对火电厂稳燃技术的可行性研究

　　摘 要： 随着发电机组日益向大容量、大机组发展，以及环境保护的要求和意识的增强，电力工业对煤粉燃烧提出了越来越高的要求，概括起来主要有：燃烧的高效率、稳定性、低污染，以及良好的煤种适应性和快速负荷变化适应性。其中的关键技术是锅炉低负荷燃烧的强化和火焰稳定性。
　　关键词： 火电厂锅炉 高浓度煤粉输送燃烧技术 特性 局限性
　　
　　火电厂锅炉燃用的低挥发份无烟煤和劣质烟煤，其着火温度和着火热高，着火速度低，故其着火延迟，导致炉温降低，使焦炭燃烧和燃尽困难，飞灰含碳量增加。因此，寻求一种高效稳燃的燃烧方式，是解决锅炉难燃煤燃烧问题的关键。
　　高浓度煤粉输送燃烧技术有常规稀相系统无与伦比的优越性，从根本上改变了锅炉的输粉燃烧系统，摆脱了常规一次风粉流的煤粉浓度限制，可直接调节煤粉浓度控制燃烧，明显缩短着火时间，强化稳燃，阻碍NOx的形成，降低NOx排放，实现清洁燃烧，经济效益和社会效益显著。因此，被普遍认为是最经济和最直接的稳定和强化措施。
　　一、系统简介
　　高浓度煤粉输送燃烧技术是在煤粉离开煤粉仓时，通过一些措施使煤粉浓度提高，用独立风源而不是常规一次风，通过比常规一次风管细得多的送粉管道，将煤粉经混合器后组成煤粉浓度高达50kgc/kga以上的煤粉气流，直接送至燃烧器，在燃烧器内与二次风混合成1.0kgc/kga左右的煤粉气流，在着火区域进行高浓度燃烧。
　　二、系统特性分析
　　1.输粉系统简化
　　高浓度煤粉输送系统彻底改变了传统的输送方式，突破了常规输粉系统的局限性，大大改善了传统输送系统存在的磨损、混合、能耗和成本等一系列问题，其主要特性主要体现在以下八个方面。
　　（1）输送浓度高（固气比在50kgc/kga以上），浓相给粉的输粉空气量不超过燃烧空气量的0.1%—0.3%，耗气量少，使输送终端的料、容易气分离，空气过滤设备也小得多。
　　（2）输送速度低（7m/s左右），因磨损与速度的2—4次方成正比，故管道磨损大大减少。
　　（3）因输送速度慢，物料在输送过程中的破损率少，对降低物料等级的影响小。
　　（4）输送距离远（可达1km以上）。
　　（5）给粉管径只需40—80mm，比常规300—500mm要小得多，且管线也短，系统大大简化，金属和保温材料耗量减少，投资和运行费用低，操作与维护简单，工作运行可靠。
　　（6）粒子的静电荷减少，有助于防止诸如粉尘爆炸和压降逐渐增加的问题。
　　（7）系统稳定性有较大提高。
　　（8）动力消耗低，一般为稀相输送的1/4左右。
　　2.强化稳燃特性
　　（1）加快化学反应速度
　　由质量作用定律可知：在温度不变的条件下，任何瞬间的化学反应速度与该瞬间的反应物的浓度乘积成正比，化学反应起因于能起反应的各组成分子（活化分子）的有效碰撞。因此，在单位体积中分子数愈多，也即反应物质的浓度愈大，分子碰撞的次数就愈多，因而反应过程进行就愈迅速。
　　（2）降低着火温度
　　当煤粉浓度较低时，颗粒升温速度很慢，煤粉可用于析出挥发份的时间较长，热解产出的挥发份少，不足以引起整个煤粉气流的均相着火，着火只能是非均相的，因而着火温度也较高。当煤粉浓度升高时，升温速度加快，且整个煤粉气流中颗粒析出挥发份也多，均相着火可能发生，因而造成着火温度的逐渐降低。当煤粉浓度很高时，浓度的增加使得升温速度明显减慢，挥发份的浓度不足以抵消升温速度的降低，导致着火温度很少提高甚至降低。
