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火电厂劣质煤燃烧的问题及技术措施

发布时间：2011/5/2 阅读次数：1081 字体大小: 【小】【中】【大】

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(内蒙古国电能源投资有限公司锡林热电厂，内蒙古锡林浩特 026000)
摘要：文章通过对劣质煤燃烧特性的分析，提出了采用集中燃烧，改善一、二、三次风的方法，来提高炉膛温度，有利于煤粉着火燃烧，确保机组安全稳定运行。
关键词：劣质煤；集中燃烧；火电厂
中图分类号：TM621.2 文献标识码：B 文章编号： 1007—6921(2010)15—0065—02

我国的劣质煤储量丰富，开发和利用劣质煤是我国一项重要的能源政策。劣质煤的特点：水分高，灰分大，发热量低，挥发分低，着火点高等。火力发电厂在燃用劣质煤时，一方面，锅炉燃烧不稳，易引起锅炉灭火放炮事故；另一方面，为稳定燃烧需投油助燃，浪费了大量的燃油。同时，飞灰含碳量增大，锅炉效率降低，经济性差。此外，还存在燃用劣质煤，使锅炉易结焦，各受热面磨损严重，锅炉运行各参数不稳，运行人员调整工作量增大等问题。笔者就此对火电厂劣质煤燃烧的影响及其技术改进做初步的论述。
1 采用集中燃烧是烧好劣质煤的有效措施

集中燃烧增加了煤粉的浓度，集中了燃烧的挥发物；降低了着火区的过量空气；燃烧中心集中，使火焰温度水平升高，从而提高炉膛温度，有利于煤粉着火燃烧。

由于煤粉高度集中，可能出现着火、燃烧初期氧量不足的问题。解决方法之一就是在一次风喷嘴内加周界风量。煤愈差，一次风比例就越小，分散送风、送粉会使射流刚性变差，燃烧不易稳定，不但喷嘴机械强度变差，易发生变形，同时也易出现速度不均，气粉分层等不良现象。采用集中一次风布置，可通过在喷嘴内加纵向或横向隔板来解决，由于隔板把一次风分割成多个小股射流，使气流扰动增强，同时气流射流刚性也变强，有利于着火燃烧稳定。
2 利于劣质煤的燃烧要控制好一次风量

一次风量的大小对煤粉着火燃烧的影响较大，直流燃烧器煤粉着火，主要是依靠射流卷吸周围高温烟气对一次风的气粉混合物进行加热，一次风量愈大，要求加热至着火所需热量愈多，对着火就不利。当一次风量增加时，喷嘴出口附近火焰温度明显降低，着火推迟，再加上劣质煤着火温度本来就较高，因此，在调整时，对劣质煤在煤粉管道不积粉堵管的前提下，应尽可能降低一次风比例，这样就有利于劣质煤的燃烧。
3 要利于劣质煤的燃烧需调整好一次风速

燃烧劣质煤时，一次风速都不宜过高或过低，一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，而且较粗的煤粉因惯性过大易穿过燃烧剧烈的区域而落下或逸走，形成机械不完全燃烧损失，有时甚至喷射到炉墙上引起结焦；一次风速过低也不利，煤粉气流刚性削弱，气流稳定性变差扰动又不强烈，火焰容易摆动，切圆形成不佳，抽吸周围高温烟气量减少，降低煤粉气流着火前的加热强度。易产生气粉分层和气粉分布不均，堵塞一次风管等不良现象。因此，对于低挥发分无烟煤宜选择低限来调试，以选择最佳一次风速。
4 要提高劣质煤的燃烧的稳定性，应控制好二次风与一次风交汇点

