張連偉
(華電能源牡丹江第二發(fā)電廠,黑龍江 牡丹江 157015)
目前,我國(guó)電廠鍋爐的燃料主要是煤,只有很少的鍋爐采用油或氣作為燃料。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量十分豐富,在煤炭的組成中,劣質(zhì)煤所占的比例不小,根據(jù)我國(guó)的燃料政策,電站鍋爐主要燃用劣質(zhì)煤。運(yùn)行表明,鍋爐燃用劣質(zhì)煤時(shí),著火延遲、燃燒不穩(wěn)、受熱面結(jié)渣、腐蝕和磨損嚴(yán)重,鍋爐熱效率和出力降低。因此,需要對(duì)影響煤粉氣流的著火因素、強(qiáng)化煤粉氣流著火燃燒的各種措施以及煤粉氣流燃燒的調(diào)節(jié)進(jìn)行探討分析。
在鍋爐運(yùn)行技術(shù)中,對(duì)于煤粉氣流的燃燒,要盡可能使燃料在爐內(nèi)迅速而又良好的燃燒,以求將其化學(xué)能最快而又最大限度地轉(zhuǎn)化為熱能。煤粉氣流的燃燒分3個(gè)階段:
煤粉進(jìn)入爐膛至著火前的這一階段為著火前的準(zhǔn)備階段,在這個(gè)階段中煤粉中的水分要蒸發(fā),揮發(fā)分要析出,煤粉的溫度也要升高至著火溫度。
當(dāng)煤粉溫度升高至著火溫度,且煤粉濃度又合適時(shí),煤粉就開始著火燃燒,進(jìn)入燃燒階段。首先揮發(fā)分著火燃燒,放出熱量并加熱焦炭粒,使焦炭溫度迅速升高并燃燒。
這個(gè)階段是燃燒的繼續(xù)。一些內(nèi)部未燃盡的、被灰包圍的碳粒在此階段繼續(xù)燃燒直至燃盡,焦炭粒燃盡所需的時(shí)間取決于燃燒室中的溫度、氣流中含氧濃度以及顆粒尺寸等。
煤粉空氣混合物經(jīng)由燃燒器進(jìn)入爐膛后,通過(guò)穩(wěn)流擴(kuò)散的外回流以及旋轉(zhuǎn)射流或鈍體燃燒器產(chǎn)生的內(nèi)回流,卷吸周圍的高溫?zé)煔?,促使煤粉氣流與熾熱煙氣產(chǎn)生強(qiáng)烈混合。著火過(guò)遲還會(huì)導(dǎo)致燃燒不穩(wěn),鍋爐易滅火。煤粉氣流著火后就開始強(qiáng)烈燃燒,著火之前是吸熱過(guò)程,需要從周圍介質(zhì)吸收一定的熱量來(lái)提高煤粉氣流的溫度,著火以后是放熱過(guò)程。此外,爐內(nèi)著火情況還與煤粉細(xì)度、燃燒器的結(jié)構(gòu)、流動(dòng)工況、鍋爐負(fù)荷以及爐膛的散熱情況等有關(guān)。
燃料性質(zhì)中對(duì)著火過(guò)程影響最大的是揮發(fā)分,揮發(fā)分降低時(shí),煤粉氣流的著火溫度顯著升高,著火熱也隨之增大,就是說(shuō)必須把煤粉氣流加熱到更高的溫度才能著火。因此,低揮發(fā)分的煤著火要困難些,達(dá)到著火所需的時(shí)間也長(zhǎng)些,著火點(diǎn)離開燃燒器噴口的距離自然也長(zhǎng)些。
實(shí)踐中為了穩(wěn)定低揮發(fā)分無(wú)煙煤的著火,除了采用熱風(fēng)送粉和把煤粉磨得更細(xì)些外,還在燃燒器區(qū)域用鉻礦砂等耐火涂料將部分水冷壁遮蓋起來(lái)構(gòu)成衛(wèi)燃帶,即燃燒帶。其目的是減少水冷壁吸熱量,提高燃燒器區(qū)域煙氣的溫度水平,以改善煤粉氣流的著火條件。實(shí)踐表明,敷設(shè)衛(wèi)燃帶是穩(wěn)定低揮發(fā)分煤粉著火的有效措施,但衛(wèi)燃帶又往往是結(jié)渣的發(fā)源地。所以目前多在燃用無(wú)煙煤時(shí)才敷設(shè),通常布置在直流煤粉燃燒器兩側(cè)的水冷壁上。
煤粉氣流初溫越低,達(dá)到著火時(shí)所需的著火熱越大,反之則降低。采用高溫預(yù)熱空氣作為一次風(fēng)來(lái)送粉,有效地提高了煤粉氣流的初溫,從而減少了把煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱,加快了著火。因此在燃用無(wú)煙煤、劣質(zhì)煤和某些貧煤時(shí)廣泛采用熱風(fēng)送粉。
由上述分析可知,組織強(qiáng)烈的煙氣回流,和燃燒器出口附近煤粉一次風(fēng)氣流與熱煙氣的強(qiáng)烈混合,是保證供給著火熱量和穩(wěn)定著火過(guò)程的首要條件;提高煤粉氣流初溫,采用適當(dāng)?shù)囊淮物L(fēng)量和風(fēng)速是降低著火熱的有效措施;提高煤粉細(xì)度和敷設(shè)衛(wèi)燃帶是燃用無(wú)煙煤時(shí)穩(wěn)定著火的常用方法。
著火是整個(gè)燃燒過(guò)程的關(guān)鍵,要是燃燒能在較短的時(shí)間內(nèi)完成,必須強(qiáng)化著火過(guò)程,保證著火過(guò)程能夠穩(wěn)定而迅速地進(jìn)行。
3.4.1 煙氣回流
用回流熱煙氣加熱一次風(fēng)粉混合物,升高混合物的初始溫度,促使著火提早,同時(shí)混合物的質(zhì)量增加、氧濃度下降。在上述因素共同作用下,起初在回流量增大到某一定值前,煙氣回流起強(qiáng)化著火作用。若繼續(xù)增大回流量,惰性氣體使混合物濃度減少、氣體溫度升高較慢、氣體溫度水平下降、著火延遲、燃盡度降低。這表明,對(duì)于煤粉的著火與燃盡有一個(gè)最佳回流量。
3.4.2 提高煤粉濃度和煤粉細(xì)度
