鍋爐初始溫度對冷爐點火的影響

陳天順，張濟顯

(大唐淮南洛河發電廠，安徽 淮南 232008)

煤粉和空氣組成的可燃混合物的著火、熄火以及燃燒過程是否能穩定進行，都與燃燒過程的熱力條件有關。燃燒過程中同時存在放熱和散熱2個相互矛盾的因素，對燃燒有利還是不利，要看這2個因素誰占主導地位。

燃料燃燒放出熱量的同時，也在向燃燒反應系統環境內的物體散熱。煤粉著火是由于溫度不斷升高而引起的熱力著火。

1 燃料著火的過程分析

著火過程有2層意義：一是著火是否能發生；二是能否穩定著火。

文獻[1]給出了可燃物放熱量Q1與散熱量Q2隨環境溫度T的變化曲線。如圖1所示。

當環境溫度很低時，如圖中點1左邊，Q1＞Q2a，因此熱量累積使環境溫度上升。但由于點1溫度很低，放熱變化率小于散熱變化率，即dQ1/dT＜dQ2a/dT，使點1右邊出現Q1＜Q2a，因此當環境溫度上升到點1時，放熱量Q1與散熱量Q2取得平衡(Q1=Q2a)，環境不能夠繼續升溫。這樣，可燃物只能處于緩慢氧化狀態而不會著火。

當環境溫度較高時，如點2左右兩邊均Q1＞Q2b，熱量不斷累積使環境溫度得以持續上升，點2右邊放熱變化率顯著加大，反應自動增速，直至高溫燃燒狀態點3時，放熱量Q1與散熱量Q2再次取得平衡。點2處燃料由緩慢氧化狀態轉變為燃燒狀態，因此點2是著火點而不是平衡點，對應的溫度即為著火溫度(TZh)。在此條件下，只要連續供應燃料和空氣，就能實現穩定的著火和燃燒。由此可見，要使可燃物能夠穩定著火，必須使可燃物升溫，并必須具備2個條件：一是放熱量和散熱量達到平衡，二是放熱變化率大于散熱變化率。

處在高溫燃燒狀態(點3)的反應系統可燃物，如果散熱加大，溫度便隨之下降，狀態會由點3向點4的方向變化，即Q2b向Q2c的方向移動。當散熱加大，散熱曲線移至Q2c的位置時，放熱曲線Q1與散熱曲線Q2c相交于點4。點4兩側都是散熱大于放熱，無法保持熱量平衡，可燃物溫度持續急劇下降，狀態很快從點4變為點5，逐漸穩定下來。由于點5處溫度低，只能產生緩慢氧化而不能產生著火和燃燒，從而使得燃燒過程中止。點4對應的溫度即為熄火溫度(TXh)。由圖1可知，TXh總是比TZh高。

TZh和TXh是隨著放熱和散熱條件的變化而變化的，并不是一個物理常數，只是在一定條件下的特征值。在相同測試條件下，不同燃料的TZh和TXh不同；在不同的測試條件下，同一種燃料的TZh和TXh也會不同。就煤而言，反應能力越強的煤，著火溫度越低，越容易著火，也越容易燃燒和燃盡；反之，反應能力越低的煤，例如無煙煤和貧煤，著火溫度越高，越難以著火和燃燒。

2 鍋爐點火過程

以上是基于煤粉氧化和自燃現象的分析。煤粉接觸氧氣就會發生緩慢氧化放出熱量，在一個開放的環境中Q1＜Q2，所以煤粉不會著火，如圖1中曲線Q1和Q2a。如果環境改變，例如煤粉積存在煤粉倉或煤粉管道內，由于空間環境的變化使Q2減小，就出現Q1和Q2b的情況。

鍋爐點火，不論是采用等離子點火器還是使用油槍，對于煤粉來說都是用外加熱源提高燃燒器出口處較小著火區域內的環境溫度，并在著火區域內創造出煤粉著火燃燒的條件。煤粉著火后，煤粉火焰散發出的熱量又使更大區域的環境溫度上升，并逐漸使整個鍋爐燃燒區域達到煤粉著火和穩定燃燒的條件。這就是鍋爐啟動初期，必須使用點火裝置的原因。隨著爐膛熱負荷的增加，當煤粉燃燒的發熱量能滿足后續煤粉著火燃燒的條件時，就可以退出點火裝置。反之，如果散熱條件變化使散熱量加大，或因鍋爐負荷過低，燃料量減少，使放熱量大幅下降，雖然散熱量變化不大，但相對于單位放熱量的散熱量大大增加時，就需投入點火裝置助燃。

