王雁蓉

0 引言

鍋爐是消耗能源的一種設(shè)備，而鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)是否合理，不僅直接關(guān)系到鍋爐的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)過程的可靠性，而且在很大程度上決定了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。如果燃燒過程不穩(wěn)定，將會引起爐水參數(shù)發(fā)生波動;爐膛內(nèi)溫度過低將影響燃料的著火和正常燃燒，甚至?xí)斐擅簩酉ɑ?爐膛內(nèi)溫度過高或火焰中心偏斜將會引起水冷壁、爐膛出口受熱面結(jié)渣，并可能增大過熱器的熱偏差，造成局部管壁超溫等。因此，燃燒調(diào)節(jié)適當(dāng)對燃燒工況穩(wěn)定、合理利用燃料、節(jié)約能源有著重大意義。

1 現(xiàn)狀

燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性要求是保持合理的風(fēng)煤配合，即保持爐膛內(nèi)最佳的過量空氣系數(shù);送吸配合，即保持適當(dāng)?shù)臓t膛負(fù)壓，減少漏風(fēng)。此外，還要求保持適當(dāng)高的爐膛溫度(1300℃～1600℃)。

但在實(shí)際操作中，由于司爐人員和管理人員水平不均，常常認(rèn)為爐膛負(fù)壓越大越好，煤粉顆粒越細(xì)越好，爐排轉(zhuǎn)速越快越好，排煙溫度越低越好，撥火越多越好。針對這些燃燒過程中出現(xiàn)的常見問題，有必要進(jìn)行綜合分析以避免鍋爐由于燃燒不當(dāng)而造成的燃燒熱損失，從而更好地提高鍋爐熱效率。

2 常見問題分析

2.1 爐膛負(fù)壓的控制與調(diào)節(jié)

爐膛風(fēng)壓是反映燃燒工況是否正常的重要運(yùn)行參數(shù)之一，由于爐膛內(nèi)高溫?zé)煔猱a(chǎn)生自拔風(fēng)力的作用，使?fàn)t內(nèi)不同高度處的煙氣壓力不一樣，自爐排上方到爐頂，煙氣壓力是逐漸升高的;由于煙氣離開爐膛時，沿?zé)煹揽朔鲃幼枇Φ慕Y(jié)果，使煙氣壓力又逐漸降低下來，直到最終由引風(fēng)機(jī)提高壓頭后，才從煙囪排出。這使整個鍋爐爐膛和煙道壓力都呈現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)，其中以爐膛頂部的煙氣壓力最大(也即負(fù)壓值最小)。

如果爐膛負(fù)壓過大，將會增加爐膛和煙道的漏風(fēng)，尤其是鍋爐在低負(fù)荷下運(yùn)行、燃燒不太穩(wěn)定的情況，很可能因從爐膛底部漏入大量冷空氣而造成鍋爐滅火;反之，爐膛風(fēng)壓偏低(正壓)，爐內(nèi)的高溫火焰以及煙灰就會從爐墻灰縫和煙道不嚴(yán)密處向外冒，這不但影響環(huán)境衛(wèi)生和人身安全，而且對某些鍋爐，還可能使構(gòu)架過熱，爐墻損壞，同時還會使?fàn)t膛某些死角處的受熱面上積灰。

鍋爐運(yùn)行時，當(dāng)燃燒工況變化和不正常時，最先反映出的現(xiàn)象是爐膛風(fēng)壓的變化。如果鍋爐發(fā)生滅火，從儀表上反映出的是爐膛風(fēng)壓表的指針劇烈擺動并向負(fù)方向甩到底，而后才是汽包水位、介質(zhì)流量等指示的變化。

爐膛風(fēng)壓和煙道負(fù)壓的變化在燃燒過程中，如果排出爐膛的煙氣量等于燃燒產(chǎn)生的煙氣量，則進(jìn)出爐膛的物質(zhì)保持平衡，此時爐膛風(fēng)壓就相對保持不變。若兩個量中間有一個量發(fā)生改變，則平衡就遭到破壞，爐膛風(fēng)壓就要發(fā)生變化。如在吸風(fēng)量未增加時，增加送風(fēng)量就會使?fàn)t膛出現(xiàn)正壓;又如送風(fēng)量未增加時，增加吸風(fēng)量就會使?fàn)t膛出現(xiàn)負(fù)壓。

運(yùn)行中即使在送吸風(fēng)調(diào)節(jié)板開度保持不變的情況下，由于燃燒工況總有小量的變動，故爐膛風(fēng)量總是脈動的，反映在爐膛風(fēng)壓表上就是指針經(jīng)常在控制值的左右輕微擺動，當(dāng)燃燒不穩(wěn)定時，爐膛風(fēng)壓發(fā)生強(qiáng)烈脈動時，往往是滅火的預(yù)兆。這時，必須加強(qiáng)監(jiān)視和檢測爐內(nèi)火焰情況，分析原因，并及時進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和處理。

