火力發電廠強化煤粉著火燃燒探討與應用

張連偉

（華電能源牡丹江第二發電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

目前，我國電廠鍋爐的燃料主要是煤，只有很少的鍋爐采用油或氣作為燃料。我國煤炭儲量十分豐富，在煤炭的組成中，劣質煤所占的比例不小，根據我國的燃料政策，電站鍋爐主要燃用劣質煤。運行表明，鍋爐燃用劣質煤時，著火延遲、燃燒不穩、受熱面結渣、腐蝕和磨損嚴重，鍋爐熱效率和出力降低。因此，需要對影響煤粉氣流的著火因素、強化煤粉氣流著火燃燒的各種措施以及煤粉氣流燃燒的調節進行探討分析。

1 煤粉氣流的燃燒

在鍋爐運行技術中，對于煤粉氣流的燃燒，要盡可能使燃料在爐內迅速而又良好的燃燒，以求將其化學能最快而又最大限度地轉化為熱能。煤粉氣流的燃燒分3個階段：

1.1 著火前的準備階段

煤粉進入爐膛至著火前的這一階段為著火前的準備階段，在這個階段中煤粉中的水分要蒸發，揮發分要析出，煤粉的溫度也要升高至著火溫度。

1.2 燃燒階段

當煤粉溫度升高至著火溫度，且煤粉濃度又合適時，煤粉就開始著火燃燒，進入燃燒階段。首先揮發分著火燃燒，放出熱量并加熱焦炭粒，使焦炭溫度迅速升高并燃燒。

1.3 燃盡階段

這個階段是燃燒的繼續。一些內部未燃盡的、被灰包圍的碳粒在此階段繼續燃燒直至燃盡，焦炭粒燃盡所需的時間取決于燃燒室中的溫度、氣流中含氧濃度以及顆粒尺寸等。

2 煤粉氣流的著火

煤粉空氣混合物經由燃燒器進入爐膛后，通過穩流擴散的外回流以及旋轉射流或鈍體燃燒器產生的內回流，卷吸周圍的高溫煙氣，促使煤粉氣流與熾熱煙氣產生強烈混合。著火過遲還會導致燃燒不穩，鍋爐易滅火。煤粉氣流著火后就開始強烈燃燒，著火之前是吸熱過程，需要從周圍介質吸收一定的熱量來提高煤粉氣流的溫度，著火以后是放熱過程。此外，爐內著火情況還與煤粉細度、燃燒器的結構、流動工況、鍋爐負荷以及爐膛的散熱情況等有關。

3 影響煤粉氣流著火的因素

3.1 燃料的性質

燃料性質中對著火過程影響最大的是揮發分，揮發分降低時，煤粉氣流的著火溫度顯著升高，著火熱也隨之增大，就是說必須把煤粉氣流加熱到更高的溫度才能著火。因此，低揮發分的煤著火要困難些，達到著火所需的時間也長些，著火點離開燃燒器噴口的距離自然也長些。

3.2 爐內散熱條件

實踐中為了穩定低揮發分無煙煤的著火，除了采用熱風送粉和把煤粉磨得更細些外，還在燃燒器區域用鉻礦砂等耐火涂料將部分水冷壁遮蓋起來構成衛燃帶，即燃燒帶。其目的是減少水冷壁吸熱量，提高燃燒器區域煙氣的溫度水平，以改善煤粉氣流的著火條件。實踐表明，敷設衛燃帶是穩定低揮發分煤粉著火的有效措施，但衛燃帶又往往是結渣的發源地。所以目前多在燃用無煙煤時才敷設，通常布置在直流煤粉燃燒器兩側的水冷壁上。

3.3 煤粉氣流的初溫

煤粉氣流初溫越低，達到著火時所需的著火熱越大，反之則降低。采用高溫預熱空氣作為一次風來送粉，有效地提高了煤粉氣流的初溫，從而減少了把煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱，加快了著火。因此在燃用無煙煤、劣質煤和某些貧煤時廣泛采用熱風送粉。

由上述分析可知，組織強烈的煙氣回流，和燃燒器出口附近煤粉一次風氣流與熱煙氣的強烈混合，是保證供給著火熱量和穩定著火過程的首要條件；提高煤粉氣流初溫，采用適當的一次風量和風速是降低著火熱的有效措施；提高煤粉細度和敷設衛燃帶是燃用無煙煤時穩定著火的常用方法。

