火力發(fā)電廠強(qiáng)化煤粉著火燃燒探討與應(yīng)用

張連偉

（華電能源牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

目前，我國電廠鍋爐的燃料主要是煤，只有很少的鍋爐采用油或氣作為燃料。我國煤炭儲(chǔ)量十分豐富，在煤炭的組成中，劣質(zhì)煤所占的比例不小，根據(jù)我國的燃料政策，電站鍋爐主要燃用劣質(zhì)煤。運(yùn)行表明，鍋爐燃用劣質(zhì)煤時(shí)，著火延遲、燃燒不穩(wěn)、受熱面結(jié)渣、腐蝕和磨損嚴(yán)重，鍋爐熱效率和出力降低。因此，需要對影響煤粉氣流的著火因素、強(qiáng)化煤粉氣流著火燃燒的各種措施以及煤粉氣流燃燒的調(diào)節(jié)進(jìn)行探討分析。

1 煤粉氣流的燃燒

在鍋爐運(yùn)行技術(shù)中，對于煤粉氣流的燃燒，要盡可能使燃料在爐內(nèi)迅速而又良好的燃燒，以求將其化學(xué)能最快而又最大限度地轉(zhuǎn)化為熱能。煤粉氣流的燃燒分3個(gè)階段：

1.1 著火前的準(zhǔn)備階段

煤粉進(jìn)入爐膛至著火前的這一階段為著火前的準(zhǔn)備階段，在這個(gè)階段中煤粉中的水分要蒸發(fā)，揮發(fā)分要析出，煤粉的溫度也要升高至著火溫度。

1.2 燃燒階段

當(dāng)煤粉溫度升高至著火溫度，且煤粉濃度又合適時(shí)，煤粉就開始著火燃燒，進(jìn)入燃燒階段。首先揮發(fā)分著火燃燒，放出熱量并加熱焦炭粒，使焦炭溫度迅速升高并燃燒。

1.3 燃盡階段

這個(gè)階段是燃燒的繼續(xù)。一些內(nèi)部未燃盡的、被灰包圍的碳粒在此階段繼續(xù)燃燒直至燃盡，焦炭粒燃盡所需的時(shí)間取決于燃燒室中的溫度、氣流中含氧濃度以及顆粒尺寸等。

2 煤粉氣流的著火

煤粉空氣混合物經(jīng)由燃燒器進(jìn)入爐膛后，通過穩(wěn)流擴(kuò)散的外回流以及旋轉(zhuǎn)射流或鈍體燃燒器產(chǎn)生的內(nèi)回流，卷吸周圍的高溫?zé)煔?，促使煤粉氣流與熾熱煙氣產(chǎn)生強(qiáng)烈混合。著火過遲還會(huì)導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)，鍋爐易滅火。煤粉氣流著火后就開始強(qiáng)烈燃燒，著火之前是吸熱過程，需要從周圍介質(zhì)吸收一定的熱量來提高煤粉氣流的溫度，著火以后是放熱過程。此外，爐內(nèi)著火情況還與煤粉細(xì)度、燃燒器的結(jié)構(gòu)、流動(dòng)工況、鍋爐負(fù)荷以及爐膛的散熱情況等有關(guān)。

3 影響煤粉氣流著火的因素

3.1 燃料的性質(zhì)

燃料性質(zhì)中對著火過程影響最大的是揮發(fā)分，揮發(fā)分降低時(shí)，煤粉氣流的著火溫度顯著升高，著火熱也隨之增大，就是說必須把煤粉氣流加熱到更高的溫度才能著火。因此，低揮發(fā)分的煤著火要困難些，達(dá)到著火所需的時(shí)間也長些，著火點(diǎn)離開燃燒器噴口的距離自然也長些。

