煤粉爐燃燒穩(wěn)定性的研究

朱德強

山東華魯恒升化工股份有限公司

煤粉爐燃燒穩(wěn)定性的研究

朱德強

山東華魯恒升化工股份有限公司

煤炭發(fā)電中最重要的設(shè)備是煤粉爐，整個電廠機組運行的安全、經(jīng)濟指標都在于煤粉爐的運行安全經(jīng)濟與否。而煤粉爐的運行安全問題很大程度上與煤粉爐內(nèi)部燃燒的穩(wěn)定與否有關(guān)。在大多數(shù)電廠中煤粉爐所燃燒的煤質(zhì)存在偏離設(shè)計煤種的問題，還有很大一部分火電廠為了賺取更多的利潤而燃用劣質(zhì)煤。這些原因造成了現(xiàn)在煤粉爐燃燒不穩(wěn)定，滅火次數(shù)變多，燃煤效率變低，從而對整個電廠運行的運行安全造成了很大的影響。加上現(xiàn)在調(diào)節(jié)用電峰谷時，需要整個機組頻繁的變化燃燒負荷，更難以判斷燃燒的穩(wěn)定性。

煤粉爐；燃燒；穩(wěn)定性

1 反映燃燒穩(wěn)定性的因素分析

1.1 爐膛壓力

煤粉爐內(nèi)部可以被當成一個封閉的區(qū)域，引送風機的開度而引發(fā)的充吸氣會讓爐膛壓力發(fā)生變化。拋開引送風機對爐膛壓力的影響不談，燃料燃燒對爐膛壓力的變化更為重要，此時，爐膛壓力的變化和燃燒穩(wěn)定性會產(chǎn)生有某種關(guān)系，先從煤質(zhì)入手開始研究。煤是由碳(C)，氫CH)﹑氧(0)﹑氮(N)﹑硫(S)這五種成分所組成，通常也用灰分(A)﹑水分(W)來表示，煤在跟隨一次風送入爐膛之后與空氣里的02發(fā)生反應(yīng)，為：C+02=CO2(充分燃燒時)；2C+02=2C0(未充分燃燒時)；2H2+02=2H20；S+02=2S02；N+O2=NO2。從式子可以看出，在反應(yīng)的過程中，除了生成C02與SO2時反應(yīng)前與反應(yīng)后的總體積不變以外，其他的方程式中的總體積都會發(fā)生改變，加上所包含的液體水蒸發(fā)成水蒸氣，總體積又要發(fā)生膨脹。對于一個封閉的爐膛，在內(nèi)部氣體體積膨脹的時候，一定會在爐膛側(cè)壁產(chǎn)生壓力。若是不去調(diào)整引送風機的擋板開度，整個燃燒的狀態(tài)便不是一個固定壓力大小的過程。爐膛壓力不穩(wěn)定造成燃燒火焰搖擺，火焰搖擺又對周圍氣壓產(chǎn)生影響形成一個類似自激振蕩的過程。然而，除了上述的可以引起爐膛內(nèi)部壓力波動變化的原因以外，還有許多其他的因素：

1)由于火焰燃燒強弱的變化，燃料﹑風量和爐膛周圍氣壓的脈動會被風道阻力的變化所影響。2)在燃燒的過程中，湍流的強度會隨著燃燒變得越來越強，這也使爐膛壓力產(chǎn)生脈動信號。3)爐膛內(nèi)部燃燒所產(chǎn)生的煙氣，也會使爐膛壓力產(chǎn)生脈動信號。4)在燃燒過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生大量高溫的結(jié)渣。結(jié)渣在掉入下方的渣池，會使池中的水迅速汽化，導(dǎo)致了爐膛壓力的波動。5)在燃燒過程中，除了結(jié)渣以外，也會產(chǎn)生大量的結(jié)焦。當燃燒器附近的結(jié)焦掉落時，燃燒器所射出的煤粉量增大，燃燒將會變的更加劇烈，使爐膛壓力波動變大。

