對火電廠穩燃技術的可行性研究

　　摘 要： 隨著發電機組日益向大容量、大機組發展，以及環境保護的要求和意識的增強，電力工業對煤粉燃燒提出了越來越高的要求，概括起來主要有：燃燒的高效率、穩定性、低污染，以及良好的煤種適應性和快速負荷變化適應性。其中的關鍵技術是鍋爐低負荷燃燒的強化和火焰穩定性。
　　關鍵詞： 火電廠鍋爐 高濃度煤粉輸送燃燒技術 特性 局限性
　　
　　火電廠鍋爐燃用的低揮發份無煙煤和劣質煙煤，其著火溫度和著火熱高，著火速度低，故其著火延遲，導致爐溫降低，使焦炭燃燒和燃盡困難，飛灰含碳量增加。因此，尋求一種高效穩燃的燃燒方式，是解決鍋爐難燃煤燃燒問題的關鍵。
　　高濃度煤粉輸送燃燒技術有常規稀相系統無與倫比的優越性，從根本上改變了鍋爐的輸粉燃燒系統，擺脫了常規一次風粉流的煤粉濃度限制，可直接調節煤粉濃度控制燃燒，明顯縮短著火時間，強化穩燃，阻礙NOx的形成，降低NOx排放，實現清潔燃燒，經濟效益和社會效益顯著。因此，被普遍認為是最經濟和最直接的穩定和強化措施。
　　一、系統簡介
　　高濃度煤粉輸送燃燒技術是在煤粉離開煤粉倉時，通過一些措施使煤粉濃度提高，用獨立風源而不是常規一次風，通過比常規一次風管細得多的送粉管道，將煤粉經混合器后組成煤粉濃度高達50kgc/kga以上的煤粉氣流，直接送至燃燒器，在燃燒器內與二次風混合成1.0kgc/kga左右的煤粉氣流，在著火區域進行高濃度燃燒。
　　二、系統特性分析
　　1.輸粉系統簡化
　　高濃度煤粉輸送系統徹底改變了傳統的輸送方式，突破了常規輸粉系統的局限性，大大改善了傳統輸送系統存在的磨損、混合、能耗和成本等一系列問題，其主要特性主要體現在以下八個方面。
　　（1）輸送濃度高（固氣比在50kgc/kga以上），濃相給粉的輸粉空氣量不超過燃燒空氣量的0.1%—0.3%，耗氣量少，使輸送終端的料、容易氣分離，空氣過濾設備也小得多。
　　（2）輸送速度低（7m/s左右），因磨損與速度的2—4次方成正比，故管道磨損大大減少。
　　（3）因輸送速度慢，物料在輸送過程中的破損率少，對降低物料等級的影響小。
　　（4）輸送距離遠（可達1km以上）。
　　（5）給粉管徑只需40—80mm，比常規300—500mm要小得多，且管線也短，系統大大簡化，金屬和保溫材料耗量減少，投資和運行費用低，操作與維護簡單，工作運行可靠。
　　（6）粒子的靜電荷減少，有助于防止諸如粉塵爆炸和壓降逐漸增加的問題。
　　（7）系統穩定性有較大提高。
　　（8）動力消耗低，一般為稀相輸送的1/4左右。
　　2.強化穩燃特性
　　（1）加快化學反應速度
　　由質量作用定律可知：在溫度不變的條件下，任何瞬間的化學反應速度與該瞬間的反應物的濃度乘積成正比，化學反應起因于能起反應的各組成分子（活化分子）的有效碰撞。因此，在單位體積中分子數愈多，也即反應物質的濃度愈大，分子碰撞的次數就愈多，因而反應過程進行就愈迅速。
　　（2）降低著火溫度
　　當煤粉濃度較低時，顆粒升溫速度很慢，煤粉可用于析出揮發份的時間較長，熱解產出的揮發份少，不足以引起整個煤粉氣流的均相著火，著火只能是非均相的，因而著火溫度也較高。當煤粉濃度升高時，升溫速度加快，且整個煤粉氣流中顆粒析出揮發份也多，均相著火可能發生，因而造成著火溫度的逐漸降低。當煤粉濃度很高時，濃度的增加使得升溫速度明顯減慢，揮發份的濃度不足以抵消升溫速度的降低，導致著火溫度很少提高甚至降低。