3 鍋爐初始溫度對點火的影響

鍋爐的初始溫度主要取決于爐膛金屬溫度和煤粉氣流溫度。除鍋爐初始溫度外，影響鍋爐散熱量的因素還有爐膛金屬面積和進入爐膛的新空氣的量的大小。其中，水冷壁金屬溫度和面積是主要因素，進入爐膛的新空氣溫度及量是次要因素。

鍋爐初始溫度越低，煤粉燃燒時的散熱量就越大。雖然點火裝置提高了著火區域的溫度，使著火區域滿足煤粉著火的條件。但在遠離點火裝置及著火區域，由于散熱條件的變化煤粉極易熄滅，不僅造成不完全燃燒損失，也給尾部煙道二次燃燒埋下了禍根。即使在著火區域附近，煤粉也會由于燃料的活性(煤質)、季節溫度、鍋爐漏風等原因，造成放熱量不足而散熱量較大，出現煤粉著火不穩定、火焰閃爍、煤粉著火點時遠時近、極易熄火等現象，甚至會造成火檢裝置誤判斷使鍋爐滅火保護誤動作。因此，提高鍋爐初始溫度，對提高鍋爐點火的穩定性有重要意義，尤其在冷爐點火時。

4 提高鍋爐初始溫度的方法

提高鍋爐初始溫度最適用的方法是采用蒸汽加熱。在實際運行中，為防止鍋爐金屬發生冷脆，給水需加熱到一定溫度才能向鍋爐進水，熱源為輔助蒸汽。

對于直流爐來說，當冷態清洗合格后，應將啟動分離器的爐水及時回收至除氧器，形成閉式循環，通過輔助蒸汽對除氧器水不斷加熱，使整個循環系統溫度提升，從而達到提高鍋爐初始溫度的目的。

汽包爐不具備直流爐的循環條件，難以通過閉式循環提高鍋爐初始溫度，鍋爐進水前應保持較高的除氧器水溫，鍋爐進水時應增加除氧器加熱蒸汽量以保持除氧器溫度。當汽包見水后，還需有一定量的連續排污或定期排污，使除氧器熱水能源源不斷地進入鍋爐，實現提高水冷壁金屬溫度的目的。當然，汽包爐的優勢是能建立爐水循環。因此，汽包爐點火后，水冷壁金屬及爐水溫升比直流爐快得多，很大程度上降低了鍋爐初始溫度低對煤粉著火的影響程度。

5 冷爐點火注意事項

為提高冷爐點火時煤粉著火及燃燒的穩定性，操作上需注意以下幾個方面。

(1) 引、送風機啟動前，保持鍋爐燜爐狀態，啟動后立即點火，防止爐內熱量無謂散失。

(2) 采用大油槍點火時，必須在煙溫達到規程規定值后才能投入煤粉。煙溫反映了爐內熱量，投粉過早可能會帶來煤粉著火不穩，甚至滅火等一系列問題。

(3) 由于鍋爐啟動初期爐內熱量低，因此不論采用何種點火設備，投粉后都應控制一次風速比正常運行時低，才能保持煤粉著火點位置合適，以提高煤粉著火的穩定性。一次風速要根據煤粉量的大小及時調整，在確保煤粉管道不積粉的情況下，一次風速一般越低越好。

(4) 煤粉層附近的二次風量不可過大，因為二次風會直接吸收火焰熱量，而且較大的二次風對一次風粉混合物會有較強的卷吸能力。在鍋爐點火初期，過大的二次風會導致煤粉著火區域熱量較快散失，使煤粉著火不穩。在操作中，應在煤粉穩定著火燃燒的基礎上，隨著煤粉火焰明亮程度的增加逐漸增加附近的二次風擋板開度。

(5) 降低鍋爐風箱與爐膛的差壓。可通過開大遠離煤粉燃燒層的上層二次風口，將多余的二次風排入爐膛。由于風箱與爐膛差壓較大，將增加二次風進入爐膛的速度，會對煤粉著火區域產生較大的擾動，使煤粉著火區熱量難以聚集而導致煤粉著火不穩。一般情況下，冷爐點火初期風箱與爐膛之間的差壓要降到100 Pa以下，隨著燃燒時間的延長、煤粉火焰明亮度的提高，可逐漸分步提高該差壓。

1 樊泉桂，魏鐵錚，王 軍. 火電廠鍋爐設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2001.

2 朱全利. 鍋爐設備及系統[M]. 北京：中國電力出版社，2006.