影響鍋爐燃燒因素

張開宇

摘 要：新鄉(xiāng)公司現(xiàn)有裝機(jī)容量2×660MW，鍋爐設(shè)計(jì)煤種為長(zhǎng)治三元礦校核煤種為鶴壁十礦。受多種因素影響，#1、#2爐燃煤直接燃用設(shè)計(jì)煤種可能性較小，鍋爐燃用摻配煤勢(shì)在必行。文中介紹了煤種不同成分對(duì)鍋爐影響，并對(duì)公司#1、#2爐燃燒情況進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：煤粉燃燒;著火時(shí)間;煤質(zhì)因素

中圖分類號(hào)：TK229.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）07-0169-02

1 概述

新鄉(xiāng)公司#1、#2鍋爐為超臨界壓力變壓運(yùn)行直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置燃煤鍋爐?，F(xiàn)有裝機(jī)容量2×660MW，鍋爐設(shè)計(jì)煤種為長(zhǎng)治三元礦校核煤種為鶴壁十礦。受多種因素影響，我廠燃煤直接燃用設(shè)計(jì)煤種可能性較小，諸如設(shè)計(jì)煤種供應(yīng)緊張，采購(gòu)不到足夠數(shù)量的設(shè)計(jì)煤種;對(duì)環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高，為滿足污染物排放要求，高、低硫煤摻燒以降低含硫量;為降低燃煤成本，摻燒超出校核煤種的低質(zhì)煤;復(fù)雜的煤炭市場(chǎng)化采購(gòu)環(huán)境等因素，因此我廠鍋爐的燃煤摻配摻燒勢(shì)在必行，本文對(duì)公司#1、#2爐燃燒情況進(jìn)行分析總結(jié)。

2 煤粉氣流的燃燒過(guò)程

實(shí)驗(yàn)室利用熱重-紅外聯(lián)用（TG-FTIR）方法闡述了煤粉的著火過(guò)程，分析的基本原理是煤粉在熱天平中被線性 升溫加熱，在升溫過(guò)程中，煤粉經(jīng)歷失水、氧化、氣化、燃燒等物理、化學(xué)過(guò)程，這些過(guò)程會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的質(zhì)量、熱量（或溫度）的變化，并有相應(yīng)的反應(yīng)氣體逸出。熱天平可以同時(shí)記錄煤粉升溫過(guò)程中的質(zhì)量、熱量（或溫度）變化，從而可以反映出煤粉升溫過(guò)程中的物理化學(xué)過(guò)程。根據(jù)上述原理，煤粉燃燒的過(guò)程為：煤粉受熱→水分析出→繼續(xù)受熱→大部分揮發(fā)份析出→揮發(fā)份著火→引燃焦炭、析出剩余揮發(fā)份→燃燼。

3 煤質(zhì)對(duì)燃燒影響

3.1 揮發(fā)份含量

煤粉的性質(zhì)對(duì)著火影響最大的是揮發(fā)份含量，燃料揮發(fā)份是煤粉在加熱過(guò)程中有機(jī)質(zhì)分解而析出的氣體物質(zhì)，煤中揮發(fā)份含量對(duì)煤粉氣流著火過(guò)程影響很大，干燥無(wú)灰基揮發(fā)份越高的煤，著火溫度越低，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍娇旎鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣瓤?。揮發(fā)份含量高的煤不僅容易著火，而且著火穩(wěn)定性也越好，揮發(fā)份降低時(shí)，煤粉氣流的著火溫度顯著提高，著火熱也隨之增大。煤中除了揮發(fā)份和水分剩余的部分就是焦炭，包括固碳和灰分。揮發(fā)份的燃燒對(duì)焦炭起加熱作用，從而為焦炭的燃燒創(chuàng)造有利條件，一般而言，揮發(fā)份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(fā)份的析出溫度也不同，揮發(fā)份的成分及含量也不同。揮發(fā)份的著火點(diǎn)低，容易燃燒。揮發(fā)份高的煤火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍娇欤鹧嬉苍介L(zhǎng)，大部分揮發(fā)份的著火以及燃盡時(shí)間很短，約占整個(gè)燃燒時(shí)間的百分之十。

3.2 水分

煤粉在加熱的過(guò)程中首先析出的是水分，水分分為外部水分和內(nèi)部水分。水分的增加會(huì)影響發(fā)熱量，從而使?fàn)t內(nèi)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(shí)加熱煤粉氣流的一部分熱用于水分的蒸發(fā)和過(guò)熱，使著火熱增加，推遲著火。但是煤粉內(nèi)的水分蒸發(fā)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。煙氣中的水蒸氣常壓下不會(huì)凝結(jié)，汽化潛熱未能被利用，使鍋爐效率有所降低。水分還會(huì)影響火焰的傳播速度，水分含量大時(shí)，火焰的傳播速度變低。

