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          鍋爐燃燒調整目的、任務和措施

          發布時間:2023-12-15

          瀏覽次數:695

          一、燃燒調整的目的和任務

          鍋爐燃燒工況的好壞,不但直接影響鍋爐本身的運行工況和參數變化,而且對整個機組運行的安全、經濟均將有著極大的影響,因此無論正常運行或是啟停過程,均應合理組織燃燒,以確保燃燒工況穩定、良好。鍋爐燃燒調整的任務是:

          1、保證鍋爐參數穩定在規定范圍并產生足夠數量的合格蒸汽以滿足外界負荷的需要;

          2、保證鍋爐運行安全可靠;

          3、盡量減少不完全燃燒損失,以提高鍋爐運行的經濟性;

          4、使NOxSOx及鍋爐各項排放指標控制在允許范圍內。燃燒工況穩定、良好,是保證鍋爐安全可靠運行的必要條件。燃燒過程不穩定不但將引起蒸汽參數發生波動,而且還將引起未燃燼可燃物在尾部受熱面的沉積,以致給尾部煙道帶來再燃燒的威脅。爐膛溫度過低不但影響燃料的著火和正常燃燒,還容易造成爐膛熄火。爐膛溫度過高、燃燒室內火焰充滿程度差或火焰中心偏斜等,將引起水冷壁局部結渣,或由于熱負荷分布不均勻而使水冷壁和過熱器、再熱器等受熱面的熱偏差增大,嚴重時甚至造成局部管壁超溫或過熱器爆管事故。

          燃燒工況的穩定和良好是提高機組運行經濟性的可靠保證。只有燃燒穩定了,才能確保鍋爐其它運行工況的穩定;只有鍋爐運行工況穩定了,才能保持蒸汽的高參數運行。此外,鍋爐燃燒工況的穩定、良好,是采用低氧燃燒的先決條件,采用低氧燃燒,對降低排煙熱損失、提高鍋爐熱效率,減少NOx和SOx的生成都是極為有效的。

          提高燃燒的經濟性,就要求保持合理的風、粉配合,一、二次風配比,送、吸風配合和保持適當高的爐膛溫度。合理的風、粉配合就是要保持爐膛內較好的過??諝庀禂?;合理的一、二次風配比就是要保證著火迅速,燃燒完全;合理的送、吸風配合就是要保持適當的爐膛負壓。無論在穩定工況或變工況下運行時,只要這些配合、比例調節得當,就可以減少燃燒損失,提高鍋爐效率。對于現代火力發電機組,鍋爐效率每提高l%,整個機組效率將提高約0.3—0.4%,標準煤耗可下降3—4g/(kW?h)。

          要達到上述目的,在運行操作時應注意保持適當的燃燒器一、二次風配比,即保持適當的一、二次風的出口速度和風率,以建立正常的空氣動力場,使風粉均勻混合,保證燃燒良好著火和穩定燃燒。此外,還應優化燃燒器的組合方式和進行各燃燒器負荷的合理分配,加強鍋爐風量、燃料量和煤粉細度等的調節,使鍋爐始終保持安全經濟的狀態運行。

          鍋爐運行中經常碰到的燃燒工況變動是負荷或燃料品質的改變,當發生上述變動時,必須及時調節送人爐膛的燃料量和空氣量,使燃燒工況得到相應的加強或減弱。

          在高負荷運行時,由于爐膛溫度高,煤粉著火和風煤混合條件均較好,燃燒一般比較穩定。為了提高鍋爐效率,可根據煤質等具體情況,適當降低過??諝庀禂颠\行。過??諝庀禂禍p小,排煙熱損失必然降低,而且由于爐膛溫度提高并降低了煙速,煤粉在爐膛內停留的時間相對延長。只要過??諝饪刂七m當,不完全燃燒損失并不會增加,鍋爐效率便可得到提高。低負荷時,由于燃燒減弱,投入的煤粉燃燒器可能減少,爐膛溫度和熱風溫度均較低,火焰充滿程度差,為了減少不完全燃燒損失,鍋爐風量又往往偏大,使燃燒穩定性、經濟性都下降。因此,低負荷時,在風量滿足要求的情況下,應適當降低一次風風速使著火點推前,并適當降低二次風的風速,以增強高溫煙氣的回流,以利于燃料的著火和燃燒;盡量采用多火嘴、少燃料、燃燒器對稱投入均勻分布的方式,以利于火焰問的相互引燃和改善爐膛火焰的充滿程度;在燃用低揮發分的煤種時應采用集中火嘴增加煤粉濃度的方式,使爐膛熱負荷集中,以利于燃料的點燃。