3.4 煤粉氣流著火燃燒措施的強化

著火是整個燃燒過程的關鍵，要是燃燒能在較短的時間內完成，必須強化著火過程，保證著火過程能夠穩定而迅速地進行。

3.4.1 煙氣回流

用回流熱煙氣加熱一次風粉混合物，升高混合物的初始溫度，促使著火提早，同時混合物的質量增加、氧濃度下降。在上述因素共同作用下，起初在回流量增大到某一定值前，煙氣回流起強化著火作用。若繼續增大回流量，惰性氣體使混合物濃度減少、氣體溫度升高較慢、氣體溫度水平下降、著火延遲、燃盡度降低。這表明，對于煤粉的著火與燃盡有一個最佳回流量。

3.4.2 提高煤粉濃度和煤粉細度

減少一次風率，提高煤粉濃度可使著火熱減少。提高揮發分容積濃度，由于增加了火焰黑度和輻射吸熱量，使火焰傳播速度提高，可提早著火。但是，煤粉濃度不是越高越好，如果煤粉濃度過高，則因氧氣不足而影響揮發分燃盡，產生煤煙，而且還會影響顆粒溫度的提高，使著火延遲。因此必須有一個使著火距離最短的最佳煤粉濃度值，該值大小與煤種有關。低揮發分煤的最佳煤粉濃度值比高揮發分煤高，提高煤粉濃度的方法對于點火、低負荷和正常負荷都適用。

3.4.3 提高煤粉氣流初溫

提高煤粉氣流初溫，可直接提高爐內溫度水平，減少煤粉氣流著火熱，使著火提早，這可以通過提高熱風溫度或預熱煤粉來實現。若提高熱風溫度，則爐內煙溫很快升高，煤粉著火提早。預熱煤粉氣流，要防止煤粉氣流在煤粉管道內自燃，宜在與爐膛相連的預熱裝置內加熱，加熱介質為高溫煙氣和高溫蒸汽，或空氣和煙氣的混合物。

4 煤粉氣流燃燒的調整

鍋爐燃燒工況的好壞，無論是對鍋爐機組還是對整個發電廠運行的安全、經濟都有著極大的影響。安全方面，燃燒過程是否穩定直接關系到鍋爐運行的可靠性，燃燒調整適當是達到安全可靠性的必要條件；經濟方面，鍋爐燃燒的好壞直接影響鍋爐運行的經濟性，無論是在正常穩定的工況還是在變工況、燃燒調整得當都可以減少鍋爐各項熱損失，提高鍋爐燃燒效率。

4.1 燃料量的調整

燃料量的調整是燃燒調節的重要一環，不同的燃燒設備和燃料種類，燃料量的調整方法也不同。對于中間倉儲式制粉系統，其特點之一是制粉系統運行工況變化與鍋爐負荷并不存在直接的關系。當鍋爐出力發生變化時，需要調節進入爐膛的燃料量，它通過投停噴燃器只數或改變給粉機轉數調節給粉機下檔板開度來實現。對于噴燃器布置在側墻的鍋爐，可先增加中間位置的噴燃器來粉；對四角布置的噴燃器鍋爐需要相對稱地增加給粉機轉速。用投入或停止噴燃器運行的方法進行調整時，需考慮對氣溫的影響。

4.2 鍋爐風量的調整

當外界負荷發生變化，需調節鍋爐出力時，隨著燃料量的改變，鍋爐的風量也需要作相應的調整。風量過大或過小都會給鍋爐的安全經濟運行帶來不良影響。鍋爐的風量控制是通過送風機進口導向擋板調整的，經調節后送風機送出的風量，經過一、二次風的配合調節才能更好地滿足燃燒的需要。

4.3 噴燃器出口風速及風率的調節

出口一、二、三次風的出口速度和風率是建立正常的爐內空氣動力場和穩定燃燒的必要條件。對于單蝸殼噴燃器一次風率的調節如有中心錐結構，可以調節中心錐的位置；對于雙蝸殼噴燃器的一次風率只能依靠改變一次風量來調節。當一次風量增加時，其風量和風速成比例增加。

4.4 爐膛負壓的控制和引風的調節

爐膛風壓是反映燃燒工況是否穩定和判斷事故的重要參數。爐膛負壓過大，會增加爐膛和煙道的漏風，引起燃燒惡化并可能導致滅火。反之，若爐膛風壓變正，則高溫火焰及煙灰就要向外冒，影響衛生，燒壞設備，還會造成人身事故。實踐表明，當鍋爐燃燒系統發生異常情況或故障時，最先反映出來的就是爐膛風壓的變化。所以鍋爐運行中必須監視好爐膛負壓的變化，并按照不同的變化情況作出正確判斷，據此進行及時必要的調整。