3.3 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(fā)熱量降低，還影響燃料的著火和燃盡，也會(huì)造成鍋爐受熱面積灰、結(jié)渣、磨損?；曳趾吭龃髸r(shí)，煤粉的發(fā)熱量就會(huì)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(wěn)定性差，著火溫度高，影響火焰?zhèn)鞑ニ俣?。還會(huì)是燃燒不完全，增加固體未完全燃燒熱損失?；曳诌€會(huì)形成灰渣附著在水冷壁面，過(guò)熱器，再熱器，省煤器，空氣預(yù)熱器上，增大熱阻減少傳熱，浪費(fèi)能量。

3.4 發(fā)熱量

發(fā)熱量大可以使煤的分解速度加快，迅速釋放出揮發(fā)份，有利于達(dá)到著火熱迅速達(dá)到著火溫度，并且穩(wěn)定的燃燒。

3.5 煤粉細(xì)度

煤粉越細(xì)，其中的揮發(fā)份容易析出出來(lái)，可以迅速燃燒，也容易著盡，減少固體未完全燃燒損失，還會(huì)提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?。煤粉氣流的著火溫度也隨煤粉的細(xì)度而變化，煤粉愈細(xì)，著火愈容易。這是因?yàn)樵谕瑯拥拿悍奂?xì)度下，煤粉愈細(xì)，進(jìn)行燃燒反應(yīng)的表面積越大，而煤粉本身的熱阻卻減小，因而在加熱時(shí)，細(xì)煤粉的溫升速度要比粗煤粉快。這樣就可以加快化學(xué)反應(yīng)速度，更快地達(dá)到著火。

3.6 煤粉分布

在爐膛內(nèi)煤粉分布越均勻越容易燃燒。2015年5月份#1機(jī)組啟動(dòng)以來(lái)，鍋爐掉焦后E4燃燒器火檢信號(hào)波動(dòng)頻次較多，初步分析E4燃燒器著火穩(wěn)定性較差，對(duì)鍋爐結(jié)焦及穩(wěn)燃造成一定影響，自6月15日開始將#1爐E4煤粉管關(guān)斷門關(guān)閉，進(jìn)行試驗(yàn)，E4煤粉管關(guān)閉前后對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

通過(guò)試驗(yàn)分析可見(jiàn)，E4粉管關(guān)斷門關(guān)閉前后磨煤機(jī)總風(fēng)量降低5t/h左右，總給煤量減少13t/h，E磨煤機(jī)風(fēng)煤比可維持在1.1左右。由此判斷E4煤粉管可能因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行磨損、粉管出粉量較大，E4粉管風(fēng)煤比明顯偏低，盡管測(cè)量的著火點(diǎn)距離與E層其他燃燒器相比無(wú)差別，但煤粉燃燒初期需要一次風(fēng)供給的氧量不足，煤粉氣流處于嚴(yán)重缺氧燃燒的工況，鍋爐掉焦后，在水蒸氣反撲的影響下，E4燃燒器缺氧燃燒問(wèn)題更加突出，表現(xiàn)出火焰抗干擾能力降低、火檢信號(hào)波動(dòng)。同時(shí)在相同負(fù)荷、相同燃料量的情況下，E4燃燒器投運(yùn)前后比較，脫硝系統(tǒng)擴(kuò)建端入口氮氧化物濃度升高約80mg/Nm3，由此也可一定程度上反應(yīng)出E4燃燒器投運(yùn)后處于明顯的缺氧工況下燃燒。