          二、影響燃燒的因素和強化燃燒的措施

          1、影響燃燒的因素

          1)燃料品質的影響

          鍋爐燃燒設備是按設計煤種設計的,煤質和特性不同,燃燒器的結構特性也就不同。因此,火溫度升高,著火熱就增大,因而燃用揮發分低的煤種時著火就困難,達到著火所需時間就較長,著火距離就較遠。在相同的風粉比條件下,揮發分降低,煤粉火炬中火焰傳播的速度將明顯降低,從而使火焰擴展條件變差,著火速度減慢,燃燒穩定性降低。對于揮發分很低的無煙煤而言,含氧量較高時較容易著火。此外,揮發分的含量對煤粉的燃燼也有直接的影響。通常燃煤的揮發分含量越高,越容易著火,燃燒過程越穩定,不完全燃燒損失也就越小。

          灰分過高的煤著火速度慢,燃燒穩定性差,而且燃燒時由于灰分容易隔絕可燃質與氧化劑的接觸,因而多灰分的煤燃燼性能也較差。煤的灰分越高,加熱灰分造成的熱量時,不但影響燃燒器的安全運行,而且還將對爐內燃燒工況產生直接的影響。

          水分對燃燒過程的影響主要表現在水分多的煤引燃著火困難,且會延長燃燒過程,降低燃燒室溫度,增加不完全燃燒及排煙熱損失。因為煤燃燒時,水分蒸發需要吸收熱量,使煤的實際發熱量降低、燃燒溫度下降。此外,煤的水分過高時還將影響煤粉細度及磨煤機的出力,并將造成制粉系統的堵煤或堵粉,嚴重時甚至引起燃燒異常等故障情況。

          2)煤粉細度的影響

          煤粉越細,表面積越大,在其它條件相同的情況下,加熱時溫升越快,揮發分的析出、著火及化學反應速度也就越快,因而越容易著火。煤粉細度越細。所需燃燒時間越短,燃燒也就越完全。   

          3)一次風的風量、風速、風溫的影響

          正常運行中,減少風粉混合物中一次風的數量,一方面相當于提高煤粉的濃度,將使煤粉的著火熱降低;另一方面在同樣高溫煙氣量的回流下,可使煤粉達到更高的溫度,因而可加速著火過程,對煤粉的著火和燃燒有利。但一次風量過低,則往往會由于著火初期得不到足夠的氧氣,使反應速度反而減慢而不利于著火擴展。一次風量應以能滿足揮發分的燃燒為原則。

          一次風速過高,將降低煤粉氣流的加熱程度,使著火點推遲,容易引起燃燒不穩,且煤粉燃燒也不易完全;特別是降低負荷時,由于爐內溫度較低,甚至有可能產生火焰中斷或熄火,此時,應設法降低一次風速。但一次風速過低會造成一次風管堵塞,而且著火點過于靠前,還可能燒壞噴燃器。一次風溫越高,煤粉氣流達到著火點所需熱量就越少,著火速度就越快。但一次風溫過高,對于燃用高揮發分的煤種時,往往會由于著點離燃燒器噴口過近而造成結渣或燒壞噴燃器。反之,一次風溫過低,則會使煤粉的著火點推遲,對著火不利。

          4)燃燒器特性的影響

          對于同一臺鍋爐而言,燃燒器出口截面越大,混合物著火結束離開噴口距離就越遠,即火焰相應拉長。小尺寸燃燒器能增加煤粉氣流點燃的表面積,使著火速度加快,著火距離縮短,一方面將使膛出口溫度不致過高,另一方面又能燃燒完全。直流燃燒器著火區的吸熱面積雖較小,但由于能得到爐膛中溫度較高煙氣的混入和加熱,因而在著火條件上還是比較好的。

          直流燃燒器組織切圓燃燒時后期煤粉與空氣的混合較充分,而且可根據不同燃料對二次風混入時間的要求,進行結構和布置特性上的設計,以改善燃燼程度。旋流燃燒器著火區的吸熱面積大,著火條件好,能單獨著火燃燒,特別是在大型鍋爐上采用時可有效地解決爐膛出口煙氣的偏斜問題,但對煤種的適應性較差。

          5)鍋爐負荷的影響   

          鍋爐負荷降低時,爐膛平均溫度降低,燃燒器區域的溫度也要相應降低,對煤粉氣流的著火不利。當鍋爐負荷降低到一定值時,為了穩定爐火,必須投用油槍進行助燃。無助燃油槍時煤粉能穩定著火和燃燒的鍋爐允許低負荷,與鍋爐本身的特性、所燃用的煤種和燃燒器的型式等有關。燃用低揮發分煤種或劣質煙煤時,其低負荷值便要升高;燃用質量好煙煤時,其值便可降低。鍋爐全燒煤時的允許低負荷,應通過燃燒試驗來確定。

