鍋爐燃燒理論

鍋爐燃燒理論鍋爐燃燒理論燃燒煤粉對爐膛的要求爐膛作為燃燒室，是保證爐膛正常運(yùn)行的先決條件之一。燃燒煤粉時，對爐膛的要求是:1〕創(chuàng)造良好的著火、穩(wěn)燃條件，并使燃料在爐內(nèi)完全燃盡；2〕爐膛受熱面不結(jié)渣；3〕布置足夠的蒸發(fā)受熱面，并不發(fā)生傳熱惡化；4〕盡可能減少污染物的生成量；5〕對煤質(zhì)和負(fù)荷復(fù)合有較寬的適應(yīng)性能，以及連續(xù)運(yùn)行的可靠性。煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒過程燃料從入爐內(nèi)開場到燃燒完畢，大體上可分為如下三個階段 ：1〕著火前準(zhǔn)備階段從燃料入爐至到達(dá)著火溫度這一階段稱準(zhǔn)備階段。 在這一階段內(nèi)，要完成水份蒸發(fā)，揮發(fā)份析出、燃料與空氣混合物到達(dá)著火溫度。 顯然，這一階段是吸熱過程，熱量來源是火焰輻射及高溫?zé)煔饣亓?。影響?zhǔn)備階段時間長短的因素除燃燒器本身外， 主要是爐內(nèi)熱煙氣為煤粉氣流提供熱量的強(qiáng)弱，煤粉氣流的數(shù)量、溫度、濃度、揮發(fā)份含量及煤粉細(xì)度等。2〕燃燒階段當(dāng)?shù)竭_(dá)著火溫度后，揮發(fā)份首先著火燃燒， 放出熱量，使溫度升高，焦炭被加熱到較高溫度而開場燃燒。燃燒階段是強(qiáng)烈的放熱過程， 溫度升高較快，化學(xué)反響強(qiáng)烈， 這時碳粒外表往往會出現(xiàn)缺氧狀態(tài)。強(qiáng)化燃燒階段的關(guān)鍵是加強(qiáng)混合， 使氣流強(qiáng)烈擾動，以便向碳粒外表提供氧氣， 而將碳粒外表的二氧化碳擴(kuò)散出去。3〕燃盡階段主要是將燃燒階段未燃盡的碳燒完。燃盡階段剩余的碳雖然不多，但要完全燃盡卻很困難，主要是存在著諸多不利于完全燃燒的因素， 如少量的固定碳被灰包圍著；氧氣濃度已較低；氣流的擾動漸趨衰減；爐內(nèi)溫度在逐步降低。如果燃料的揮發(fā)份低、灰份高、煤粉粗、爐膛容積小，完全燃盡將更困難。據(jù)試驗，對細(xì)度 R90=5%的煤粉，其中97%的可燃物可在25%的時間內(nèi)燃盡，而其余3%的可燃物卻要75%的時間才能燃盡。這也是實際鍋爐中不可能使可燃物徹底燃盡的根本原因。影響燃燒的因素燃燒速度反映單位時間燒去可燃物的數(shù)量。由于燃燒是復(fù)雜的物理化學(xué)過程， 燃燒速度的快慢，取決于可燃物與氧的化學(xué)反響速度以及氧和可燃物的接觸混合速度。前者稱化學(xué)反響速度，也稱化學(xué)條件；后者稱物理混合速度，也稱物理條件?；瘜W(xué)反響速度與反響空間的壓力、溫度、反響物質(zhì)濃度有關(guān)，且成正比。對于鍋爐的實際燃燒，影響化學(xué)反響速度的主要因素是爐內(nèi)溫度，爐溫高，化學(xué)反響速度快。燃燒速度除與化學(xué)反響速度有關(guān)外，還取決氣流向碳粒外表輸送氧氣的快慢，即物理混合速度。而物理混合速度取決于空氣與燃料的相對速度、氣流擾動情況、擴(kuò)散速度等。化學(xué)反響速度、物理混合速度是相互關(guān)聯(lián)的，對燃燒速度均起制約作用。例如，高溫條件下應(yīng)有較高的化學(xué)反響速度，但假設(shè)物理混合速度低， 氧氣濃度下降，可燃物得不到充足的氧氣供給，結(jié)果燃燒速度也必然下降。因此，只有在化學(xué)條件和物理條件都比擬適應(yīng)的情況下，才能獲得較快的燃燒速度。.word.zl-燃燒能迅速而又完全燃燒的根本條件主要有：1〕相當(dāng)高的爐膛溫度：溫度是燃燒化學(xué)反響的根本條件，對燃料的著火、穩(wěn)定燃燒、燃盡均有重大影響，維持爐內(nèi)適當(dāng)高的溫度是至重要的。當(dāng)然，爐內(nèi)溫度太高時，需要考慮鍋爐的結(jié)渣問題。