某廠飛灰及爐渣含碳量異常升高的原因分析

1、某電廠飛灰及爐渣含碳量異常升高原因分析摘要：本文通過(guò)熱重分析方法對(duì)某煙煤鍋爐電廠幾個(gè)有代表性的入廠煤原煤樣進(jìn)行 分析，得出不同溫度下原煤的燃燒動(dòng)力學(xué)特性，找出了入廠煤中含有無(wú)煙煤的燃燒特 性，為該廠飛灰、大渣含碳量的異常升高找到了最有可能的原因。關(guān)鍵詞：煙煤鍋爐含碳量熱重 無(wú)煙煤1引言某廠2 x 300MW機(jī)組鍋爐系武漢鍋爐廠生產(chǎn)的WGZ1025/18.24-4型煙煤煤粉鍋爐， 鍋爐自投產(chǎn)后，運(yùn)行狀況一直良好，飛灰、爐渣含碳量分別小于1%、2%，但近來(lái)，鍋 爐飛灰、爐渣含碳量均異常升高，其中飛灰含碳量超過(guò)4%、爐渣含碳量超過(guò)8%,在排 除設(shè)備狀態(tài)不佳及運(yùn)行人員操作失當(dāng)外，入爐煤的燃燒特性成為了

2、關(guān)注的焦點(diǎn)。本文通過(guò)分析燃煤在不同溫度下的燃燒動(dòng)力學(xué)特性，以找出可能存在不適宜煙煤鍋 爐燃燒的其他難燃煤種。2實(shí)驗(yàn)方法2.1試驗(yàn)儀器本次試驗(yàn)所采用儀器為梅特勒-托利多生產(chǎn)的TGA/DSC 1熱重/熱差/熱流分析儀。2.2溫度控制實(shí)驗(yàn)共分為4個(gè)溫控段升溫段1 40-105C升溫速率10C/min恒溫段1 105C 停留時(shí)間10min升溫段2 105-1050C 升溫速率10C/min恒溫段2 1050C 停留時(shí)間30min2.3其他參數(shù)控制反應(yīng)氣體為空氣流量40mL/min,保護(hù)氣體氮?dú)饬髁?0mL/min,恒溫水浴溫度22C, 反應(yīng)物的過(guò)篩細(xì)度：120140目。2.4熱分析補(bǔ)償模式：扣除空白反

3、應(yīng)曲線2.5試樣分別對(duì)電廠的三個(gè)煤場(chǎng)進(jìn)行了取樣，共形成5個(gè)樣品，實(shí)驗(yàn)室編號(hào)如下1號(hào)煤場(chǎng)原 煤樣、2號(hào)煤場(chǎng)原煤樣、3號(hào)煤場(chǎng)1號(hào)原煤樣、3號(hào)煤場(chǎng)2號(hào)原煤樣、3號(hào)煤場(chǎng)3號(hào)原煤 樣。通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行熱重分析得出其中的燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，以找出不適宜煙煤爐型 燃燒的其他煤種，為更好的比對(duì)原煤樣增加了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品 GBW11109d （煙煤）及 GBW11112e（無(wú)煙煤）其標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度如下表所示。表2-1標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度 標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度 編號(hào)全硫（%）灰分 （%）揮發(fā)份（%）熱值（MJ/k g）碳 （%）氫 （%）氮 （%）真相對(duì)密 度（20C）備注GBW11109d（煙3.5421.65

4、18.3427.0666.713.631.191.54煙煤煤）0.060.140.300.250.400.100.050.02GBW11112e（無(wú)2.6319.118.1527.8171.762.550.951.58無(wú)煙煙煤）0.070.140.360.160.580.270.040.02煤3煤樣的燃燒動(dòng)力學(xué)特性3.1動(dòng)力學(xué)參數(shù)3.1.1著火及燃盡溫度：采用TG-DTG法來(lái)確定著火溫度（圖3-1），即在DTG曲線上， 過(guò)峰A點(diǎn)作垂線與TG曲線交于B點(diǎn)，過(guò)B點(diǎn)作TG曲線的切線，該曲線與失重開始時(shí)的 平行基線的交點(diǎn)C所對(duì)應(yīng)的溫度定為著火溫度1。同時(shí)，將試樣失重占總失重99%時(shí)對(duì) 應(yīng)的溫度定為燃盡