          6)過膛空氣系數的影響

          爐膛過??諝庀禂颠^大,將使爐膛溫度降低,對著火和燃燒都不利,而且還將造成鍋爐排煙熱損失的增加。過??諝庀禂颠^小時,又將造成缺氧燃燒,使燃燒不完全。

          7)一次風與二次風配合的影響

          一、二次風的混合特性也是影響著火和燃燒的重要因素。二次風在煤粉著火以前過早地混合,對著火是不利的。因為這種過早的混合等于增加了一次風量,將使煤粉氣流加熱到著火溫度的時間延長,著火點推遲。如果二次風過遲混人,又會使著火后的燃燒缺氧。故二次風的送人應與火焰根部有一定的距離,使煤粉氣流先著火,當燃燒過程發展到迫切需要氧氣時,再與二次風混合。

          8)燃燒時間的影響

          燃燒時間對煤粉燃燒完全程度影響很大。燃燒時間的長短主要決定于爐膛容積的大小,一般來說,容積越大,則煤粉在爐膛中流動時間越長,此外,燃燒時間的長短還與火焰充滿程度有關,火焰充滿程度差,就等于縮小了爐膛容積,使煤粉顆粒在爐膛中停留的時間變短。燃用低揮發分的煤種時,一般應適當加大爐膛容積,以延長燃燒時間。此外,炭粒的燃燼,占了燃燒過程的大部分時間和空間,因此盡量縮短著火階段,可以增加燃燼階段的時間和空間,將有利于炭粒的燃燼。

          2、良好燃燒的必要條件

          綜上所述,影響燃燒的因素很多,而好的燃燒,必須具備以下條件:

          (1)供給完全燃燒所必須的空氣量;

          (2)維持適當高的爐膛溫度;

          (3)空氣與燃料具有良好的混合;

          (4)有足夠的燃燒時間。

          3、強化煤粉燃燒的措施

          根據影響著火和燃燒因素的分析,強化煤粉燃燒,一般可采取如下措施:

          (1)提高熱風溫度;

          (2)保持合適的空氣量,根據煤種,控制合理的一次風量;

          (3)選擇適當的氣流速度,以保證適當的著火點位置;

          (4)根據燃燒過程的發展,及時送入二次風,既不使燃燒缺氧,又不降低火     焰溫度;

          (5)保持著火區的高溫,加強氣流中高溫煙氣的卷吸:

          (6)選擇適當的煤粉細度;

          (7)維持遠離燃燒器的火炬尾部具有足夠高的溫度,以增強燃燼階段的燃燒程度。

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          三、煤粉細度的確定

          煤粉細度不但影響煤粉的著火和燃燒條件,而且對燃燒的經濟性也將產生直接的影響。煤粉越細,燃燒越快越完全,不完全燃燒損失越低。燃燒細的煤粉時還可降低爐膛過??諝庀禂?,使排煙熱損失減少。但磨制細的煤粉需要消耗較多的電能和制粉設備的金屬;反之煤粉越粗,則制粉設備的電耗及金屬損耗可越少,但不完全燃燒就要增大。適當的煤粉細度可使排煙熱損失和機械不完全燃燒損失((12+q4)以及制粉設備的電耗和金屬消耗(即設備磨損)的總和為較小??倱p失較小時的煤粉細度,稱為煤粉的“經濟細度”。

          影響煤粉經濟細度的因素有:煤種特性、制粉系統特性、燃燒設備的型式和完善程度以及運行工況等。

          煤中揮發分的含量是決定煤粉經濟細度的主要因素。當鍋爐燃煤的揮發分含量較多時,由于相對容易燃燒,故煤粉可以適當粗一些。當煤中含有較多的灰分時,由于灰分會阻礙燃燒,此時就要求煤粉能適當細一些。

