受热面温度等于或低于酸露点温度(40 )后，硫酸蒸汽在受热面上冷凝，积灰，造成低温腐蚀和堵灰。烟气侧阻力增加，引凤机电流上升,B.煤质基本特性及影响,水蒸气对烟气酸露点温度的影响 ts=tb(Szs,ar)1/3B/1.05(Azs,arC) 式中:ts烟气中酸露点温度,; tb_水蒸气饱和温度,; Szs,ar煤中折算硫分,%; B空气过剩系数修正值,/; C飞灰分额，%； Azs,ar煤中折算灰分,%。,B.煤质基本特性及影响,煤中灰分变化对锅炉设备和运行的影响 灰分增加，燃烧不稳定，炉膛温度降低，煤粉燃烧困难。排灰量大，固体不完全燃烧
8、热损失增加。 事故率增加。输煤、制粉、锅炉受热面、引凤机和除尘磨损严重，引起设备损坏检修 锅炉效率下降。炉内积灰、沾污较重，传热效果变差，耗煤量大，排烟温度增加 环境污染。电厂粉尘和灰渣量增加 基建投资增加,B.煤质基本特性及影响,煤中挥发分变化对锅炉运行的影响 挥发分高易着火，反之亦然。与炉膛形状，容积热负荷、卫燃带的形式与大小、煤粉细度、热风温度、喷口风速、防爆措施等有关 无烟煤与贫煤、贫煤与烟煤、烟煤与褐煤混配比较合适，不提倡跨等级掺配。防止挥发分较高的煤种燃烧时抢风，影响低挥发煤种的燃烧。 掺配煤尽量接近设计和校核煤种的挥发分,B.煤质基本特性及影响,煤中硫分变化对锅炉运行的影响 硫分
9、为四类：St=SO+SP+SS+SE St煤中全硫， 1%，有机硫为主，2%，黄铁矿硫为主6070%，有机硫为3040% SO有机硫，490左右热解完毕 SP黄铁矿硫，580左右热解完毕 SS硫酸盐硫，硫酸钙大于1450 ，硫酸镁1110 ， SS一般不超过0.10.2% SE元素硫，很少，可忽略不计,B.煤质基本特性及影响500MW机组锅炉腐蚀泄漏,B.煤质基本特性及影响,硫化物型腐蚀 通常在壁面附近烟气中氧量较低并存在还原性气氛，则煤中可燃硫会生成少量的H2S，当燃煤硫含量较高时，H2S的含量也较高。H2S是导致受热面高温腐蚀的主要因素之一。在水冷壁附近易形成局部还原性气氛，当管壁温度达到
10、450左右时，H2S可以与金属铁与氧化铁反应生成硫化铁，然后硫化铁与纯金属反应生成低熔点的共晶体，发生腐蚀。反应方程式如下：,B.煤质基本特性及影响,FeS再继续氧化成Fe2O3,使壁面受到破坏。这个腐蚀过程在近350及大于以上温度时进行的很迅速。,硫酸盐型腐蚀 当水冷壁管壁温度在310420下，正常的氧化使管壁面形成Fe2O3层，燃料燃烧时升华出来的硷性金属氧化物Na2O及K2O，凝结在管壁上，然后与烟气中的SO3化合形成Na2SO4及K2SO4（M2SO4用表示）。M2SO4有粘性，可扑捉灰粒，粘结成灰层，于是灰表面温度上升，外面形成渣层，最外层成流渣层。然后烟气中的穿过灰渣层，在灰渣层内
11、部发生以下反应： 3M2SO4 + Fe2O3+ 3SO3 2M3Fe(SO4)3 (结积渣层中) （管壁氧化层）（烟气中）（固态）,B.煤质基本特性及影响,B.煤质基本特性及影响,管壁再向内形成新的Fe2O3，而灰渣层内部存在有M3Fe(SO4)3及M2SO4。这样，形成了管壁金属的腐蚀过程。如进行打渣，渣层脱落，则将加速上述过程，而使管壁腐蚀加剧。 水冷壁管应力腐蚀、外部腐蚀基本上是由上述两种原因引起的。,B.煤质基本特性及影响,煤中硫分变化对锅炉运行的影响 磨煤机及管道的磨损，黄铁矿莫氏硬度6.06.5，石英为7.0 引起锅炉高温和低温腐蚀。高温受热面硫化腐蚀和硫酸盐腐蚀，空气预热器低温
12、腐蚀、堵灰，漏风导致引风机电流上升，燃烧空气量不足等 在还原性气氛中铁的熔点减低，引起结渣。同时增加灰渣的强度 促进煤的氧化自燃。对于变质程度较浅的煤其黄铁矿氧化自燃 烟气中的硫化物污染大气,B.煤质基本特性及影响,煤中硫分变化对锅炉运行的影响 煤中含硫量增加，导致灰熔融性增加 结渣指数RS=碱性氧化物/酸性氧化物S, 当煤中灰成分一定时，结渣指数取决于煤中含硫量的高低,B.煤质基本特性及影响,煤中发热量变化对锅炉运行的影响 煤的发热量过低于设计和校核煤种时，磨煤机需要超负荷运行,长此以往导致磨煤机及系统磨损增加，严重时影响锅炉带负荷 为满足锅炉负荷要求，煤粉细度变粗，固体不完全热损失增加。对
