劣質(zhì)煤的燃燒問題及其調(diào)整技術(shù)

我國(guó)的劣質(zhì)煤儲(chǔ)量豐富，開發(fā)和利用劣質(zhì)煤是我國(guó)一項(xiàng)重要的能源政策。
劣質(zhì)煤的特點(diǎn)：水份高，灰份大，發(fā)熱量低，揮發(fā)份低，著火點(diǎn)高等。
火力發(fā)電廠在燃用劣質(zhì)煤時(shí)，一方面，鍋爐燃燒不穩(wěn)，易引起鍋爐滅火放炮事故；另一方面，為穩(wěn)定燃燒需投油助燃，浪費(fèi)了大量的燃油。同時(shí)，飛灰含碳量增大，鍋爐效率降低，經(jīng)濟(jì)性差。此外，還存在燃用劣質(zhì)煤，使鍋爐易結(jié)焦，各受熱面磨損嚴(yán)重，鍋爐運(yùn)行各參數(shù)不穩(wěn)，運(yùn)行人員調(diào)整工作量增大等問題。此外，劣質(zhì)煤是火電廠鍋爐運(yùn)行人員最難調(diào)整，最頭疼、最不愿燃用的煤種。
焦作電廠670T/H鍋爐燃煤種類很雜，先后燃用了焦作、山西、鞏義、義馬、新密等地方煤礦的劣質(zhì)煤。下面就四角直流燃燒器鍋爐在燃燒劣質(zhì)煤時(shí)影響燃燒的因素和調(diào)整技術(shù)作初步探討和研究。
1　用劣質(zhì)煤采用集中燃燒有利于提高爐膛溫度，有利于煤粉著火燃燒
(1) 集中燃燒是燒好劣質(zhì)煤的有效措施，理由是：
(2) 增加了煤粉的濃度，集中了燃燒的揮發(fā)物。
(4) 降低了著火區(qū)的過量空氣。
(5) 燃燒中心集中，使火焰溫度水平升高。
煤愈差，一次風(fēng)比例就越小，分散送風(fēng)、送粉會(huì)使射流剛性變差，燃燒不易穩(wěn)定，集中一次風(fēng)布置后，氣流射流剛性變強(qiáng)。
(1) 以上這些都有利于劣質(zhì)煤的著火和燃燒，但一次風(fēng)集中布置也帶來兩個(gè)問題：由于煤粉高度集中，可能出現(xiàn)著火、燃燒初期氧量不足的問題，在一次風(fēng)噴嘴內(nèi)加周界風(fēng)量解決方法之一。
(2)集中布置后噴口截面增大，不但噴嘴機(jī)械強(qiáng)度變差，易發(fā)生變形，同時(shí)也易出現(xiàn)速度不均，氣粉分層等不良現(xiàn)象，可通過在噴嘴內(nèi)加縱向或橫向隔板來解決，由于隔板把一次風(fēng)分割成多個(gè)小股射流，使氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，有利于著火燃燒穩(wěn)定。
2　控制好一次風(fēng)量有利于劣質(zhì)煤的燃燒
一次風(fēng)量的大小對(duì)燃燒的著火影響較大，直流燃燒器煤粉著火，主要是依靠射流卷吸周圍高溫?zé)煔鈱?duì)一次風(fēng)的氣粉混和物進(jìn)行加熱，一次風(fēng)量愈大，要求加熱至著火所需熱量愈多，對(duì)著火不利。
實(shí)踐證明：當(dāng)一次風(fēng)量增加時(shí)，噴嘴出口附近火焰溫度明顯降低，著火推遲，再加上劣質(zhì)煤著火溫度本來就較高，因此在調(diào)整時(shí)，對(duì)劣質(zhì)煤在煤粉管道不積粉堵管的前提下，應(yīng)盡可能降低一次風(fēng)比例，這樣就有利于劣質(zhì)煤的燃燒。
3　調(diào)整好一次風(fēng)速有利于劣質(zhì)煤的燃燒
燃燒劣質(zhì)煤時(shí)，一次風(fēng)速過高或過低都是不合適的，一次速過高，會(huì)推遲著火，引起燃燒不穩(wěn)定，而且較粗的煤粉因慣性過大易穿過劇烈的燃燒區(qū)而落下或逸走，形成機(jī)械不完全燃燒損失，有時(shí)甚至噴射到爐墻上引起結(jié)焦，一次風(fēng)速過低亦是不利的，原因在于：
(1) 煤粉氣流剛性削弱，氣流穩(wěn)定性變差擾動(dòng)又不強(qiáng)烈，火焰容易擺動(dòng)，切圓形成不佳。
(2) 抽吸周圍高溫?zé)煔饬繙p少，降低煤粉氣流著火前的加熱強(qiáng)度。
