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各种因素对煤粉炉燃烧的影响

2022-01-13

各种因素对煤粉炉燃烧的影响


现在煤粉锅炉在热力发电厂中应用广泛,而影响煤粉炉燃烧的原因多种多样,下面就从燃料、燃烧器、炉膛、锅炉运行各方面浅谈一下。

一、 燃料:

(一) 燃料品质:

1、挥发分:挥发分是煤粉在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。煤中挥发分含量对煤粉气流着火过程影响很大,煤粉气流着火温度比对应的煤的高。干燥无灰基挥发分越高的煤,着火温度越低,火焰传播速度也越快。因此挥发分含量高的煤不仅容易着火,而且着火稳定性也越好。煤中除了挥发分和水分剩余的部分就是焦炭,包括固碳和灰分。煤粉燃烧的过程为:水分先析出,绝大部分挥发分析出,挥发分着火,引燃焦炭和剩余的挥发份。所以挥发分的燃烧对焦炭起加热作用,从而为焦炭的燃烧创造有利条件,一般而言,挥发分越高的煤越容易燃尽,q4(固体未完全燃烧热损失)少。随着煤的碳化程度不同,挥发分的析出温度也不同,挥发分的成分及含量也不同。挥发分的着火点低,容易燃烧。挥发分高的煤火焰传播速度也越快,火焰也越长,因此一般情况气体燃料和液体燃料比固体燃料的火焰传播速度大。大部分挥发分的着火以及燃尽时间很短,约占整个燃烧时间的百分之十。对于多相燃烧,反应速度取决于燃料附近氧化剂的浓度和固相物质的表面积。

2、水分:煤粉在加热的过程中首先析出的是水分,水分分为外部水分和内部水分。水分的增加会影响发热量,从而使炉内温度降低影响燃料着火,增加排烟热损失,加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。水分的增加影响着火热。水分多时加热煤粉气流的一部分热用于水分的蒸发和过热,使着火热增加,推迟着火。但是煤粉内的水分蒸发后可使煤粉颗粒的表面积增大,从而  提高着火能力和燃烧速度。火电厂中大容量锅炉为防止尾部受热面低温腐蚀,尾部烟气的温度都很高,烟气中的水蒸气常压下不会凝结,汽化潜热未能被利用,使锅炉效率有所降低。水分还会影响火焰的传播速度,水分含量大时,火焰的传播速度变低。

3、灰分:焦炭中不能燃烧的部分就是灰分。它可以使单位燃料的发热量降低,还影响燃料的着火和燃尽,也会造成锅炉受热面积灰,结渣,磨损。灰分含量增大时,没分的发热量就会降低,燃煤量增加,灰分覆盖在可燃物上减少与氧气的接触面积使着火比较困难,着火稳定性差,着火温度高,影响火焰传播速度。还会是燃烧不完全,增加固体未完全燃烧热损失。灰分还会形成灰渣附着在水冷壁面,过热器,再热器,省煤器,空气预热器上,增大热阻减少传热,浪费能量。

4、发热量:煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。分为高位发热量和低位发热量。当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸气凝结发出的汽化潜热时,称为高位发热量。当不包括水蒸气凝结产生的汽化潜热时,称为低位发热量。现在大型锅炉的尾气温度一般大于120度,尾气中的水蒸气不会凝结,因此我国采用低位发热量。高位发热量可由氧弹式热量计测量。发热量大可以使煤的分解速度加快,迅速释放出挥发分,有利于达到着火热迅速达到着火温度,并且稳定的燃烧。

5、焦炭:煤失去水分和挥发分后剩余的就是焦炭,焦炭燃烧后的温度高,可以迅速提高炉膛温度。煤粉细度煤粉越细,其中的挥发分容易析出出来,可以迅速燃烧,也容易着尽,减少固体未完全燃烧损失,还会提高火焰传播速度。

6、煤粉分布:在炉膛内煤粉分布越均匀越容易燃烧。

(二) 燃料种类:

根据干燥无灰基中挥发分的不同,把煤分为褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤。

1、褐煤:挥发分含量高一般大于37,容易着火,但是他的灰分和水分也较高,发热量较低,灰熔点较低,容易自燃。

2、烟煤:具有中等的煤化程度,挥发分也较高,水分和灰分较低,容易着火和着尽,发热量较高。

3、贫煤:挥发分高于无烟煤,着火燃尽特性也高于无烟煤,但燃烧特性较差。

4、无烟煤:含碳量高,杂质少发热量高,挥发份含量较低,难以点燃,燃烧特性差,火焰短,难燃尽。

5、混煤:混煤是指的两种或多种不同种类的煤混合在一起。它的着火温度不是取决于平均挥发份的含量,而是偏高于相同挥发分的单一煤种。当混煤中的低热值或低反映能力的煤含量大时会造成频繁灭火。当燃烧性能相差很大的煤混合时,不但对燃烧性能影响很大,而且会影响燃烧效率。