此外，煙氣流經(jīng)煙道及各受熱面時，將會有各種阻力產(chǎn)生，這些阻力是由引風(fēng)機(jī)的壓頭來克服的。同時，由于受熱面和煙道處于引風(fēng)機(jī)的進(jìn)口側(cè)，因此沿著煙氣流程煙道內(nèi)的負(fù)壓是逐漸增大的。

煙氣流動時產(chǎn)生的阻力與阻力系數(shù)、煙氣重度成正比，并與煙氣流速的平方成正比。因此，當(dāng)鍋爐負(fù)荷、燃料量和風(fēng)量發(fā)生改變時，隨著煙氣流速的改變，煙道負(fù)壓也相應(yīng)改變。故在不同的負(fù)荷下，鍋爐各部分煙道內(nèi)的煙氣壓力是不同的。在正常情況下，它們都有一定的變化范圍。在運(yùn)行中如果發(fā)現(xiàn)煙道某處負(fù)壓或某受熱面進(jìn)出口壓差有不正常的變化時，則往往是因為受熱面發(fā)生了嚴(yán)重積灰、結(jié)渣、局部堵塞、泄露等異常情況或故障。此時應(yīng)綜合分析各表計的變化情況，找出原因，進(jìn)行及時地處理。

因此，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變動時，吸風(fēng)量調(diào)節(jié)到什么程度最為合適，要根據(jù)各爐所規(guī)定的爐膛負(fù)壓值變化范圍來確定。對于負(fù)壓燃燒的鍋爐，只要爐膛頂部保持1 mm～2 mm水柱的負(fù)壓，爐內(nèi)煙氣就不致外泄。實(shí)際上，由于爐內(nèi)煙氣壓力經(jīng)常有所變動，并且同一水平上的壓力也不一定相等。為了安全起見，正常運(yùn)行時，一般應(yīng)維持－3 mm～－5 mm水柱的爐膛負(fù)壓(指煤粉爐)。運(yùn)行中當(dāng)進(jìn)行除灰、清理焦渣或觀察爐火時，為了保證人身安全，此時爐膛風(fēng)壓應(yīng)維持得低些，一般為－5 mm～－10 mm水柱。

2.2 風(fēng)量的控制

送入爐內(nèi)的空氣量可以用爐內(nèi)的過量空氣系數(shù)α來表示為: α=V/V0，即實(shí)際供給的空氣量 V(N·m3/kg)與理論空氣量V0(N·m3/kg)的比值。從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性來看，不完全燃燒熱損失最小，即燃燒效率最高時的過量空氣系數(shù)為最佳過量空氣系數(shù)。過量空氣系數(shù)過大或過小，都將使鍋爐的熱損失增加，使鍋爐的效率降低。

因此，送入爐內(nèi)的空氣量應(yīng)使過量空氣系數(shù)維持在最佳值附近。最佳的α值與許多因素有關(guān)，如燃料種類、燃燒方式以及燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)的完善程度等。實(shí)際采用的α值對固態(tài)排渣粉煤爐一般為1.15～1.20，鏈條爐為1.3～1.5。

對于負(fù)壓下工作的鍋爐機(jī)組，外界冷空氣會通過鍋爐的不嚴(yán)密處漏入爐膛以及其后的煙道中，致使煙氣中過量空氣增加。由于存在漏風(fēng)，鍋爐煙道內(nèi)的過量空氣系數(shù)沿?zé)煔饬鞒淌侵饾u增大的。爐膛后任一煙道截面處的過量空氣系數(shù)為:

其中，∑Δα為爐膛出口與計算煙道截面間各段煙道漏風(fēng)系數(shù)的總和。

漏入煙道的冷空氣使煙氣溫度水平降低，煙氣與受熱面間熱交換變差，排煙溫度升高;漏風(fēng)還增大了煙氣容積。其結(jié)果造成鍋爐排煙熱損失和引風(fēng)機(jī)電耗都增大，降低了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)統(tǒng)計和計算，對于煤粉鍋爐，一般爐膛漏風(fēng)系數(shù)每增加0.1～0.2，排煙溫度將升高3℃～8℃，鍋爐效率降低0.2%～0.5%;漏風(fēng)系數(shù)每增加0.1，將使送、引風(fēng)機(jī)電耗增加3 kW/MW電功率。

在爐膛出口保持適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)，對保證燃料的完全燃燒是十分重要的。因為它是衡量爐內(nèi)空氣量多少的重要參數(shù)，它的大小對鍋爐的燃燒工況有很大的影響。在實(shí)際運(yùn)行中，影響爐膛出口過量空氣系數(shù)的主要因素有:送風(fēng)調(diào)節(jié)不當(dāng)，或是鍋爐爐墻、煙道漏風(fēng)，這都會改變爐膛出口過量空氣系數(shù)。