(3) 易產(chǎn)生氣粉分層和氣粉分布不均，堵塞一次風(fēng)管等不良現(xiàn)象。
(4) 燃料如能著火，則因著火點(diǎn)距離噴嘴較近，容易燃?jí)膰娮臁?br/>因此，對(duì)于低揮發(fā)份無煙煤宜選擇低限來調(diào)試，以選擇最佳一次風(fēng)速。
4　控制好二次風(fēng)與一次風(fēng)交匯點(diǎn)有利于劣質(zhì)煤燃燒的穩(wěn)定性
采用一次風(fēng)集中送粉的措施后，二次風(fēng)往往有如下布置形式：一次風(fēng)下設(shè)置二次風(fēng)，一次風(fēng)上設(shè)置中二次風(fēng)及上二次風(fēng)，根據(jù)著火三角形原理，二次風(fēng)應(yīng)該在煤粉火焰邊緣著火后和一次風(fēng)相交，以實(shí)現(xiàn)分段送風(fēng)的目的，煤種愈差，就愈難著火，交點(diǎn)相應(yīng)要推遲，控制二次風(fēng)和一次風(fēng)相交的是手段是：二次風(fēng)嘴的角度、風(fēng)速及一、二次風(fēng)嘴間的距離，在燃燒器結(jié)構(gòu)一定的情況下，可用控制二次風(fēng)速的大小來調(diào)節(jié)一、二風(fēng)的交點(diǎn)距離，至于一、二次風(fēng)噴嘴的距離它對(duì)燃燒影響頗大，間距太近時(shí)，對(duì)一、二次風(fēng)干擾太大，一、二次風(fēng)相交提前，影響穩(wěn)定燃燒，此時(shí)只好降低二次風(fēng)速運(yùn)行，因而容易造成爐膛空氣過量系數(shù)偏低現(xiàn)象，這會(huì)影響鍋爐出力及效率，因此，對(duì)揮發(fā)份較低的無煙煤在結(jié)構(gòu)一定情況下，燃燒不穩(wěn)時(shí)，應(yīng)將距離一次風(fēng)速較近的二次風(fēng)速降下來，以不至于一、二次風(fēng)相交過早而造成燃燒不穩(wěn)。
5　合理分配各層二次風(fēng)有利于劣質(zhì)煤穩(wěn)定燃燒燃燼
鍋爐在燃用劣質(zhì)煤時(shí)，各層二次風(fēng)的分配比例對(duì)保證鍋爐的穩(wěn)定燃燒起著至關(guān)重要的作用。調(diào)整時(shí)一般采用下少上多的二次風(fēng)分配方式即所謂的"倒寶塔形"配風(fēng)，下二次風(fēng)的作用是：
(1) 分段送入空氣，使下側(cè)煤粉火焰燃燒。
(2) 第二托起煤粉氣流中分離出來的粉粒，減少灰渣未燃燼損失，實(shí)踐表明，隨著下二次風(fēng)率增加，爐膛中心溫度和下部溫度均有所提高，飛灰、爐渣可燃物逐漸下降，在燃用揮發(fā)份較低的煤時(shí)，應(yīng)將下二次風(fēng)適當(dāng)減少，以提高燃燒穩(wěn)定性。為避免風(fēng)量減少引起出口風(fēng)速減小，以提高燃燒穩(wěn)定性。為避免風(fēng)量減小后引起風(fēng)速過低，導(dǎo)致落灰可燃物增加，一般當(dāng)燃燒能夠保持穩(wěn)定的前提下，下二次風(fēng)量不宜過小，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。
因?yàn)槊悍刍鹧嬷鸷筠D(zhuǎn)彎向上，因此下二次風(fēng)量不能太多，一般下二次風(fēng)為總二次風(fēng)量的20%-25%，但要保持一定的風(fēng)速，上中二次風(fēng)速在40-50M/S范圍才能有力的穿透煤粉火焰達(dá)到補(bǔ)氧托粉的目的。
在燃燒劣質(zhì)煤的實(shí)際運(yùn)行調(diào)整中，由于中二次風(fēng)一般離相鄰的一次風(fēng)距離較小，當(dāng)其風(fēng)量過大，風(fēng)速過高時(shí)，該氣流將過多地與一次風(fēng)氣流相混合，影響煤粉著火燃燒。另外，由于該噴燃口與相互間距較小的一次風(fēng)口緊密連在一起，當(dāng)風(fēng)量風(fēng)速過大時(shí)，將使燃燒器出口氣流屏的背火面補(bǔ)氣條件更差，加劇一次風(fēng)煤粉偏轉(zhuǎn)靠墻，促使煤粉離析，所以適當(dāng)降低中二次風(fēng)的風(fēng)量，風(fēng)速有助于提高燃燼度，降低爐渣可燃物。