3.2 爐內(nèi)散熱條件

實(shí)踐中為了穩(wěn)定低揮發(fā)分無煙煤的著火，除了采用熱風(fēng)送粉和把煤粉磨得更細(xì)些外，還在燃燒器區(qū)域用鉻礦砂等耐火涂料將部分水冷壁遮蓋起來構(gòu)成衛(wèi)燃帶，即燃燒帶。其目的是減少水冷壁吸熱量，提高燃燒器區(qū)域煙氣的溫度水平，以改善煤粉氣流的著火條件。實(shí)踐表明，敷設(shè)衛(wèi)燃帶是穩(wěn)定低揮發(fā)分煤粉著火的有效措施，但衛(wèi)燃帶又往往是結(jié)渣的發(fā)源地。所以目前多在燃用無煙煤時(shí)才敷設(shè)，通常布置在直流煤粉燃燒器兩側(cè)的水冷壁上。

3.3 煤粉氣流的初溫

煤粉氣流初溫越低，達(dá)到著火時(shí)所需的著火熱越大，反之則降低。采用高溫預(yù)熱空氣作為一次風(fēng)來送粉，有效地提高了煤粉氣流的初溫，從而減少了把煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱，加快了著火。因此在燃用無煙煤、劣質(zhì)煤和某些貧煤時(shí)廣泛采用熱風(fēng)送粉。

由上述分析可知，組織強(qiáng)烈的煙氣回流，和燃燒器出口附近煤粉一次風(fēng)氣流與熱煙氣的強(qiáng)烈混合，是保證供給著火熱量和穩(wěn)定著火過程的首要條件；提高煤粉氣流初溫，采用適當(dāng)?shù)囊淮物L(fēng)量和風(fēng)速是降低著火熱的有效措施；提高煤粉細(xì)度和敷設(shè)衛(wèi)燃帶是燃用無煙煤時(shí)穩(wěn)定著火的常用方法。

3.4 煤粉氣流著火燃燒措施的強(qiáng)化

著火是整個(gè)燃燒過程的關(guān)鍵，要是燃燒能在較短的時(shí)間內(nèi)完成，必須強(qiáng)化著火過程，保證著火過程能夠穩(wěn)定而迅速地進(jìn)行。

3.4.1 煙氣回流

用回流熱煙氣加熱一次風(fēng)粉混合物，升高混合物的初始溫度，促使著火提早，同時(shí)混合物的質(zhì)量增加、氧濃度下降。在上述因素共同作用下，起初在回流量增大到某一定值前，煙氣回流起強(qiáng)化著火作用。若繼續(xù)增大回流量，惰性氣體使混合物濃度減少、氣體溫度升高較慢、氣體溫度水平下降、著火延遲、燃盡度降低。這表明，對于煤粉的著火與燃盡有一個(gè)最佳回流量。

3.4.2 提高煤粉濃度和煤粉細(xì)度

減少一次風(fēng)率，提高煤粉濃度可使著火熱減少。提高揮發(fā)分容積濃度，由于增加了火焰黑度和輻射吸熱量，使火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣撸商嵩缰?。但是，煤粉濃度不是越高越好，如果煤粉濃度過高，則因氧氣不足而影響揮發(fā)分燃盡，產(chǎn)生煤煙，而且還會(huì)影響顆粒溫度的提高，使著火延遲。因此必須有一個(gè)使著火距離最短的最佳煤粉濃度值，該值大小與煤種有關(guān)。低揮發(fā)分煤的最佳煤粉濃度值比高揮發(fā)分煤高，提高煤粉濃度的方法對于點(diǎn)火、低負(fù)荷和正常負(fù)荷都適用。

3.4.3 提高煤粉氣流初溫

提高煤粉氣流初溫，可直接提高爐內(nèi)溫度水平，減少煤粉氣流著火熱，使著火提早，這可以通過提高熱風(fēng)溫度或預(yù)熱煤粉來實(shí)現(xiàn)。若提高熱風(fēng)溫度，則爐內(nèi)煙溫很快升高，煤粉著火提早。預(yù)熱煤粉氣流，要防止煤粉氣流在煤粉管道內(nèi)自燃，宜在與爐膛相連的預(yù)熱裝置內(nèi)加熱，加熱介質(zhì)為高溫?zé)煔夂透邷卣羝?，或空氣和煙氣的混合物?/p>

