锅炉初始温度对冷炉点火的影响

陈天顺，张济显

(大唐淮南洛河发电厂，安徽 淮南 232008)

煤粉和空气组成的可燃混合物的着火、熄火以及燃烧过程是否能稳定进行，都与燃烧过程的热力条件有关。燃烧过程中同时存在放热和散热2个相互矛盾的因素，对燃烧有利还是不利，要看这2个因素谁占主导地位。

燃料燃烧放出热量的同时，也在向燃烧反应系统环境内的物体散热。煤粉着火是由于温度不断升高而引起的热力着火。

1 燃料着火的过程分析

着火过程有2层意义：一是着火是否能发生；二是能否稳定着火。

文献[1]给出了可燃物放热量Q1与散热量Q2随环境温度T的变化曲线。如图1所示。

当环境温度很低时，如图中点1左边，Q1＞Q2a，因此热量累积使环境温度上升。但由于点1温度很低，放热变化率小于散热变化率，即dQ1/dT＜dQ2a/dT，使点1右边出现Q1＜Q2a，因此当环境温度上升到点1时，放热量Q1与散热量Q2取得平衡(Q1=Q2a)，环境不能够继续升温。这样，可燃物只能处于缓慢氧化状态而不会着火。

当环境温度较高时，如点2左右两边均Q1＞Q2b，热量不断累积使环境温度得以持续上升，点2右边放热变化率显著加大，反应自动增速，直至高温燃烧状态点3时，放热量Q1与散热量Q2再次取得平衡。点2处燃料由缓慢氧化状态转变为燃烧状态，因此点2是着火点而不是平衡点，对应的温度即为着火温度(TZh)。在此条件下，只要连续供应燃料和空气，就能实现稳定的着火和燃烧。由此可见，要使可燃物能够稳定着火，必须使可燃物升温，并必须具备2个条件：一是放热量和散热量达到平衡，二是放热变化率大于散热变化率。

处在高温燃烧状态(点3)的反应系统可燃物，如果散热加大，温度便随之下降，状态会由点3向点4的方向变化，即Q2b向Q2c的方向移动。当散热加大，散热曲线移至Q2c的位置时，放热曲线Q1与散热曲线Q2c相交于点4。点4两侧都是散热大于放热，无法保持热量平衡，可燃物温度持续急剧下降，状态很快从点4变为点5，逐渐稳定下来。由于点5处温度低，只能产生缓慢氧化而不能产生着火和燃烧，从而使得燃烧过程中止。点4对应的温度即为熄火温度(TXh)。由图1可知，TXh总是比TZh高。

TZh和TXh是随着放热和散热条件的变化而变化的，并不是一个物理常数，只是在一定条件下的特征值。在相同测试条件下，不同燃料的TZh和TXh不同；在不同的测试条件下，同一种燃料的TZh和TXh也会不同。就煤而言，反应能力越强的煤，着火温度越低，越容易着火，也越容易燃烧和燃尽；反之，反应能力越低的煤，例如无烟煤和贫煤，着火温度越高，越难以着火和燃烧。

2 锅炉点火过程

以上是基于煤粉氧化和自燃现象的分析。煤粉接触氧气就会发生缓慢氧化放出热量，在一个开放的环境中Q1＜Q2，所以煤粉不会着火，如图1中曲线Q1和Q2a。如果环境改变，例如煤粉积存在煤粉仓或煤粉管道内，由于空间环境的变化使Q2减小，就出现Q1和Q2b的情况。

锅炉点火，不论是采用等离子点火器还是使用油枪，对于煤粉来说都是用外加热源提高燃烧器出口处较小着火区域内的环境温度，并在着火区域内创造出煤粉着火燃烧的条件。煤粉着火后，煤粉火焰散发出的热量又使更大区域的环境温度上升，并逐渐使整个锅炉燃烧区域达到煤粉着火和稳定燃烧的条件。这就是锅炉启动初期，必须使用点火装置的原因。随着炉膛热负荷的增加，当煤粉燃烧的发热量能满足后续煤粉着火燃烧的条件时，就可以退出点火装置。反之，如果散热条件变化使散热量加大，或因锅炉负荷过低，燃料量减少，使放热量大幅下降，虽然散热量变化不大，但相对于单位放热量的散热量大大增加时，就需投入点火装置助燃。

