煤质变化对锅炉燃烧影响及应对措施

徐 凡

一、煤炭的燃烧过程

煤从进入炉膛到燃烧完毕,一般经历四个阶段:水分蒸发阶段,当温度达到105℃左右时,水分全部被蒸发;挥发物着火阶段,煤不断吸收热量后,温度继续上升,挥发物随之析出,当温度达到着火点时,挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快,一般只占煤整个燃烧时间的1/10左右;焦碳燃烧阶段,煤中的挥发物着火燃烧后,余下的碳和灰组成的固体物便是焦炭。此时焦炭温度上升很快,固定碳剧烈燃烧,放出大量的热量,煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段;燃烬阶段,这个阶段使灰渣中的焦炭尽量烧完,以降低不完全燃烧热损失,提高效率。

对于大块煤,必须有较长的燃烧时间,停留时间过短,燃烧不完全。因此,实际运行中,一般采取供给充足的氧气,采用炉拱和二次风来加强扰动,提高燃烧温度,炉膛容积不宜过小等措施保证煤充分燃烧。供热公司各供热车间的锅炉基本上都是链条炉,属于层燃燃烧。

二、煤质对锅炉稳定燃烧的影响

1.煤的发热量是反映煤质好坏的一个重要指标,当煤的发热量低到一定数值时,不仅会影响燃烧不稳定不完全,而且会导致锅炉熄火,使锅炉出口温度很难达标,影响正常供热。

2.挥发分在较低温度下能够析出和燃烧,随着燃烧放热,焦炭粒的温度迅速提高,为其着火和燃烧提供了极其有利的条件,另外挥发分的析出又增加了焦炭内部空隙和外部反应面积,有利于提高焦炭的燃烧速度。因此,挥发分含量越大,煤中难燃的固定碳成分越少,煤粉越容易燃烬,挥发分析出的空隙多,增大反应表面积,使燃烧反应加快。挥发分含量降低时,煤粉气流着火温度显著升高,着火热随之增大,着火困难,达到着火所需的时间变长,燃烧稳定性降低,火焰中心上移,炉膛辐射受热面吸收的热量减少,对流受热面吸收的热量增加,尾部排烟温度升高,排烟损失增大。

3.煤的灰分在燃烧过程中不但不会发出热量,而且还要吸收热量。灰分含量越大,发热量越低,容易导致着火困难和着火延迟,同时炉膛温度降低,煤的燃烬程度降低,造成的飞灰可燃物高。灰分含量增大,炭粒可能被灰层包裹,炭粒表面燃烧速度降低,火焰传播速度减小,造成燃烧不良。另外飞灰浓度增高,使锅炉受热面特别是省煤器、空气预热器等处的磨损加剧,除尘量增加,锅炉飞灰和炉渣物理热损失增大,降低了锅炉的热效率。

4.煤的颗粒度对锅炉的燃烧有很大影响。颗粒度过大时,煤块在锅炉内燃烧时停留时间过短,煤炭中的焦炭没有完全燃烬,炉渣中的含碳量增大,增加了锅炉炉渣的物理热损失;颗粒度过小时,细煤粉在炉排上燃烧时通风不好,炭与氧不能很好地接触发生化学反应,易形成黑带,同时细煤粉也易被空气吹起,很快随着烟气被带走,增加了锅炉烟气中的飞灰热损失,因此要根据煤炭颗粒度合理调整给风量。

5.煤的含水量在一定的含量限度内与挥发分对燃煤的着火特性影响一致,少量水分对着火有利,从燃烧动力学角度看,在高温火焰水蒸气对燃烧具有催化作用,可以加速煤粉焦炭的燃烧,可以提高火焰黑度,加强燃烧室炉壁的辐射换热。另外,水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。但水分含量过大时,着火热也随之增大,同时由于一部分燃烧热用来加热水分并使其汽化,降低了炉内烟气温度,从而使煤粉气流吸卷的烟气温度以及火焰对煤粉的辐射热都降低,这对着火不利。

三、煤质对锅炉及其辅助设备运行的影响

当进入炉膛的煤质与锅炉设计煤质和校核煤质要求相差较大时,会对锅炉燃烧和辅助设备带来如下不良影响:

1.煤质较差时,锅炉点火和运行调节困难,难以燃烧,容易灭火,严重影响了锅炉出口温度达标。

2.炉膛容易结焦,对流管束、省煤器、空气预热器等受热面处磨损严重,且容易积灰,锅炉送风阻力增大,影响锅炉热效率。

3.煤块较大时容易卡住分层给煤器和炉排,影响了煤炭的稳定燃烧和锅炉的安全平稳运行。

4.煤质不好时,锅炉耗煤量相对增加,炉渣的含碳量也增大,输煤、除渣系统运行负荷大大增加,输煤机、除渣机、抓渣行吊等设备故障增多,煤炭拉运和炉渣拉运成本加大。

5.灰分大的煤燃烧后,不仅影响了除尘器的除尘效果,而且增加了除灰、排灰系统的运行负荷,容易出现运行故障,对工作环境和外部环保都造成了不良影响。

6.煤质含硫量大时,容易引起水冷壁高温腐蚀,锅炉尾部烟道、省煤器、空气预热器等处的低温腐蚀,造成锅炉爆管,影响锅炉安全运行。

四、建议采取的应对措施

1.加强司炉工的技术操作水平。

2.加强各煤种的混烧、掺烧和配煤技术工作。

3.加强对锅炉的燃烧调节工作。保证煤与空气量要相配合适,并且要充分混合接触,炉膛应尽量保持高温,以利于燃烧,调整锅炉负荷按规定操作,监视炉膛负压、排烟温度、氧气、二氧化碳等含量,使锅炉运行参数保持到最佳数值。对由于煤炭颗粒度不均匀、炉排不平整等原因引起的燃烧不完全、燃烧不均,对炉排上的火口或黑带进行人工拨火。

4.加强对输煤工作的管理。根据需要,在不同时期燃用不同的煤种,或按不同的比例搭配使用。

5.加强锅炉燃烧设备和辅助设备的巡检及维修工作。

6.加强对锅炉送风和炉膛温度的控制,保持较高的炉膛温度,有利于煤的着火和燃烬,炉膛温度越低,越不利于燃烧。

7.加强对煤的保管工作。

8.加强对进煤质量的严格控制和管理,开辟煤质较好、较为稳定的煤源市场,及时准确地掌握进煤的工业分析数据,提供给各供热车间,以便运行管理人员选择较为适应本单位锅炉的煤种,进行相应的运行调节。

(编辑/刘佳)