2〕適量的空氣供給：適量的空氣供給，是為燃料提供足夠的氧氣， 它是燃燒反響的原始條件。 空氣供給缺乏，可燃物得不到足夠的氧氣，也就不能到達(dá)完全燃燒。但空氣量過大，又會導(dǎo)致爐溫下降及排煙損失增大。3〕良好的混合條件：混合是燃燒反響的重要物理條件?；旌鲜?fàn)t內(nèi)熱煙氣回流對煤粉氣流進(jìn)展加熱， 以使其迅速著火?；旌鲜?fàn)t內(nèi)氣流強(qiáng)烈擾動，對燃燒階段向碳粒外表提供氧氣，向外擴(kuò)散二氧化碳，以及燃燒后期促使燃料的燃盡，都是必不可少的條件。4〕足夠的燃燒時間：燃料在爐內(nèi)停留足夠的時間， 才能到達(dá)可燃物的高度燃盡， 這就要求有足夠大的爐膛容積。 爐膛容積與鍋爐容量成正比。當(dāng)然爐膛容積也與燃料燃燒特性有關(guān)， 易于燃燒的燃料，爐膛容積可相對小些。比方一樣容量的鍋爐，燃油爐的爐膛容積要比煤粉爐的小， 而燒無煙消云散煤的爐膛容積要比燒煙煤的爐膛容積稍大些。改善燃燒的措施1〕適當(dāng)提高一次風(fēng)溫度：提高一次溫可減小著熾熱需要量， 使煤粉氣澈入爐后迅速到達(dá)著火溫度。 當(dāng)然，一次風(fēng)溫的上下是根據(jù)不同煤種來定的，對揮發(fā)份高的煤，一次風(fēng)溫就可以低些。2〕適當(dāng)控制一次風(fēng)量：一次風(fēng)量小，可減小著熾熱需要量，利于煤粉氣流的迅速著火。但最小的一次風(fēng)量也應(yīng)滿足揮發(fā)份燃燒對氧氣的需要量，揮發(fā)份高的煤一次風(fēng)量要大些。3〕適宜的煤粉細(xì)度：煤粉越細(xì)，相對外表積越大，本身熱阻小，揮發(fā)份析出快，著火容易于到達(dá)完全燃燒。但煤粉過細(xì)，要增大廠用電量，所以應(yīng)根據(jù)不同煤種，確定合理的經(jīng)濟(jì)細(xì)度。4〕合理的一、二次風(fēng)速：一、二次風(fēng)速對煤粉氣流的著火與燃燒有著較大影響。因為一、 二次風(fēng)速影響熱煙氣的回流， 從而影響到煤粉氣流的加熱情況；一、二次風(fēng)速影響一、二次風(fēng)混合的遲早，從而影響到燃燒階段的進(jìn)展；一、二次風(fēng)速還影響燃燒后期氣流擾動的強(qiáng)弱，從而影響燃料燃燒的完全程度。因此，必須根據(jù)煤種與燃燒器型式，選擇適當(dāng)?shù)囊?、二次風(fēng)速度。5〕維持燃燒區(qū)域適當(dāng)高溫：適當(dāng)高的爐溫，是煤粉氣流著火與穩(wěn)定燃燒的根本條件。爐溫高，煤粉氣流被迅速加熱而著火，燃燒反響也迅速，并為保證完全燃燒提供條件。 故在燃燒無煙煤或其它劣質(zhì)煤時， 常在燃燒區(qū)設(shè)衛(wèi)燃燒帶或采取其它措施，以提高爐溫。當(dāng)然，在提高爐溫時，要考慮防止出現(xiàn)結(jié)渣的可能性。6〕適當(dāng)?shù)臓t膛容積與合理的爐膛形狀：爐膛容積大小，決定燃料在爐內(nèi)停留時間的長短， 從而影響其完全燃燒程度， 故著火、燃燒性能差的燃料，爐膛容積要大些，這種燃料還要求維持燃燒區(qū)域高溫， 故常需要選用爐膛燃燒區(qū)域斷.word.zl-面尺寸較小的瘦高型爐膛。7〕鍋爐負(fù)荷維持在適當(dāng)范圍內(nèi)：鍋爐負(fù)荷低時，爐內(nèi)溫度下降，對著火、燃燒均不利，使燃燒穩(wěn)定性變差。鍋爐負(fù)荷過高時，燃料在爐內(nèi)停留時間短，出現(xiàn)不完全燃燒。同時由于爐溫的升高，還有可能出現(xiàn)結(jié)渣及其它問題。因此，鍋爐負(fù)荷應(yīng)盡可能地在許可的范圍內(nèi)調(diào)度。鍋爐運(yùn)行中穩(wěn)定燃燒的措施.實現(xiàn)穩(wěn)定著火的兩個條件:1〕放熱量和散熱量到達(dá)平衡，放熱量等于散熱量。2〕放熱速度大于散熱速度如果不具備這兩個條件，即使在高溫狀態(tài)下也不能穩(wěn)定著火，燃燒過程將因火焰熄滅而中斷，并不斷向緩慢氧化的過程開展。.