燃燒調節在鍋爐運行中的常見問題與分析

王雁蓉

0 引言

鍋爐是消耗能源的一種設備，而鍋爐的燃燒調節是否合理，不僅直接關系到鍋爐的生產能力和生產過程的可靠性，而且在很大程度上決定了鍋爐運行的經濟性和安全性。如果燃燒過程不穩定，將會引起爐水參數發生波動;爐膛內溫度過低將影響燃料的著火和正常燃燒，甚至會造成煤層熄火;爐膛內溫度過高或火焰中心偏斜將會引起水冷壁、爐膛出口受熱面結渣，并可能增大過熱器的熱偏差，造成局部管壁超溫等。因此，燃燒調節適當對燃燒工況穩定、合理利用燃料、節約能源有著重大意義。

1 現狀

燃燒過程的經濟性要求是保持合理的風煤配合，即保持爐膛內最佳的過量空氣系數;送吸配合，即保持適當的爐膛負壓，減少漏風。此外，還要求保持適當高的爐膛溫度(1300℃～1600℃)。

但在實際操作中，由于司爐人員和管理人員水平不均，常常認為爐膛負壓越大越好，煤粉顆粒越細越好，爐排轉速越快越好，排煙溫度越低越好，撥火越多越好。針對這些燃燒過程中出現的常見問題，有必要進行綜合分析以避免鍋爐由于燃燒不當而造成的燃燒熱損失，從而更好地提高鍋爐熱效率。

2 常見問題分析

2.1 爐膛負壓的控制與調節

爐膛風壓是反映燃燒工況是否正常的重要運行參數之一，由于爐膛內高溫煙氣產生自拔風力的作用，使爐內不同高度處的煙氣壓力不一樣，自爐排上方到爐頂，煙氣壓力是逐漸升高的;由于煙氣離開爐膛時，沿煙道克服流動阻力的結果，使煙氣壓力又逐漸降低下來，直到最終由引風機提高壓頭后，才從煙囪排出。這使整個鍋爐爐膛和煙道壓力都呈現負壓狀態，其中以爐膛頂部的煙氣壓力最大(也即負壓值最小)。

如果爐膛負壓過大，將會增加爐膛和煙道的漏風，尤其是鍋爐在低負荷下運行、燃燒不太穩定的情況，很可能因從爐膛底部漏入大量冷空氣而造成鍋爐滅火;反之，爐膛風壓偏低(正壓)，爐內的高溫火焰以及煙灰就會從爐墻灰縫和煙道不嚴密處向外冒，這不但影響環境衛生和人身安全，而且對某些鍋爐，還可能使構架過熱，爐墻損壞，同時還會使爐膛某些死角處的受熱面上積灰。

鍋爐運行時，當燃燒工況變化和不正常時，最先反映出的現象是爐膛風壓的變化。如果鍋爐發生滅火，從儀表上反映出的是爐膛風壓表的指針劇烈擺動并向負方向甩到底，而后才是汽包水位、介質流量等指示的變化。

爐膛風壓和煙道負壓的變化在燃燒過程中，如果排出爐膛的煙氣量等于燃燒產生的煙氣量，則進出爐膛的物質保持平衡，此時爐膛風壓就相對保持不變。若兩個量中間有一個量發生改變，則平衡就遭到破壞，爐膛風壓就要發生變化。如在吸風量未增加時，增加送風量就會使爐膛出現正壓;又如送風量未增加時，增加吸風量就會使爐膛出現負壓。

運行中即使在送吸風調節板開度保持不變的情況下，由于燃燒工況總有小量的變動，故爐膛風量總是脈動的，反映在爐膛風壓表上就是指針經常在控制值的左右輕微擺動，當燃燒不穩定時，爐膛風壓發生強烈脈動時，往往是滅火的預兆。這時，必須加強監視和檢測爐內火焰情況，分析原因，并及時進行適當調整和處理。