1 )對鍋爐效率的影響。

鍋爐效率η與爐膛出口過量空氣系數(shù)α1的關(guān)系如圖1所示。當(dāng)鍋爐在某一穩(wěn)定的負(fù)荷下運(yùn)行，而過量空氣系數(shù)在一定范圍時，增大過量空氣系數(shù)α1可以增多燃料與空氣的接觸機(jī)會，有利于燃料的完全燃燒，使化學(xué)不完全燃燒熱損失q3和機(jī)械不完全燃燒熱損失q4減少;但是，過量空氣系數(shù)α1過大時，則因爐膛溫度的降低和煤粉在爐膛內(nèi)停留時間的縮短，反而使q1和q4有所增加。鍋爐的排煙熱損失q2總是隨著α1的增大而增加，因此，鍋爐效率必然降低。

合理的過量空氣系數(shù)應(yīng)使各項熱損失之和為最小，即鍋爐效率最高，因此，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變動時，應(yīng)按最佳過量空氣系數(shù)來調(diào)節(jié)送入爐內(nèi)的風(fēng)量。

2 )對受熱面的影響。

過量空氣系數(shù)變動時，鍋爐的輻射受熱面和對流受熱面吸熱量分配比例也發(fā)生變動。過量空氣系數(shù)增加時，煙氣體積增加，爐膛內(nèi)溫度降低，故輻射吸熱量減少。對于對流受熱面，則由于煙氣流速增高，傳熱系數(shù)增大而使其吸熱量增大。因此，隨著α1的增加對流受熱面出口溫度將有所升高。對于中壓鍋爐，在其他條件不變的情況下，當(dāng)α1每增加0.1，則出口溫度升高8℃～10℃。

如果過量空氣系數(shù)的變動是因漏風(fēng)所致，則其影響要看漏風(fēng)的部位。如果漏風(fēng)地點(diǎn)處于鍋爐上部或接近于爐膛出口處時，漏進(jìn)的冷風(fēng)只影響爐膛局部溫度，對整個鍋爐輻射傳熱量影響很小，這時對流受熱面出口溫度可能要降低;如果在爐膛下部漏風(fēng)，這對煤粉爐來說，會使火焰中心上移，爐膛溫度降低，輻射吸熱量相對減少，則將引起對流受熱面出口溫度上升。

總之，爐墻周圍漏風(fēng)對任何一種燃燒方式都是不利的。因為漏進(jìn)的冷空氣一般都不能與燃料接觸、參與燃燒，而是吸收爐膛的熱量，降低爐膛溫度，特別是煙道漏風(fēng)，容易引起爐膛正壓燃燒，使燃燒工況變壞，鍋爐發(fā)熱量減少，熱效率降低。

3 采取措施及指標(biāo)

通過以上分析可見，在操作時要注意把握:均勻供給燃料、合理通風(fēng)和調(diào)整燃燒三個基本環(huán)節(jié)。具體措施和指標(biāo)有以下幾個方面:

1 )維持較高的爐膛溫度。

層狀燃燒層表面溫度以1100℃～1300℃為宜，火焰顏色為麥黃色，不透明。

2 )保持適量的二氧化碳含量。

煙氣中的二氧化碳含量，對于手燒爐應(yīng)為9%;機(jī)械爐為12%左右;煤粉爐為12%～14%。

3 )保持適量的過量空氣系數(shù)。

在保證燃料完全燃燒的前提下，盡量減少過量空氣系數(shù)，對于手燒爐一般為1.3～1.5;機(jī)械爐為1.2～1.4;煤粉爐為1.15～ 1.25。

4 )降低灰渣可燃物。

灰渣可燃物含量，對于手燒爐應(yīng)在15%以下;機(jī)械爐應(yīng)在10%以下;煤粉爐應(yīng)在5%以下。

5 )降低鍋爐排煙溫度。

在保證鍋爐尾部受熱面不結(jié)露的前提下，應(yīng)盡量降低排煙溫度。排煙溫度的數(shù)值，對蒸發(fā)量不小于1 t/h的鍋爐，應(yīng)在250℃以下;蒸發(fā)量不小于4 t/h的鍋爐，應(yīng)在200℃以下;蒸發(fā)量不小于10 t/h的鍋爐，應(yīng)在160℃以下。

4 結(jié)語

為使鍋爐設(shè)備達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要求每一個司爐人員和管理者必須認(rèn)真經(jīng)常地對儀表指示和各種情況進(jìn)行分析，及時而準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而維持經(jīng)濟(jì)的燃燒，盡量減少熱損失，提高鍋爐效率，并將各個環(huán)節(jié)和調(diào)節(jié)互相配合協(xié)調(diào)一致，即可達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)、有效節(jié)能的運(yùn)行目的。

［1］ 范從振.鍋爐原理［M］.南京：水利電力出版社，2009.

［2］ 謝應(yīng)閑.鍋爐運(yùn)行與管理［M］.北京：勞動部鍋爐壓力容器出版社，2010.

［3］ 金定安，曹子棟，俞建洪.工業(yè)鍋爐原理［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.