陳天順，張濟(jì)顯

(大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽 淮南 232008)

煤粉和空氣組成的可燃混合物的著火、熄火以及燃燒過(guò)程是否能穩(wěn)定進(jìn)行，都與燃燒過(guò)程的熱力條件有關(guān)。燃燒過(guò)程中同時(shí)存在放熱和散熱2個(gè)相互矛盾的因素，對(duì)燃燒有利還是不利，要看這2個(gè)因素誰(shuí)占主導(dǎo)地位。

燃料燃燒放出熱量的同時(shí)，也在向燃燒反應(yīng)系統(tǒng)環(huán)境內(nèi)的物體散熱。煤粉著火是由于溫度不斷升高而引起的熱力著火。

1 燃料著火的過(guò)程分析

著火過(guò)程有2層意義：一是著火是否能發(fā)生；二是能否穩(wěn)定著火。

文獻(xiàn)[1]給出了可燃物放熱量Q1與散熱量Q2隨環(huán)境溫度T的變化曲線。如圖1所示。

當(dāng)環(huán)境溫度很低時(shí)，如圖中點(diǎn)1左邊，Q1＞Q2a，因此熱量累積使環(huán)境溫度上升。但由于點(diǎn)1溫度很低，放熱變化率小于散熱變化率，即dQ1/dT＜dQ2a/dT，使點(diǎn)1右邊出現(xiàn)Q1＜Q2a，因此當(dāng)環(huán)境溫度上升到點(diǎn)1時(shí)，放熱量Q1與散熱量Q2取得平衡(Q1=Q2a)，環(huán)境不能夠繼續(xù)升溫。這樣，可燃物只能處于緩慢氧化狀態(tài)而不會(huì)著火。

當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，如點(diǎn)2左右兩邊均Q1＞Q2b，熱量不斷累積使環(huán)境溫度得以持續(xù)上升，點(diǎn)2右邊放熱變化率顯著加大，反應(yīng)自動(dòng)增速，直至高溫燃燒狀態(tài)點(diǎn)3時(shí)，放熱量Q1與散熱量Q2再次取得平衡。點(diǎn)2處燃料由緩慢氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵隣顟B(tài)，因此點(diǎn)2是著火點(diǎn)而不是平衡點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的溫度即為著火溫度(TZh)。在此條件下，只要連續(xù)供應(yīng)燃料和空氣，就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的著火和燃燒。由此可見(jiàn)，要使可燃物能夠穩(wěn)定著火，必須使可燃物升溫，并必須具備2個(gè)條件：一是放熱量和散熱量達(dá)到平衡，二是放熱變化率大于散熱變化率。

處在高溫燃燒狀態(tài)(點(diǎn)3)的反應(yīng)系統(tǒng)可燃物，如果散熱加大，溫度便隨之下降，狀態(tài)會(huì)由點(diǎn)3向點(diǎn)4的方向變化，即Q2b向Q2c的方向移動(dòng)。當(dāng)散熱加大，散熱曲線移至Q2c的位置時(shí)，放熱曲線Q1與散熱曲線Q2c相交于點(diǎn)4。點(diǎn)4兩側(cè)都是散熱大于放熱，無(wú)法保持熱量平衡，可燃物溫度持續(xù)急劇下降，狀態(tài)很快從點(diǎn)4變?yōu)辄c(diǎn)5，逐漸穩(wěn)定下來(lái)。由于點(diǎn)5處溫度低，只能產(chǎn)生緩慢氧化而不能產(chǎn)生著火和燃燒，從而使得燃燒過(guò)程中止。點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的溫度即為熄火溫度(TXh)。由圖1可知，TXh總是比TZh高。

TZh和TXh是隨著放熱和散熱條件的變化而變化的，并不是一個(gè)物理常數(shù)，只是在一定條件下的特征值。在相同測(cè)試條件下，不同燃料的TZh和TXh不同；在不同的測(cè)試條件下，同一種燃料的TZh和TXh也會(huì)不同。就煤而言，反應(yīng)能力越強(qiáng)的煤，著火溫度越低，越容易著火，也越容易燃燒和燃盡；反之，反應(yīng)能力越低的煤，例如無(wú)煙煤和貧煤，著火溫度越高，越難以著火和燃燒。