此外，煙氣流經煙道及各受熱面時，將會有各種阻力產生，這些阻力是由引風機的壓頭來克服的。同時，由于受熱面和煙道處于引風機的進口側，因此沿著煙氣流程煙道內的負壓是逐漸增大的。

煙氣流動時產生的阻力與阻力系數、煙氣重度成正比，并與煙氣流速的平方成正比。因此，當鍋爐負荷、燃料量和風量發生改變時，隨著煙氣流速的改變，煙道負壓也相應改變。故在不同的負荷下，鍋爐各部分煙道內的煙氣壓力是不同的。在正常情況下，它們都有一定的變化范圍。在運行中如果發現煙道某處負壓或某受熱面進出口壓差有不正常的變化時，則往往是因為受熱面發生了嚴重積灰、結渣、局部堵塞、泄露等異常情況或故障。此時應綜合分析各表計的變化情況，找出原因，進行及時地處理。

因此，當鍋爐負荷變動時，吸風量調節到什么程度最為合適，要根據各爐所規定的爐膛負壓值變化范圍來確定。對于負壓燃燒的鍋爐，只要爐膛頂部保持1 mm～2 mm水柱的負壓，爐內煙氣就不致外泄。實際上，由于爐內煙氣壓力經常有所變動，并且同一水平上的壓力也不一定相等。為了安全起見，正常運行時，一般應維持－3 mm～－5 mm水柱的爐膛負壓(指煤粉爐)。運行中當進行除灰、清理焦渣或觀察爐火時，為了保證人身安全，此時爐膛風壓應維持得低些，一般為－5 mm～－10 mm水柱。

2.2 風量的控制

送入爐內的空氣量可以用爐內的過量空氣系數α來表示為: α=V/V0，即實際供給的空氣量 V(N·m3/kg)與理論空氣量V0(N·m3/kg)的比值。從運行的經濟性來看，不完全燃燒熱損失最小，即燃燒效率最高時的過量空氣系數為最佳過量空氣系數。過量空氣系數過大或過小，都將使鍋爐的熱損失增加，使鍋爐的效率降低。

因此，送入爐內的空氣量應使過量空氣系數維持在最佳值附近。最佳的α值與許多因素有關，如燃料種類、燃燒方式以及燃燒設備結構的完善程度等。實際采用的α值對固態排渣粉煤爐一般為1.15～1.20，鏈條爐為1.3～1.5。

對于負壓下工作的鍋爐機組，外界冷空氣會通過鍋爐的不嚴密處漏入爐膛以及其后的煙道中，致使煙氣中過量空氣增加。由于存在漏風，鍋爐煙道內的過量空氣系數沿煙氣流程是逐漸增大的。爐膛后任一煙道截面處的過量空氣系數為:

其中，∑Δα為爐膛出口與計算煙道截面間各段煙道漏風系數的總和。

漏入煙道的冷空氣使煙氣溫度水平降低，煙氣與受熱面間熱交換變差，排煙溫度升高;漏風還增大了煙氣容積。其結果造成鍋爐排煙熱損失和引風機電耗都增大，降低了鍋爐運行的經濟性。根據統計和計算，對于煤粉鍋爐，一般爐膛漏風系數每增加0.1～0.2，排煙溫度將升高3℃～8℃，鍋爐效率降低0.2%～0.5%;漏風系數每增加0.1，將使送、引風機電耗增加3 kW/MW電功率。

在爐膛出口保持適當的過量空氣系數，對保證燃料的完全燃燒是十分重要的。因為它是衡量爐內空氣量多少的重要參數，它的大小對鍋爐的燃燒工況有很大的影響。在實際運行中，影響爐膛出口過量空氣系數的主要因素有:送風調節不當，或是鍋爐爐墻、煙道漏風，這都會改變爐膛出口過量空氣系數。