采用一次风集中送粉的措施后，一次风下设置二次风，一次风上设置中二次风及上二次风，根据着火三角形原理，二次风应该在煤粉火焰边缘着火后和一次风相交，以实现分段送风的目的。煤种愈差，就愈难着火，交点相应要推迟。控制二次风和一次风相交点的手段是：二次风嘴的角度、风速及一、二次风嘴间的距离，在燃烧器结构一定的情况下，可用控制二次风速的大小来调节一、二风的交点距离，一、二次风喷嘴的距离对燃烧影响颇大，间距太近时，一、二次风相交提前，此时只好降低二次风速运行，因而易造成炉膛空气过量系数偏低，影响锅炉出力及效率。因此，对挥发分较低的无烟煤在结构一定情况下，燃烧不稳时，应将距离一次风速较近的二次风速降下来，以免一、二次风相交过早而造成燃烧不稳。
5 二次风对燃烧的影响

合理分配各层二次风有利于劣质煤稳定燃烧燃尽。锅炉在燃用劣质煤时，各层二次风的分配比例对保证锅炉的稳定燃烧起着至关重要的作用。调整时一般采用下少上多的二次风分配方式，即所谓的“倒宝塔形”配风。下二次风的作用是：①分段送入空气，使下侧煤粉火焰燃烧；②托起煤粉气流中分离出来的粉粒，减少灰渣未燃尽损失。在燃烧劣质煤的实际运行调整中，由于中二次风一般离相邻的一次风距离较小，当其风量过大，风速过高时，该气流将过多地与一次风气流相混合，影响煤粉着火燃烧。另外，由于该喷燃口与相互间距较小的一次风口紧密连在一起，当风量风速过大时，将使燃烧器出口气流屏的背火面补气条件更差，加剧一次风煤粉偏转靠墙，促使煤粉离析，所以适当降低中二次风的风量、风速有助于提高燃尽度，降低炉渣可燃物。

在燃烧劣质煤的实际运行调整中，电负荷在140MW~160MW时，第四层火嘴全停运，投一、二、三层火嘴的情况下，保持上上二次风较小，上下二次风较大的配风方式较好，其上下二次风率约为上上二次风率的两倍。分析认为，由于第四层火嘴停运，使得上下喷口的二次风到一次风的距离增加较多，在上下均等配风工况下，该喷口风量、风速相应减少，其动量较弱，使一、二次风混合过迟，当采用上小下大的配风方式时，随着上下层喷口风量、风速的提高，将使着火后的煤粉气流及时同二次风相混合，加速扩散燃烧，提高燃尽度，飞灰炉渣可燃物下降。

对于四层火嘴全部投运，满负荷运行中，应采用上下二次风均等配风或上大下小的风量分配方式为宜。分析认为，由于第四层火嘴投运，此时上下二次风到一次风气流的距离相应减少较多，因此上下二次风量不宜过大，否则将导致一次风中混入二次风量过多，影响着火燃烧。
6 三次风喷入对燃烧的影响

燃用劣质煤时，由于水分和灰分较高，制粉系统有漏风较大，使得三次风量和风速往往比设计值高得多，大量的三次风喷入对燃烧的影响主要有：①使炉膛火焰温度降低，着火推迟，燃烧不稳定；②大量高速、低温的三次风穿入火焰，扰乱了炉内正常的空气动力场，易引起气流贴壁结焦现象；③降低了火焰温度，恶化了燃烧条件，使飞灰可燃物增加；④当三次风中细粉较多时，会使火焰拖长，使炉膛出口烟温及过热蒸汽温度均偏高。一般希望燃烧劣质煤时，把三次风量调整至不大于30％，三次风速不大于60m/s，但燃用水分较高的煤种时，实际运行三次风量往往比此值高，要保证在燃烧劣质煤时燃烧稳定，减少三次风的不良影响，就要尽量降低三次风量和风速。降低三次风量可以采取以下措施：①减少制粉系统的漏风，会收到较好的效果；②提高干燥煤粉的热风温度也能降低乏气量，在燃用多水劣质煤时，尽量高的热风温度，在结构上多布置些空气预热器受热面，这不但强化了燃烧的稳定性，而且有效降低了三次风量；③在保证磨煤机出口温度(即：干燥出力足够)的情况下，尽量投入三次风再循环，把制粉系统的乏气抽出，部分送至磨煤机入口再循环，有效降低三次风量； ④在粉位正常情况下，尽量减少运行制粉系统的套数是减少三次风量最有效的方法。三次风的合理布置，除能把煤粉系统乏气中煤粉烧掉外，还能加强对火焰中心的扰动，有利于煤火焰的燃尽。 

