影響鍋爐燃燒因素

張開宇

摘 要：新鄉公司現有裝機容量2×660MW，鍋爐設計煤種為長治三元礦校核煤種為鶴壁十礦。受多種因素影響，#1、#2爐燃煤直接燃用設計煤種可能性較小，鍋爐燃用摻配煤勢在必行。文中介紹了煤種不同成分對鍋爐影響，并對公司#1、#2爐燃燒情況進行分析總結。

關鍵詞：煤粉燃燒;著火時間;煤質因素

中圖分類號：TK229.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0169-02

1 概述

新鄉公司#1、#2鍋爐為超臨界壓力變壓運行直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道采用擋板調節再熱汽溫、平衡通風、露天布置、選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、Π型布置燃煤鍋爐。現有裝機容量2×660MW，鍋爐設計煤種為長治三元礦校核煤種為鶴壁十礦。受多種因素影響，我廠燃煤直接燃用設計煤種可能性較小，諸如設計煤種供應緊張，采購不到足夠數量的設計煤種;對環境保護要求越來越高，為滿足污染物排放要求，高、低硫煤摻燒以降低含硫量;為降低燃煤成本，摻燒超出校核煤種的低質煤;復雜的煤炭市場化采購環境等因素，因此我廠鍋爐的燃煤摻配摻燒勢在必行，本文對公司#1、#2爐燃燒情況進行分析總結。

2 煤粉氣流的燃燒過程

實驗室利用熱重-紅外聯用（TG-FTIR）方法闡述了煤粉的著火過程，分析的基本原理是煤粉在熱天平中被線性 升溫加熱，在升溫過程中，煤粉經歷失水、氧化、氣化、燃燒等物理、化學過程，這些過程會導致相應的質量、熱量（或溫度）的變化，并有相應的反應氣體逸出。熱天平可以同時記錄煤粉升溫過程中的質量、熱量（或溫度）變化，從而可以反映出煤粉升溫過程中的物理化學過程。根據上述原理，煤粉燃燒的過程為：煤粉受熱→水分析出→繼續受熱→大部分揮發份析出→揮發份著火→引燃焦炭、析出剩余揮發份→燃燼。

3 煤質對燃燒影響

3.1 揮發份含量

煤粉的性質對著火影響最大的是揮發份含量，燃料揮發份是煤粉在加熱過程中有機質分解而析出的氣體物質，煤中揮發份含量對煤粉氣流著火過程影響很大，干燥無灰基揮發份越高的煤，著火溫度越低，火焰傳播速度也越快火焰傳播速度快。揮發份含量高的煤不僅容易著火，而且著火穩定性也越好，揮發份降低時，煤粉氣流的著火溫度顯著提高，著火熱也隨之增大。煤中除了揮發份和水分剩余的部分就是焦炭，包括固碳和灰分。揮發份的燃燒對焦炭起加熱作用，從而為焦炭的燃燒創造有利條件，一般而言，揮發份越高的煤越容易燃盡，q4（固體未完全燃燒熱損失）少。隨著煤的碳化程度不同，揮發份的析出溫度也不同，揮發份的成分及含量也不同。揮發份的著火點低，容易燃燒。揮發份高的煤火焰傳播速度也越快，火焰也越長，大部分揮發份的著火以及燃盡時間很短，約占整個燃燒時間的百分之十。

3.2 水分

煤粉在加熱的過程中首先析出的是水分，水分分為外部水分和內部水分。水分的增加會影響發熱量，從而使爐內溫度降低影響燃料著火，增加排煙熱損失，加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰。水分的增加影響著火熱，水分多時加熱煤粉氣流的一部分熱用于水分的蒸發和過熱，使著火熱增加，推遲著火。但是煤粉內的水分蒸發后可使煤粉顆粒的表面積增大，從而提高著火能力和燃燒速度。煙氣中的水蒸氣常壓下不會凝結，汽化潛熱未能被利用，使鍋爐效率有所降低。水分還會影響火焰的傳播速度，水分含量大時，火焰的傳播速度變低。

3.3 灰分

焦炭中不能燃燒的部分就是灰分。它可以使單位燃料的發熱量降低，還影響燃料的著火和燃盡，也會造成鍋爐受熱面積灰、結渣、磨損。灰分含量增大時，煤粉的發熱量就會降低，燃煤量增加，灰分覆蓋在可燃物上減少與氧氣的接觸面積使著火比較困難，著火穩定性差，著火溫度高，影響火焰傳播速度。還會是燃燒不完全，增加固體未完全燃燒熱損失。灰分還會形成灰渣附著在水冷壁面，過熱器，再熱器，省煤器，空氣預熱器上，增大熱阻減少傳熱，浪費能量。

3.4 發熱量

發熱量大可以使煤的分解速度加快，迅速釋放出揮發份，有利于達到著火熱迅速達到著火溫度，并且穩定的燃燒。

3.5 煤粉細度

煤粉越細，其中的揮發份容易析出出來，可以迅速燃燒，也容易著盡，減少固體未完全燃燒損失，還會提高火焰傳播速度。煤粉氣流的著火溫度也隨煤粉的細度而變化，煤粉愈細，著火愈容易。這是因為在同樣的煤粉細度下，煤粉愈細，進行燃燒反應的表面積越大，而煤粉本身的熱阻卻減小，因而在加熱時，細煤粉的溫升速度要比粗煤粉快。這樣就可以加快化學反應速度，更快地達到著火。

3.6 煤粉分布

在爐膛內煤粉分布越均勻越容易燃燒。2015年5月份#1機組啟動以來，鍋爐掉焦后E4燃燒器火檢信號波動頻次較多，初步分析E4燃燒器著火穩定性較差，對鍋爐結焦及穩燃造成一定影響，自6月15日開始將#1爐E4煤粉管關斷門關閉，進行試驗，E4煤粉管關閉前后對比數據如表1所示。

