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    各種因素對煤粉爐燃燒的影響

    2022-01-13

    各種因素對煤粉爐燃燒的影響


    現在煤粉鍋爐在熱力發電廠中應用廣泛,而影響煤粉爐燃燒的原因多種多樣,下面就從燃料、燃燒器、爐膛、鍋爐運行各方面淺談一下。

    一、 燃料:

    (一) 燃料品質:

    1、揮發分:揮發分是煤粉在加熱過程中有機質分解而析出的氣體物質。煤中揮發分含量對煤粉氣流著火過程影響很大,煤粉氣流著火溫度比對應的煤的高。干燥無灰基揮發分越高的煤,著火溫度越低,火焰傳播速度也越快。因此揮發分含量高的煤不僅容易著火,而且著火穩定性也越好。煤中除了揮發分和水分剩余的部分就是焦炭,包括固碳和灰分。煤粉燃燒的過程為:水分先析出,絕大部分揮發分析出,揮發分著火,引燃焦炭和剩余的揮發份。所以揮發分的燃燒對焦炭起加熱作用,從而為焦炭的燃燒創造有利條件,一般而言,揮發分越高的煤越容易燃盡,q4(固體未完全燃燒熱損失)少。隨著煤的碳化程度不同,揮發分的析出溫度也不同,揮發分的成分及含量也不同。揮發分的著火點低,容易燃燒。揮發分高的煤火焰傳播速度也越快,火焰也越長,因此一般情況氣體燃料和液體燃料比固體燃料的火焰傳播速度大。大部分揮發分的著火以及燃盡時間很短,約占整個燃燒時間的百分之十。對于多相燃燒,反應速度取決于燃料附近氧化劑的濃度和固相物質的表面積。

    2、水分:煤粉在加熱的過程中首先析出的是水分,水分分為外部水分和內部水分。水分的增加會影響發熱量,從而使爐內溫度降低影響燃料著火,增加排煙熱損失,加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰。水分的增加影響著火熱。水分多時加熱煤粉氣流的一部分熱用于水分的蒸發和過熱,使著火熱增加,推遲著火。但是煤粉內的水分蒸發后可使煤粉顆粒的表面積增大,從而  提高著火能力和燃燒速度?;痣姀S中大容量鍋爐為防止尾部受熱面低溫腐蝕,尾部煙氣的溫度都很高,煙氣中的水蒸氣常壓下不會凝結,汽化潛熱未能被利用,使鍋爐效率有所降低。水分還會影響火焰的傳播速度,水分含量大時,火焰的傳播速度變低。

    3、灰分:焦炭中不能燃燒的部分就是灰分。它可以使單位燃料的發熱量降低,還影響燃料的著火和燃盡,也會造成鍋爐受熱面積灰,結渣,磨損?;曳趾吭龃髸r,沒分的發熱量就會降低,燃煤量增加,灰分覆蓋在可燃物上減少與氧氣的接觸面積使著火比較困難,著火穩定性差,著火溫度高,影響火焰傳播速度。還會是燃燒不完全,增加固體未完全燃燒熱損失?;曳诌€會形成灰渣附著在水冷壁面,過熱器,再熱器,省煤器,空氣預熱器上,增大熱阻減少傳熱,浪費能量。

    4、發熱量:煤的發熱量是指單位質量的煤完全燃燒時放出的全部熱量。分為高位發熱量和低位發熱量。當發熱量中包括煤燃燒后所產生的水蒸氣凝結發出的汽化潛熱時,稱為高位發熱量。當不包括水蒸氣凝結產生的汽化潛熱時,稱為低位發熱量?,F在大型鍋爐的尾氣溫度一般大于120度,尾氣中的水蒸氣不會凝結,因此我國采用低位發熱量。高位發熱量可由氧彈式熱量計測量。發熱量大可以使煤的分解速度加快,迅速釋放出揮發分,有利于達到著火熱迅速達到著火溫度,并且穩定的燃燒。

