煤粉炉燃烧稳定性的研究

朱德强

山东华鲁恒升化工股份有限公司

煤粉炉燃烧稳定性的研究

朱德强

山东华鲁恒升化工股份有限公司

煤炭发电中最重要的设备是煤粉炉，整个电厂机组运行的安全、经济指标都在于煤粉炉的运行安全经济与否。而煤粉炉的运行安全问题很大程度上与煤粉炉内部燃烧的稳定与否有关。在大多数电厂中煤粉炉所燃烧的煤质存在偏离设计煤种的问题，还有很大一部分火电厂为了赚取更多的利润而燃用劣质煤。这些原因造成了现在煤粉炉燃烧不稳定，灭火次数变多，燃煤效率变低，从而对整个电厂运行的运行安全造成了很大的影响。加上现在调节用电峰谷时，需要整个机组频繁的变化燃烧负荷，更难以判断燃烧的稳定性。

煤粉炉；燃烧；稳定性

1 反映燃烧稳定性的因素分析

1.1 炉膛压力

煤粉炉内部可以被当成一个封闭的区域，引送风机的开度而引发的充吸气会让炉膛压力发生变化。抛开引送风机对炉膛压力的影响不谈，燃料燃烧对炉膛压力的变化更为重要，此时，炉膛压力的变化和燃烧稳定性会产生有某种关系，先从煤质入手开始研究。煤是由碳(C)，氢CH)﹑氧(0)﹑氮(N)﹑硫(S)这五种成分所组成，通常也用灰分(A)﹑水分(W)来表示，煤在跟随一次风送入炉膛之后与空气里的02发生反应，为：C+02=CO2(充分燃烧时)；2C+02=2C0(未充分燃烧时)；2H2+02=2H20；S+02=2S02；N+O2=NO2。从式子可以看出，在反应的过程中，除了生成C02与SO2时反应前与反应后的总体积不变以外，其他的方程式中的总体积都会发生改变，加上所包含的液体水蒸发成水蒸气，总体积又要发生膨胀。对于一个封闭的炉膛，在内部气体体积膨胀的时候，一定会在炉膛侧壁产生压力。若是不去调整引送风机的挡板开度，整个燃烧的状态便不是一个固定压力大小的过程。炉膛压力不稳定造成燃烧火焰摇摆，火焰摇摆又对周围气压产生影响形成一个类似自激振荡的过程。然而，除了上述的可以引起炉膛内部压力波动变化的原因以外，还有许多其他的因素：

1)由于火焰燃烧强弱的变化，燃料﹑风量和炉膛周围气压的脉动会被风道阻力的变化所影响。2)在燃烧的过程中，湍流的强度会随着燃烧变得越来越强，这也使炉膛压力产生脉动信号。3)炉膛内部燃烧所产生的烟气，也会使炉膛压力产生脉动信号。4)在燃烧过程中，经常会产生大量高温的结渣。结渣在掉入下方的渣池，会使池中的水迅速汽化，导致了炉膛压力的波动。5)在燃烧过程中，除了结渣以外，也会产生大量的结焦。当燃烧器附近的结焦掉落时，燃烧器所射出的煤粉量增大，燃烧将会变的更加剧烈，使炉膛压力波动变大。

1.2 火检信号

火焰燃烧的过程中，不仅会产生辐射，还会产生某些频率的闪烁。在燃料燃烧的过程中，一次风带出的煤粉与空气在喷嘴附近混合，过程中会存在一些不平衡，这样会使燃烧的辐射值在平均值上下浮动。平均值另一个名字叫做稳态分量，它由周围的光亮﹑火焰燃烧大小以及燃料燃烧时的挥发分所决定。而闪烁产生的原因是由于煤粉在燃烧过程中的光学反应，所以火焰的辐射在强度上可以表征为亮度变化。现代火焰监测器的鉴别原理是建立在火焰亮度信号与火焰闪烁频率两个参量之上的，其把火焰辐射的能量分别分成了交流分量(闪烁频率分量)与直流分量(火焰亮度分量)，并同时对这两个参数进行判断监测，从而区分燃烧器的火焰和其背景的辐射量，有很高的可靠性。双信号检测装置可以把视觉信号转换为数字信号，来起到灭火保护的作用。

2 确保煤粉炉燃烧稳定性的对策

2.1 加强煤质的调整

实际燃用煤种的水分比设计煤种略小，对煤粉气流的着火热影响不大，属于有利的因素。而灰分比设计煤种高，挥发分比设计煤种低，这两点对煤粉气流稳定着火和燃烧是非常不利的，特别是实际燃用煤种的挥发分比设计值小得多，而挥发分对煤粉的着火和稳燃的影响又最为显著。因此，在改烧实际燃用煤种时，如果不做合理的调整势必会造成燃烧不稳定和燃不烬的问题。在实际运行中应通过对运行工况的调整来抵消其不利影响。

2.2 降低一次风率和增加煤粉浓度

根据锅炉负荷和制粉系统承担出力的不同，原则上运行中要尽量减少磨煤机运行的台数。并且根据实际运行情况制定出如下规程：当机组负荷超过500MW时，如果总煤量不超过320t/h时，应保持5台磨煤机运行；当断煤发生时，应优先加大其他磨煤机的出力，难以维持时可以再启动1台磨煤机运行。负荷低于500MW采用4台磨煤机运行。当采用这一方案运行，机组负荷500MW时，一次风率由原来6台磨运行的29.1%降低到5台磨运行的24.1%左右，改善了煤粉气流的着火和稳燃特性。降低一次风率的同时还起到了提高煤粉浓度的效果。

2.3 提高磨煤机出口温度

在保证安全运行的原则下，一般规程对烟煤的磨煤机出口温度推荐值为70～80℃，本文综合考虑煤质及设备的具体清况后，将磨煤机入口温度从200℃提高到260℃，磨煤机的出口温度从80℃提高到85℃，部分工况甚至达到90℃。这不仅改善了煤粉气流着火的稳定性，而且由于磨煤机内的平均温度升高，原煤的破损特性增强，因而磨煤机的制粉能耗降低。试验发现调整后在磨煤机出力为60dh时，磨煤电流比调整前约降低SA，提高了制粉系统运行的经济性。

提高磨煤机出口温度的另一个作用就是降低了磨煤机冷风的使用量。磨煤机出口温度主要受进入磨煤机冷风和热风比例影响，要提高磨煤机的出口温度，就要加大进入磨煤机热风的比例，减少冷风的比例。减少进入炉膛的冷风量，不仅可以提高燃烧区的平均温度，还可以降低炉膛火焰中心，对强化和改善燃烧区煤粉气流的着火和稳燃非常有利。

结语

电力是人类生活不可缺少的能源，虽然这些年新能源发电的发展迅速，但煤炭发电仍占总体发电量的绝大部分。煤粉炉是煤炭发电中至关重要的一个设备，煤粉炉的燃烧稳定性直接关系着火电厂燃烧的安全与经济性。因此本文主要就对影响因素以及对策进行了分析。

[1]王俊.无烟煤粉循环流化床预热燃烧和NO_x生成试验研究[D].中国科学院研究生院(工程热物理研究所)，2011.

[2]王月龙.燃气发电机组燃烧稳定性分析[D].华北电力大学(北京)，2016.