火力发电厂强化煤粉着火燃烧探讨与应用

张连伟

（华电能源牡丹江第二发电厂，黑龙江 牡丹江 157015）

目前，我国电厂锅炉的燃料主要是煤，只有很少的锅炉采用油或气作为燃料。我国煤炭储量十分丰富，在煤炭的组成中，劣质煤所占的比例不小，根据我国的燃料政策，电站锅炉主要燃用劣质煤。运行表明，锅炉燃用劣质煤时，着火延迟、燃烧不稳、受热面结渣、腐蚀和磨损严重，锅炉热效率和出力降低。因此，需要对影响煤粉气流的着火因素、强化煤粉气流着火燃烧的各种措施以及煤粉气流燃烧的调节进行探讨分析。

1 煤粉气流的燃烧

在锅炉运行技术中，对于煤粉气流的燃烧，要尽可能使燃料在炉内迅速而又良好的燃烧，以求将其化学能最快而又最大限度地转化为热能。煤粉气流的燃烧分3个阶段：

1.1 着火前的准备阶段

煤粉进入炉膛至着火前的这一阶段为着火前的准备阶段，在这个阶段中煤粉中的水分要蒸发，挥发分要析出，煤粉的温度也要升高至着火温度。

1.2 燃烧阶段

当煤粉温度升高至着火温度，且煤粉浓度又合适时，煤粉就开始着火燃烧，进入燃烧阶段。首先挥发分着火燃烧，放出热量并加热焦炭粒，使焦炭温度迅速升高并燃烧。

1.3 燃尽阶段

这个阶段是燃烧的继续。一些内部未燃尽的、被灰包围的碳粒在此阶段继续燃烧直至燃尽，焦炭粒燃尽所需的时间取决于燃烧室中的温度、气流中含氧浓度以及颗粒尺寸等。

2 煤粉气流的着火

煤粉空气混合物经由燃烧器进入炉膛后，通过稳流扩散的外回流以及旋转射流或钝体燃烧器产生的内回流，卷吸周围的高温烟气，促使煤粉气流与炽热烟气产生强烈混合。着火过迟还会导致燃烧不稳，锅炉易灭火。煤粉气流着火后就开始强烈燃烧，着火之前是吸热过程，需要从周围介质吸收一定的热量来提高煤粉气流的温度，着火以后是放热过程。此外，炉内着火情况还与煤粉细度、燃烧器的结构、流动工况、锅炉负荷以及炉膛的散热情况等有关。

3 影响煤粉气流着火的因素

3.1 燃料的性质

燃料性质中对着火过程影响最大的是挥发分，挥发分降低时，煤粉气流的着火温度显著升高，着火热也随之增大，就是说必须把煤粉气流加热到更高的温度才能着火。因此，低挥发分的煤着火要困难些，达到着火所需的时间也长些，着火点离开燃烧器喷口的距离自然也长些。

3.2 炉内散热条件

实践中为了稳定低挥发分无烟煤的着火，除了采用热风送粉和把煤粉磨得更细些外，还在燃烧器区域用铬矿砂等耐火涂料将部分水冷壁遮盖起来构成卫燃带，即燃烧带。其目的是减少水冷壁吸热量，提高燃烧器区域烟气的温度水平，以改善煤粉气流的着火条件。实践表明，敷设卫燃带是稳定低挥发分煤粉着火的有效措施，但卫燃带又往往是结渣的发源地。所以目前多在燃用无烟煤时才敷设，通常布置在直流煤粉燃烧器两侧的水冷壁上。

3.3 煤粉气流的初温

煤粉气流初温越低，达到着火时所需的着火热越大，反之则降低。采用高温预热空气作为一次风来送粉，有效地提高了煤粉气流的初温，从而减少了把煤粉气流加热到着火温度所需的着火热，加快了着火。因此在燃用无烟煤、劣质煤和某些贫煤时广泛采用热风送粉。

由上述分析可知，组织强烈的烟气回流，和燃烧器出口附近煤粉一次风气流与热烟气的强烈混合，是保证供给着火热量和稳定着火过程的首要条件；提高煤粉气流初温，采用适当的一次风量和风速是降低着火热的有效措施；提高煤粉细度和敷设卫燃带是燃用无烟煤时稳定着火的常用方法。