          當制粉設備磨制出的煤粉均勻性較好時,由于煤粉中粗粉含量相對較少,因而煤粉便可適當粗一些,即煤粉的經濟細度可相對變粗。

          對于既定的鍋爐設備和燃用煤種,其煤粉經濟細度可通過試驗來確定。

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          四、不同煤種的燃燒調整原則

          1、無煙煤

          無煙煤是揮發分低的煤種,它的可燃基揮發分在10%以下,而固定碳較高,因此不易著火和燃燼。在燃燒無煙煤時,為保證著火,必須保持較高的爐膛溫度,一次風量、一次風速應低些,這樣對著火有利。但一次風速不能過低,否則氣流剛性差、卷吸力量小,嚴重時反而不利于著火和燃燒,同時還有可能造成一次風管內氣粉分離甚至堵塞。二次風速應高些,二次風速較高能有利于穿透,使空氣與煤粉充分混合,并能避免二次風過早混入一次風,影響著火。各組二次風門開度可采用倒寶塔形,即上二次風開大、中二次風較小、下層二次風門開度小。這是因為在燃燒器區,隨煙氣向上運動,煙速逐漸增加,易使上二次風射流上翹,開大上二次風,且提高上二次風風速,對混合有利。下二次風關小,以提高爐膛下部溫度,對著火引燃有利,但風速應以能托住煤粉為原則。此外,煤粉細度應適當控制行細些,一般 R90可在8%一10%,并應提高磨煤機出口溫度,這樣對著火和燃燒有利。貧煤的揮發分含量為10—12%,其著火性能比無煙煤要好些。

          2、煙煤

          通常煙煤的揮發分和發熱量都較高,灰分較少,容易著火燃燒,因而一次風量和風速應高些。二次風速可適當降低,使二次風混入一次風的時間提前,將著火點推后以免結渣或燒壞噴燃器。燃燒器上層和下層的二次風門開度應大些較好。這是因為上層二次風除供給上排煤粉燃燒所需的空氣外,還可以補充爐膛中未燃燼的煤粉繼續燃燒所需要的空氣,另外還可以起到壓住火焰中心的作用。下層二次風能把分離出來的煤粉托起繼續燃燒,減少機械不完全燃燒損失。

          3、劣質煙煤

          劣質煙煤是水份多、灰分多、發熱量低的煙煤。這種煤的揮發分雖較高,但是由于煤的灰分高,水分又多,燃用該煤時,將使爐膛溫度降低,而且揮發分又被包圍不易析出,因此這種煤著火比較困難,著火后燃燒也不易穩定。由于灰分的包圍,煤粉也難燃燼,燃燒效果不好,同時由于灰分多,爐內磨損、結渣等問題較為突出。

          總之,燃用劣質煙煤,必須解決著火困難、燃燒效果差、磨損結渣等問題。燃用劣質煙煤的配風方式與燃用無煙煤相似,一次風量與一次風速應低些,二次風速可高些。一般一次風率為20%一25%,一次風速為20—25m/s,二次風速可高些,一般為40—50m/s。

          4、褐煤

          褐煤是發熱量低,水分多,揮發分高,灰熔點低的劣質煤,由于褐煤的水分高,煤的干燥就比較困難,并使爐內煙氣量增大,煙氣流速增高,加上灰分多,因而極易造成受熱面的嚴重磨損。褐煤灰熔點低,在爐內容易發生結渣。

          燃用褐煤時的配風原則與燃用煙煤時基本相同。但一次風量、一次風速和二次風速的數值,一般比燃用煙煤時要高一些。

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          五、燃料量的調節

          1、直吹式制粉系統煤量的調節

          具有直吹式制粉系統的煤粉爐,一般都裝有數臺磨煤機,也就是具有幾個單獨

          的制粉系統。由于直吹式制粉系統無中間煤粉倉,它的出力大小將直接影響到鍋爐的熱負荷。當鍋爐負荷變動不大時,可通過調節運行中制粉系統的出力來解決。當鍋爐負荷增加,要求制粉系統出力增加時,應先增加磨煤機內的存粉作為增負荷開始時的緩沖調節;然后再增加給煤量,同時相應開大二次風門。反之,當鍋爐負荷降低時,則應減少給煤量、磨煤機通風量以及二次風量。

          當負荷有較大的變動時,則需通過啟動或停用制粉系統方能滿足對燃料量改變的需要,其原則是一方面應使磨煤機在合適的負荷下運行,另一方面則要求燃燒器在新的組合方式下能保證燃燒工況良好,火焰分布均勻,以防止熱負荷過于集中造成水冷壁運行工況惡化。在啟動或停用制粉系統時,應及時調整一次風、二次風以及爐膛壓力;及時調整其它燃燒器的負荷,保持燃燒穩定和防止負荷的驟增或驟減。

          總之,對于具有直吹式制粉系統的鍋爐,其燃料量的調節,基本上是通過改變給煤量來實現的,在調節給煤量的風門開度時,應注意擋板開度指示、風壓變化情況以及各電動機的電流變化,防止發生堵管或超電流等異常情況。