    5、焦炭:煤失去水分和揮發分后剩余的就是焦炭,焦炭燃燒后的溫度高,可以迅速提高爐膛溫度。煤粉細度煤粉越細,其中的揮發分容易析出出來,可以迅速燃燒,也容易著盡,減少固體未完全燃燒損失,還會提高火焰傳播速度。

    6、煤粉分布:在爐膛內煤粉分布越均勻越容易燃燒。

    (二) 燃料種類:

    根據干燥無灰基中揮發分的不同,把煤分為褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤。

    1、褐煤:揮發分含量高一般大于37,容易著火,但是他的灰分和水分也較高,發熱量較低,灰熔點較低,容易自燃。

    2、煙煤:具有中等的煤化程度,揮發分也較高,水分和灰分較低,容易著火和著盡,發熱量較高。

    3、貧煤:揮發分高于無煙煤,著火燃盡特性也高于無煙煤,但燃燒特性較差。

    4、無煙煤:含碳量高,雜質少發熱量高,揮發份含量較低,難以點燃,燃燒特性差,火焰短,難燃盡。

    5、混煤:混煤是指的兩種或多種不同種類的煤混合在一起。它的著火溫度不是取決于平均揮發份的含量,而是偏高于相同揮發分的單一煤種。當混煤中的低熱值或低反映能力的煤含量大時會造成頻繁滅火。當燃燒性能相差很大的煤混合時,不但對燃燒性能影響很大,而且會影響燃燒效率。

       二、燃燒器:

    (一) 一次風:將煤粉送入爐膛,并供給煤粉燃燒階段揮發分燃燒所需的空氣。

     1、一次風量:當煤質一定時,一次風量影響煤粉氣流的著火速度和穩定性, 一次風量越大,煤粉氣流被加熱到著火所需的熱量就越多,著火速度越慢,著火推遲導致火焰在爐膛內的總行程縮短,使得有效燃燒時間縮短,導致燃燒不完全,效率低。一次風要保證揮發分燃燒所需的氧量,又要滿足輸送煤粉的需要。一次風量占總風量的比值稱為一次風率。隨著煤粉中揮發分含量的增加,一次風率也增加。

    2、一次風速:一次風速不但決定著燃燒的穩定性,還影響著一次風的剛度。一次風速過高會推遲著火,引起燃燒不穩定。當一次風速大于火焰傳播速度時,會吹滅火焰或者引起“脫火”。一次風速過小時,會影響燃燒的穩定性,還會容易結渣。

    3、一次風溫:提高一次風溫可以降低著火熱,是著火位置前提,還能使煤再低負荷的情況下穩定燃燒。提高一次風溫也是提高煤粉著火速度和著火穩定性的措施??梢蕴岣呷紵?,節省能源。一次風溫過低會導致爐膛出口溫度過高引起過熱器再熱器溫度太高。但是也不是一次風溫越高越好,因為當輸送揮發分高的煤粉時,一次風溫過高容易在輸送管道中引起自然或爆炸。

    (二) 二次風:二次風實在煤粉氣流燃燒后混入,供給煤中焦炭和剩余揮發燃燒所需的氧量。

    1、二次風量:二次風量過多會降低爐膛火焰的溫度;二次風量過少則會是燃燒不完全,固體不完全燃燒損失增多,浪費能源。

    2、二次風速:二次風必須有穿透火焰的能力,因為高溫火焰的粘度很大,因此二次風速應該很大,一般為一次風速的二倍多,以增強與焦炭粒子的充分混合。

    3、二次風溫:二次風溫越高越能強化燃燒,增強燃燒的穩定性,但是二次風溫受到尾部空氣預熱器面積的限制,傳熱面積越大金屬消耗越多,投資越多,而且不便布置。

    (三) 三次風:在中間倉儲式制粉系統中,細分分離器將細煤粉與輸送煤粉的空氣分離后形成乏汽。乏汽中帶有部分煤粉,送入爐膛形成三次風。三次風風溫低,水分大,煤粉細。三次風對燃燒有明顯的不利影響:(1)使火焰溫度降低,燃燒不穩定;(2)火焰拖長,爐膛出口煙溫升高,使過熱器再熱器溫度升高,氣溫調節幅度增大;(3)三次風高速射入,使火焰殘余旋轉增大,同時飛灰可燃物增加;(4)三次風量較大時,風速也增大,擾亂爐內正常的空氣流動,引起火焰貼墻結渣。