3.4 煤粉气流着火燃烧措施的强化

着火是整个燃烧过程的关键，要是燃烧能在较短的时间内完成，必须强化着火过程，保证着火过程能够稳定而迅速地进行。

3.4.1 烟气回流

用回流热烟气加热一次风粉混合物，升高混合物的初始温度，促使着火提早，同时混合物的质量增加、氧浓度下降。在上述因素共同作用下，起初在回流量增大到某一定值前，烟气回流起强化着火作用。若继续增大回流量，惰性气体使混合物浓度减少、气体温度升高较慢、气体温度水平下降、着火延迟、燃尽度降低。这表明，对于煤粉的着火与燃尽有一个最佳回流量。

3.4.2 提高煤粉浓度和煤粉细度

减少一次风率，提高煤粉浓度可使着火热减少。提高挥发分容积浓度，由于增加了火焰黑度和辐射吸热量，使火焰传播速度提高，可提早着火。但是，煤粉浓度不是越高越好，如果煤粉浓度过高，则因氧气不足而影响挥发分燃尽，产生煤烟，而且还会影响颗粒温度的提高，使着火延迟。因此必须有一个使着火距离最短的最佳煤粉浓度值，该值大小与煤种有关。低挥发分煤的最佳煤粉浓度值比高挥发分煤高，提高煤粉浓度的方法对于点火、低负荷和正常负荷都适用。

3.4.3 提高煤粉气流初温

提高煤粉气流初温，可直接提高炉内温度水平，减少煤粉气流着火热，使着火提早，这可以通过提高热风温度或预热煤粉来实现。若提高热风温度，则炉内烟温很快升高，煤粉着火提早。预热煤粉气流，要防止煤粉气流在煤粉管道内自燃，宜在与炉膛相连的预热装置内加热，加热介质为高温烟气和高温蒸汽，或空气和烟气的混合物。

4 煤粉气流燃烧的调整

锅炉燃烧工况的好坏，无论是对锅炉机组还是对整个发电厂运行的安全、经济都有着极大的影响。安全方面，燃烧过程是否稳定直接关系到锅炉运行的可靠性，燃烧调整适当是达到安全可靠性的必要条件；经济方面，锅炉燃烧的好坏直接影响锅炉运行的经济性，无论是在正常稳定的工况还是在变工况、燃烧调整得当都可以减少锅炉各项热损失，提高锅炉燃烧效率。

4.1 燃料量的调整

燃料量的调整是燃烧调节的重要一环，不同的燃烧设备和燃料种类，燃料量的调整方法也不同。对于中间仓储式制粉系统，其特点之一是制粉系统运行工况变化与锅炉负荷并不存在直接的关系。当锅炉出力发生变化时，需要调节进入炉膛的燃料量，它通过投停喷燃器只数或改变给粉机转数调节给粉机下档板开度来实现。对于喷燃器布置在侧墙的锅炉，可先增加中间位置的喷燃器来粉；对四角布置的喷燃器锅炉需要相对称地增加给粉机转速。用投入或停止喷燃器运行的方法进行调整时，需考虑对气温的影响。

4.2 锅炉风量的调整

当外界负荷发生变化，需调节锅炉出力时，随着燃料量的改变，锅炉的风量也需要作相应的调整。风量过大或过小都会给锅炉的安全经济运行带来不良影响。锅炉的风量控制是通过送风机进口导向挡板调整的，经调节后送风机送出的风量，经过一、二次风的配合调节才能更好地满足燃烧的需要。

4.3 喷燃器出口风速及风率的调节

出口一、二、三次风的出口速度和风率是建立正常的炉内空气动力场和稳定燃烧的必要条件。对于单蜗壳喷燃器一次风率的调节如有中心锥结构，可以调节中心锥的位置；对于双蜗壳喷燃器的一次风率只能依靠改变一次风量来调节。当一次风量增加时，其风量和风速成比例增加。

4.4 炉膛负压的控制和引风的调节

炉膛风压是反映燃烧工况是否稳定和判断事故的重要参数。炉膛负压过大，会增加炉膛和烟道的漏风，引起燃烧恶化并可能导致灭火。反之，若炉膛风压变正，则高温火焰及烟灰就要向外冒，影响卫生，烧坏设备，还会造成人身事故。实践表明，当锅炉燃烧系统发生异常情况或故障时，最先反映出来的就是炉膛风压的变化。所以锅炉运行中必须监视好炉膛负压的变化，并按照不同的变化情况作出正确判断，据此进行及时必要的调整。