          2、燃油量的調節

          燃油量的調節方法與燃油系統的型式和油噴嘴的霧化方式有關。燃油量的調節方法主要有進油調節和回油調節兩種。霧化方式一般有機械霧化和蒸汽霧化等方式。

          采用進油調節的系統,當調節幅度不大時,可以用調節進油壓力的方法來改變燃油量;當調節幅度較大時,則應通過改變運行油噴嘴的個數來實現。

          采用回油調節的系統,則是通過改變回油量來調節進人爐膛的油量的,回油形式一般有內回油和外回油兩種。內回油系統對負荷的適應性較強,一般適應30—40%的負荷變化。但是,在低負荷時,由于噴嘴出口處軸向流速降低而切向速度不變,造成霧化角相應變大,容易造成噴燃器擴口處結渣或燒壞。外回油系統,雖然負荷變化時霧化角可基本不變,但低負荷時霧化質量將會下降。

          采用蒸汽霧化的油噴嘴,當調節幅度不大時,可通過改變油壓來改變噴油量。采用蒸汽霧化的油槍,一般油壓允許在某一范圍內變動。當油壓低至允許的低限時,如仍需減少油量,則應通過減少油噴嘴的數量來進行;當油壓高至允許的高限時,則應投入適當數量的備用油槍。降低油壓,使油量調節保持一定的裕度。燃油霧化蒸汽壓力通常采用定壓或與油壓保持固定壓差的方式運行。

          六、風量的調節

          當外界負荷變化而需要調節鍋爐出力時,隨著燃料量的改變,鍋爐的風量也需作相應的調節。

          送入爐內空氣量的大小,可以用過??諝庀禂礱來衡量。通過控制煙氣中的含氧量,便能達到控制過??諝庀禂档哪康?。一般鍋爐控制盤上均裝有氧量表,因此運行人員可直接根據氧量表的數值來控制爐內的空氣量,而不必換算成過??諝庀禂?。

          從運行經濟性方面來看,在一定范圍內,爐內過??諝庀禂翟龃?,可以改善燃料與空氣的接觸和混合,有利于完全燃燒,使化學不完全燃燒熱損失q3和機械不完全燃燒損失q4降低。但是,當過??諝庀禂颠^大時,因爐膛溫度降低和煙氣流速加快使燃燒時間縮短,可能使不完全燃燒損失反而有所增加。排煙帶走的熱損失q2則總是隨著過??諝庀禂档脑龃蠖黾拥?。

          所以,過??諝庀禂颠^大時,鍋爐總的熱損失就要增加;與此同時,還將使送、吸風機的電耗增大。合理的過??諝庀禂祽垢黜棢釗p失之和(q2+q3+q4)為較小,這時的過??諝庀禂捣Q為鍋爐的過??諝庀禂?。顯然,正常運行時送人鍋爐的空氣量,應當使過??諝庀禂当M量維持在較佳值附近。

          從鍋爐工作的安全性方面來看,爐內過??諝庀禂颠^小,會使燃料燃燒不完全,造成煙氣中含有較多的未燃燼碳和一氧化碳可燃氣體等,給尾部煙道受熱面發生可燃物再燃燒帶來威脅?;曳衷谶€原性氣體中熔點降低,易引起爐內結渣等不良后果。過大的過量空氣系數還將使煤粉爐受熱面管子和吸風機葉片的磨損加劇,影響設備的使用壽命。此外,過??諝庀禂翟龃髸r,由于過剩氧的相應增加,使燃料中的硫分易于形成SO3,煙氣溫度也相應提高,從而使尾部煙道的空氣預熱器更易于腐蝕。同時,煙氣中的NOx也將增多,影響排放指標的合格。

          正常穩定的燃燒,說明風、粉配合比恰當。這時,爐膛內應具有光亮的金黃色的火焰,火焰中心應在爐膛的中部,火焰均勻地充滿爐膛,但不觸及四周水冷壁,不沖刷屏式過熱器。同層燃燒器的火焰中心處于同一標高上。著火點應適中,太近易引起燃燒器周圍結渣或燒壞噴燃器;著火點過遠,又會使火焰中心上移,使爐膛上部結渣和不完全燃燒程度增加,影響鍋爐效率,嚴重時還將使燃燒不穩,甚至引起鍋爐熄火。

          總之,風量過大或過小都會給鍋爐的安全經濟運行帶來不良的影響。

          鍋爐總風量的調節,是通過改變送風機的風量來實現的。對于離心式送風機,通常是改變進口導向擋板的開度;對于軸流式送風機,一般是通過改變風機動葉角度來調節風量的。在鍋爐的風量控制中除了改變總風量外,一、二次風的配合調節也是十分重要的。一、二次風的風量分配應根據它們所起的作

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