　　（3）減少著火熱量
　　煤粉氣流的著火熱，就是將煤粉氣流加熱到可著火的臨界狀態所需的熱量。煤粉氣流的加熱主要由火焰及爐壁的輻射熱和高溫煙氣的對流熱兩部分組成，但整個加熱過程主要由高溫煙氣的回流加熱所控制。煤粉濃度提高，化學反應速度加快，著火溫度降低，從而使所需的熱量減少。
　　（4）減少著火時間
　　煤粉濃度提高后，著火熱減少，著火溫度降低，整個氣流的加熱條件強化了。因此，在相同的時間內，煤粉可被加熱到更高的溫度，或者說，煤粉氣流加熱到著火所需要的時間減少了，著火提前了。
　　（5）縮短著火距離
　　在鍋爐燃燒中稱著火距離為“黑龍”，盡量縮短這段距離有著非常重要的實際意義。由于煤粉濃度的提高，反應速度加快，火焰溫度升高，著火時間縮短，最終的結果是使著火距離縮短。著火距離除跟煤粉濃度有關外，還與煤種和壁溫有很大的關系。煤粉過濃和過稀都會增大著火距離，因此存在一個最佳煤粉濃度（1.0-1.5kgc/kga）。
　　三、系統局限性分析
　　雖然高濃度煤粉輸送燃燒技術具有輸粉系統簡化、穩定強化燃燒和降低NOx排放三大優勢，但由于濃度比常規煤粉濃度高得多，因此必然會帶來一些新的問題。
　　1.輸送穩定性問題
　　火電廠鍋爐燃用的煤粉通常很細，屬于難以流化的C類顆粒，而且煤粉本身亦具有很強的粘附性。因此，煤粉難以正常流化，從而引起給粉不均勻，給粉多時容易積粉，可能引起局部地區爆燃，爐內壓力增加而噴火；給粉少時容易造成滅火，燃燒不穩定。給料的均勻性和連續性是保證試驗高穩定性、高精度和高重現性的關鍵。
　　2.煤粉的燃盡問題
　　煤粉濃度提高后一方面使著火提前，有利于煤粉的燃盡，另一方面使煤粉與空氣混合不均勻，影響煤粉的燃盡。雖然著火提前可部分地抵償由于煤粉濃度提高后在后期混合不好而使燃燒效率降低的影響，這對反應性好及固定碳含量較低的煤來說，如高揮發份的煙煤、劣質煙煤及褐煤等，可能問題不大，甚至會使飛灰含量下降。但對低揮發分煤來說，矛盾就顯得尖銳了。因此，燃盡問題是高濃度煤粉燃燒存在的一個突出問題。
　　3.爐膛的結渣問題
　　爐膛濃度的提高對煤粉燃燒將會產生一些不利的影響：首先在燃燒初期易出現局部還原性氣氛，而還原性氣氛或低氧氣氛的出現會延長黃鐵礦的熱分解時間和磁黃鐵礦的氧化時間，增加玻璃體的生成量。其次是含鐵顆粒的富集。煤粉濃度提高，煤粉氣流中含鐵顆粒特別是粗顆粒有顯著的提高；煤粉粒徑越大，慣性越大，處于熔融態或半熔融態的時間越長，更傾向于結渣沉積。由于這是高濃度煤粉燃燒技術所固有的特性，因此，在一定程度上高濃度煤粉燃燒起著促進結渣的作用。
　　四、結語
　　1.高濃度煤粉燃燒技術具有輸送系統得到簡化，燃燒過程得到強化和穩定，污染物NOx排放量降低等特點，是一種高效、穩燃、低污染物的新型燃燒技術。
　　2.高濃度煤粉燃燒技術可以加快化學反應速度，降低著火溫度和著火熱，減少著火時間，縮短著火距離，改變著火方式，提高火焰傳播速度和火焰溫度，這些特性為劣質煤的高效、清潔、穩定燃燒開辟了一條新的思路。
　　3.由于煤粉濃度比常規濃度高得多，因此高濃度煤粉燃燒技術存在系統輸送難以穩定、煤粉燃盡度低和爐膛容易結渣等問題。
　　
　　參考文獻：
　　［１］何伯述等.鍋爐著火穩定性及其技術發展.中國電力，1999，8：4-7.
　　［２］鄭楚光.煤粉鈍體燃燒器數值模擬及穩燃機理研究.華中理工大學學報，1987：71-85.