朱德強(qiáng)

山東華魯恒升化工股份有限公司

煤粉爐燃燒穩(wěn)定性的研究

朱德強(qiáng)

山東華魯恒升化工股份有限公司

煤炭發(fā)電中最重要的設(shè)備是煤粉爐，整個(gè)電廠機(jī)組運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都在于煤粉爐的運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)與否。而煤粉爐的運(yùn)行安全問(wèn)題很大程度上與煤粉爐內(nèi)部燃燒的穩(wěn)定與否有關(guān)。在大多數(shù)電廠中煤粉爐所燃燒的煤質(zhì)存在偏離設(shè)計(jì)煤種的問(wèn)題，還有很大一部分火電廠為了賺取更多的利潤(rùn)而燃用劣質(zhì)煤。這些原因造成了現(xiàn)在煤粉爐燃燒不穩(wěn)定，滅火次數(shù)變多，燃煤效率變低，從而對(duì)整個(gè)電廠運(yùn)行的運(yùn)行安全造成了很大的影響。加上現(xiàn)在調(diào)節(jié)用電峰谷時(shí)，需要整個(gè)機(jī)組頻繁的變化燃燒負(fù)荷，更難以判斷燃燒的穩(wěn)定性。

煤粉爐；燃燒；穩(wěn)定性

1 反映燃燒穩(wěn)定性的因素分析

1.1 爐膛壓力

煤粉爐內(nèi)部可以被當(dāng)成一個(gè)封閉的區(qū)域，引送風(fēng)機(jī)的開度而引發(fā)的充吸氣會(huì)讓爐膛壓力發(fā)生變化。拋開引送風(fēng)機(jī)對(duì)爐膛壓力的影響不談，燃料燃燒對(duì)爐膛壓力的變化更為重要，此時(shí)，爐膛壓力的變化和燃燒穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生有某種關(guān)系，先從煤質(zhì)入手開始研究。煤是由碳(C)，氫CH)﹑氧(0)﹑氮(N)﹑硫(S)這五種成分所組成，通常也用灰分(A)﹑水分(W)來(lái)表示，煤在跟隨一次風(fēng)送入爐膛之后與空氣里的02發(fā)生反應(yīng)，為：C+02=CO2(充分燃燒時(shí))；2C+02=2C0(未充分燃燒時(shí))；2H2+02=2H20；S+02=2S02；N+O2=NO2。從式子可以看出，在反應(yīng)的過(guò)程中，除了生成C02與SO2時(shí)反應(yīng)前與反應(yīng)后的總體積不變以外，其他的方程式中的總體積都會(huì)發(fā)生改變，加上所包含的液體水蒸發(fā)成水蒸氣，總體積又要發(fā)生膨脹。對(duì)于一個(gè)封閉的爐膛，在內(nèi)部氣體體積膨脹的時(shí)候，一定會(huì)在爐膛側(cè)壁產(chǎn)生壓力。若是不去調(diào)整引送風(fēng)機(jī)的擋板開度，整個(gè)燃燒的狀態(tài)便不是一個(gè)固定壓力大小的過(guò)程。爐膛壓力不穩(wěn)定造成燃燒火焰搖擺，火焰搖擺又對(duì)周圍氣壓產(chǎn)生影響形成一個(gè)類似自激振蕩的過(guò)程。然而，除了上述的可以引起爐膛內(nèi)部壓力波動(dòng)變化的原因以外，還有許多其他的因素：

1)由于火焰燃燒強(qiáng)弱的變化，燃料﹑風(fēng)量和爐膛周圍氣壓的脈動(dòng)會(huì)被風(fēng)道阻力的變化所影響。2)在燃燒的過(guò)程中，湍流的強(qiáng)度會(huì)隨著燃燒變得越來(lái)越強(qiáng)，這也使?fàn)t膛壓力產(chǎn)生脈動(dòng)信號(hào)。3)爐膛內(nèi)部燃燒所產(chǎn)生的煙氣，也會(huì)使?fàn)t膛壓力產(chǎn)生脈動(dòng)信號(hào)。4)在燃燒過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生大量高溫的結(jié)渣。結(jié)渣在掉入下方的渣池，會(huì)使池中的水迅速汽化，導(dǎo)致了爐膛壓力的波動(dòng)。5)在燃燒過(guò)程中，除了結(jié)渣以外，也會(huì)產(chǎn)生大量的結(jié)焦。當(dāng)燃燒器附近的結(jié)焦掉落時(shí)，燃燒器所射出的煤粉量增大，燃燒將會(huì)變的更加劇烈，使?fàn)t膛壓力波動(dòng)變大。

1.2 火檢信號(hào)