    (四)周界風:分布在一次風噴口外緣,有以下作用:(1)冷卻一次風噴口,防止噴口變形;(2)直流煤粉著火是從外緣開始,火焰外緣容易缺氧,起到補氧的作用,周界風量少時有利于穩定燃燒,周界風量大時相當于二次風過早的混入,不利于燃燒;(3)周界風的速度比煤粉氣流的速度高,能增加一次風的剛度,防止氣流偏斜,有利于煤粉完全燃燒;(4)周界風有利于卷吸高溫煙氣,有利于一次風二次風的混合,對于煤質差的煤應該減少周界風。

    (五)夾心風:(1)補充火焰中心的氧氣,降低著火區的溫度;(2)高速的夾心風增強一次風的強度,防止氣流偏斜,有利于燃燒充分;(3)使煤粉氣流擴散減少,對防止結渣有一定的作用;(4)可以作為變煤種,變負荷燃燒的調節手段之一。

    (六)配風方式:配風方式影響燃燒的穩定性和燃燒效率,還關系到結渣,火焰中心高度的變化,出口溫度的控制。主要有均等配風和一次風集中布置的分級燃燒。均等配風適用于含揮發分高容易燃燒的煤,一次風二次風噴口交叉排列,間距較小,一次風中煤粉燃燒后,能夠及時充分均勻的和二次風混合,不會使火焰根部因為缺乏空氣而燃燒不完全,或導致燃燒速度降低。一次風集中布置的燃燒器適用于揮發分含量低不容易燃燒的煤。幾個一次集中布置,遠離二次風口,先讓煤粉著火,待著火穩定后再與二次風混合,保證燃燒的穩定性。一次風集中布置保持比較高的煤粉濃度,減少著火熱,燃燒放熱比較集中,使著火區保持較高的溫度,有利于燃燒。煤粉氣流剛度增強,不偏斜貼墻,不易結渣。煤粉卷吸能力增強。但是一次風噴嘴附近形成高溫區,噴嘴易變性,使噴嘴附近氣流速度分布不均勻,容易出現煤粉與空氣的分層。此時為了冷卻一次風噴嘴,可以加裝周界風或夾心風。

    (七)燃燒器的結構形式:分為直流式和旋流式。

    1、四角切圓直流式燃燒器,四個燃燒器對稱的分布在爐膛同一個平面的四個角上,它們射出的氣流相切同一個或者兩個圓,增加擾動,增強燃燒。于卷吸作用高溫煙氣中的熱量源源不斷的傳給煤粉氣流,使之燃燒,首先從氣流的外緣開始著火,然后火焰迅速的向氣流的內部傳播,并達到穩定的狀態。四股氣流具有“自點燃”的作用,即煤粉氣流向火的一側受到上流火焰的直接撞擊而被點燃,背火的一側也卷吸爐墻處的煙氣。

    四角切圓燃燒器容易引起氣流偏斜,使火焰貼墻,容易結渣,還造成燃燒的不穩定。引起切圓的因素有:(1)鄰角氣流的撞擊;(2)受到兩側補氣的影響,形成氣壓差,向火的一側補氣充足,背火的一側補氣不足,迫使火焰向背火側偏斜,貼墻結渣;(3)燃燒器高寬比對彎曲變形影響較大;(4)當燃燒器多層布置時,受到其它層的影響。

