影响锅炉燃烧因素

张开宇

摘 要：新乡公司现有装机容量2×660MW，锅炉设计煤种为长治三元矿校核煤种为鹤壁十矿。受多種因素影响，#1、#2炉燃煤直接燃用设计煤种可能性较小，锅炉燃用掺配煤势在必行。文中介绍了煤种不同成分对锅炉影响，并对公司#1、#2炉燃烧情况进行分析总结。

关键词：煤粉燃烧;着火时间;煤质因素

中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0169-02

1 概述

新乡公司#1、#2锅炉为超临界压力变压运行直流锅炉，单炉膛、一次中间再热、尾部双烟道采用挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、选择性催化还原烟气脱硝（SCR）工艺、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型布置燃煤锅炉。现有装机容量2×660MW，锅炉设计煤种为长治三元矿校核煤种为鹤壁十矿。受多种因素影响，我厂燃煤直接燃用设计煤种可能性较小，诸如设计煤种供应紧张，采购不到足够数量的设计煤种;对环境保护要求越来越高，为满足污染物排放要求，高、低硫煤掺烧以降低含硫量;为降低燃煤成本，掺烧超出校核煤种的低质煤;复杂的煤炭市场化采购环境等因素，因此我厂锅炉的燃煤掺配掺烧势在必行，本文对公司#1、#2炉燃烧情况进行分析总结。

2 煤粉气流的燃烧过程

实验室利用热重-红外联用（TG-FTIR）方法阐述了煤粉的着火过程，分析的基本原理是煤粉在热天平中被线性 升温加热，在升温过程中，煤粉经历失水、氧化、气化、燃烧等物理、化学过程，这些过程会导致相应的质量、热量（或温度）的变化，并有相应的反应气体逸出。热天平可以同时记录煤粉升温过程中的质量、热量（或温度）变化，从而可以反映出煤粉升温过程中的物理化学过程。根据上述原理，煤粉燃烧的过程为：煤粉受热→水分析出→继续受热→大部分挥发份析出→挥发份着火→引燃焦炭、析出剩余挥发份→燃烬。

3 煤质对燃烧影响

3.1 挥发份含量

煤粉的性质对着火影响最大的是挥发份含量，燃料挥发份是煤粉在加热过程中有机质分解而析出的气体物质，煤中挥发份含量对煤粉气流着火过程影响很大，干燥无灰基挥发份越高的煤，着火温度越低，火焰传播速度也越快火焰传播速度快。挥发份含量高的煤不仅容易着火，而且着火稳定性也越好，挥发份降低时，煤粉气流的着火温度显著提高，着火热也随之增大。煤中除了挥发份和水分剩余的部分就是焦炭，包括固碳和灰分。挥发份的燃烧对焦炭起加热作用，从而为焦炭的燃烧创造有利条件，一般而言，挥发份越高的煤越容易燃尽，q4（固体未完全燃烧热损失）少。随着煤的碳化程度不同，挥发份的析出温度也不同，挥发份的成分及含量也不同。挥发份的着火点低，容易燃烧。挥发份高的煤火焰传播速度也越快，火焰也越长，大部分挥发份的着火以及燃尽时间很短，约占整个燃烧时间的百分之十。

3.2 水分

煤粉在加热的过程中首先析出的是水分，水分分为外部水分和内部水分。水分的增加会影响发热量，从而使炉内温度降低影响燃料着火，增加排烟热损失，加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。水分的增加影响着火热，水分多时加热煤粉气流的一部分热用于水分的蒸发和过热，使着火热增加，推迟着火。但是煤粉内的水分蒸发后可使煤粉颗粒的表面积增大，从而提高着火能力和燃烧速度。烟气中的水蒸气常压下不会凝结，汽化潜热未能被利用，使锅炉效率有所降低。水分还会影响火焰的传播速度，水分含量大时，火焰的传播速度变低。

3.3 灰分

焦炭中不能燃烧的部分就是灰分。它可以使单位燃料的发热量降低，还影响燃料的着火和燃尽，也会造成锅炉受热面积灰、结渣、磨损。灰分含量增大时，煤粉的发热量就会降低，燃煤量增加，灰分覆盖在可燃物上减少与氧气的接触面积使着火比较困难，着火稳定性差，着火温度高，影响火焰传播速度。还会是燃烧不完全，增加固体未完全燃烧热损失。灰分还会形成灰渣附着在水冷壁面，过热器，再热器，省煤器，空气预热器上，增大热阻减少传热，浪费能量。

3.4 发热量

发热量大可以使煤的分解速度加快，迅速释放出挥发份，有利于达到着火热迅速达到着火温度，并且稳定的燃烧。

3.5 煤粉细度

煤粉越细，其中的挥发份容易析出出来，可以迅速燃烧，也容易着尽，减少固体未完全燃烧损失，还会提高火焰传播速度。煤粉气流的着火温度也随煤粉的细度而变化，煤粉愈细，着火愈容易。这是因为在同样的煤粉细度下，煤粉愈细，进行燃烧反应的表面积越大，而煤粉本身的热阻却减小，因而在加热时，细煤粉的温升速度要比粗煤粉快。这样就可以加快化学反应速度，更快地达到着火。

3.6 煤粉分布

在炉膛内煤粉分布越均匀越容易燃烧。2015年5月份#1机组启动以来，锅炉掉焦后E4燃烧器火检信号波动频次较多，初步分析E4燃烧器着火稳定性较差，对锅炉结焦及稳燃造成一定影响，自6月15日开始将#1炉E4煤粉管关断门关闭，进行试验，E4煤粉管关闭前后对比数据如表1所示。