1.2 火檢信號

火焰燃燒的過程中，不僅會產(chǎn)生輻射，還會產(chǎn)生某些頻率的閃爍。在燃料燃燒的過程中，一次風帶出的煤粉與空氣在噴嘴附近混合，過程中會存在一些不平衡，這樣會使燃燒的輻射值在平均值上下浮動。平均值另一個名字叫做穩(wěn)態(tài)分量，它由周圍的光亮﹑火焰燃燒大小以及燃料燃燒時的揮發(fā)分所決定。而閃爍產(chǎn)生的原因是由于煤粉在燃燒過程中的光學反應(yīng)，所以火焰的輻射在強度上可以表征為亮度變化?，F(xiàn)代火焰監(jiān)測器的鑒別原理是建立在火焰亮度信號與火焰閃爍頻率兩個參量之上的，其把火焰輻射的能量分別分成了交流分量(閃爍頻率分量)與直流分量(火焰亮度分量)，并同時對這兩個參數(shù)進行判斷監(jiān)測，從而區(qū)分燃燒器的火焰和其背景的輻射量，有很高的可靠性。雙信號檢測裝置可以把視覺信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，來起到滅火保護的作用。

2 確保煤粉爐燃燒穩(wěn)定性的對策

2.1 加強煤質(zhì)的調(diào)整

實際燃用煤種的水分比設(shè)計煤種略小，對煤粉氣流的著火熱影響不大，屬于有利的因素。而灰分比設(shè)計煤種高，揮發(fā)分比設(shè)計煤種低，這兩點對煤粉氣流穩(wěn)定著火和燃燒是非常不利的，特別是實際燃用煤種的揮發(fā)分比設(shè)計值小得多，而揮發(fā)分對煤粉的著火和穩(wěn)燃的影響又最為顯著。因此，在改燒實際燃用煤種時，如果不做合理的調(diào)整勢必會造成燃燒不穩(wěn)定和燃不燼的問題。在實際運行中應(yīng)通過對運行工況的調(diào)整來抵消其不利影響。

2.2 降低一次風率和增加煤粉濃度

根據(jù)鍋爐負荷和制粉系統(tǒng)承擔出力的不同，原則上運行中要盡量減少磨煤機運行的臺數(shù)。并且根據(jù)實際運行情況制定出如下規(guī)程：當機組負荷超過500MW時，如果總煤量不超過320t/h時，應(yīng)保持5臺磨煤機運行；當斷煤發(fā)生時，應(yīng)優(yōu)先加大其他磨煤機的出力，難以維持時可以再啟動1臺磨煤機運行。負荷低于500MW采用4臺磨煤機運行。當采用這一方案運行，機組負荷500MW時，一次風率由原來6臺磨運行的29.1%降低到5臺磨運行的24.1%左右，改善了煤粉氣流的著火和穩(wěn)燃特性。降低一次風率的同時還起到了提高煤粉濃度的效果。

2.3 提高磨煤機出口溫度

在保證安全運行的原則下，一般規(guī)程對煙煤的磨煤機出口溫度推薦值為70～80℃，本文綜合考慮煤質(zhì)及設(shè)備的具體清況后，將磨煤機入口溫度從200℃提高到260℃，磨煤機的出口溫度從80℃提高到85℃，部分工況甚至達到90℃。這不僅改善了煤粉氣流著火的穩(wěn)定性，而且由于磨煤機內(nèi)的平均溫度升高，原煤的破損特性增強，因而磨煤機的制粉能耗降低。試驗發(fā)現(xiàn)調(diào)整后在磨煤機出力為60dh時，磨煤電流比調(diào)整前約降低SA，提高了制粉系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

提高磨煤機出口溫度的另一個作用就是降低了磨煤機冷風的使用量。磨煤機出口溫度主要受進入磨煤機冷風和熱風比例影響，要提高磨煤機的出口溫度，就要加大進入磨煤機熱風的比例，減少冷風的比例。減少進入爐膛的冷風量，不僅可以提高燃燒區(qū)的平均溫度，還可以降低爐膛火焰中心，對強化和改善燃燒區(qū)煤粉氣流的著火和穩(wěn)燃非常有利。

結(jié)語

電力是人類生活不可缺少的能源，雖然這些年新能源發(fā)電的發(fā)展迅速，但煤炭發(fā)電仍占總體發(fā)電量的絕大部分。煤粉爐是煤炭發(fā)電中至關(guān)重要的一個設(shè)備，煤粉爐的燃燒穩(wěn)定性直接關(guān)系著火電廠燃燒的安全與經(jīng)濟性。因此本文主要就對影響因素以及對策進行了分析。

[1]王俊.無煙煤粉循環(huán)流化床預(yù)熱燃燒和NO_x生成試驗研究[D].中國科學院研究生院(工程熱物理研究所)，2011.

[2]王月龍.燃氣發(fā)電機組燃燒穩(wěn)定性分析[D].華北電力大學(北京)，2016.