5、溫度，各試樣的著火溫度及燃盡溫度見(jiàn)（表3-1）熱天平程序溫.度C圖3-1：著火溫度定義示意由表3-1中的煤樣化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)可看出3號(hào)煤場(chǎng)2號(hào)樣的著火溫度較標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)無(wú)煙煤高23.07C，燃盡溫度與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)僅相差4.22C，除此之外3號(hào)煤場(chǎng)3號(hào)樣著火、及 燃盡溫度值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)無(wú)煙煤更接近。表3-1煤樣動(dòng)力學(xué)參數(shù)表名稱著火溫度（C）燃盡溫度（C）最大燃燒速率 （mg min-1）最大失重速率 溫度（C）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW11109d（煙煤）470.44817.090.617610.08標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW1112e（無(wú)煙煤）540.01920.490.705648.281號(hào)煤場(chǎng)原煤樣480.12819.040

6、.693612.022號(hào)煤場(chǎng)原煤樣476.43828.570.738609.463號(hào)煤場(chǎng)1號(hào)原煤樣472.59859.490.680615.823號(hào)煤場(chǎng)2號(hào)原煤樣563.08916.270.687648.833號(hào)煤場(chǎng)3號(hào)原煤樣492.8893.130.647626.043.1.2最大燃燒速率及其對(duì)應(yīng)溫度最大燃燒速率（dw/dt）max定義為最大峰值所對(duì)應(yīng)的失重速率，其對(duì)應(yīng)的溫度為最 大失重速率的溫度tm（各試樣的最大燃燒速率及最大失重速率所對(duì)應(yīng)的溫度見(jiàn)表3-1。從上表中可得出最大失重速率點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)無(wú)煙煤的溫度高而煙煤的溫度低， 5個(gè)試樣中溫度的高低與著火點(diǎn)及燃盡點(diǎn)溫度所表述的燃燒動(dòng)力學(xué)特

7、性一致，隨著原煤 碳化程度的加深最大失重速率點(diǎn)出現(xiàn)的溫度推后。3.2試樣的TG及DSC曲線exo15. 05. 2013 17:08:57mg -4i：i !-3號(hào)煤場(chǎng)1號(hào)原煤樣1號(hào)煤場(chǎng)原煤樣2exo15. 05. 2013 17:08:57mg -4i：i !-3號(hào)煤場(chǎng)1號(hào)原煤樣1號(hào)煤場(chǎng)原煤樣2號(hào)媒場(chǎng)原煤樣3號(hào)煤場(chǎng)力號(hào)原煤樣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBWlllirSd煤樣060 S0 100粽準(zhǔn)物質(zhì)GBW11 L瞻攤煤樣？號(hào)煤部1號(hào)原煤樣3號(hào)煤場(chǎng)原煤樣Lab: METTLER圖3-1試樣的TG及DSC曲線STAR SW 9. 102號(hào)煤場(chǎng)原煤樣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW1111&無(wú)煙煤樣.3號(hào)煤場(chǎng)*號(hào)原煤樣15. 05

8、. 2013 17:08:57標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW11112e無(wú)煙煤樣*煤場(chǎng)2號(hào)原煤樣Lab： METTLERSTAR。 SW 9.10ezo15. 05. 2013 17:08:57標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW11112e無(wú)煙煤樣*煤場(chǎng)2號(hào)原煤樣Lab： METTLERSTAR。 SW 9.10ezomgminA-l3號(hào)煤場(chǎng)1號(hào)原煤樣2號(hào)煤場(chǎng)原煤樣3號(hào)煤場(chǎng)3號(hào)原煤樣1號(hào)煤場(chǎng)原煤樣900350100010501050 C/ %標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW11109d煤樣；.05150200250300350400450500550600650700750800850，M I f | I I，I | I I I f I 1 I

