燃燒理論基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

燃燒理論基礎(chǔ)簡(jiǎn)介一、碳粒燃燒的動(dòng)力區(qū)、擴(kuò)散區(qū)、過渡區(qū)1．動(dòng)力區(qū)：溫度低于900～1000℃時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度小于氧氣向碳粒表面的擴(kuò)散速度，氧氣的供應(yīng)十分充足，提高擴(kuò)散速度對(duì)燃燒速度影響不大，燃燒速度取決于溫度。2．?dāng)U散區(qū)：溫度高于1200℃3．過渡區(qū)：介于動(dòng)力區(qū)和擴(kuò)散區(qū)之間，提高溫度和提高擴(kuò)散速度都可以提高燃燒速度。若擴(kuò)散速度不變，只提高溫度，燃燒過程向擴(kuò)散區(qū)轉(zhuǎn)化；若溫度不變，只提高擴(kuò)散速度，燃燒過程向動(dòng)力區(qū)轉(zhuǎn)化。二、直流煤粉燃燒器1、煤粉燃燒器的作用煤粉燃燒器是燃煤鍋爐燃燒設(shè)備的主要部件。其作用是：(1)向爐內(nèi)輸送燃料和空氣；(2)組織燃料和空氣及時(shí)、充分的混合；(3)保證燃料進(jìn)入爐膛后盡快、穩(wěn)定的著火，迅速、完全的燃盡。在煤粉燃燒時(shí)，為了減少著火所需的熱量，迅速加熱煤粉，使煤粉盡快達(dá)到著火溫度，以實(shí)現(xiàn)盡快著火。故將煤粉燃燒所需的空氣量分為一次風(fēng)和二次風(fēng)。一次風(fēng)的作用是將煤粉送進(jìn)爐膛，并供給煤粉初始著火階段中揮發(fā)分燃燒所需的氧量。二次風(fēng)在煤粉氣流著火后混入，供給煤中焦炭和殘留揮發(fā)分燃盡所需的氧量，以保證煤粉完全燃燒。直流燃燒器通常由一列矩形噴口組成。煤粉氣流和熱空氣從噴口射出后，形成直流射流。（二）、直流煤粉燃燒器的類型直流煤粉燃燒器的一、二次風(fēng)噴口的布置方式大致上有兩種類型。一類適用于燃燒容易著火的煤，如煙煤、揮發(fā)分較高的貧煤以及褐煤。這類燃燒器的一、二次風(fēng)噴口通常交替間隔排列，相鄰兩個(gè)噴口的中心間距較小。我們稱為均等配風(fēng)方式，這種方式適合煙煤的燃燒。因一次風(fēng)攜帶的煤粉比較容易著火，故希望在一次風(fēng)中煤粉著火后及時(shí)、迅速地和相鄰二次風(fēng)噴口射出的熱空氣混合。這樣，在火焰根部不會(huì)因?yàn)槿狈諝舛紵煌耆?，或?qū)е氯紵俣冉档?。因而沿高度相間排列的二次風(fēng)噴口的風(fēng)量分配就接近均勻。我公司三期鍋爐燃燒器二次風(fēng)噴口二次風(fēng)噴口油層噴口燃燼風(fēng)噴口煤粉噴口油層噴口燃燼風(fēng)噴口煤粉噴口著火區(qū)煤粉高度集中，可能造成著火區(qū)供氧不足，延緩燃燒進(jìn)程；一次風(fēng)噴嘴附近為高溫區(qū)，噴嘴易變形，使噴嘴出口附近氣流速度分布不均，容易出現(xiàn)空氣、煤粉分層現(xiàn)象。為了消除這種現(xiàn)象，有時(shí)將一次風(fēng)分割成多股小射流，使氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，提高著火的穩(wěn)定性。