燃煤锅炉燃烧调整技术解析

燃煤锅炉燃烧调整技术解析

马列

国能生物发电集团有限公司华东分部 (分公司 ) 山东省济南市 250000

摘要：根据我国的能源政策，火力发电厂以煤为主要燃料；而燃煤电厂的安全性、可靠性和经济性在很大程度上取决于锅炉运行中的燃烧调整，尤其是燃烧劣质煤的电厂。因此，对电站锅炉燃烧调整进行研究分析具有很强的现实意义。本文从炉膛煤粉燃烧的着火和燃烧两个阶段着手，分别从理论层面和实际运行中锅炉燃烧调整监视控制的关键点着手分析了锅炉燃烧调整的内容。

关键词：电厂锅炉；燃烧调整；着火；燃烧；因素

1、锅炉燃烧调整的目的和重要性

众所周知，锅炉的作用就是使燃料在炉膛内燃烧放热，将锅内工质由水加热成具有足够数量和一定质量的过热蒸汽，供汽轮机使用，以适应外界负荷的需要，因此，保证炉膛内燃料燃烧的安全性和经济性对电力生产持续进行起着关键的作用。

1.1燃烧调整的目的

具体可归纳为以下三点：（1）保证燃烧供热量适应外界负荷的需要，以维持蒸汽压力、温度在正常范围内；（2）尽量减少不完全燃烧热损失，提高锅炉的经济性；（3）对平衡通风的锅炉，应当维持一定的炉膛负压。

1.2锅炉燃烧调整的重要性

通过以下四点常见的异常燃烧工况，加以阐述：（1）燃烧不稳定，将引起锅炉参数的波动；（2）炉膛火焰偏斜会造成炉内温度场和热负荷不均匀，引起水冷壁局部温度过高，出现结渣超温爆管，也可能引起过热器因热偏差过大而产生超温损坏；（3）炉膛温度较低或一、二次风配合不好，影响燃料的着火和正常燃烧，甚至引起炉膛灭火爆燃；（4）煤粉细度、 炉膛出口氧量调整不当等会引起燃烧效率下降导致锅炉效率下降。

2、锅炉煤粉燃烧及调整的基本理论方法

煤粉进入炉膛后，经湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时受到炉膛高温火焰的辐射，迅速加热，热量到达一定程度开始着火，即所谓着火阶段。此阶段为吸热过程，包括加热一次风、以及使煤粉中的水分加热、蒸发、过热等。煤粉气流着火后开始燃烧，形成火炬，放出放热，即所谓燃烧阶段，从而提供炉膛所需要的热负荷。

2.1影响煤粉着火的主要因素

2.1.1燃料性质

燃料性质中对着火影响最大的是煤中挥发份含量，另外，与煤的发热量、煤粉细度、原煤中的水分、灰分等也关系密切，下面逐条分析。

（1）挥发份

挥发份高的煤，着火温度低，着火距离近，燃烧速度和燃尽程度高。但挥发份高的煤，往往是炉膛结焦和燃烧器结焦的一个重要原因。挥发份低的煤，煤粉气流的着火温度显著提高，着火热也随之增大，必须将煤粉气流加热到更高的温度才能着火，最终导致着火点离开喷燃器喷口的距离就增大。使得燃烧的稳定性和经济性均下降，锅炉的最低稳燃负荷升高。

（2）发热量

煤的发热量低于设计值较多时，燃料使用量增加，对于直吹式制粉系统，磨煤机可能要超负荷运行，相应一次风量增大，煤粉变粗。为避免赌粉，一次风速也相应提高，导致着火推迟，炉温降低，燃烧不稳。

（3）水分

水分增大，着火热也随之增大，同时水分的加热、蒸发、过热都要吸收炉内的热量，使炉内温度水平降低，导致没分气流卷吸烟气温度及火焰对煤粉气流的辐射热也相应降低，对着火不利。

（4）灰分

煤中的灰分在燃烧过程中不但不能放热，而且还要吸热。比如燃烧高灰分的劣质煤时，燃料本身发热量低，所需煤量增大，且产生大量的灰分在燃烧过程中吸收更多的热量，导致炉内温度降低，使煤粉气流的着火推迟，影响了着火的稳定性。当灰熔点低时，在后续燃烧过程中还会产生比较严重的炉膛结焦、燃烧器结焦问题。