實現(xiàn)穩(wěn)定著火的措施放熱速度與散熱速度是相互作用的。 在實際爐膛內(nèi)，當(dāng)燃燒處于高負(fù)荷狀態(tài)時， 由于燃煤量增加，燃燒放熱量比擬大，而散熱量變化不大，因此使?fàn)t內(nèi)維持高溫狀態(tài)。在高負(fù)荷運(yùn)行時， 容易穩(wěn)定著火。當(dāng)燃燒處于低負(fù)荷運(yùn)行時， 由于燃煤量減少，燃燒放熱量隨之減小，這時相對于單位放熱量的散熱條件卻大為增加，散熱速度加快，因此爐內(nèi)火焰溫度與水冷壁外表溫度下降， 使燃燒反響速度降低，因而放熱速度也就變慢，進(jìn)一步使?fàn)t內(nèi)處于低溫狀態(tài)。在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，穩(wěn)定著火比擬困難，因此需要投入助燃油等燃料來穩(wěn)定著火燃燒。 對于低反響能力的無煙煤和劣質(zhì)煙煤，不但著火困難，而且難于穩(wěn)燃，因而容易熄火"打炮。從以上分析，可得到提示：1〕著火和燃燒溫度與水冷壁面積、進(jìn)入爐內(nèi)的新氣流初溫度相關(guān)。2〕在爐內(nèi)可自動到達(dá)穩(wěn)定著火狀態(tài)，如果點火區(qū)的溫度與燃料的活性不相適應(yīng)，就需投入助燃油或采用強(qiáng)化著火的措施。影響鍋爐熱效率的因素分析.氧量入爐總風(fēng)量的大小與鍋爐熱效率的上下密切相關(guān) ，總風(fēng)量過大會使排煙熱損失增加 ；總風(fēng)量過小，那么會使煤粉燃燒不充分，煙氣中CO含量、飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量增加 ，致使化學(xué)和機(jī)械未完全燃燒損失增加；總風(fēng)量的大小也對主汽溫和再熱汽溫產(chǎn)生影響 ，因此選取合理的入爐總風(fēng)量,可使總的熱損失最小，鍋爐熱效率到達(dá)最高，同時在低負(fù)荷時又能保持較高的汽溫。.爐膛一風(fēng)箱壓差在鍋爐負(fù)荷與爐膛出口氧量不變的條件下 ，爐膛一風(fēng)箱壓差的上下關(guān)系到輔助風(fēng)、燃料風(fēng)和燃燼風(fēng)彼此間風(fēng)量的比例，比例大小對煤粉燃燒的穩(wěn)定性、 燃燼T及NOx的排放量有極大的影響，因此選擇合理的爐膛一風(fēng)箱壓差，會提高鍋爐的平安性和經(jīng)濟(jì)性。.燃盡風(fēng)風(fēng)量燃燒器最上1層為燃燼風(fēng)噴口，燃燼風(fēng)的作是實現(xiàn)分級燃燒，減少熱力型NOx生成，補(bǔ)充燃燒后期所需氧。燃盡風(fēng)風(fēng)量的大小影響 NOx的排放量和碳粒子的燃燼程度。此項試驗只考慮燃盡風(fēng)風(fēng)量對鍋爐燃燒的影響。.word.zl-.燃燒器擺角燃燒器噴嘴設(shè)計為上下可擺動，主要是通過改變爐膛火焰中心高度調(diào)節(jié)再熱汽溫和過熱汽溫 ，但火焰中心高度的改變對煤粉燃燼產(chǎn)生一定影響。燃燒器向上擺動 ，飛灰可燃物增加，鍋爐效率降低，減溫水量增加。.一■次風(fēng)風(fēng)速機(jī)組帶600MW負(fù)荷，鍋爐其它運(yùn)行參數(shù)不變，通過改變磨煤機(jī)入口風(fēng)量來改變一次風(fēng)噴嘴風(fēng)速。由于受制粉系統(tǒng)的限制，一次風(fēng)風(fēng)速很難大范圍變化，因此鍋爐熱效率幾乎沒有變化，這說明一次風(fēng)風(fēng)速在小范圍內(nèi)變化對鍋爐熱效率沒有多大影響。.煤粉細(xì)度煤粉細(xì)度變小，飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量降低 ，鍋爐熱效率提高。.投磨方式磨煤機(jī)分別組合運(yùn)行，鍋爐熱效率相差較小，但對汽溫影響較大。爐膛結(jié)渣的運(yùn)行因素受熱面結(jié)渣過程與多種復(fù)雜因素有關(guān)。