燃烧调节在锅炉运行中的常见问题与分析

2011-02-06王雁蓉

山西建筑 2011年12期

王雁蓉

0 引言

锅炉是消耗能源的一种设备，而锅炉的燃烧调节是否合理，不仅直接关系到锅炉的生产能力和生产过程的可靠性，而且在很大程度上决定了锅炉运行的经济性和安全性。如果燃烧过程不稳定，将会引起炉水参数发生波动;炉膛内温度过低将影响燃料的着火和正常燃烧，甚至会造成煤层熄火;炉膛内温度过高或火焰中心偏斜将会引起水冷壁、炉膛出口受热面结渣，并可能增大过热器的热偏差，造成局部管壁超温等。因此，燃烧调节适当对燃烧工况稳定、合理利用燃料、节约能源有着重大意义。

1 现状

燃烧过程的经济性要求是保持合理的风煤配合，即保持炉膛内最佳的过量空气系数;送吸配合，即保持适当的炉膛负压，减少漏风。此外，还要求保持适当高的炉膛温度(1300℃～1600℃)。

但在实际操作中，由于司炉人员和管理人员水平不均，常常认为炉膛负压越大越好，煤粉颗粒越细越好，炉排转速越快越好，排烟温度越低越好，拨火越多越好。针对这些燃烧过程中出现的常见问题，有必要进行综合分析以避免锅炉由于燃烧不当而造成的燃烧热损失，从而更好地提高锅炉热效率。

2 常见问题分析

2.1 炉膛负压的控制与调节

炉膛风压是反映燃烧工况是否正常的重要运行参数之一，由于炉膛内高温烟气产生自拔风力的作用，使炉内不同高度处的烟气压力不一样，自炉排上方到炉顶，烟气压力是逐渐升高的;由于烟气离开炉膛时，沿烟道克服流动阻力的结果，使烟气压力又逐渐降低下来，直到最终由引风机提高压头后，才从烟囱排出。这使整个锅炉炉膛和烟道压力都呈现负压状态，其中以炉膛顶部的烟气压力最大(也即负压值最小)。

如果炉膛负压过大，将会增加炉膛和烟道的漏风，尤其是锅炉在低负荷下运行、燃烧不太稳定的情况，很可能因从炉膛底部漏入大量冷空气而造成锅炉灭火;反之，炉膛风压偏低(正压)，炉内的高温火焰以及烟灰就会从炉墙灰缝和烟道不严密处向外冒，这不但影响环境卫生和人身安全，而且对某些锅炉，还可能使构架过热，炉墙损坏，同时还会使炉膛某些死角处的受热面上积灰。

锅炉运行时，当燃烧工况变化和不正常时，最先反映出的现象是炉膛风压的变化。如果锅炉发生灭火，从仪表上反映出的是炉膛风压表的指针剧烈摆动并向负方向甩到底，而后才是汽包水位、介质流量等指示的变化。

炉膛风压和烟道负压的变化在燃烧过程中，如果排出炉膛的烟气量等于燃烧产生的烟气量，则进出炉膛的物质保持平衡，此时炉膛风压就相对保持不变。若两个量中间有一个量发生改变，则平衡就遭到破坏，炉膛风压就要发生变化。如在吸风量未增加时，增加送风量就会使炉膛出现正压;又如送风量未增加时，增加吸风量就会使炉膛出现负压。

运行中即使在送吸风调节板开度保持不变的情况下，由于燃烧工况总有小量的变动，故炉膛风量总是脉动的，反映在炉膛风压表上就是指针经常在控制值的左右轻微摆动，当燃烧不稳定时，炉膛风压发生强烈脉动时，往往是灭火的预兆。这时，必须加强监视和检测炉内火焰情况，分析原因，并及时进行适当调整和处理。

此外，烟气流经烟道及各受热面时，将会有各种阻力产生，这些阻力是由引风机的压头来克服的。同时，由于受热面和烟道处于引风机的进口侧，因此沿着烟气流程烟道内的负压是逐渐增大的。

烟气流动时产生的阻力与阻力系数、烟气重度成正比，并与烟气流速的平方成正比。因此，当锅炉负荷、燃料量和风量发生改变时，随着烟气流速的改变，烟道负压也相应改变。故在不同的负荷下，锅炉各部分烟道内的烟气压力是不同的。在正常情况下，它们都有一定的变化范围。在运行中如果发现烟道某处负压或某受热面进出口压差有不正常的变化时，则往往是因为受热面发生了严重积灰、结渣、局部堵塞、泄露等异常情况或故障。此时应综合分析各表计的变化情况，找出原因，进行及时地处理。