我厂上三次风下倾角设计为10°，下三次风下倾角设计为7.5°，由于上三次风下倾角较大，对燃烧扰动动力强，煤愈差，其影响愈明显，所以，在燃烧劣质煤和低负荷时，要尽量避免上三次风所在的制粉系统的运行，我厂甲、丁制粉系统所带的乏气是上三次风，所以在燃烧劣质煤时，在粉位允许的条件下，尽量避免或减少甲、丁制粉系统的运行。此外，在燃用劣质煤时，制备较细的煤粉，有利于低挥发分煤的着火燃烧和燃尽。因此，制粉系统在运行中必须严格控制煤粉细度，为锅炉稳定燃烧打下良好的基础。这一点在燃烧劣质煤时显得尤为重要。
7 燃用劣质煤须防止锅炉结焦

采用较小的假想切圆直径对易结焦的劣质煤是最有效的。因为假想切圆直径较大时，气流易贴边，虽然气流贴边并不意味着结焦，还应考虑两相气流的运行特点，由于气流旋转会在炉墙四周出现煤粉颗粒较集中的现象，如果再有较大的冲向炉墙的风速，则会容易带动煤粉结焦。热态时因气流膨胀，实际切圆直径较冷态设计切圆直径大许多，而且炉内最大旋转速度亦较冷态高许多，切高温区靠近炉壁四周，因而过大的切圆直径使得出现结焦的可能性增加。

对结焦严重的煤种，四角一次风速要配比均匀，在保证炉膛燃烧稳定情况下，均衡各层给粉机的转速，以降低局部热负荷使炉内温度场趋于均匀。在保证炉膛温度情况下，合理布置卫燃带位置，一般情况应将卫燃带布置偏下，并分割成许多小块，这样可以有效地避免炉膛上部粘结大焦而掉下对燃烧造成强烈扰动，甚至造成锅炉灭火的发生。

保证炉壁四周有足够的过量空气，因为在氧气不足的还原性气氛中，灰熔点有时会下降150 ℃~200℃，易产生结焦，为此，除要有合适的空气动力场外，还要求四角一、二次风及煤粉分布要均匀，避免形成局部的高煤粉浓度而缺氧燃烧。为此，要积极采用高新技术，给锅炉燃烧调整配备能显示瞬时一、二次风速及煤粉浓度的锅炉优化燃烧微机显示系统。

燃用劣质煤时，在需要投油稳燃时，常常存在煤、油混燃的情况，如果煤、油在同一燃烧器上混燃，常常会出现严重结焦现象，这是由于油的燃烧性能好，着火后很快放出大部分热量，使火焰中心温度升高，另一方面是因为一次风大部分都被油燃烧消耗掉，使煤粉得不到着火所需要的一次风量，即所谓的“油枪风“现象，其结果使煤粉燃烧推迟，飞灰可燃物含量增加，并且在炉膛的局部地区产生还原性气氛，使灰的熔点降低，使该处的结焦可能性大大增加。因此，如果需要稳定燃烧投油时，就尽量避免在同一只燃烧器上进行煤、油混烧，而造成局部结焦的现象。
8 劣质煤燃烧对过热器的影响

锅炉在燃用劣质煤时，易使过热器超温和爆管。劣质煤着火迟，燃烧时投粉量大，使得磨煤机系统难以适应，煤粉往往变粗，使火焰拖长。多灰煤粉所需的燃尽时间较长。劣质煤的水分较高时，制粉所产生的三次风量增大。劣质煤结焦性强时，造成水冷壁吸热减少，炉膛出口烟温偏高。

以上这些原因都将会导致燃烧延迟，火焰中心上移，炉膛出口烟温及出口烟气的均匀性变差。因此，在烧劣质煤时，要注意过热器和再热器管壁温度的监视，注意是否有管壁超温和热偏差现象的存在。

总之，针对燃烧劣质煤所采取的技术还存在着复杂的问题，有待于我们今后工作中的摸索和进一步的提高。

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