任何原因的結(jié)渣都有兩個根本條件構(gòu)成， 一是火焰貼近爐墻時，煙氣中的灰仍呈熔化狀態(tài)， 二是火焰直接沖刷受熱面。但是，與這兩個因素相關(guān)的具體原因很復(fù)雜。這些因素是：.煤灰特性和化學(xué)組成煤灰特性主要表現(xiàn)在兩個方面： 一是煤灰的熔點溫度，二是灰渣的粘性。一般灰熔點低的煤容易結(jié)渣， 與此同時，低灰熔點的灰份通常粘附性也強(qiáng)， 因而增加了結(jié)渣的可能性。在運(yùn)行條件變化時，煤灰的結(jié)渣特性也可能灰變化。例如， 爐膛溫度升高，或受熱外表積灰導(dǎo)致壁面溫度升高，火爐內(nèi)局部地區(qū)產(chǎn)生復(fù)原性氣氛， 使灰的熔點溫度降低時，結(jié)渣傾向就可能增加。.爐膛溫度水平爐內(nèi)燃燒器區(qū)域的溫度越高，煤灰越容易到達(dá)軟化或熔融狀態(tài)，結(jié)渣的可能性就越大。而影響燃燒器區(qū)域溫度水平的因素也很多。 例如，前述的斷面熱強(qiáng)度與燃燒器區(qū)域的壁面熱強(qiáng)度、燃料的發(fā)熱量、水份含量以及鍋爐負(fù)荷的變化等。如果鍋爐改燒發(fā)熱量大的同類煤時， 由于燃放熱增多，燃燒器區(qū)域溫度水平就高， 結(jié)渣的可能性就大。而鍋爐負(fù)荷越高，送入爐內(nèi)的熱量也越多，結(jié)渣的可能性也越大。.火焰貼墻對于四角布置直流式燃燒器的爐膛，煤粉氣流由于受到氣流剛度，補(bǔ)氣條件和鄰角氣流的撞擊等影向而引起火焰貼墻時， 這必然結(jié)渣。對于布置旋流式燃燒器的爐膛， 當(dāng)旋流強(qiáng)度太大時，會引起火焰貼壁。或某只燃燒器的旋流強(qiáng)度過小， 氣流射程太長時，可能使氣流直沖對面爐墻或頂撞對面的火焰而導(dǎo)致結(jié)渣。.過量空氣系數(shù)當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域過量空氣過小且煤粉與空氣混合不均勻時，可能產(chǎn)生復(fù)原性氣氛，而煤粉在復(fù)原性氣氛不能充分氧化，灰份中的 Fe2O3被復(fù)原成FeO,FeO與SiO2等形成共晶體，其熔點溫度就會降低，有時會使熔點下降 150?200oC,因而，結(jié)渣傾向隨之增加。或者，采用高煤粉濃度燃燒方式時， 由于燃燒放熱過于集中，使局部區(qū)域溫度升高且處于復(fù)原性氣氛，結(jié)渣也會傾向嚴(yán)重。當(dāng)然這也與灰的熔融特性有關(guān)。.word.zl-.煤粉細(xì)度粗煤粉的燃燒時間比擬長，當(dāng)煤粉中粗煤粉的比例增加時，容易引起火焰延長，導(dǎo)致爐膛出口處的受熱面結(jié)渣。.吹灰吹灰器長期不投，受熱面積灰增多時，可能導(dǎo)致結(jié)渣。.燃用混煤鍋爐燃用混煤時，灰渣的特性有可能改變。一般結(jié)渣性強(qiáng)的煤與結(jié)渣性弱的煤混合時，結(jié)渣會減輕。鍋爐結(jié)渣是多種因素綜合影響的結(jié)果， 不過總是有幾個關(guān)鍵因素起先導(dǎo)作用。 比擬重要的因素是煤灰的熔融特性、水冷壁的冷卻能力、以及火焰貼墻等。爐膛負(fù)壓煤粉爐通常采用負(fù)壓燃燒，負(fù)壓燃燒是指爐內(nèi)壓力比外界大氣壓力低 2?6mm水柱。維持正常的爐膛負(fù)壓，不僅對鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作用很大， 而且對運(yùn)行調(diào)節(jié)十分有益。正常的爐膛負(fù)壓值是依靠調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的擋板開度實現(xiàn)的，但主要是靠調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的擋板開度來控制的。