在燃燒劣質(zhì)煤的實(shí)際運(yùn)行調(diào)整中，電負(fù)荷在140~160MW時(shí)，第四層火嘴全停運(yùn)，投一、二、三層火嘴情況下，保持上上二次風(fēng)較小，上下二次風(fēng)較大的配風(fēng)方式較好，其上下二次風(fēng)率約為上上二次風(fēng)率的兩倍，分析認(rèn)為，由于第四層火嘴停運(yùn)，使得上下噴口的二次風(fēng)到一次風(fēng)的距離增加較多，在上下均等配風(fēng)工況下，該噴口風(fēng)量、風(fēng)速相應(yīng)減少，其動(dòng)量較弱，使一、二次風(fēng)混合過遲，當(dāng)采用上小下大的配風(fēng)方式時(shí)，隨著上下層噴口風(fēng)量、風(fēng)速的提高，將使著火后的煤粉氣流及時(shí)同二次風(fēng)相混合，加速擴(kuò)散燃燒，提高燃燼度，飛灰爐渣可燃物下降，因此，在140~160MW時(shí)，上排二次風(fēng)采用上下下大的配風(fēng)方式有利燃燒穩(wěn)定和燃燒完全。
對(duì)于四層火嘴全部投運(yùn)，滿負(fù)荷運(yùn)行中，應(yīng)采用上下二次風(fēng)均等配風(fēng)或上大下小的風(fēng)量分配方式為宜，分析認(rèn)為，由于第四層火嘴投運(yùn)，此時(shí)上下二次風(fēng)到一次風(fēng)氣流的距離相應(yīng)減少較多，因此上下二次風(fēng)量不宜過大，否則將導(dǎo)致一次風(fēng)中混入二次風(fēng)量過多，影響著火燃燒特別是燃用高灰份低揮發(fā)份的劣質(zhì)煤時(shí)影響更大。
6　對(duì)于中間儲(chǔ)倉(cāng)熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)，在燃燒劣質(zhì)煤時(shí)，應(yīng)采取的措施
燃用劣質(zhì)煤時(shí)，由于水份和灰份較高，制粉系統(tǒng)有漏風(fēng)較大，使得三次風(fēng)量和風(fēng)速往往比設(shè)計(jì)值高得多，大量的三次風(fēng)噴入對(duì)燃燒的影響主要有：
(1) 使?fàn)t膛火焰溫度降低，著火推遲，燃燒不穩(wěn)定。
(2) 大量高速、低溫的三次風(fēng)穿入火焰，擾亂了爐內(nèi)正常的空氣動(dòng)力場(chǎng)，易引起氣流貼壁結(jié)焦現(xiàn)象。
(3) 降低了火焰溫度，惡化了燃燒條件，使飛灰可燃物增加。
(4) 當(dāng)三次風(fēng)中細(xì)粉較多時(shí)，會(huì)使火焰拖長(zhǎng)，使?fàn)t膛出口煙溫及過熱蒸汽溫度均偏高。
一般希望燃燒劣質(zhì)煤時(shí)，把三次風(fēng)量調(diào)整至不大于30％，三次風(fēng)速不大于60m/s，但燃用水分較高的煤種時(shí)，實(shí)際運(yùn)行三次風(fēng)量往往比此值高，要保證在燃燒劣質(zhì)煤時(shí)燃燒穩(wěn)定，減少三次風(fēng)的不良影響，就要盡量降低三次風(fēng)量和風(fēng)速。降低三次風(fēng)量可以采取以下措施：
(1) 減少制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)，往往會(huì)收到較好的效果。
(2) 提高干燥煤粉的熱風(fēng)溫度也能降低乏氣量，在燃用多水劣質(zhì)煤時(shí)，希望盡量高的熱風(fēng)溫度，從結(jié)構(gòu)布置多些空氣預(yù)熱器受熱面，這不但對(duì)強(qiáng)化燃燒穩(wěn)定著火有利，而且能有效降低三次風(fēng)量。