火焰燃燒的過(guò)程中，不僅會(huì)產(chǎn)生輻射，還會(huì)產(chǎn)生某些頻率的閃爍。在燃料燃燒的過(guò)程中，一次風(fēng)帶出的煤粉與空氣在噴嘴附近混合，過(guò)程中會(huì)存在一些不平衡，這樣會(huì)使燃燒的輻射值在平均值上下浮動(dòng)。平均值另一個(gè)名字叫做穩(wěn)態(tài)分量，它由周圍的光亮﹑火焰燃燒大小以及燃料燃燒時(shí)的揮發(fā)分所決定。而閃爍產(chǎn)生的原因是由于煤粉在燃燒過(guò)程中的光學(xué)反應(yīng)，所以火焰的輻射在強(qiáng)度上可以表征為亮度變化?，F(xiàn)代火焰監(jiān)測(cè)器的鑒別原理是建立在火焰亮度信號(hào)與火焰閃爍頻率兩個(gè)參量之上的，其把火焰輻射的能量分別分成了交流分量(閃爍頻率分量)與直流分量(火焰亮度分量)，并同時(shí)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行判斷監(jiān)測(cè)，從而區(qū)分燃燒器的火焰和其背景的輻射量，有很高的可靠性。雙信號(hào)檢測(cè)裝置可以把視覺信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，來(lái)起到滅火保護(hù)的作用。

2 確保煤粉爐燃燒穩(wěn)定性的對(duì)策

2.1 加強(qiáng)煤質(zhì)的調(diào)整

實(shí)際燃用煤種的水分比設(shè)計(jì)煤種略小，對(duì)煤粉氣流的著火熱影響不大，屬于有利的因素。而灰分比設(shè)計(jì)煤種高，揮發(fā)分比設(shè)計(jì)煤種低，這兩點(diǎn)對(duì)煤粉氣流穩(wěn)定著火和燃燒是非常不利的，特別是實(shí)際燃用煤種的揮發(fā)分比設(shè)計(jì)值小得多，而揮發(fā)分對(duì)煤粉的著火和穩(wěn)燃的影響又最為顯著。因此，在改燒實(shí)際燃用煤種時(shí)，如果不做合理的調(diào)整勢(shì)必會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定和燃不燼的問(wèn)題。在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)通過(guò)對(duì)運(yùn)行工況的調(diào)整來(lái)抵消其不利影響。

2.2 降低一次風(fēng)率和增加煤粉濃度

根據(jù)鍋爐負(fù)荷和制粉系統(tǒng)承擔(dān)出力的不同，原則上運(yùn)行中要盡量減少磨煤機(jī)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)。并且根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況制定出如下規(guī)程：當(dāng)機(jī)組負(fù)荷超過(guò)500MW時(shí)，如果總煤量不超過(guò)320t/h時(shí)，應(yīng)保持5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行；當(dāng)斷煤發(fā)生時(shí)，應(yīng)優(yōu)先加大其他磨煤機(jī)的出力，難以維持時(shí)可以再啟動(dòng)1臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。負(fù)荷低于500MW采用4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。當(dāng)采用這一方案運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷500MW時(shí)，一次風(fēng)率由原來(lái)6臺(tái)磨運(yùn)行的29.1%降低到5臺(tái)磨運(yùn)行的24.1%左右，改善了煤粉氣流的著火和穩(wěn)燃特性。降低一次風(fēng)率的同時(shí)還起到了提高煤粉濃度的效果。

2.3 提高磨煤機(jī)出口溫度

在保證安全運(yùn)行的原則下，一般規(guī)程對(duì)煙煤的磨煤機(jī)出口溫度推薦值為70～80℃，本文綜合考慮煤質(zhì)及設(shè)備的具體清況后，將磨煤機(jī)入口溫度從200℃提高到260℃，磨煤機(jī)的出口溫度從80℃提高到85℃，部分工況甚至達(dá)到90℃。這不僅改善了煤粉氣流著火的穩(wěn)定性，而且由于磨煤機(jī)內(nèi)的平均溫度升高，原煤的破損特性增強(qiáng)，因而磨煤機(jī)的制粉能耗降低。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)調(diào)整后在磨煤機(jī)出力為60dh時(shí)，磨煤電流比調(diào)整前約降低SA，提高了制粉系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

提高磨煤機(jī)出口溫度的另一個(gè)作用就是降低了磨煤機(jī)冷風(fēng)的使用量。磨煤機(jī)出口溫度主要受進(jìn)入磨煤機(jī)冷風(fēng)和熱風(fēng)比例影響，要提高磨煤機(jī)的出口溫度，就要加大進(jìn)入磨煤機(jī)熱風(fēng)的比例，減少冷風(fēng)的比例。減少進(jìn)入爐膛的冷風(fēng)量，不僅可以提高燃燒區(qū)的平均溫度，還可以降低爐膛火焰中心，對(duì)強(qiáng)化和改善燃燒區(qū)煤粉氣流的著火和穩(wěn)燃非常有利。

結(jié)語(yǔ)

電力是人類生活不可缺少的能源，雖然這些年新能源發(fā)電的發(fā)展迅速，但煤炭發(fā)電仍占總體發(fā)電量的絕大部分。煤粉爐是煤炭發(fā)電中至關(guān)重要的一個(gè)設(shè)備，煤粉爐的燃燒穩(wěn)定性直接關(guān)系著火電廠燃燒的安全與經(jīng)濟(jì)性。因此本文主要就對(duì)影響因素以及對(duì)策進(jìn)行了分析。

[1]王俊.無(wú)煙煤粉循環(huán)流化床預(yù)熱燃燒和NO_x生成試驗(yàn)研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)，2011.

[2]王月龍.燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組燃燒穩(wěn)定性分析[D].華北電力大學(xué)(北京)，2016.