如果引風(fēng)機(jī)出力缺乏，或擋板調(diào)節(jié)失靈時，爐內(nèi)可能出現(xiàn)正壓狀態(tài)。此時，煙氣或火焰向外泄漏，不僅污染工作環(huán)境，而且對設(shè)備及人身構(gòu)成危險。當(dāng)然負(fù)壓太大也是不允許的。爐膛負(fù)壓太大， 說明引風(fēng)機(jī)抽吸力過大。此時，爐內(nèi)氣流明顯向上翹，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，引起汽溫升高或過熱器結(jié)渣。氣流上翹，火焰行程縮短，導(dǎo)致不完全燃燒。爐膛負(fù)壓急劇升高時，還可能發(fā)生爐膛內(nèi)爆事故。內(nèi)爆會造成水冷壁損壞或人身事故。內(nèi)爆產(chǎn)生的原因一：引風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常，靜壓頭過高或擋板運(yùn)行不良； 二：因滅火而切斷燃料供給時，爐膛負(fù)壓急劇升高。因此，在切斷燃料的同時，應(yīng)適當(dāng)關(guān)小引風(fēng)機(jī)擋板，以免負(fù)壓劇增。此外，大型機(jī)組應(yīng)設(shè)置爐內(nèi)壓力報警和平安保護(hù)裝置。 爐膛負(fù)壓波動時，也可能是爐內(nèi)壓力波動變化造成的。此時說明燃燒處于不穩(wěn)定狀態(tài)。燃燒脈動時，負(fù)壓也隨著脈動。所以，爐膛負(fù)壓是燃燒調(diào)整和鍋爐保護(hù)的重要參數(shù)。爐膛負(fù)壓由極低突變正壓，此過程發(fā)生的時間極短，只有1?2秒，正壓值極高。這種情況下，極可能發(fā)生爐膛爆炸或“打炮。對于自動化程度比擬高的鍋爐， 爐膛負(fù)壓超限時，控制系統(tǒng)會自動發(fā)出報警或保護(hù)動作。 但當(dāng)控制系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，那么必須做出準(zhǔn)確、迅速的判斷和處理。大型鍋爐運(yùn)行中，爐膛爆炸現(xiàn)象極少發(fā)生，但是一旦發(fā)生， 破壞性很大。因為爐膛爆炸的發(fā)生時間很短，只有1?2秒。所以，如何把燃料平安適當(dāng)?shù)厮腿霠t內(nèi)并對可能發(fā)生的爆炸做出判斷是十分重要的。爐膛爆炸的原因是數(shù)量過多的燃料和空氣在爐膛內(nèi)未能及時著火燃燒， 而以極高的速度進(jìn)展化學(xué)- .word.zl-氣體容積急劇增加， 爐內(nèi)壓力和溫度反響，當(dāng)具有足夠的著熾熱源時，在瞬間形成可燃性氣體,急劇升高。氣體容積急劇增加， 爐內(nèi)壓力和溫度需要注意的是，在鍋爐點火階段或燃燒不穩(wěn)定時， 如果爐內(nèi)積聚了大量的未燃燃料， 此時點火這很有可能造成爆炸。因此，運(yùn)行人員必須嚴(yán)格，準(zhǔn)確地按照運(yùn)行規(guī)程的操作順序控制燃料和空氣的投入并熟練掌握點火程序以及具有快速、準(zhǔn)確的判斷能力。事實上，在破壞性爐膛爆炸發(fā)生之前，總要發(fā)生一些先導(dǎo)性事件。例如，燃料的著火性能變差或點火裝置的能量缺乏以及未及時投入點火裝置。 由于這些條件的變化，使送入爐內(nèi)的燃料與空氣未能及時轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰追错懙难趸锘蚨栊援a(chǎn)物， 因而積累了大量活性可燃易爆產(chǎn)物。這種積累過程需要持續(xù)相當(dāng)長的時間。 即爆炸發(fā)生前總要有一段較長的孕育時間。爐膛負(fù)低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù).提高一次風(fēng)氣流中的煤粉濃度提高一次風(fēng)氣流中的煤粉濃度， 減少一次風(fēng)量，可減少著熾熱；同時又提高了煤粉氣流中揮發(fā)份的濃度， 使火焰?zhèn)鞑?/p>