(3) 在保證磨煤機(jī)出口溫度（即：干燥出力足夠）的情況下，盡量投入三次風(fēng)再循環(huán)，把制粉系統(tǒng)的乏氣抽出部分送至磨煤機(jī)入口再循環(huán)，可以有效降低三次風(fēng)量。
(4) 在粉位正常情況下，盡量減少運(yùn)行制粉系統(tǒng)的套數(shù)是減少三次風(fēng)量最有效的方法?；蚬?jié)流排粉機(jī)擋板的開度，以減少三次風(fēng)量。
三次風(fēng)的合理布置，處理能把煤粉系統(tǒng)乏氣中煤粉燒掉外，還能加強(qiáng)對(duì)火焰中心的擾動(dòng)，有利于煤粉火焰的燃燼，我廠三次風(fēng)分兩層布置噴燃器的最上方，當(dāng)細(xì)粉分離器工作良好時(shí)，三次風(fēng)帶粉量不多時(shí)，可加強(qiáng)火焰尾部擾動(dòng)，降低飛灰可燃物含量。我廠上三次下傾角設(shè)計(jì)為10℃，下三次風(fēng)下傾角設(shè)計(jì)為7.5℃，由于上三次風(fēng)下傾角較大，對(duì)燃燒擾動(dòng)動(dòng)力強(qiáng)，煤愈差，其影響愈明顯，所以，在燃燒劣質(zhì)煤和負(fù)荷低時(shí)，要盡量避免上三次風(fēng)所在的制粉系統(tǒng)的運(yùn)行，我廠甲、丁制粉系統(tǒng)所帶的乏氣是上三次風(fēng)，所以在燃燒劣質(zhì)煤時(shí)，在粉位允許的條件下，盡量避免或減少甲、丁制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。
此外，在燃用劣質(zhì)煤時(shí)，制備較細(xì)的煤粉，有利于低揮發(fā)份煤的著火，燃燒和燃燼。因此，制粉系統(tǒng)在運(yùn)行中必須嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度，為鍋爐穩(wěn)定燃燒打下良好的基礎(chǔ)。這一點(diǎn)在燃燒劣質(zhì)煤時(shí)顯得尤為重要。
7　燃用劣質(zhì)煤時(shí)要時(shí)刻注意防止鍋爐結(jié)焦
(1) 對(duì)易結(jié)焦的劣質(zhì)煤，采用較小的假想切圓直徑是合適的。因?yàn)榧傧肭袌A直徑較大時(shí)，氣流易貼邊，雖然氣流貼邊并不意味著結(jié)焦，還應(yīng)考慮兩相氣流的運(yùn)行特點(diǎn)，由于氣流旋轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)氣粉分離的特點(diǎn)，即在爐墻四周會(huì)出現(xiàn)煤粉顆粒較集中的現(xiàn)象，如果在有較大的沖向爐墻的風(fēng)速，則會(huì)容易帶動(dòng)煤粉結(jié)焦。熱態(tài)時(shí)因氣流膨脹，實(shí)際切圓直徑較冷態(tài)設(shè)計(jì)切圓直徑大許多，而且爐內(nèi)最大旋轉(zhuǎn)速度亦較冷態(tài)高許多，切高溫區(qū)靠近爐壁四周，因而過大的切圓直徑使得出現(xiàn)結(jié)焦的可能性增加。
(2) 下、中二次風(fēng)量可關(guān)小些，上二次風(fēng)可開大些，使下部氣流貼邊少，上部擾動(dòng)增強(qiáng)。
(3) 對(duì)結(jié)焦嚴(yán)重的煤種，四角一次風(fēng)速要配比均勻，在保證爐膛燃燒穩(wěn)定情況下，均衡各層給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速，以降低局部熱負(fù)荷使?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng)趨于均勻。