9、I | I 1 I 1 | I I I 1 f I I 1| I I I I I 1 I I f I I 1 I | I，f I | I I i | I 1 I 1 | I 1 I 1 | I I 1 I f I I，I | I 1 I 1 | I I I 1 | I I f | 芋 1, I 1 1 1 1 1520253035404550556065707580859095100105110115 min為了便于查看熱流曲線即DSC曲線，試樣均按照失重量相等進(jìn)行質(zhì)量秤取，從DSC曲線可看出，3號(hào)煤場(chǎng)1號(hào)原煤樣所呈現(xiàn)的趨勢(shì)更接近標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)煙煤；3號(hào)煤場(chǎng)2號(hào)原煤樣在整個(gè)燃燒過(guò)程所表現(xiàn)出來(lái)的燃燒特

10、性與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)無(wú)煙煤在趨勢(shì)上一致；3號(hào)煤場(chǎng)3號(hào)煤樣在840C以后即焦炭燃燒階段表現(xiàn)出介于煙煤與無(wú)煙煤之間的燃燒特性；1號(hào)及2號(hào)煤場(chǎng)原煤樣在300-600C區(qū)間表現(xiàn)出煙煤的燃燒特性，焦炭燃燒階段由于含碳量低，最大放熱峰較其他原煤樣提前。3.3試樣的DTG曲線圖3-2試樣的DTG曲線上圖中曲線越靠橫坐標(biāo)左端開始下降的曲線表明燃煤初始著火溫度較低，反應(yīng)活化 能也相應(yīng)較低，煤粉在鍋爐內(nèi)的燃燒也越提前；越靠橫坐標(biāo)右端開始下降的曲線表明燃 煤初始著火溫度較高，反應(yīng)活化能也相應(yīng)較高，煤粉在鍋爐內(nèi)的燃燒也越滯后。由此可 得出1號(hào)煤場(chǎng)原煤樣、2號(hào)煤場(chǎng)原煤樣、3號(hào)煤場(chǎng)1號(hào)原煤樣均表現(xiàn)為高揮發(fā)份煙煤燃 燒特征，3號(hào)煤

11、場(chǎng)2號(hào)原煤樣分析結(jié)果為無(wú)煙煤燃燒特征，3號(hào)煤場(chǎng)3號(hào)原煤樣分析結(jié) 果為煙煤中混入少量無(wú)煙煤的燃燒特征。4結(jié)論4.1無(wú)煙煤的燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)特征表現(xiàn)為：著火較為滯后、燃盡也滯后，焦炭的燃燒比 重相對(duì)較高，從煤場(chǎng)的三個(gè)位置分別取樣中，發(fā)現(xiàn)部分樣品存在無(wú)煙煤的燃燒化學(xué)動(dòng)力 學(xué)特征。4.2兩種煤混合后的活化能介于兩種單一煤質(zhì)之間，燃燒進(jìn)程是兩種單一煤種的混合， 整個(gè)進(jìn)程相互獨(dú)立又相互影響，易燃煤促進(jìn)難燃煤著火的同時(shí)又爭(zhēng)奪燃燒初期的氧，而 難燃煤由于焦炭燃燒過(guò)程相對(duì)緩慢且不能通過(guò)易燃煤增加其比表面積或孔隙率，因此后 期燃盡過(guò)程相對(duì)獨(dú)立遵從于焦炭的燃燒規(guī)律。故在煙煤鍋爐中摻入不定量的無(wú)煙煤，其 他燃燒條件不變的情況下，鍋爐飛灰及爐渣含碳量必然增加。4.3由于我國(guó)大部分電廠目前所使用的入廠煤結(jié)算體制化驗(yàn)指標(biāo)中最多采用的幾項(xiàng)指標(biāo) 分別是發(fā)熱量、硫分、水分、揮發(fā)份等。煤炭供應(yīng)商為了實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化，通常不考慮 電廠的實(shí)際情況，根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行煤種摻配，往往出現(xiàn)煙煤中混無(wú)煙煤混褐煤等煤種互混 情況，故電廠根據(jù)以上指標(biāo)收存的煤，應(yīng)用目前的結(jié)算體制不可能鑒別出具體的煤種， 且人為摻配煤種的方法，屬于事先未知，往往給運(yùn)行控制帶來(lái)很多的問(wèn)題，影響到鍋爐 的經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行。