（5）煤粉细度

煤粉越细，着火越容易。因为煤粉越细，单位质量的煤粉表面积越大，加热升温、挥发分的析出着火及燃烧反应速度越快，且煤粉越细，燃尽所需时间越短，飞灰可燃物含量越小，燃烧越彻底。

3.1.2一次风的调整

（1）一次风温

提高一次风温可以减少着火热，从而加快着火。特别是在燃烧低挥发煤时，常用较高的一次风温输送煤粉，以提高燃烧稳定性。

（2）一次风量

一次风量越大，所需着火热增加越多，将使得着火推迟；但一次风量太小，着火阶段部分挥发分和细粉燃烧得不到足够的氧，将限制燃烧过程的发展。另外，一次风量过低，会造成煤粉堵塞。实际运行中，通过控制一次风率（一次风量占炉膛总风量的质量百分比）来实现，相应煤种有其对应的相应最佳一次风率，一般为25-30%。

（3）一次风速

一次风速过高，则通过单位截面积的流量增大，势必降低煤粉气流的加热速度，使着火距离加长，但一次风速过低时，会引起燃烧器喷口被烧坏以及煤粉管道堵塞一系列问题。

3.1.3燃烧器结构特性

此项主要反映的是锅炉一、二次风的混合特性。从燃烧角度分析，二次风在煤粉着火以前过早地混入一次风，即一二次风混合过早，相当于增大了一次风量，使得着火推迟。这尤其对于燃烧低挥发分的煤种是不利的。所以，二次风的送入应与火焰根部有一定的距离，使煤粉气流先着火，当燃烧过程发展到迫切需要氧气的时候，再与二次风混合，总之，混合应适当晚些。

3.1.4锅炉负荷

锅炉负荷降低时，送入炉膛的燃料消耗量相应减少，而水冷壁总的吸热量也减少，但水冷壁吸热减少的幅度小，总体使得炉膛负荷平均烟温下降，对煤粉气流的着火不利，甚至灭火，因此，着火稳定性限制了煤粉炉的负荷调节范围。

3.2煤粉燃烧阶段影响因素

3.2.1供应充足而又合适的空气量

运行中调节送入炉膛的总风量的原则就是保持最佳过量空气系数。因为空气量供应不足会加大燃烧热损失：空气供应量过大会降低炉温，增大了排烟热损失和燃烧热损失。因此合适的空气量应根据最佳过量空气系数来确定。

3.2.2适当高的炉温

炉温高时，煤粉着火快，燃烧速度快，燃烧过程更剧烈，燃烧更完全，但炉温过高，会引起炉内结渣和膜态沸腾等。有实验表明，炉温在中间区域1000-2000℃内比较适宜。总之，保证锅炉安全运行的条件下，尽量提高炉温。

3.2.3空气和煤粉的良好扰动和混合

煤粉的燃烧反应在煤粉表面进行，煤粉和空气的充分扰动混合，一方面可以及时将氧气输送到燃料的表面去；另一方面在煤粉的燃尽阶段，由于氧量的减少，未燃尽的煤粉外表面有一层灰分包裹着，通过扰动混合，可以破坏煤粉表面的灰层，增加煤粉和空气的接触机会，有利于燃烧完全。

3.2.4在炉内足够的停留时间

煤粉在炉内的停留时间指煤粉从燃烧器出口到炉膛出口所经历的时间。而煤粉需要一定的时间才能从着火到完全燃尽，否则将增大燃烧热损失和增大烟气出口温度，而增大的烟气出口温度，会导致过热器结焦、过热。煤粉在炉内的停留时间取决于炉膛的容积、截面积、炉膛高度以及烟气在炉内流动速度等。煤粉停留时间的保证既要靠锅炉本身的设计参数合理，还要在运行中严禁超负荷运行。

结语：锅炉燃烧调整要综合考虑煤质、负荷、一二次风的调整，并结合锅炉相关设备的实际运行状况，有针对性的采取相应调整方法，并在调整中总结经验并通过实验的方法研究最佳运行调整方式，从而保证锅炉燃烧稳定、安全、经济。

参考文献：

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