    切圓直徑:切圓直徑過大上游火焰向下游的火焰根部靠近,著火條件較好,爐內氣流旋轉強烈,有利于燃盡,但是火焰貼墻容易結渣,火焰靠近噴口容易燒壞噴嘴,引起較大熱偏差,使爐膛出口溫度增大。切圓直徑過小會引起對角對角氣流的撞擊,火焰推遲,“自點燃”作用減弱,燃燒不穩定不充分,調節困難,爐膛出口煙溫過高。

    2、旋流燃燒器:旋流燃燒器由圓形噴口組成,燃燒器中裝有各種形式的旋流發生器,煤粉通過旋流器時,發生旋轉從噴口噴出形成旋轉射流,能夠形成有利于著火的高溫煙氣回流區,有利于著火。旋轉氣流有軸向速度和切向速度,旋轉氣流的強度主要表現在旋轉強度。

    3、旋流燃燒器一般布置在爐膛的后墻上,有的采用大風箱供風,有的采用分割風箱供風。煤粉氣流經過旋流器后形成旋轉氣流,射出噴口后在氣流中心形成回流區,叫做內回流區,卷吸爐內高溫煙氣加熱煤粉,并燃燒,火焰由內邊緣向外傳播,在旋轉氣流的外邊緣形成外回流區,也卷吸高溫空氣和煙氣。著火氣流與外圍送入的二次風也形成旋轉氣流,混合強烈。按照旋流器的結構可分為蝸殼式,可動葉輪式,可動葉片式。

    (八)單只燃燒器的功率:目前鍋爐趨向于采用多只小功率燃燒器共同組合。因為這樣可以提高調解的靈活性,避免水冷壁及燃燒器噴口結渣。采用大功率燃燒器有以下缺點:(1)爐膛受熱面局部溫度過高,易于結渣;(2)易于引起水冷壁傳熱惡化和直流鍋爐的水動力多值性;(3)切換或啟停燃燒器對爐內火焰的穩定性影響太大;(4)一二次風氣流太厚,不利于風粉混合;(5)燃燒調節不靈敏;(6)切換或啟停燃燒器對爐膛出口煙溫影響較大,影響過熱器的安全性和汽溫調節。

    三、爐膛:

    爐膛截面熱負荷QA:單位時間內單位爐膛截面上燃料燃燒放出的熱量。鍋爐容量增加時QA增加燃燒器區域壁面熱負荷QR:單位時間內燃燒器區域內的單位爐壁面積上燃料燃燒放出的熱量。QR值越大說明火焰越集中.爐膛容積熱負荷QV:單位時間內單位爐膛容積內燃料燃燒放出的熱量。取決于燃料的燃盡情況。當容量增大時QV呈下降趨勢。燃料在爐內的停留時間。爐膛中要維持微負壓,對鍋爐經濟運行作用很大,而且對運行調節十分有利。爐膛的形狀對燃燒有很大影響,要保持較好的充滿度,增加燃料在爐膛中的運動時間這樣可以時燃燒更完全,提高效率。

    四、運行:

    (一)鍋爐的負荷,一般情況下,鍋爐不是在額定功率下運行的。

    鍋爐低負荷運行時,爐內的溫度不高,煤粉的著火穩定性差,對于揮發分較低的煤以及顆粒較大的煤,容易在低溫煙氣中熄滅,這樣不但造成著火困難還會增加固體不完全熱損失。當低到一定程度時,需要投入易于燃燒的燃料,提高煤粉燃燒的穩定性。鍋爐在高負荷運行的情況下對煤粉的著火以及燃盡有利,但是會使爐內溫度很高,易于結渣,使換熱減少,煙氣溫度變高,效率也降低。

    (二)調節方式:在鍋爐運行過程中調節功率會改變爐內燃料燃燒的穩定性,造成傳熱的不穩定。經常頻繁的調節還會使爐內部件的壽命減少。

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