煤質變化對鍋爐燃燒影響及應對措施

徐 凡

一、煤炭的燃燒過程

煤從進入爐膛到燃燒完畢,一般經歷四個階段:水分蒸發階段,當溫度達到105℃左右時,水分全部被蒸發;揮發物著火階段,煤不斷吸收熱量后,溫度繼續上升,揮發物隨之析出,當溫度達到著火點時,揮發物開始燃燒。揮發物燃燒速度快,一般只占煤整個燃燒時間的1/10左右;焦碳燃燒階段,煤中的揮發物著火燃燒后,余下的碳和灰組成的固體物便是焦炭。此時焦炭溫度上升很快,固定碳劇烈燃燒,放出大量的熱量,煤的燃燒速度和燃燼程度主要取決于這個階段;燃燼階段,這個階段使灰渣中的焦炭盡量燒完,以降低不完全燃燒熱損失,提高效率。

對于大塊煤,必須有較長的燃燒時間,停留時間過短,燃燒不完全。因此,實際運行中,一般采取供給充足的氧氣,采用爐拱和二次風來加強擾動,提高燃燒溫度,爐膛容積不宜過小等措施保證煤充分燃燒。供熱公司各供熱車間的鍋爐基本上都是鏈條爐,屬于層燃燃燒。

二、煤質對鍋爐穩定燃燒的影響

1.煤的發熱量是反映煤質好壞的一個重要指標,當煤的發熱量低到一定數值時,不僅會影響燃燒不穩定不完全,而且會導致鍋爐熄火,使鍋爐出口溫度很難達標,影響正常供熱。

2.揮發分在較低溫度下能夠析出和燃燒,隨著燃燒放熱,焦炭粒的溫度迅速提高,為其著火和燃燒提供了極其有利的條件,另外揮發分的析出又增加了焦炭內部空隙和外部反應面積,有利于提高焦炭的燃燒速度。因此,揮發分含量越大,煤中難燃的固定碳成分越少,煤粉越容易燃燼,揮發分析出的空隙多,增大反應表面積,使燃燒反應加快。揮發分含量降低時,煤粉氣流著火溫度顯著升高,著火熱隨之增大,著火困難,達到著火所需的時間變長,燃燒穩定性降低,火焰中心上移,爐膛輻射受熱面吸收的熱量減少,對流受熱面吸收的熱量增加,尾部排煙溫度升高,排煙損失增大。

3.煤的灰分在燃燒過程中不但不會發出熱量,而且還要吸收熱量。灰分含量越大,發熱量越低,容易導致著火困難和著火延遲,同時爐膛溫度降低,煤的燃燼程度降低,造成的飛灰可燃物高。灰分含量增大,炭粒可能被灰層包裹,炭粒表面燃燒速度降低,火焰傳播速度減小,造成燃燒不良。另外飛灰濃度增高,使鍋爐受熱面特別是省煤器、空氣預熱器等處的磨損加劇,除塵量增加,鍋爐飛灰和爐渣物理熱損失增大,降低了鍋爐的熱效率。

4.煤的顆粒度對鍋爐的燃燒有很大影響。顆粒度過大時,煤塊在鍋爐內燃燒時停留時間過短,煤炭中的焦炭沒有完全燃燼,爐渣中的含碳量增大,增加了鍋爐爐渣的物理熱損失;顆粒度過小時,細煤粉在爐排上燃燒時通風不好,炭與氧不能很好地接觸發生化學反應,易形成黑帶,同時細煤粉也易被空氣吹起,很快隨著煙氣被帶走,增加了鍋爐煙氣中的飛灰熱損失,因此要根據煤炭顆粒度合理調整給風量。

5.煤的含水量在一定的含量限度內與揮發分對燃煤的著火特性影響一致,少量水分對著火有利,從燃燒動力學角度看,在高溫火焰水蒸氣對燃燒具有催化作用,可以加速煤粉焦炭的燃燒,可以提高火焰黑度,加強燃燒室爐壁的輻射換熱。另外,水蒸氣分解時產生的氫分子和氫氧根可以提高火焰的熱傳導率。但水分含量過大時,著火熱也隨之增大,同時由于一部分燃燒熱用來加熱水分并使其汽化,降低了爐內煙氣溫度,從而使煤粉氣流吸卷的煙氣溫度以及火焰對煤粉的輻射熱都降低,這對著火不利。

三、煤質對鍋爐及其輔助設備運行的影響

當進入爐膛的煤質與鍋爐設計煤質和校核煤質要求相差較大時,會對鍋爐燃燒和輔助設備帶來如下不良影響:

1.煤質較差時,鍋爐點火和運行調節困難,難以燃燒,容易滅火,嚴重影響了鍋爐出口溫度達標。

2.爐膛容易結焦,對流管束、省煤器、空氣預熱器等受熱面處磨損嚴重,且容易積灰,鍋爐送風阻力增大,影響鍋爐熱效率。

3.煤塊較大時容易卡住分層給煤器和爐排,影響了煤炭的穩定燃燒和鍋爐的安全平穩運行。

4.煤質不好時,鍋爐耗煤量相對增加,爐渣的含碳量也增大,輸煤、除渣系統運行負荷大大增加,輸煤機、除渣機、抓渣行吊等設備故障增多,煤炭拉運和爐渣拉運成本加大。

5.灰分大的煤燃燒后,不僅影響了除塵器的除塵效果,而且增加了除灰、排灰系統的運行負荷,容易出現運行故障,對工作環境和外部環保都造成了不良影響。

6.煤質含硫量大時,容易引起水冷壁高溫腐蝕,鍋爐尾部煙道、省煤器、空氣預熱器等處的低溫腐蝕,造成鍋爐爆管,影響鍋爐安全運行。

四、建議采取的應對措施

1.加強司爐工的技術操作水平。

2.加強各煤種的混燒、摻燒和配煤技術工作。

3.加強對鍋爐的燃燒調節工作。保證煤與空氣量要相配合適,并且要充分混合接觸,爐膛應盡量保持高溫,以利于燃燒,調整鍋爐負荷按規定操作,監視爐膛負壓、排煙溫度、氧氣、二氧化碳等含量,使鍋爐運行參數保持到最佳數值。對由于煤炭顆粒度不均勻、爐排不平整等原因引起的燃燒不完全、燃燒不均,對爐排上的火口或黑帶進行人工撥火。

4.加強對輸煤工作的管理。根據需要,在不同時期燃用不同的煤種,或按不同的比例搭配使用。

5.加強鍋爐燃燒設備和輔助設備的巡檢及維修工作。

6.加強對鍋爐送風和爐膛溫度的控制,保持較高的爐膛溫度,有利于煤的著火和燃燼,爐膛溫度越低,越不利于燃燒。

7.加強對煤的保管工作。

8.加強對進煤質量的嚴格控制和管理,開辟煤質較好、較為穩定的煤源市場,及時準確地掌握進煤的工業分析數據,提供給各供熱車間,以便運行管理人員選擇較為適應本單位鍋爐的煤種,進行相應的運行調節。

(編輯/劉佳)