直吹式制粉系統鍋爐燃用劣質煤的穩燃分析

王登香

(大唐淮南洛河發電廠，安徽 淮南 232008)

制粉系統是鍋爐機組的重要輔助系統，其運行狀態直接影響鍋爐的安全性和經濟性。某電廠ZGM113型磨煤機由北京電力設備總廠生產，屬新型外加壓力的中速直吹磨煤機，每臺爐配6臺磨煤機，燃燒設計煤種時，5臺運行，1臺備用。由于目前國內電煤緊張，不能保證入爐煤均為設計煤種，在夜間低負荷時，由于煤質較差，很難保證鍋爐的安全穩燃。為此，電廠從運行角度分析影響鍋爐穩定燃燒的不利因素，并對其運行方式進行調整，以使鍋爐在低負荷不投油槍的情況下穩定燃燒。

1 劣質煤對鍋爐燃燒的影響

1.1 發熱量的影響

燃煤發熱量是影響鍋爐燃燒穩定性和運行經濟性的重要因素。對鍋爐燃燒而言，燃煤發熱量減小將導致爐內溫度水平降低，對燃煤著火和燃燼產生不利影響，當燃料發熱量減小到一定程度時，會導致燃燒不穩、火焰閃爍，甚至滅火。因此，根據燃燒穩定性的要求，需設定燃煤發熱量的下限值，若低于限值，燃煤在一般煤粉爐中將無法穩定燃燒。

1.2 水分的影響

在一定限度內，煤的含水量對燃煤著火性質的影響與揮發分一致。少量水分對煤粉著火有利，高溫時水蒸氣對燃燒具有催化作用，可加速煤粉焦炭的燃燒，提高火焰黑度，加強燃燒室爐壁的輻射換熱；此外，水蒸氣分解時產生的氫分子和氫氧根可提高火焰的熱傳導率。當水分含量過大時，著火熱變大，且水分被加熱汽化時將吸收部分燃燒熱，從而降低了爐內煙氣溫度、煤粉氣流卷吸的煙氣溫度以及火焰對煤粉的輻射熱，最終對燃煤著火產生不利的影響。

1.3 灰分的影響

在燃燒過程中，燃煤灰分不但不會發出熱量，還要吸收熱量。灰分含量越高，發熱量越低，越易導致著火困難和延遲，同時隨著爐膛溫度的降低，燃燼程度也隨之降低。灰分含量越高，碳粒越易被灰層包裹，碳粒表面燃燒速度變小，火焰傳播速度降低，造成燃煤燃燒不穩。

2 針對劣質煤的調整措施

2.1 控制總風量和風煤配比

總風量的大幅增加會造成爐內平均溫度下降，使燃燒反應速度減緩，不利于鍋爐的低負荷穩燃。為此應保持最佳的過量空氣系數，根據不同負荷條件，保持不同的氧量值。該廠三期2臺超臨界鍋爐爐膛出口的過量空氣系數約為1.2，一般情況下，300～450 MW負荷段應將氧量保持在5 %左右，450～600 MW負荷段則該保持在3 %～3.5 %之間。

2.2 保證磨煤機出力合理

在低負荷時，保持磨煤機的合理運行臺數。實現直吹式制粉系統鍋爐燃料量變化，通常采用增、減磨煤機運行臺數的方式，即調整燃燒器的運行層數和每臺磨煤機的出力。在負荷不變的情況下，進入爐膛的煤粉量是一定的，一旦增加磨煤機運行臺數及燃燒器運行層數，平均每層噴燃器的粉量就會減少，進入爐膛的一、二次風量也相應增加，這必然會造成鍋爐斷面熱負荷降低及爐內溫度下降，給鍋爐低負荷的穩燃造成很大威脅。因此，在低負荷時應保證下層磨煤機運行，盡可能加大下2臺磨煤機出力，保證燃燒的穩定。

2.3 避免磨煤機斷層燃燒

在低負荷時，盡量采用下3臺或下4臺磨煤機運行，避免斷層燃燒。因為燃燒器層與層之間有2層輔助風，若采用斷層燃燒，相鄰燃燒器相距較遠，不利于煤粉著火和火焰的傳播，會降低燃燒區的斷面熱負荷；采用下3臺或下4臺磨煤機運行時，整個燃燒區域的斷面熱負荷及火焰溫度均會得到大幅提高，有利于煤粉著火和火焰傳播。

2.4 保持合適的煤粉細度及一次風量

煤粉越細，單位質量的煤粉表面積越大，加熱升溫的時間就越短，燃燒就越充分。為此，需不定期進行煤粉細度的跟蹤化驗，保證煤粉細度在20 %左右。降低一次風量會使一次風中的煤粉濃度增大，這對劣質煤的煤粉氣流穩定著火更為有利，因此，要將一次風速控制在0.25～0.27 m/s之間，并保證各粉管風速均勻。

2.5 維持適當的爐膛與二次風箱壓差

使爐膛與二次風箱壓差處于適當水平，可保證進入爐膛的二次風速合理，這能有效增加煤粉、空氣、煙氣及火焰的旋轉強度，增強火焰邊界層內的熱量交換，促使上、下層火焰間相互引燃，提高爐膛燃燒的穩定性。同時，由于爐內煙氣的旋轉強度增加，煤粉在爐內的燃燒時間延長，促使煤粉燃燼。一般情況下，在低負荷時應將爐膛與二次風箱壓差維持在0.4 kPa左右。

2.6 保持較高的磨煤機出口溫度

劣質煤揮發分通常較低，應根據入爐煤揮發分的高低控制磨煤機出口溫度。

當入爐煤揮發分較低時，應使磨煤機出口溫度在80～90 ℃之間，保證揮發分在粉管中及時析出，這有利于燃燒的穩定。

2.7 保證等離子燃燒器備用

等離子燃燒器是借助等離子電弧來點燃煤粉的煤粉燃燒裝置。

等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成梯度極大(T＞5 000 K)的局部高溫區，一次風粉送入等離子點火煤粉燃燒器經濃淡分離后，使濃相煤粉進入等離子火炬中心區，并在10-3s內迅速釋放出揮發物，促使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，并為淡相煤粉提供高溫熱源，引起淡相煤粉迅速著火，最終形成穩定的燃燒火炬。煤粉的燃燒速度加快，有助于加速煤粉的燃燒，大大減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。等離子體不僅可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒，通常情況下還可提高煤粉20 %～80 %的揮發分，這對點燃低揮發分煤粉、強化燃燒有著特別的意義。在鍋爐燃燒不穩時及時投入等離子，可確保煤粉穩定燃燒。

3 結束語

通過上述分析，結合該廠最近一年的鍋爐運行狀況，在燃用劣質煤時能否采用合理的運行方式尤為關鍵，合理的運行方式是保證鍋爐安全經濟穩定運行的基石。