直吹式制粉系统锅炉燃用劣质煤的稳燃分析

2012-03-29王登香

电力安全技术 2012年11期

王登香

(大唐淮南洛河发电厂，安徽淮南 232008)

制粉系统是锅炉机组的重要辅助系统，其运行状态直接影响锅炉的安全性和经济性。某电厂ZGM113型磨煤机由北京电力设备总厂生产，属新型外加压力的中速直吹磨煤机，每台炉配6台磨煤机，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。由于目前国内电煤紧张，不能保证入炉煤均为设计煤种，在夜间低负荷时，由于煤质较差，很难保证锅炉的安全稳燃。为此，电厂从运行角度分析影响锅炉稳定燃烧的不利因素，并对其运行方式进行调整，以使锅炉在低负荷不投油枪的情况下稳定燃烧。

1 劣质煤对锅炉燃烧的影响

1.1 发热量的影响

燃煤发热量是影响锅炉燃烧稳定性和运行经济性的重要因素。对锅炉燃烧而言，燃煤发热量减小将导致炉内温度水平降低，对燃煤着火和燃烬产生不利影响，当燃料发热量减小到一定程度时，会导致燃烧不稳、火焰闪烁，甚至灭火。因此，根据燃烧稳定性的要求，需设定燃煤发热量的下限值，若低于限值，燃煤在一般煤粉炉中将无法稳定燃烧。

1.2 水分的影响

在一定限度内，煤的含水量对燃煤着火性质的影响与挥发分一致。少量水分对煤粉着火有利，高温时水蒸气对燃烧具有催化作用，可加速煤粉焦炭的燃烧，提高火焰黑度，加强燃烧室炉壁的辐射换热；此外，水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可提高火焰的热传导率。当水分含量过大时，着火热变大，且水分被加热汽化时将吸收部分燃烧热，从而降低了炉内烟气温度、煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉的辐射热，最终对燃煤着火产生不利的影响。

1.3 灰分的影响

在燃烧过程中，燃煤灰分不但不会发出热量，还要吸收热量。灰分含量越高，发热量越低，越易导致着火困难和延迟，同时随着炉膛温度的降低，燃烬程度也随之降低。灰分含量越高，碳粒越易被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度变小，火焰传播速度降低，造成燃煤燃烧不稳。

2 针对劣质煤的调整措施

2.1 控制总风量和风煤配比

总风量的大幅增加会造成炉内平均温度下降，使燃烧反应速度减缓，不利于锅炉的低负荷稳燃。为此应保持最佳的过量空气系数，根据不同负荷条件，保持不同的氧量值。该厂三期2台超临界锅炉炉膛出口的过量空气系数约为1.2，一般情况下，300～450 MW负荷段应将氧量保持在5 %左右，450～600 MW负荷段则该保持在3 %～3.5 %之间。

2.2 保证磨煤机出力合理

在低负荷时，保持磨煤机的合理运行台数。实现直吹式制粉系统锅炉燃料量变化，通常采用增、减磨煤机运行台数的方式，即调整燃烧器的运行层数和每台磨煤机的出力。在负荷不变的情况下，进入炉膛的煤粉量是一定的，一旦增加磨煤机运行台数及燃烧器运行层数，平均每层喷燃器的粉量就会减少，进入炉膛的一、二次风量也相应增加，这必然会造成锅炉断面热负荷降低及炉内温度下降，给锅炉低负荷的稳燃造成很大威胁。因此，在低负荷时应保证下层磨煤机运行，尽可能加大下2台磨煤机出力，保证燃烧的稳定。

2.3 避免磨煤机断层燃烧

在低负荷时，尽量采用下3台或下4台磨煤机运行，避免断层燃烧。因为燃烧器层与层之间有2层辅助风，若采用断层燃烧，相邻燃烧器相距较远，不利于煤粉着火和火焰的传播，会降低燃烧区的断面热负荷；采用下3台或下4台磨煤机运行时，整个燃烧区域的断面热负荷及火焰温度均会得到大幅提高，有利于煤粉着火和火焰传播。

2.4 保持合适的煤粉细度及一次风量

煤粉越细，单位质量的煤粉表面积越大，加热升温的时间就越短，燃烧就越充分。为此，需不定期进行煤粉细度的跟踪化验，保证煤粉细度在20 %左右。降低一次风量会使一次风中的煤粉浓度增大，这对劣质煤的煤粉气流稳定着火更为有利，因此，要将一次风速控制在0.25～0.27 m/s之间，并保证各粉管风速均匀。

2.5 维持适当的炉膛与二次风箱压差

使炉膛与二次风箱压差处于适当水平，可保证进入炉膛的二次风速合理，这能有效增加煤粉、空气、烟气及火焰的旋转强度，增强火焰边界层内的热量交换，促使上、下层火焰间相互引燃，提高炉膛燃烧的稳定性。同时，由于炉内烟气的旋转强度增加，煤粉在炉内的燃烧时间延长，促使煤粉燃烬。一般情况下，在低负荷时应将炉膛与二次风箱压差维持在0.4 kPa左右。

2.6 保持较高的磨煤机出口温度

劣质煤挥发分通常较低，应根据入炉煤挥发分的高低控制磨煤机出口温度。

当入炉煤挥发分较低时，应使磨煤机出口温度在80～90 ℃之间，保证挥发分在粉管中及时析出，这有利于燃烧的稳定。

2.7 保证等离子燃烧器备用

等离子燃烧器是借助等离子电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧装置。

等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成梯度极大(T＞5 000 K)的局部高温区，一次风粉送入等离子点火煤粉燃烧器经浓淡分离后，使浓相煤粉进入等离子火炬中心区，并在10-3s内迅速释放出挥发物，促使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧，并为淡相煤粉提供高温热源，引起淡相煤粉迅速着火，最终形成稳定的燃烧火炬。煤粉的燃烧速度加快，有助于加速煤粉的燃烧，大大减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。等离子体不仅可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，通常情况下还可提高煤粉20 %～80 %的挥发分，这对点燃低挥发分煤粉、强化燃烧有着特别的意义。在锅炉燃烧不稳时及时投入等离子，可确保煤粉稳定燃烧。