2 鍋爐點(diǎn)火過(guò)程

以上是基于煤粉氧化和自燃現(xiàn)象的分析。煤粉接觸氧氣就會(huì)發(fā)生緩慢氧化放出熱量，在一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境中Q1＜Q2，所以煤粉不會(huì)著火，如圖1中曲線Q1和Q2a。如果環(huán)境改變，例如煤粉積存在煤粉倉(cāng)或煤粉管道內(nèi)，由于空間環(huán)境的變化使Q2減小，就出現(xiàn)Q1和Q2b的情況。

鍋爐點(diǎn)火，不論是采用等離子點(diǎn)火器還是使用油槍，對(duì)于煤粉來(lái)說(shuō)都是用外加熱源提高燃燒器出口處較小著火區(qū)域內(nèi)的環(huán)境溫度，并在著火區(qū)域內(nèi)創(chuàng)造出煤粉著火燃燒的條件。煤粉著火后，煤粉火焰散發(fā)出的熱量又使更大區(qū)域的環(huán)境溫度上升，并逐漸使整個(gè)鍋爐燃燒區(qū)域達(dá)到煤粉著火和穩(wěn)定燃燒的條件。這就是鍋爐啟動(dòng)初期，必須使用點(diǎn)火裝置的原因。隨著爐膛熱負(fù)荷的增加，當(dāng)煤粉燃燒的發(fā)熱量能滿足后續(xù)煤粉著火燃燒的條件時(shí)，就可以退出點(diǎn)火裝置。反之，如果散熱條件變化使散熱量加大，或因鍋爐負(fù)荷過(guò)低，燃料量減少，使放熱量大幅下降，雖然散熱量變化不大，但相對(duì)于單位放熱量的散熱量大大增加時(shí)，就需投入點(diǎn)火裝置助燃。

3 鍋爐初始溫度對(duì)點(diǎn)火的影響

鍋爐的初始溫度主要取決于爐膛金屬溫度和煤粉氣流溫度。除鍋爐初始溫度外，影響鍋爐散熱量的因素還有爐膛金屬面積和進(jìn)入爐膛的新空氣的量的大小。其中，水冷壁金屬溫度和面積是主要因素，進(jìn)入爐膛的新空氣溫度及量是次要因素。

鍋爐初始溫度越低，煤粉燃燒時(shí)的散熱量就越大。雖然點(diǎn)火裝置提高了著火區(qū)域的溫度，使著火區(qū)域滿足煤粉著火的條件。但在遠(yuǎn)離點(diǎn)火裝置及著火區(qū)域，由于散熱條件的變化煤粉極易熄滅，不僅造成不完全燃燒損失，也給尾部煙道二次燃燒埋下了禍根。即使在著火區(qū)域附近，煤粉也會(huì)由于燃料的活性(煤質(zhì))、季節(jié)溫度、鍋爐漏風(fēng)等原因，造成放熱量不足而散熱量較大，出現(xiàn)煤粉著火不穩(wěn)定、火焰閃爍、煤粉著火點(diǎn)時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近、極易熄火等現(xiàn)象，甚至?xí)斐苫饳z裝置誤判斷使鍋爐滅火保護(hù)誤動(dòng)作。因此，提高鍋爐初始溫度，對(duì)提高鍋爐點(diǎn)火的穩(wěn)定性有重要意義，尤其在冷爐點(diǎn)火時(shí)。

4 提高鍋爐初始溫度的方法

提高鍋爐初始溫度最適用的方法是采用蒸汽加熱。在實(shí)際運(yùn)行中，為防止鍋爐金屬發(fā)生冷脆，給水需加熱到一定溫度才能向鍋爐進(jìn)水，熱源為輔助蒸汽。