減少一次風(fēng)率,提高煤粉濃度可使著火熱減少。提高揮發(fā)分容積濃度,由于增加了火焰黑度和輻射吸熱量,使火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?,可提早著火。但是,煤粉濃度不是越高越好,如果煤粉濃度過(guò)高,則因氧氣不足而影響揮發(fā)分燃盡,產(chǎn)生煤煙,而且還會(huì)影響顆粒溫度的提高,使著火延遲。因此必須有一個(gè)使著火距離最短的最佳煤粉濃度值,該值大小與煤種有關(guān)。低揮發(fā)分煤的最佳煤粉濃度值比高揮發(fā)分煤高,提高煤粉濃度的方法對(duì)于點(diǎn)火、低負(fù)荷和正常負(fù)荷都適用。
3.4.3 提高煤粉氣流初溫
提高煤粉氣流初溫,可直接提高爐內(nèi)溫度水平,減少煤粉氣流著火熱,使著火提早,這可以通過(guò)提高熱風(fēng)溫度或預(yù)熱煤粉來(lái)實(shí)現(xiàn)。若提高熱風(fēng)溫度,則爐內(nèi)煙溫很快升高,煤粉著火提早。預(yù)熱煤粉氣流,要防止煤粉氣流在煤粉管道內(nèi)自燃,宜在與爐膛相連的預(yù)熱裝置內(nèi)加熱,加熱介質(zhì)為高溫?zé)煔夂透邷卣羝蚩諝夂蜔煔獾幕旌衔铩?/p>
鍋爐燃燒工況的好壞,無(wú)論是對(duì)鍋爐機(jī)組還是對(duì)整個(gè)發(fā)電廠運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)都有著極大的影響。安全方面,燃燒過(guò)程是否穩(wěn)定直接關(guān)系到鍋爐運(yùn)行的可靠性,燃燒調(diào)整適當(dāng)是達(dá)到安全可靠性的必要條件;經(jīng)濟(jì)方面,鍋爐燃燒的好壞直接影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,無(wú)論是在正常穩(wěn)定的工況還是在變工況、燃燒調(diào)整得當(dāng)都可以減少鍋爐各項(xiàng)熱損失,提高鍋爐燃燒效率。
燃料量的調(diào)整是燃燒調(diào)節(jié)的重要一環(huán),不同的燃燒設(shè)備和燃料種類,燃料量的調(diào)整方法也不同。對(duì)于中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng),其特點(diǎn)之一是制粉系統(tǒng)運(yùn)行工況變化與鍋爐負(fù)荷并不存在直接的關(guān)系。當(dāng)鍋爐出力發(fā)生變化時(shí),需要調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量,它通過(guò)投停噴燃器只數(shù)或改變給粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)給粉機(jī)下檔板開度來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于噴燃器布置在側(cè)墻的鍋爐,可先增加中間位置的噴燃器來(lái)粉;對(duì)四角布置的噴燃器鍋爐需要相對(duì)稱地增加給粉機(jī)轉(zhuǎn)速。用投入或停止噴燃器運(yùn)行的方法進(jìn)行調(diào)整時(shí),需考慮對(duì)氣溫的影響。
當(dāng)外界負(fù)荷發(fā)生變化,需調(diào)節(jié)鍋爐出力時(shí),隨著燃料量的改變,鍋爐的風(fēng)量也需要作相應(yīng)的調(diào)整。風(fēng)量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)給鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)不良影響。鍋爐的風(fēng)量控制是通過(guò)送風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)向擋板調(diào)整的,經(jīng)調(diào)節(jié)后送風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)量,經(jīng)過(guò)一、二次風(fēng)的配合調(diào)節(jié)才能更好地滿足燃燒的需要。
出口一、二、三次風(fēng)的出口速度和風(fēng)率是建立正常的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)和穩(wěn)定燃燒的必要條件。對(duì)于單蝸殼噴燃器一次風(fēng)率的調(diào)節(jié)如有中心錐結(jié)構(gòu),可以調(diào)節(jié)中心錐的位置;對(duì)于雙蝸殼噴燃器的一次風(fēng)率只能依靠改變一次風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)一次風(fēng)量增加時(shí),其風(fēng)量和風(fēng)速成比例增加。
爐膛風(fēng)壓是反映燃燒工況是否穩(wěn)定和判斷事故的重要參數(shù)。爐膛負(fù)壓過(guò)大,會(huì)增加爐膛和煙道的漏風(fēng),引起燃燒惡化并可能導(dǎo)致滅火。反之,若爐膛風(fēng)壓變正,則高溫火焰及煙灰就要向外冒,影響衛(wèi)生,燒壞設(shè)備,還會(huì)造成人身事故。實(shí)踐表明,當(dāng)鍋爐燃燒系統(tǒng)發(fā)生異常情況或故障時(shí),最先反映出來(lái)的就是爐膛風(fēng)壓的變化。所以鍋爐運(yùn)行中必須監(jiān)視好爐膛負(fù)壓的變化,并按照不同的變化情況作出正確判斷,據(jù)此進(jìn)行及時(shí)必要的調(diào)整。