4 #1、#2爐煤粉著火的運(yùn)行參數(shù)分析

對(duì)制粉系統(tǒng)的調(diào)整來(lái)說(shuō)，主要關(guān)注煤粉的著火和著火性能。按照《DL/T-2002火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》的解釋，煤粉的揮發(fā)份在中?；曳郑ˋd低于34%）和常水分（Mf低于8%）下，通過(guò)揮發(fā)份來(lái)判斷煤粉的著火性能較為準(zhǔn)確，但入爐煤水分、灰灰分過(guò)高時(shí)則不能完全按照揮發(fā)份來(lái)判斷。評(píng)價(jià)煤的燃燒性能除了實(shí)驗(yàn)以外，通常簡(jiǎn)便有效的是熱分析和煤粉氣流著火溫度測(cè)定，熱分析所得的著火指數(shù)及著火熱和煤粉氣流著火溫度都能反映煤粉的著火性能，《DL/T-2002火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》建議煤粉氣流著火溫度測(cè)定更接近于工程條件。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，入爐煤揮發(fā)份每上升2%，燃燒器著火點(diǎn)位置拉近0.1m左右，揮發(fā)份越接近煙煤變化幅度越大。在揮發(fā)份存在偏差的情況下，煤粉水分對(duì)著火點(diǎn)的影響不明顯，如有合適煤種的情況下，鍋爐運(yùn)行專業(yè)將進(jìn)一步分析同揮發(fā)份的基礎(chǔ)上，不同水分對(duì)著火點(diǎn)距離的影響。另外從鍋爐兩側(cè)觀火孔測(cè)得的外火焰溫度分析，除摻燒高熱值、高揮發(fā)份的煙煤外，燃用貧瘦煤或肥煤，鍋爐兩側(cè)觀火孔溫度變化不大。通過(guò)以上分析，在入爐煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)份在8%左右時(shí)，煤粉的揮發(fā)份對(duì)著火有著主導(dǎo)作用，浙江大學(xué)曾通過(guò)試驗(yàn)，利用回歸分析法顯示數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)趨勢(shì)證實(shí)揮發(fā)份和著火溫度指數(shù)之間的決定系數(shù)達(dá)到了0.94，從而證實(shí)揮發(fā)份在很大程度上決定了著火難易程度。水分對(duì)著火具有積極影響，雖然水分在燃燒過(guò)程不放熱且要吸熱，降低爐膛溫度，但由于其含量低，成分單一，析出溫度低、速度快（根據(jù)浙江大學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，原煤外水在50℃左右已基本析出），故在揮發(fā)份析出和著火前已經(jīng)開始析出，形成孔隙，煤粉中含有適當(dāng)?shù)乃钟欣趽]發(fā)份的析出和增大了反應(yīng)面積，進(jìn)而促進(jìn)煤粉的著火燃燒。

根據(jù)前文的分析，建議我公司#1、#2爐燃用的入爐煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)份低于17%時(shí)，控制入爐煤全水分在7%以下;入爐煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)份低于17～20%范圍內(nèi)時(shí)，控制入爐煤全水分在10%以下，入爐煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)份高于20%時(shí)，入爐煤全水分不超過(guò)11%。

5 磨煤機(jī)分離器出口溫度的控制

磨煤機(jī)分離器出口溫度越高將會(huì)使原煤中的揮發(fā)份更早、更多的析出，有利于煤粉氣流的著火，但運(yùn)行中并非分離器出口溫度越高越好，磨煤機(jī)分離器出口溫度過(guò)高將可能會(huì)引起煤粉自燃、爆燃或者煤粉管燒損的危險(xiǎn)，因此分離器出口溫度的控制主要是受煤粉中揮發(fā)份含量的影響?！禗L/T-2002火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》中明確了磨煤機(jī)分離器出口溫度的控制要求。

雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹式磨煤機(jī)，燃用干燥無(wú)灰基揮發(fā)份低于15%的貧瘦煤，磨煤機(jī)分離器出口溫度應(yīng)控制在100℃以下，燃用煙煤時(shí)，分離器出口溫度應(yīng)控制在70～75℃的范圍內(nèi)。目前我公司采購(gòu)的煤種主要是干燥無(wú)灰基揮發(fā)份在16%左右的貧煤（山西區(qū)域的明信煤、東田良、凌志達(dá)、成功等和河南區(qū)域的趙家寨、白坪煤），還有部分干燥無(wú)灰基揮發(fā)份在18%左右的肥煤（長(zhǎng)治北、瑞平）和干燥無(wú)灰基揮發(fā)份在20%左右的次煙煤。目前我公司#1、#2爐磨煤機(jī)分離器出口溫度控制范圍基本符合上表要求，《集控運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定中上層磨煤機(jī)入爐煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)份在15%左右時(shí)，磨煤機(jī)分離器出口溫度在100℃左右。下層磨煤機(jī)入爐煤揮發(fā)份在19%～25%范圍時(shí)，控制磨煤機(jī)分離器出口溫度不低于80℃。運(yùn)行中磨煤機(jī)分離器出口溫度降低將會(huì)延遲煤粉中揮發(fā)份的析出時(shí)間，推遲煤粉在爐膛內(nèi)的引燃時(shí)間，即煤粉在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間縮短。當(dāng)磨煤機(jī)分離器出口溫度過(guò)低時(shí)，就會(huì)影響粉煤在鍋爐中的燃燼度。

6 結(jié)語(yǔ)

掌控鍋爐燃燒的影響因素是燃煤摻配要將慮鍋爐的設(shè)計(jì)特性和設(shè)計(jì)煤種的煤質(zhì)參數(shù)作為重要依據(jù)、做好鍋爐燃燒調(diào)整的理論指導(dǎo)，這將有利于防治鍋爐結(jié)焦和提高鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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