   二、燃烧器:

(一) 一次风:将煤粉送入炉膛,并供给煤粉燃烧阶段挥发分燃烧所需的空气。

 1、一次风量:当煤质一定时,一次风量影响煤粉气流的着火速度和稳定性, 一次风量越大,煤粉气流被加热到着火所需的热量就越多,着火速度越慢,着火推迟导致火焰在炉膛内的总行程缩短,使得有效燃烧时间缩短,导致燃烧不完全,效率低。一次风要保证挥发分燃烧所需的氧量,又要满足输送煤粉的需要。一次风量占总风量的比值称为一次风率。随着煤粉中挥发分含量的增加,一次风率也增加。

2、一次风速:一次风速不但决定着燃烧的稳定性,还影响着一次风的刚度。一次风速过高会推迟着火,引起燃烧不稳定。当一次风速大于火焰传播速度时,会吹灭火焰或者引起“脱火”。一次风速过小时,会影响燃烧的稳定性,还会容易结渣。

3、一次风温:提高一次风温可以降低着火热,是着火位置前提,还能使煤再低负荷的情况下稳定燃烧。提高一次风温也是提高煤粉着火速度和着火稳定性的措施。可以提高燃烧效率,节省能源。一次风温过低会导致炉膛出口温度过高引起过热器再热器温度太高。但是也不是一次风温越高越好,因为当输送挥发分高的煤粉时,一次风温过高容易在输送管道中引起自然或爆炸。

(二) 二次风:二次风实在煤粉气流燃烧后混入,供给煤中焦炭和剩余挥发燃烧所需的氧量。

1、二次风量:二次风量过多会降低炉膛火焰的温度;二次风量过少则会是燃烧不完全,固体不完全燃烧损失增多,浪费能源。

2、二次风速:二次风必须有穿透火焰的能力,因为高温火焰的粘度很大,因此二次风速应该很大,一般为一次风速的二倍多,以增强与焦炭粒子的充分混合。

3、二次风温:二次风温越高越能强化燃烧,增强燃烧的稳定性,但是二次风温受到尾部空气预热器面积的限制,传热面积越大金属消耗越多,投资越多,而且不便布置。

(三) 三次风:在中间仓储式制粉系统中,细分分离器将细煤粉与输送煤粉的空气分离后形成乏汽。乏汽中带有部分煤粉,送入炉膛形成三次风。三次风风温低,水分大,煤粉细。三次风对燃烧有明显的不利影响:(1)使火焰温度降低,燃烧不稳定;(2)火焰拖长,炉膛出口烟温升高,使过热器再热器温度升高,气温调节幅度增大;(3)三次风高速射入,使火焰残余旋转增大,同时飞灰可燃物增加;(4)三次风量较大时,风速也增大,扰乱炉内正常的空气流动,引起火焰贴墙结渣。

(四)周界风:分布在一次风喷口外缘,有以下作用:(1)冷却一次风喷口,防止喷口变形;(2)直流煤粉着火是从外缘开始,火焰外缘容易缺氧,起到补氧的作用,周界风量少时有利于稳定燃烧,周界风量大时相当于二次风过早的混入,不利于燃烧;(3)周界风的速度比煤粉气流的速度高,能增加一次风的刚度,防止气流偏斜,有利于煤粉完全燃烧;(4)周界风有利于卷吸高温烟气,有利于一次风二次风的混合,对于煤质差的煤应该减少周界风。

(五)夹心风:(1)补充火焰中心的氧气,降低着火区的温度;(2)高速的夹心风增强一次风的强度,防止气流偏斜,有利于燃烧充分;(3)使煤粉气流扩散减少,对防止结渣有一定的作用;(4)可以作为变煤种,变负荷燃烧的调节手段之一。

(六)配风方式:配风方式影响燃烧的稳定性和燃烧效率,还关系到结渣,火焰中心高度的变化,出口温度的控制。主要有均等配风和一次风集中布置的分级燃烧。均等配风适用于含挥发分高容易燃烧的煤,一次风二次风喷口交叉排列,间距较小,一次风中煤粉燃烧后,能够及时充分均匀的和二次风混合,不会使火焰根部因为缺乏空气而燃烧不完全,或导致燃烧速度降低。一次风集中布置的燃烧器适用于挥发分含量低不容易燃烧的煤。几个一次集中布置,远离二次风口,先让煤粉着火,待着火稳定后再与二次风混合,保证燃烧的稳定性。一次风集中布置保持比较高的煤粉浓度,减少着火热,燃烧放热比较集中,使着火区保持较高的温度,有利于燃烧。煤粉气流刚度增强,不偏斜贴墙,不易结渣。煤粉卷吸能力增强。但是一次风喷嘴附近形成高温区,喷嘴易变性,使喷嘴附近气流速度分布不均匀,容易出现煤粉与空气的分层。此时为了冷却一次风喷嘴,可以加装周界风或夹心风。

