（国电怀安热电有限公司河北张家口076150）
摘要：锅炉飞灰含碳量是反映火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标，合理控制飞灰含碳量的指标，有利于降低发电成本，提高机组运行的经济性。本文对国电怀安热电有限公司两台330MW锅炉飞灰偏高的原因进行了简要分析，提出相应的处理措施，对保障锅炉安全、经济运行有实际的指导意义。
关键词：飞灰含碳量；造成的影响；原因分析；处理措施
1、飞灰含碳量偏高造成的影响
机械未完全燃烧损失增大，其根本原因就是由于飞灰含碳量偏高所造成的。在锅炉各项热损失中，机械不完全燃烧热损失仅次于排烟热损失，约占锅炉热效率的0.5%～5%。因此，飞灰含碳量的升高，将在很大程度上降低锅炉的热效率。
我公司近年来随着掺烧经济煤种的比例逐步提高，以及设备长时间运行带来的磨损、老化，运行人员技能水平等问题，锅炉飞灰含碳量一直处于偏高的水平，同时由于飞灰实时监测系统准确性差，与人工采样分析结果偏差较大，2015年以来开始采取每周不定期进行人工采样分析两次的方法飞灰指标的考核，下表为2015年两台炉每月的飞灰平均水平。
由上表可以看出，我公司2015年的飞灰平均水平约在6.3%左右，夏季明显高于冬季，以下从影响飞灰的几个因素进行要因分析。
2、飞灰含碳量偏高的原因分析
当煤粉气流在炉膛内的燃烧和燃尽过程不充分时，势必造成机械未完全燃烧热损失增大，表现为飞灰含碳量升高。影响飞灰含碳量变化的因素主要有：煤粉细度、煤种特性、燃烧器的结构特性、热风温度、炉内空气动力场和锅炉负荷等。
2.1煤粉细度的影响
煤粉细度对其煤粉的燃烧和燃尽性能有较大影响。煤粉细度越大，即煤粉颗粒粒径越大，其燃尽性能较小粒径颗粒越差，势必造成煤粉燃尽时间延长，不完全燃烧损失增大，飞灰含碳量升高，从而降低锅炉效率。对于高挥发分的煤，因其容易燃烧可允许磨得粗些；对于低挥发分和可磨性指数较低的煤，因较难燃烧而应尽量磨得细些。细煤粉虽然容易着火和燃烧，但煤粉颗粒过细将会增加制粉系统的耗电量和加大磨煤机的磨损量。因此，在锅炉设备运行中，应综合考虑不完全燃烧损失和制粉能耗的要求，使之达到最小，即寻找煤粉经济细度或最佳细度，以保证较高的锅炉效率和较低的飞灰含碳量。
我公司锅炉为亚临界压力一次中间再热自然循环汽包炉，单炉膛、倒U型布置、四角切圆燃烧方式、直吹式制粉系统，配备五台MPS190型辊盘式中速磨，分别对应五层喷燃器（自下而上分别为ABCDE层）。长期以来，为保证锅炉安全运行，A磨和B磨作为下层磨，基本不参与劣质煤的掺烧，燃用煤种为大同烟煤或内蒙烟煤，发热量约为20MJ/kg，挥发分约为20%～30%，煤粉细度维持约15%；为满足掺烧经济煤种的需要，D磨和E磨在2014年以前长时间燃用褐煤，褐煤的发热量约为13MJ/kg，挥发分约为30%～35%，煤粉细度维持约30%，C磨根据负荷变化进行煤种的切换。近两年来，随着煤炭价格的走低，褐煤的性价比大幅度降低，公司掺烧的经济煤种由褐煤逐步变为低热值蒙煤或对高热值煤种大比例掺配煤泥，这些煤种的发热量约为16MJ/kg，挥发分约为25%～30%，煤粉细度也调整25%。这些数据表明，D磨、E磨的煤粉细度较大，是造成飞灰含碳量偏高的主要原因之一。