13、ST较低的煤种可能引起结渣 如果是灰量增加所引起发热量低，则可能引起炉内磨损，大渣和飞灰量增加，考虑系统是否满足出力要求,低灰熔点煤ST1250在我国动力用煤中所占比例大约在30%左右，见上表,我国不同类别煤的灰熔融温度分布范围,B.煤质基本特性及影响,C.炉内结渣对锅炉安全的影响,一般水冷壁污染数小时后其传热能力会降低30%60%。 炉内结渣砸坏冷灰斗水冷壁管 冷灰斗大量积渣，压塌冷灰斗，水冷壁断裂，水蒸汽大量外泄，造成锅炉损坏和人员伤亡 冷灰斗大量积渣，停炉清渣(XIN,TIE.ETC) 大渣下落造成炉膛灭火 在喷燃器出口处，可能会因结渣而扰乱煤粉气流的正常喷射，引起气流偏移，形成局部高温
14、，烧坏喷燃器 对流受热面塌灰导致引风机工作状态发生急剧变化，引起锅炉灭火事故等,350MW机组屏下轻微结渣,屏过下部 屏过下联箱出口,350机组神华煤混煤掺烧印尼煤,燃烧器喷口 后墙燃烧器区域水冷壁,水冷壁管比温度高引起高温爆管,锅炉水冷壁管爆口形状,水冷壁管比温度高引起高温爆管,锅炉水冷壁爆管爆口形状,锅炉水冷壁高温、腐蚀及应力作用下的爆管,锅炉水冷壁管腐蚀、撕裂爆管形状,350机组神华煤混煤掺烧印尼煤,熔融性渣块,国内600MW机组锅炉冷灰斗坍塌,C.炉内结渣对锅炉运行的影响,炉内结渣热阻增大，引起炉膛出口、排烟温度升高，炉效降低，影响锅炉运行经济性 再热器大幅度投减温水降低了机组的效率，
15、影响机组的经济性 炉内火焰中心向后推移，引起受热面高温腐蚀 高温受热面管壁超温,125MW机组锅炉对流受热面结渣和沾污,高过烟气入口侧,高再烟气入口侧,低再垂直管段,高再烟气出口侧,高温及腐蚀引起管壁减薄、胀粗,煤燃烧、结渣研究技术路线图,D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标,D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标,特征评价指标基本数据的获取 按GB进行常规分析并计算，可得指标： Vdaf、Qnet,ar、 Mt、Ad、 ST、DT、 （1）燃尽率B 已燃烧的可燃质占初始可燃质的百分数，其值越高，煤的燃尽特性越好。 （2）煤粉气流着火温度IT 煤粉气流着火温度测定炉测出的在特定条件下煤粉
16、气流的着火温度，其值越高，煤粉气流着火越难。 （3）结渣指数Sc 一维火焰炉渣型对比法所得的TPRI结渣指数。结渣,D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标,源上沉积的灰渣依照其粘结的紧密程度由强到弱可分为熔融、粘熔、强粘聚、粘聚、弱粘聚、微粘聚和附着灰等7个等级。 （4）反应指数RI、燃尽指数Cb 热重分析可测 反应指数越大，煤样着火越困难。燃尽指数Cb。该指数越大，煤样燃尽越难。 （5）灰熔点类型结渣指数RT 灰熔点类型结渣指数RT由弱还原性气氛和氧化性气氛下测定的变形温度 DT和软化温度ST确定：,D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标,RT=（STmax+4DTmin）/5 式中：STmax在弱还原性气氛和氧化性气氛中测得较高的软化温度，； DTmin在弱还原性气氛和氧化性气氛中测得较低的变形温度，。 （6）灰成份类型结渣指数 碱酸比 B/A（CaOMgOFe2O3K2ONa2O）（SiO2Al2O3TiO2）,D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标,硅比SpSiO2（SiO2Fe2O