4 煤粉氣流燃燒的調(diào)整

鍋爐燃燒工況的好壞，無論是對鍋爐機(jī)組還是對整個(gè)發(fā)電廠運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)都有著極大的影響。安全方面，燃燒過程是否穩(wěn)定直接關(guān)系到鍋爐運(yùn)行的可靠性，燃燒調(diào)整適當(dāng)是達(dá)到安全可靠性的必要條件；經(jīng)濟(jì)方面，鍋爐燃燒的好壞直接影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，無論是在正常穩(wěn)定的工況還是在變工況、燃燒調(diào)整得當(dāng)都可以減少鍋爐各項(xiàng)熱損失，提高鍋爐燃燒效率。

4.1 燃料量的調(diào)整

燃料量的調(diào)整是燃燒調(diào)節(jié)的重要一環(huán)，不同的燃燒設(shè)備和燃料種類，燃料量的調(diào)整方法也不同。對于中間倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，其特點(diǎn)之一是制粉系統(tǒng)運(yùn)行工況變化與鍋爐負(fù)荷并不存在直接的關(guān)系。當(dāng)鍋爐出力發(fā)生變化時(shí)，需要調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量，它通過投停噴燃器只數(shù)或改變給粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)給粉機(jī)下檔板開度來實(shí)現(xiàn)。對于噴燃器布置在側(cè)墻的鍋爐，可先增加中間位置的噴燃器來粉；對四角布置的噴燃器鍋爐需要相對稱地增加給粉機(jī)轉(zhuǎn)速。用投入或停止噴燃器運(yùn)行的方法進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需考慮對氣溫的影響。

4.2 鍋爐風(fēng)量的調(diào)整

當(dāng)外界負(fù)荷發(fā)生變化，需調(diào)節(jié)鍋爐出力時(shí)，隨著燃料量的改變，鍋爐的風(fēng)量也需要作相應(yīng)的調(diào)整。風(fēng)量過大或過小都會(huì)給鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來不良影響。鍋爐的風(fēng)量控制是通過送風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)向擋板調(diào)整的，經(jīng)調(diào)節(jié)后送風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)量，經(jīng)過一、二次風(fēng)的配合調(diào)節(jié)才能更好地滿足燃燒的需要。

4.3 噴燃器出口風(fēng)速及風(fēng)率的調(diào)節(jié)

出口一、二、三次風(fēng)的出口速度和風(fēng)率是建立正常的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場和穩(wěn)定燃燒的必要條件。對于單蝸殼噴燃器一次風(fēng)率的調(diào)節(jié)如有中心錐結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)中心錐的位置；對于雙蝸殼噴燃器的一次風(fēng)率只能依靠改變一次風(fēng)量來調(diào)節(jié)。當(dāng)一次風(fēng)量增加時(shí)，其風(fēng)量和風(fēng)速成比例增加。

4.4 爐膛負(fù)壓的控制和引風(fēng)的調(diào)節(jié)

爐膛風(fēng)壓是反映燃燒工況是否穩(wěn)定和判斷事故的重要參數(shù)。爐膛負(fù)壓過大，會(huì)增加爐膛和煙道的漏風(fēng)，引起燃燒惡化并可能導(dǎo)致滅火。反之，若爐膛風(fēng)壓變正，則高溫火焰及煙灰就要向外冒，影響衛(wèi)生，燒壞設(shè)備，還會(huì)造成人身事故。實(shí)踐表明，當(dāng)鍋爐燃燒系統(tǒng)發(fā)生異常情況或故障時(shí)，最先反映出來的就是爐膛風(fēng)壓的變化。所以鍋爐運(yùn)行中必須監(jiān)視好爐膛負(fù)壓的變化，并按照不同的變化情況作出正確判斷，據(jù)此進(jìn)行及時(shí)必要的調(diào)整。