2.2煤种特性的影响
目前，国内大多数电厂为降低燃料成本，存在锅炉燃烧实际煤种与设计煤种不符的情况，造成煤质成分如挥发分、水分、灰分和发热量等主要指标不稳定，从而对煤粉的完全燃烧产生很大的影响，导致飞灰含碳量发生显著变化。煤粉燃烧过程是在挥发成份燃烧完之后才开始焦炭的燃烧。因此，燃料性质中挥发分的含量对煤粉燃烧的影响最为重要。对于高挥发分燃煤，挥发分燃烧释放出大量热量，形成炉内高温氛围，有利于焦炭的迅速着火和燃尽，机械未完全燃烧损失减小，飞灰含碳量较低；相反，对于低挥发分燃煤，则容易引起飞灰含碳量的升高。对于高水分燃煤，由于燃烧时放出的有效热量相对减少，则会降低炉内燃烧温度，并增加着火热，不利于焦炭的燃尽，造成飞灰含碳量的升高。燃煤中的灰分不但不能燃烧，反而会降低燃煤的发热量，并妨碍可燃质与氧的接触，使燃料着火和燃尽困难。燃煤中灰分增加时，将会使煤粉燃尽度变差，机械未完全燃烧损失随之增加，同时由于燃煤灰分增加使得煤中的可燃质成分会相应减少，这表现为飞灰含碳量常略有降低，但是总的机械未完全燃烧损失还是增加的，因此，对于高灰分燃煤，飞灰含碳量仍表现为偏高。
我公司各种燃煤挥发分均较高，日常入炉煤加权平均挥发分达到27%左右，对于飞灰的控制较为有利。但掺烧的褐煤和煤泥，水分非常高，褐煤的全水分最高达30%以上，此因素对飞灰控制不利，入炉煤的加权平均灰分也在24%左右，也是不利因素。由于我公司燃煤结构基本就是这几种煤，对于煤质的影响不可控，因此，煤质因素不作为造成飞灰偏高的要因之一。
2.3一次风速的影响
对于直吹式制粉系统，一次风速宜选下限，一次风速过高直接导致煤粉气流的着火点偏远，着火推迟，燃烧过程缩短。既不利于稳燃，又影响了燃烬。一次风中较大的煤粉颗粒获得动能过大，飞出煤粉气流，落到周围的缺氧区，影响燃烬。风速过高还导致火焰不能均匀的充满炉膛，会发生偏移，炉膛中心烟气流速过快，缩短了煤粉在炉内停留时间。造成炉内温度分布不均匀和烟气流速不均匀。不利于稳定着火和燃烧。
我公司机组一次风速一般为30～35m/s，风速偏高，主要是由于大比例掺烧经济煤种，导致锅炉在相同负荷下，给煤量要比燃用设计煤种时大很多，额定负荷下，设计煤种给煤量为137t/h，掺烧经济煤种时给煤量为165t/h，夏季机组背压高的情况下，锅炉给煤量最高达175t/h，给煤量的大幅度增加，使磨煤机的干燥出力、研磨出力均有所下降，为防止磨煤机堵煤、堵风管等情况发生，一次风速维持较高，成为导致飞灰偏高的主要原因。
2.4磨煤机运行方式的影响
合理的磨煤机运行方式直接影响到炉膛温度，炉膛内的火焰集中程度，火焰中心位置。当选用上层的制粉系统时在配风不合理的情况下，部分燃料未燃烬便随烟气离开炉膛，就导致了飞灰含碳量的增加。
我公司磨煤机运行方式出于燃烧安全的考虑，将上层制粉系统作为负荷升降时的需要进行启停，运行方式较为合理。
2.5二次风量的影响
锅炉燃烧所需的氧量供应主要来自二次风，如果二次风量偏小，势必影响炉内的燃烧工况，使炉内易出现缺氧燃烧现象，导致飞灰含碳量增大。我公司出于环保因素制约，根据NOx的浓度控制锅炉过量空气系数基本控制在1.17，基本满足风量要求，此因素不是影响飞灰偏高的要因。