　　（3）减少着火热量
　　煤粉气流的着火热，就是将煤粉气流加热到可着火的临界状态所需的热量。煤粉气流的加热主要由火焰及炉壁的辐射热和高温烟气的对流热两部分组成，但整个加热过程主要由高温烟气的回流加热所控制。煤粉浓度提高，化学反应速度加快，着火温度降低，从而使所需的热量减少。
　　（4）减少着火时间
　　煤粉浓度提高后，着火热减少，着火温度降低，整个气流的加热条件强化了。因此，在相同的时间内，煤粉可被加热到更高的温度，或者说，煤粉气流加热到着火所需要的时间减少了，着火提前了。
　　（5）缩短着火距离
　　在锅炉燃烧中称着火距离为“黑龙”，尽量缩短这段距离有着非常重要的实际意义。由于煤粉浓度的提高，反应速度加快，火焰温度升高，着火时间缩短，最终的结果是使着火距离缩短。着火距离除跟煤粉浓度有关外，还与煤种和壁温有很大的关系。煤粉过浓和过稀都会增大着火距离，因此存在一个最佳煤粉浓度（1.0-1.5kgc/kga）。
　　三、系统局限性分析
　　虽然高浓度煤粉输送燃烧技术具有输粉系统简化、稳定强化燃烧和降低NOx排放三大优势，但由于浓度比常规煤粉浓度高得多，因此必然会带来一些新的问题。
　　1.输送稳定性问题
　　火电厂锅炉燃用的煤粉通常很细，属于难以流化的C类颗粒，而且煤粉本身亦具有很强的粘附性。因此，煤粉难以正常流化，从而引起给粉不均匀，给粉多时容易积粉，可能引起局部地区爆燃，炉内压力增加而喷火；给粉少时容易造成灭火，燃烧不稳定。给料的均匀性和连续性是保证试验高稳定性、高精度和高重现性的关键。
　　2.煤粉的燃尽问题
　　煤粉浓度提高后一方面使着火提前，有利于煤粉的燃尽，另一方面使煤粉与空气混合不均匀，影响煤粉的燃尽。虽然着火提前可部分地抵偿由于煤粉浓度提高后在后期混合不好而使燃烧效率降低的影响，这对反应性好及固定碳含量较低的煤来说，如高挥发份的烟煤、劣质烟煤及褐煤等，可能问题不大，甚至会使飞灰含量下降。但对低挥发分煤来说，矛盾就显得尖锐了。因此，燃尽问题是高浓度煤粉燃烧存在的一个突出问题。
　　3.炉膛的结渣问题
　　炉膛浓度的提高对煤粉燃烧将会产生一些不利的影响：首先在燃烧初期易出现局部还原性气氛，而还原性气氛或低氧气氛的出现会延长黄铁矿的热分解时间和磁黄铁矿的氧化时间，增加玻璃体的生成量。其次是含铁颗粒的富集。煤粉浓度提高，煤粉气流中含铁颗粒特别是粗颗粒有显著的提高；煤粉粒径越大，惯性越大，处于熔融态或半熔融态的时间越长，更倾向于结渣沉积。由于这是高浓度煤粉燃烧技术所固有的特性，因此，在一定程度上高浓度煤粉燃烧起着促进结渣的作用。
　　四、结语
　　1.高浓度煤粉燃烧技术具有输送系统得到简化，燃烧过程得到强化和稳定，污染物NOx排放量降低等特点，是一种高效、稳燃、低污染物的新型燃烧技术。
　　2.高浓度煤粉燃烧技术可以加快化学反应速度，降低着火温度和着火热，减少着火时间，缩短着火距离，改变着火方式，提高火焰传播速度和火焰温度，这些特性为劣质煤的高效、清洁、稳定燃烧开辟了一条新的思路。
　　3.由于煤粉浓度比常规浓度高得多，因此高浓度煤粉燃烧技术存在系统输送难以稳定、煤粉燃尽度低和炉膛容易结渣等问题。
　　
　　参考文献：
　　［１］何伯述等.锅炉着火稳定性及其技术发展.中国电力，1999，8：4-7.
　　［２］郑楚光.煤粉钝体燃烧器数值模拟及稳燃机理研究.华中理工大学学报，1987：71-85.