對(duì)于直流爐來(lái)說(shuō)，當(dāng)冷態(tài)清洗合格后，應(yīng)將啟動(dòng)分離器的爐水及時(shí)回收至除氧器，形成閉式循環(huán)，通過(guò)輔助蒸汽對(duì)除氧器水不斷加熱，使整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)溫度提升，從而達(dá)到提高鍋爐初始溫度的目的。

汽包爐不具備直流爐的循環(huán)條件，難以通過(guò)閉式循環(huán)提高鍋爐初始溫度，鍋爐進(jìn)水前應(yīng)保持較高的除氧器水溫，鍋爐進(jìn)水時(shí)應(yīng)增加除氧器加熱蒸汽量以保持除氧器溫度。當(dāng)汽包見(jiàn)水后，還需有一定量的連續(xù)排污或定期排污，使除氧器熱水能源源不斷地進(jìn)入鍋爐，實(shí)現(xiàn)提高水冷壁金屬溫度的目的。當(dāng)然，汽包爐的優(yōu)勢(shì)是能建立爐水循環(huán)。因此，汽包爐點(diǎn)火后，水冷壁金屬及爐水溫升比直流爐快得多，很大程度上降低了鍋爐初始溫度低對(duì)煤粉著火的影響程度。

5 冷爐點(diǎn)火注意事項(xiàng)

為提高冷爐點(diǎn)火時(shí)煤粉著火及燃燒的穩(wěn)定性，操作上需注意以下幾個(gè)方面。

(1) 引、送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前，保持鍋爐燜爐狀態(tài)，啟動(dòng)后立即點(diǎn)火，防止?fàn)t內(nèi)熱量無(wú)謂散失。

(2) 采用大油槍點(diǎn)火時(shí)，必須在煙溫達(dá)到規(guī)程規(guī)定值后才能投入煤粉。煙溫反映了爐內(nèi)熱量，投粉過(guò)早可能會(huì)帶來(lái)煤粉著火不穩(wěn)，甚至滅火等一系列問(wèn)題。

(3) 由于鍋爐啟動(dòng)初期爐內(nèi)熱量低，因此不論采用何種點(diǎn)火設(shè)備，投粉后都應(yīng)控制一次風(fēng)速比正常運(yùn)行時(shí)低，才能保持煤粉著火點(diǎn)位置合適，以提高煤粉著火的穩(wěn)定性。一次風(fēng)速要根據(jù)煤粉量的大小及時(shí)調(diào)整，在確保煤粉管道不積粉的情況下，一次風(fēng)速一般越低越好。

(4) 煤粉層附近的二次風(fēng)量不可過(guò)大，因?yàn)槎物L(fēng)會(huì)直接吸收火焰熱量，而且較大的二次風(fēng)對(duì)一次風(fēng)粉混合物會(huì)有較強(qiáng)的卷吸能力。在鍋爐點(diǎn)火初期，過(guò)大的二次風(fēng)會(huì)導(dǎo)致煤粉著火區(qū)域熱量較快散失，使煤粉著火不穩(wěn)。在操作中，應(yīng)在煤粉穩(wěn)定著火燃燒的基礎(chǔ)上，隨著煤粉火焰明亮程度的增加逐漸增加附近的二次風(fēng)擋板開(kāi)度。

(5) 降低鍋爐風(fēng)箱與爐膛的差壓?？赏ㄟ^(guò)開(kāi)大遠(yuǎn)離煤粉燃燒層的上層二次風(fēng)口，將多余的二次風(fēng)排入爐膛。由于風(fēng)箱與爐膛差壓較大，將增加二次風(fēng)進(jìn)入爐膛的速度，會(huì)對(duì)煤粉著火區(qū)域產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，使煤粉著火區(qū)熱量難以聚集而導(dǎo)致煤粉著火不穩(wěn)。一般情況下，冷爐點(diǎn)火初期風(fēng)箱與爐膛之間的差壓要降到100 Pa以下，隨著燃燒時(shí)間的延長(zhǎng)、煤粉火焰明亮度的提高，可逐漸分步提高該差壓。

1 樊泉桂，魏鐵錚，王 軍. 火電廠鍋爐設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

2 朱全利. 鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2006.