3 锅炉初始温度对点火的影响

锅炉的初始温度主要取决于炉膛金属温度和煤粉气流温度。除锅炉初始温度外，影响锅炉散热量的因素还有炉膛金属面积和进入炉膛的新空气的量的大小。其中，水冷壁金属温度和面积是主要因素，进入炉膛的新空气温度及量是次要因素。

锅炉初始温度越低，煤粉燃烧时的散热量就越大。虽然点火装置提高了着火区域的温度，使着火区域满足煤粉着火的条件。但在远离点火装置及着火区域，由于散热条件的变化煤粉极易熄灭，不仅造成不完全燃烧损失，也给尾部烟道二次燃烧埋下了祸根。即使在着火区域附近，煤粉也会由于燃料的活性(煤质)、季节温度、锅炉漏风等原因，造成放热量不足而散热量较大，出现煤粉着火不稳定、火焰闪烁、煤粉着火点时远时近、极易熄火等现象，甚至会造成火检装置误判断使锅炉灭火保护误动作。因此，提高锅炉初始温度，对提高锅炉点火的稳定性有重要意义，尤其在冷炉点火时。

4 提高锅炉初始温度的方法

提高锅炉初始温度最适用的方法是采用蒸汽加热。在实际运行中，为防止锅炉金属发生冷脆，给水需加热到一定温度才能向锅炉进水，热源为辅助蒸汽。

对于直流炉来说，当冷态清洗合格后，应将启动分离器的炉水及时回收至除氧器，形成闭式循环，通过辅助蒸汽对除氧器水不断加热，使整个循环系统温度提升，从而达到提高锅炉初始温度的目的。

汽包炉不具备直流炉的循环条件，难以通过闭式循环提高锅炉初始温度，锅炉进水前应保持较高的除氧器水温，锅炉进水时应增加除氧器加热蒸汽量以保持除氧器温度。当汽包见水后，还需有一定量的连续排污或定期排污，使除氧器热水能源源不断地进入锅炉，实现提高水冷壁金属温度的目的。当然，汽包炉的优势是能建立炉水循环。因此，汽包炉点火后，水冷壁金属及炉水温升比直流炉快得多，很大程度上降低了锅炉初始温度低对煤粉着火的影响程度。

5 冷炉点火注意事项

为提高冷炉点火时煤粉着火及燃烧的稳定性，操作上需注意以下几个方面。

(1) 引、送风机启动前，保持锅炉焖炉状态，启动后立即点火，防止炉内热量无谓散失。

(2) 采用大油枪点火时，必须在烟温达到规程规定值后才能投入煤粉。烟温反映了炉内热量，投粉过早可能会带来煤粉着火不稳，甚至灭火等一系列问题。

(3) 由于锅炉启动初期炉内热量低，因此不论采用何种点火设备，投粉后都应控制一次风速比正常运行时低，才能保持煤粉着火点位置合适，以提高煤粉着火的稳定性。一次风速要根据煤粉量的大小及时调整，在确保煤粉管道不积粉的情况下，一次风速一般越低越好。

(4) 煤粉层附近的二次风量不可过大，因为二次风会直接吸收火焰热量，而且较大的二次风对一次风粉混合物会有较强的卷吸能力。在锅炉点火初期，过大的二次风会导致煤粉着火区域热量较快散失，使煤粉着火不稳。在操作中，应在煤粉稳定着火燃烧的基础上，随着煤粉火焰明亮程度的增加逐渐增加附近的二次风挡板开度。

(5) 降低锅炉风箱与炉膛的差压。可通过开大远离煤粉燃烧层的上层二次风口，将多余的二次风排入炉膛。由于风箱与炉膛差压较大，将增加二次风进入炉膛的速度，会对煤粉着火区域产生较大的扰动，使煤粉着火区热量难以聚集而导致煤粉着火不稳。一般情况下，冷炉点火初期风箱与炉膛之间的差压要降到100 Pa以下，随着燃烧时间的延长、煤粉火焰明亮度的提高，可逐渐分步提高该差压。

1 樊泉桂，魏铁铮，王 军. 火电厂锅炉设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2001.

2 朱全利. 锅炉设备及系统[M]. 北京：中国电力出版社，2006.