通过试验分析可见，E4粉管关断门关闭前后磨煤机总风量降低5t/h左右，总给煤量减少13t/h，E磨煤机风煤比可维持在1.1左右。由此判断E4煤粉管可能因长时间运行磨损、粉管出粉量较大，E4粉管风煤比明显偏低，尽管测量的着火点距离与E层其他燃烧器相比无差别，但煤粉燃烧初期需要一次风供给的氧量不足，煤粉气流处于严重缺氧燃烧的工况，锅炉掉焦后，在水蒸气反扑的影响下，E4燃烧器缺氧燃烧问题更加突出，表现出火焰抗干扰能力降低、火检信号波动。同时在相同负荷、相同燃料量的情况下，E4燃烧器投运前后比较，脱硝系统扩建端入口氮氧化物浓度升高约80mg/Nm3，由此也可一定程度上反应出E4燃烧器投运后处于明显的缺氧工况下燃烧。

4 #1、#2炉煤粉着火的运行参数分析

对制粉系统的调整来说，主要关注煤粉的着火和着火性能。按照《DL/T-2002火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》的解释，煤粉的挥发份在中常灰分（Ad低于34%）和常水分（Mf低于8%）下，通过挥发份来判断煤粉的着火性能较为准确，但入炉煤水分、灰灰分过高时则不能完全按照挥发份来判断。评价煤的燃烧性能除了实验以外，通常简便有效的是热分析和煤粉气流着火温度测定，热分析所得的着火指数及着火热和煤粉气流着火温度都能反映煤粉的着火性能，《DL/T-2002火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》建议煤粉气流着火温度测定更接近于工程条件。

根据统计发现，入炉煤挥发份每上升2%，燃烧器著火点位置拉近0.1m左右，挥发份越接近烟煤变化幅度越大。在挥发份存在偏差的情况下，煤粉水分对着火点的影响不明显，如有合适煤种的情况下，锅炉运行专业将进一步分析同挥发份的基础上，不同水分对着火点距离的影响。另外从锅炉两侧观火孔测得的外火焰温度分析，除掺烧高热值、高挥发份的烟煤外，燃用贫瘦煤或肥煤，锅炉两侧观火孔温度变化不大。通过以上分析，在入炉煤干燥无灰基挥发份在8%左右时，煤粉的挥发份对着火有着主导作用，浙江大学曾通过试验，利用回归分析法显示数据的预测趋势证实挥发份和着火温度指数之间的决定系数达到了0.94，从而证实挥发份在很大程度上决定了着火难易程度。水分对着火具有积极影响，虽然水分在燃烧过程不放热且要吸热，降低炉膛温度，但由于其含量低，成分单一，析出温度低、速度快（根据浙江大学试验数据分析可知，原煤外水在50℃左右已基本析出），故在挥发份析出和着火前已经开始析出，形成孔隙，煤粉中含有适当的水分有利于挥发份的析出和增大了反应面积，进而促进煤粉的着火燃烧。

根据前文的分析，建议我公司#1、#2炉燃用的入炉煤干燥无灰基挥发份低于17%时，控制入炉煤全水分在7%以下;入炉煤干燥无灰基挥发份低于17～20%范围内时，控制入炉煤全水分在10%以下，入炉煤干燥无灰基挥发份高于20%时，入炉煤全水分不超过11%。

5 磨煤机分离器出口温度的控制

磨煤机分离器出口温度越高将会使原煤中的挥发份更早、更多的析出，有利于煤粉气流的着火，但运行中并非分离器出口温度越高越好，磨煤机分离器出口温度过高将可能会引起煤粉自燃、爆燃或者煤粉管烧损的危险，因此分离器出口温度的控制主要是受煤粉中挥发份含量的影响。《DL/T-2002火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》中明确了磨煤机分离器出口温度的控制要求。

双进双出钢球磨直吹式磨煤机，燃用干燥无灰基挥发份低于15%的贫瘦煤，磨煤机分离器出口温度应控制在100℃以下，燃用烟煤时，分离器出口温度应控制在70～75℃的范围内。目前我公司采购的煤种主要是干燥无灰基挥发份在16%左右的贫煤（山西区域的明信煤、东田良、凌志达、成功等和河南区域的赵家寨、白坪煤），还有部分干燥无灰基挥发份在18%左右的肥煤（长治北、瑞平）和干燥无灰基挥发份在20%左右的次烟煤。目前我公司#1、#2炉磨煤机分离器出口温度控制范围基本符合上表要求，《集控运行规程》规定中上层磨煤机入炉煤干燥无灰基挥发份在15%左右时，磨煤机分离器出口温度在100℃左右。下层磨煤机入炉煤挥发份在19%～25%范围时，控制磨煤机分离器出口温度不低于80℃。运行中磨煤机分离器出口温度降低将会延迟煤粉中挥发份的析出时间，推迟煤粉在炉膛内的引燃时间，即煤粉在炉内的燃烧时间缩短。当磨煤机分离器出口温度过低时，就会影响粉煤在锅炉中的燃烬度。

6 结语

掌控锅炉燃烧的影响因素是燃煤掺配要将虑锅炉的设计特性和设计煤种的煤质参数作为重要依据、做好锅炉燃烧调整的理论指导，这将有利于防治锅炉结焦和提高锅炉低负荷稳燃能力，保证锅炉的安全稳定运行。

参考文献

[1] 林永彬.浅谈锅炉稳定燃烧的措施[J].青春岁月，2013（18）：484-484.

[2] 闫顺林，王冬生，李永华，朱卫平.锅炉燃烧稳定性影响因素分析[J].电站系统工程，2005（01）：29-30.