因此，当锅炉负荷变动时，吸风量调节到什么程度最为合适，要根据各炉所规定的炉膛负压值变化范围来确定。对于负压燃烧的锅炉，只要炉膛顶部保持1 mm～2 mm水柱的负压，炉内烟气就不致外泄。实际上，由于炉内烟气压力经常有所变动，并且同一水平上的压力也不一定相等。为了安全起见，正常运行时，一般应维持－3 mm～－5 mm水柱的炉膛负压(指煤粉炉)。运行中当进行除灰、清理焦渣或观察炉火时，为了保证人身安全，此时炉膛风压应维持得低些，一般为－5 mm～－10 mm水柱。

2.2 风量的控制

送入炉内的空气量可以用炉内的过量空气系数α来表示为: α=V/V0，即实际供给的空气量 V(N·m3/kg)与理论空气量V0(N·m3/kg)的比值。从运行的经济性来看，不完全燃烧热损失最小，即燃烧效率最高时的过量空气系数为最佳过量空气系数。过量空气系数过大或过小，都将使锅炉的热损失增加，使锅炉的效率降低。

因此，送入炉内的空气量应使过量空气系数维持在最佳值附近。最佳的α值与许多因素有关，如燃料种类、燃烧方式以及燃烧设备结构的完善程度等。实际采用的α值对固态排渣粉煤炉一般为1.15～1.20，链条炉为1.3～1.5。

对于负压下工作的锅炉机组，外界冷空气会通过锅炉的不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中过量空气增加。由于存在漏风，锅炉烟道内的过量空气系数沿烟气流程是逐渐增大的。炉膛后任一烟道截面处的过量空气系数为:

其中，∑Δα为炉膛出口与计算烟道截面间各段烟道漏风系数的总和。

漏入烟道的冷空气使烟气温度水平降低，烟气与受热面间热交换变差，排烟温度升高;漏风还增大了烟气容积。其结果造成锅炉排烟热损失和引风机电耗都增大，降低了锅炉运行的经济性。根据统计和计算，对于煤粉锅炉，一般炉膛漏风系数每增加0.1～0.2，排烟温度将升高3℃～8℃，锅炉效率降低0.2%～0.5%;漏风系数每增加0.1，将使送、引风机电耗增加3 kW/MW电功率。

在炉膛出口保持适当的过量空气系数，对保证燃料的完全燃烧是十分重要的。因为它是衡量炉内空气量多少的重要参数，它的大小对锅炉的燃烧工况有很大的影响。在实际运行中，影响炉膛出口过量空气系数的主要因素有:送风调节不当，或是锅炉炉墙、烟道漏风，这都会改变炉膛出口过量空气系数。

1 )对锅炉效率的影响。

锅炉效率η与炉膛出口过量空气系数α1的关系如图1所示。当锅炉在某一稳定的负荷下运行，而过量空气系数在一定范围时，增大过量空气系数α1可以增多燃料与空气的接触机会，有利于燃料的完全燃烧，使化学不完全燃烧热损失q3和机械不完全燃烧热损失q4减少;但是，过量空气系数α1过大时，则因炉膛温度的降低和煤粉在炉膛内停留时间的缩短，反而使q1和q4有所增加。锅炉的排烟热损失q2总是随着α1的增大而增加，因此，锅炉效率必然降低。

合理的过量空气系数应使各项热损失之和为最小，即锅炉效率最高，因此，当锅炉负荷变动时，应按最佳过量空气系数来调节送入炉内的风量。

2 )对受热面的影响。

过量空气系数变动时，锅炉的辐射受热面和对流受热面吸热量分配比例也发生变动。过量空气系数增加时，烟气体积增加，炉膛内温度降低，故辐射吸热量减少。对于对流受热面，则由于烟气流速增高，传热系数增大而使其吸热量增大。因此，随着α1的增加对流受热面出口温度将有所升高。对于中压锅炉，在其他条件不变的情况下，当α1每增加0.1，则出口温度升高8℃～10℃。

如果过量空气系数的变动是因漏风所致，则其影响要看漏风的部位。如果漏风地点处于锅炉上部或接近于炉膛出口处时，漏进的冷风只影响炉膛局部温度，对整个锅炉辐射传热量影响很小，这时对流受热面出口温度可能要降低;如果在炉膛下部漏风，这对煤粉炉来说，会使火焰中心上移，炉膛温度降低，辐射吸热量相对减少，则将引起对流受热面出口温度上升。

总之，炉墙周围漏风对任何一种燃烧方式都是不利的。因为漏进的冷空气一般都不能与燃料接触、参与燃烧，而是吸收炉膛的热量，降低炉膛温度，特别是烟道漏风，容易引起炉膛正压燃烧，使燃烧工况变坏，锅炉发热量减少，热效率降低。