通過試驗分析可見，E4粉管關斷門關閉前后磨煤機總風量降低5t/h左右，總給煤量減少13t/h，E磨煤機風煤比可維持在1.1左右。由此判斷E4煤粉管可能因長時間運行磨損、粉管出粉量較大，E4粉管風煤比明顯偏低，盡管測量的著火點距離與E層其他燃燒器相比無差別，但煤粉燃燒初期需要一次風供給的氧量不足，煤粉氣流處于嚴重缺氧燃燒的工況，鍋爐掉焦后，在水蒸氣反撲的影響下，E4燃燒器缺氧燃燒問題更加突出，表現出火焰抗干擾能力降低、火檢信號波動。同時在相同負荷、相同燃料量的情況下，E4燃燒器投運前后比較，脫硝系統擴建端入口氮氧化物濃度升高約80mg/Nm3，由此也可一定程度上反應出E4燃燒器投運后處于明顯的缺氧工況下燃燒。

4 #1、#2爐煤粉著火的運行參數分析

對制粉系統的調整來說，主要關注煤粉的著火和著火性能。按照《DL/T-2002火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》的解釋，煤粉的揮發份在中常灰分（Ad低于34%）和常水分（Mf低于8%）下，通過揮發份來判斷煤粉的著火性能較為準確，但入爐煤水分、灰灰分過高時則不能完全按照揮發份來判斷。評價煤的燃燒性能除了實驗以外，通常簡便有效的是熱分析和煤粉氣流著火溫度測定，熱分析所得的著火指數及著火熱和煤粉氣流著火溫度都能反映煤粉的著火性能，《DL/T-2002火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》建議煤粉氣流著火溫度測定更接近于工程條件。

根據統計發現，入爐煤揮發份每上升2%，燃燒器著火點位置拉近0.1m左右，揮發份越接近煙煤變化幅度越大。在揮發份存在偏差的情況下，煤粉水分對著火點的影響不明顯，如有合適煤種的情況下，鍋爐運行專業將進一步分析同揮發份的基礎上，不同水分對著火點距離的影響。另外從鍋爐兩側觀火孔測得的外火焰溫度分析，除摻燒高熱值、高揮發份的煙煤外，燃用貧瘦煤或肥煤，鍋爐兩側觀火孔溫度變化不大。通過以上分析，在入爐煤干燥無灰基揮發份在8%左右時，煤粉的揮發份對著火有著主導作用，浙江大學曾通過試驗，利用回歸分析法顯示數據的預測趨勢證實揮發份和著火溫度指數之間的決定系數達到了0.94，從而證實揮發份在很大程度上決定了著火難易程度。水分對著火具有積極影響，雖然水分在燃燒過程不放熱且要吸熱，降低爐膛溫度，但由于其含量低，成分單一，析出溫度低、速度快（根據浙江大學試驗數據分析可知，原煤外水在50℃左右已基本析出），故在揮發份析出和著火前已經開始析出，形成孔隙，煤粉中含有適當的水分有利于揮發份的析出和增大了反應面積，進而促進煤粉的著火燃燒。

根據前文的分析，建議我公司#1、#2爐燃用的入爐煤干燥無灰基揮發份低于17%時，控制入爐煤全水分在7%以下;入爐煤干燥無灰基揮發份低于17～20%范圍內時，控制入爐煤全水分在10%以下，入爐煤干燥無灰基揮發份高于20%時，入爐煤全水分不超過11%。

5 磨煤機分離器出口溫度的控制

磨煤機分離器出口溫度越高將會使原煤中的揮發份更早、更多的析出，有利于煤粉氣流的著火，但運行中并非分離器出口溫度越高越好，磨煤機分離器出口溫度過高將可能會引起煤粉自燃、爆燃或者煤粉管燒損的危險，因此分離器出口溫度的控制主要是受煤粉中揮發份含量的影響。《DL/T-2002火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》中明確了磨煤機分離器出口溫度的控制要求。

雙進雙出鋼球磨直吹式磨煤機，燃用干燥無灰基揮發份低于15%的貧瘦煤，磨煤機分離器出口溫度應控制在100℃以下，燃用煙煤時，分離器出口溫度應控制在70～75℃的范圍內。目前我公司采購的煤種主要是干燥無灰基揮發份在16%左右的貧煤（山西區域的明信煤、東田良、凌志達、成功等和河南區域的趙家寨、白坪煤），還有部分干燥無灰基揮發份在18%左右的肥煤（長治北、瑞平）和干燥無灰基揮發份在20%左右的次煙煤。目前我公司#1、#2爐磨煤機分離器出口溫度控制范圍基本符合上表要求，《集控運行規程》規定中上層磨煤機入爐煤干燥無灰基揮發份在15%左右時，磨煤機分離器出口溫度在100℃左右。下層磨煤機入爐煤揮發份在19%～25%范圍時，控制磨煤機分離器出口溫度不低于80℃。運行中磨煤機分離器出口溫度降低將會延遲煤粉中揮發份的析出時間，推遲煤粉在爐膛內的引燃時間，即煤粉在爐內的燃燒時間縮短。當磨煤機分離器出口溫度過低時，就會影響粉煤在鍋爐中的燃燼度。

6 結語

掌控鍋爐燃燒的影響因素是燃煤摻配要將慮鍋爐的設計特性和設計煤種的煤質參數作為重要依據、做好鍋爐燃燒調整的理論指導，這將有利于防治鍋爐結焦和提高鍋爐低負荷穩燃能力，保證鍋爐的安全穩定運行。

參考文獻

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