劣质煤的燃烧问题及其调整技术

劣质煤的燃烧问题及其调整技术

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：水份高，灰份大，发热量低，挥发份低，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。此外，劣质煤是火电厂锅炉运行人员最难调整，最头疼、最不愿燃用的煤种。
焦作电厂670T/H锅炉燃煤种类很杂，先后燃用了焦作、山西、巩义、义马、新密等地方煤矿的劣质煤。下面就四角直流燃烧器锅炉在燃烧劣质煤时影响燃烧的因素和调整技术作初步探讨和研究。
1　用劣质煤采用集中燃烧有利于提高炉膛温度，有利于煤粉着火燃烧
(1) 集中燃烧是烧好劣质煤的有效措施，理由是：
(2) 增加了煤粉的浓度，集中了燃烧的挥发物。
(4) 降低了着火区的过量空气。
(5) 燃烧中心集中，使火焰温度水平升高。
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，集中一次风布置后，气流射流刚性变强。
(1) 以上这些都有利于劣质煤的着火和燃烧，但一次风集中布置也带来两个问题：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，在一次风喷嘴内加周界风量解决方法之一。
(2)集中布置后喷口截面增大，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，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，有利于着火燃烧稳定。
2　控制好一次风量有利于劣质煤的燃烧
一次风量的大小对燃烧的着火影响较大，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和物进行加热，一次风量愈大，要求加热至着火所需热量愈多，对着火不利。
实践证明：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　调整好一次风速有利于劣质煤的燃烧
燃烧劣质煤时，一次风速过高或过低都是不合适的，一次速过高，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剧烈的燃烧区而落下或逸走，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，一次风速过低亦是不利的，原因在于：
(1) 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。
(2) 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。
(3) 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。
(4) 燃料如能着火，则因着火点距离喷嘴较近，容易燃坏喷嘴。
因此，对于低挥发份无烟煤宜选择低限来调试，以选择最佳一次风速。
4　控制好二次风与一次风交汇点有利于劣质煤燃烧的稳定性
采用一次风集中送粉的措施后，二次风往往有如下布置形式：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的是手段是：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，至于一、二次风喷嘴的距离它对燃烧影响颇大，间距太近时，对一、二次风干扰太大，一、二次风相交提前，影响稳定燃烧，此时只好降低二次风速运行，因而容易造成炉膛空气过量系数偏低现象，这会影响锅炉出力及效率，因此，对挥发份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，以不至于一、二次风相交过早而造成燃烧不稳。
5　合理分配各层二次风有利于劣质煤稳定燃烧燃烬
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) 第二托起煤粉气流中分离出来的粉粒，减少灰渣未燃烬损失，实践表明，随着下二次风率增加，炉膛中心温度和下部温度均有所提高，飞灰、炉渣可燃物逐渐下降，在燃用挥发份较低的煤时，应将下二次风适当减少，以提高燃烧稳定性。为避免风量减少引起出口风速减小，以提高燃烧稳定性。为避免风量减小后引起风速过低，导致落灰可燃物增加，一般当燃烧能够保持稳定的前提下，下二次风量不宜过小，以保证燃烧的经济性。
因为煤粉火焰着火后转弯向上，因此下二次风量不能太多，一般下二次风为总二次风量的20%-25%，但要保持一定的风速，上中二次风速在40-50M/S范围才能有力的穿透煤粉火焰达到补氧托粉的目的。
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，风速有助于提高燃烬度，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140~160MW时，第四层火嘴全停运，投一、二、三层火嘴情况下，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，提高燃烬度，飞灰炉渣可燃物下降，因此，在140~160MW时，上排二次风采用上下下大的配风方式有利燃烧稳定和燃烧完全。
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，影响着火燃烧特别是燃用高灰份低挥发份的劣质煤时影响更大。
6　对于中间储仓热风送粉制粉系统，在燃烧劣质煤时，应采取的措施
燃用劣质煤时，由于水份和灰份较高，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，往往会收到较好的效果。
(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，希望尽量高的热风温度，从结构布置多些空气预热器受热面，这不但对强化燃烧稳定着火有利，而且能有效降低三次风量。
(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，可以有效降低三次风量。
(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。或节流排粉机挡板的开度，以减少三次风量。
三次风的合理布置，处理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，有利于煤粉火焰的燃烬，我厂三次风分两层布置喷燃器的最上方，当细粉分离器工作良好时，三次风带粉量不多时，可加强火焰尾部扰动，降低飞灰可燃物含量。我厂上三次下倾角设计为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，在燃烧劣质煤和负荷低时，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、丁制粉系统运行时间。
此外，在燃用劣质煤时，制备较细的煤粉，有利于低挥发份煤的着火，燃烧和燃烬。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　燃用劣质煤时要时刻注意防止锅炉结焦
(1) 对易结焦的劣质煤，采用较小的假想切圆直径是合适的。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，由于气流旋转会出现气粉分离的特点，即在炉墙四周会出现煤粉颗粒较集中的现象，如果在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。
(2) 下、中二次风量可关小些，上二次风可开大些，使下部气流贴边少，上部扰动增强。
(3) 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。
(4) 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。
(5) 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（西安热工研究所研制）。该系统通过在我厂近几年的投入运行，效果良好，给司炉燃烧调整带来很大方便，有效地防止四角一、二次风速不均而造成的火焰中心偏斜问题，从而防止了火焰偏斜引起的结焦问题。在实际运行中，判断炉内火焰中心是否偏斜，应以汽包两侧水位是否平衡为依据，不能以炉膛出口两侧烟温是否平衡为标准。
(6) 燃用劣质煤时，在需要投油稳燃时，常常存在煤、油混燃的工矿，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，使煤粉的不到着火所需要得一次风量，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。由于上述原因，如果需要稳定燃烧投油时，应尽量避免在同一只燃烧器上进行煤、油混烧，而宜投入煤粉燃烧器下面的油枪进行稳定煤粉的着火燃烧，从而避免煤、油混烧而产生的局部结焦现象的发生。
8　燃用劣质煤时，要注意控制过热器的超温
锅炉在燃用高灰份、低挥发份的劣质煤时，由于以下原因易使过热器超温和超温爆管
(1) 劣质煤着火迟，使火焰延长。
(2) 因烧劣质煤时，投粉量大，使得磨煤机系统难以适应，煤粉往往变粗，这也会使火焰拖长。
(3) 多灰煤粉所需的燃烬时间较长。
(4) 劣质煤的水份较高时，制粉所产生的三次风量增大。
(5) 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，如果存在超温现象要及时采取有效措施，当减温水量不足时，要及时调整燃烧，调整无效时要降低锅炉负荷运行，以确保过热器的安全运行。
总之，劣质煤的燃烧及其调整存在着一系列复杂的理论和技术问题，还有待我们今后的工作中不断摸索和探讨，不断学习，不断总结经验，为锅炉的安全经济运行贡献自己的力量。