1 )對鍋爐效率的影響。

鍋爐效率η與爐膛出口過量空氣系數α1的關系如圖1所示。當鍋爐在某一穩定的負荷下運行，而過量空氣系數在一定范圍時，增大過量空氣系數α1可以增多燃料與空氣的接觸機會，有利于燃料的完全燃燒，使化學不完全燃燒熱損失q3和機械不完全燃燒熱損失q4減少;但是，過量空氣系數α1過大時，則因爐膛溫度的降低和煤粉在爐膛內停留時間的縮短，反而使q1和q4有所增加。鍋爐的排煙熱損失q2總是隨著α1的增大而增加，因此，鍋爐效率必然降低。

合理的過量空氣系數應使各項熱損失之和為最小，即鍋爐效率最高，因此，當鍋爐負荷變動時，應按最佳過量空氣系數來調節送入爐內的風量。

2 )對受熱面的影響。

過量空氣系數變動時，鍋爐的輻射受熱面和對流受熱面吸熱量分配比例也發生變動。過量空氣系數增加時，煙氣體積增加，爐膛內溫度降低，故輻射吸熱量減少。對于對流受熱面，則由于煙氣流速增高，傳熱系數增大而使其吸熱量增大。因此，隨著α1的增加對流受熱面出口溫度將有所升高。對于中壓鍋爐，在其他條件不變的情況下，當α1每增加0.1，則出口溫度升高8℃～10℃。

如果過量空氣系數的變動是因漏風所致，則其影響要看漏風的部位。如果漏風地點處于鍋爐上部或接近于爐膛出口處時，漏進的冷風只影響爐膛局部溫度，對整個鍋爐輻射傳熱量影響很小，這時對流受熱面出口溫度可能要降低;如果在爐膛下部漏風，這對煤粉爐來說，會使火焰中心上移，爐膛溫度降低，輻射吸熱量相對減少，則將引起對流受熱面出口溫度上升。

總之，爐墻周圍漏風對任何一種燃燒方式都是不利的。因為漏進的冷空氣一般都不能與燃料接觸、參與燃燒，而是吸收爐膛的熱量，降低爐膛溫度，特別是煙道漏風，容易引起爐膛正壓燃燒，使燃燒工況變壞，鍋爐發熱量減少，熱效率降低。

3 采取措施及指標

通過以上分析可見，在操作時要注意把握:均勻供給燃料、合理通風和調整燃燒三個基本環節。具體措施和指標有以下幾個方面:

1 )維持較高的爐膛溫度。

層狀燃燒層表面溫度以1100℃～1300℃為宜，火焰顏色為麥黃色，不透明。

2 )保持適量的二氧化碳含量。

煙氣中的二氧化碳含量，對于手燒爐應為9%;機械爐為12%左右;煤粉爐為12%～14%。

3 )保持適量的過量空氣系數。

在保證燃料完全燃燒的前提下，盡量減少過量空氣系數，對于手燒爐一般為1.3～1.5;機械爐為1.2～1.4;煤粉爐為1.15～ 1.25。

4 )降低灰渣可燃物。

灰渣可燃物含量，對于手燒爐應在15%以下;機械爐應在10%以下;煤粉爐應在5%以下。

5 )降低鍋爐排煙溫度。

在保證鍋爐尾部受熱面不結露的前提下，應盡量降低排煙溫度。排煙溫度的數值，對蒸發量不小于1 t/h的鍋爐，應在250℃以下;蒸發量不小于4 t/h的鍋爐，應在200℃以下;蒸發量不小于10 t/h的鍋爐，應在160℃以下。

4 結語

為使鍋爐設備達到安全、經濟運行，要求每一個司爐人員和管理者必須認真經常地對儀表指示和各種情況進行分析，及時而準確地進行調節，從而維持經濟的燃燒，盡量減少熱損失，提高鍋爐效率，并將各個環節和調節互相配合協調一致，即可達到安全經濟、有效節能的運行目的。

［1］ 范從振.鍋爐原理［M］.南京：水利電力出版社，2009.

［2］ 謝應閑.鍋爐運行與管理［M］.北京：勞動部鍋爐壓力容器出版社，2010.

［3］ 金定安，曹子棟，俞建洪.工業鍋爐原理［M］.西安：西安交通大學出版社，2007.