(4) 在保證爐膛溫度情況下，合理布置衛(wèi)燃帶位置，一般情況應(yīng)將衛(wèi)燃帶布置偏下，并分割成許多小塊，這樣可以有效地避免爐膛上部粘結(jié)大焦而掉下對(duì)燃燒造成強(qiáng)烈擾動(dòng)，甚至造成鍋爐滅火的發(fā)生。
(5) 保證爐壁四周有足夠的過量空氣，因?yàn)樵谘鯕獠蛔愕倪€原性氣氛中，灰熔點(diǎn)有時(shí)會(huì)下降150－200℃，易產(chǎn)生結(jié)焦，為此，除要有合適的空氣動(dòng)力場(chǎng)外，還要求四角一、二次風(fēng)及煤粉分布要均勻，避免形成局部的高煤粉濃度而缺氧燃燒。為此，要積極采用高新技術(shù)，給鍋爐燃燒調(diào)整配備能顯示瞬時(shí)一、二次風(fēng)速及煤粉濃度的鍋爐優(yōu)化燃燒微機(jī)顯示系統(tǒng)（西安熱工研究所研制）。該系統(tǒng)通過在我廠近幾年的投入運(yùn)行，效果良好，給司爐燃燒調(diào)整帶來很大方便，有效地防止四角一、二次風(fēng)速不均而造成的火焰中心偏斜問題，從而防止了火焰偏斜引起的結(jié)焦問題。在實(shí)際運(yùn)行中，判斷爐內(nèi)火焰中心是否偏斜，應(yīng)以汽包兩側(cè)水位是否平衡為依據(jù)，不能以爐膛出口兩側(cè)煙溫是否平衡為標(biāo)準(zhǔn)。
(6) 燃用劣質(zhì)煤時(shí)，在需要投油穩(wěn)燃時(shí)，常常存在煤、油混燃的工礦，如果煤、油在同一燃燒器上混燃，常常會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，這是由于油的燃燒性能好，著火后很快放出大部分熱量，使火焰中心溫度升高，另一方面是因?yàn)橐淮物L(fēng)大部分都被油燃燒消耗掉，使煤粉的不到著火所需要得一次風(fēng)量，即所謂的"油槍風(fēng)"現(xiàn)象，其結(jié)果使煤粉燃燒推遲，飛灰可燃物含量增加，并且在爐膛的局部地區(qū)產(chǎn)生還原性氣氛，使灰的熔點(diǎn)降低，使該處的結(jié)焦可能性大大增加。由于上述原因，如果需要穩(wěn)定燃燒投油時(shí)，應(yīng)盡量避免在同一只燃燒器上進(jìn)行煤、油混燒，而宜投入煤粉燃燒器下面的油槍進(jìn)行穩(wěn)定煤粉的著火燃燒，從而避免煤、油混燒而產(chǎn)生的局部結(jié)焦現(xiàn)象的發(fā)生。
8　燃用劣質(zhì)煤時(shí)，要注意控制過熱器的超溫
鍋爐在燃用高灰份、低揮發(fā)份的劣質(zhì)煤時(shí)，由于以下原因易使過熱器超溫和超溫爆管
(1) 劣質(zhì)煤著火遲，使火焰延長(zhǎng)。
(2) 因燒劣質(zhì)煤時(shí)，投粉量大，使得磨煤機(jī)系統(tǒng)難以適應(yīng)，煤粉往往變粗，這也會(huì)使火焰拖長(zhǎng)。
(3) 多灰煤粉所需的燃燼時(shí)間較長(zhǎng)。
(4) 劣質(zhì)煤的水份較高時(shí)，制粉所產(chǎn)生的三次風(fēng)量增大。
(5) 劣質(zhì)煤結(jié)焦性強(qiáng)時(shí)，造成水冷壁吸熱減少，爐膛出口煙溫偏高。
以上這些原因都將會(huì)導(dǎo)致燃燒延遲，火焰中心上移，爐膛出口煙溫及出口煙氣的均勻性變差。因此，在燒劣質(zhì)煤時(shí)，要注意過熱器和再熱器管壁溫度的監(jiān)視，注意是否有管壁超溫和熱偏差現(xiàn)象的存在，如果存在超溫現(xiàn)象要及時(shí)采取有效措施，當(dāng)減溫水量不足時(shí)，要及時(shí)調(diào)整燃燒，調(diào)整無效時(shí)要降低鍋爐負(fù)荷運(yùn)行，以確保過熱器的安全運(yùn)行。
總之，劣質(zhì)煤的燃燒及其調(diào)整存在著一系列復(fù)雜的理論和技術(shù)問題，還有待我們今后的工作中不斷摸索和探討，不斷學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行貢獻(xiàn)自己的力量。