2.6热风温度的影响
热风温度的高低直接关系到煤粉气流的初温和炉内的燃烧工况。对于同一台锅炉，当其它条件相同时，通过提高热风温度可以提高煤粉气流的初温，使燃烧室壁面温度增加，从而减少把煤粉气流加热到着火温度所需的着火热，有利于降低飞灰含碳量。相反，如果热风温度较低，则会降低炉膛温度，影响煤粉的着火和燃尽，使得飞灰含碳量增大。
我公司燃用烟煤的磨煤机可控制一次风温为80℃左右，对于掺烧褐煤的磨煤机，因其水分较大，再加上高负荷时给煤量大，磨煤机的干燥出力大幅下降，磨煤机的出口温度一般会降至45℃，并且已无调整手段，是造成飞灰偏高的不利因素。
3、降低飞灰含碳量的措施
由上述分析可知，造成我公司飞灰偏高的主要都是由于掺烧经济煤种造成的。从运行角度来说，可从以下几个方面采取措施，来降低飞灰含碳量。
3.1控制合适的煤粉细度
随着煤炭市场的变化，掺烧褐煤的比例逐渐降低，D层、E层主要为低热值烟煤掺配煤泥，可将D、E层的煤粉细度降至15%。
3.2控制合理的一次风速
将A、B层的一次风速控制在28m/s，D、E层煤泥掺配在40%以上时，可将风速维持在32m/s，低于40%时，风速可维持在30m/s。
3.3加强空预器吹灰
防止堵灰，提高传热效果，提高一、二次风温度，同时也防止由于空预器差压大而造成引风机出力不足，从而限制锅炉总风量。锅炉负压不能过高，炉膛负压适当控制在0～-50Pa之内，使煤粉在炉膛内有足够的燃烧时间。
3.4提供合适的空气量
供应充足而又适量的空气是保证燃料完全燃烧的必要条件，最佳过量空气系数取决于炉型、燃料特性以及炉内工况和运行经验等因素，在合理配煤的情况下根据NOx的浓度，控制过量空气系数在1.17～1.2。
3.5保证适当高的炉温
维持适当高的炉温，可使煤粉着火加快，燃烧过程进行得也快，燃烧容易趋于完全燃烧，有利于降低飞灰含碳量，提高锅炉效率。运行中要多注意检查，及时发现锅炉漏风点，严密关闭各孔、门，减小锅炉漏风。
3.6强化空气和煤粉的良好扰动和混合
煤粉燃烧反应过程主要在煤粉表面进行，燃烧反应速度主要取决于煤粉的燃烧反应速度和空气扩散到煤粉表面的扩散速度。因此，要做到完全燃烧，在保证足够高的炉温和合适空气量的前提下，还必须使煤粉和空气能充分扰动、混合，及时将空气输送到煤粉燃烧表面上去，这就要求运行人员调整一、二次风必须良好配合，建立良好的炉内空气动力场。
3.7増强运行人员对飞灰含碳量高所带来的危害的重视程度，进行相关的技术讲课，提高运行人员理论和技能水平。
通过采取一系列措施，我公司今年以来飞灰指标有了明显下降，下表为2016年度我公司月度飞灰情况。
由上表可以看出，通过运行调整的手段，飞灰含碳量降到了4.5%左右，达到了大幅节省燃料的目的。
4、结论
从煤粉细度、煤种特性、一次风速、热风温度、炉内空气动力场和锅炉负荷等方面对飞灰含碳量变化的影响规律，可以看出，必须全面考虑各种措施间的紧密联系和互相依赖性，并根据实际锅炉机组特性和现场具体条件正确处理，从而达到降低飞灰含碳量、节约能源的目的，保障燃煤电站锅炉的安全、高效运行。
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