(七)燃烧器的结构形式:分为直流式和旋流式。

1、四角切圆直流式燃烧器,四个燃烧器对称的分布在炉膛同一个平面的四个角上,它们射出的气流相切同一个或者两个圆,增加扰动,增强燃烧。于卷吸作用高温烟气中的热量源源不断的传给煤粉气流,使之燃烧,首先从气流的外缘开始着火,然后火焰迅速的向气流的内部传播,并达到稳定的状态。四股气流具有“自点燃”的作用,即煤粉气流向火的一侧受到上流火焰的直接撞击而被点燃,背火的一侧也卷吸炉墙处的烟气。

四角切圆燃烧器容易引起气流偏斜,使火焰贴墙,容易结渣,还造成燃烧的不稳定。引起切圆的因素有:(1)邻角气流的撞击;(2)受到两侧补气的影响,形成气压差,向火的一侧补气充足,背火的一侧补气不足,迫使火焰向背火侧偏斜,贴墙结渣;(3)燃烧器高宽比对弯曲变形影响较大;(4)当燃烧器多层布置时,受到其它层的影响。

切圆直径:切圆直径过大上游火焰向下游的火焰根部靠近,着火条件较好,炉内气流旋转强烈,有利于燃尽,但是火焰贴墙容易结渣,火焰靠近喷口容易烧坏喷嘴,引起较大热偏差,使炉膛出口温度增大。切圆直径过小会引起对角对角气流的撞击,火焰推迟,“自点燃”作用减弱,燃烧不稳定不充分,调节困难,炉膛出口烟温过高。

2、旋流燃烧器:旋流燃烧器由圆形喷口组成,燃烧器中装有各种形式的旋流发生器,煤粉通过旋流器时,发生旋转从喷口喷出形成旋转射流,能够形成有利于着火的高温烟气回流区,有利于着火。旋转气流有轴向速度和切向速度,旋转气流的强度主要表现在旋转强度。

3、旋流燃烧器一般布置在炉膛的后墙上,有的采用大风箱供风,有的采用分割风箱供风。煤粉气流经过旋流器后形成旋转气流,射出喷口后在气流中心形成回流区,叫做内回流区,卷吸炉内高温烟气加热煤粉,并燃烧,火焰由内边缘向外传播,在旋转气流的外边缘形成外回流区,也卷吸高温空气和烟气。着火气流与外围送入的二次风也形成旋转气流,混合强烈。按照旋流器的结构可分为蜗壳式,可动叶轮式,可动叶片式。

(八)单只燃烧器的功率:目前锅炉趋向于采用多只小功率燃烧器共同组合。因为这样可以提高调解的灵活性,避免水冷壁及燃烧器喷口结渣。采用大功率燃烧器有以下缺点:(1)炉膛受热面局部温度过高,易于结渣;(2)易于引起水冷壁传热恶化和直流锅炉的水动力多值性;(3)切换或启停燃烧器对炉内火焰的稳定性影响太大;(4)一二次风气流太厚,不利于风粉混合;(5)燃烧调节不灵敏;(6)切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温影响较大,影响过热器的安全性和汽温调节。

三、炉膛:

炉膛截面热负荷QA:单位时间内单位炉膛截面上燃料燃烧放出的热量。锅炉容量增加时QA增加燃烧器区域壁面热负荷QR:单位时间内燃烧器区域内的单位炉壁面积上燃料燃烧放出的热量。QR值越大说明火焰越集中.炉膛容积热负荷QV:单位时间内单位炉膛容积内燃料燃烧放出的热量。取决于燃料的燃尽情况。当容量增大时QV呈下降趋势。燃料在炉内的停留时间。炉膛中要维持微负压,对锅炉经济运行作用很大,而且对运行调节十分有利。炉膛的形状对燃烧有很大影响,要保持较好的充满度,增加燃料在炉膛中的运动时间这样可以时燃烧更完全,提高效率。

四、运行:

(一)锅炉的负荷,一般情况下,锅炉不是在额定功率下运行的。

锅炉低负荷运行时,炉内的温度不高,煤粉的着火稳定性差,对于挥发分较低的煤以及颗粒较大的煤,容易在低温烟气中熄灭,这样不但造成着火困难还会增加固体不完全热损失。当低到一定程度时,需要投入易于燃烧的燃料,提高煤粉燃烧的稳定性。锅炉在高负荷运行的情况下对煤粉的着火以及燃尽有利,但是会使炉内温度很高,易于结渣,使换热减少,烟气温度变高,效率也降低。

(二)调节方式:在锅炉运行过程中调节功率会改变炉内燃料燃烧的稳定性,造成传热的不稳定。经常频繁的调节还会使炉内部件的寿命减少。

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