一次風(fēng)噴口附近處于高溫，且一次風(fēng)速較低，噴口易燒壞。為了冷卻一次風(fēng)噴口，可在一次風(fēng)噴口上加裝夾心風(fēng)或周界風(fēng)。當(dāng)然，夾心風(fēng)或周界風(fēng)也可增強(qiáng)一次風(fēng)氣流卷吸高溫?zé)煔獾哪芰ΑＫ慕遣贾弥绷魅紵鞯墓ぷ髟碇绷鲊娙计魉慕乔袌A燃燒直流燃燒器一般布置在爐膛四角上。煤粉氣流在射出噴口時(shí)，雖然是直流射流，但當(dāng)四股氣流到達(dá)爐膛中心部位時(shí)，以切圓形式匯合，形成旋轉(zhuǎn)燃燒火焰，同時(shí)在爐膛內(nèi)形成一個(gè)自下而上的旋渦狀氣流。直流噴燃器四角切圓燃燒直流燃燒器的工作過程：(1)煤粉氣流卷吸高溫?zé)煔舛患訜岬倪^程；(2)射流兩側(cè)的補(bǔ)氣及壓力平衡過程；(3)煤粉氣流的著火過程；(4)煤粉與二次風(fēng)空氣的混合過程；(5)氣流的切圓旋轉(zhuǎn)過程；(6)焦碳的燃盡過程。圖6-4直流噴燃器煙氣卷吸上述幾個(gè)過程雖然有先后順序或某幾個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，但各過程之間的相互影響是十分顯著的。主氣流卷吸高溫?zé)煔獾倪^程圖6-4直流噴燃器煙氣卷吸從燃燒器噴口射出的氣流仍然保持著高速流動(dòng)。由于氣流的紊流擴(kuò)散，帶動(dòng)周圍的熱煙氣一道向前流動(dòng)，這種現(xiàn)象叫“卷吸”。由于“卷吸”，射流不斷擴(kuò)大，不斷向四周擴(kuò)張。同時(shí)，主氣流的速度由于衰減而不斷減小。正是由于射流的這種“卷吸”作用，將高溫?zé)煔獾臒崃吭丛床粩嗟剡\(yùn)輸給進(jìn)入爐內(nèi)的新煤粉氣流，煤粉氣流才得到不斷加熱而升溫，當(dāng)煤粉氣流吸收足夠的熱量并達(dá)到著火溫度后，便首先從氣流的外邊緣開始著火，然后火焰迅速向氣流深層傳播，達(dá)到穩(wěn)定著火狀態(tài)。3.鄰角氣流的撞擊點(diǎn)燃作用在切圓燃燒爐中，四股氣流具有“自點(diǎn)燃”作用。即煤粉氣流向火的一側(cè)受到上游鄰角高溫火焰的直接撞擊而被點(diǎn)燃。這是煤粉氣流著火的主要條件。背火的一側(cè)也卷吸爐墻附近的熱煙氣，但這部分卷吸獲得的熱量較少，此外，一次風(fēng)與二次風(fēng)之間也進(jìn)行著少量的過早混合，但這種混合對(duì)著火的影響不大。4.煤粉氣流接受輻射加熱煤粉氣流著火的熱源部分來自爐內(nèi)高溫火焰的輻射加熱，但著火的主要熱源來自卷吸加熱，約占總著火熱源的60～70%。5.熱源不足時(shí)的著火當(dāng)煤粉氣流沒有足夠的著火熱源時(shí)，雖然局部的煤粉通過加熱也可達(dá)到著火溫度，并在瞬間著火，但這種著火不能穩(wěn)定進(jìn)行，即著火后還容易滅火。這樣的著火極易引起爆燃，因而是一種十分危險(xiǎn)的著火工況。6．煤粉氣流從著火到燃盡的各階段煤粉氣流在正常燃燒時(shí)，一般在距離噴口0.5～1.0米處開始著火，在離開噴口1～2米的范圍內(nèi)，煤粉中大部分揮發(fā)分析出并燒完，此后是焦炭和剩余揮發(fā)份的燃燒，需要延續(xù)10～20米甚至更長(zhǎng)的距離。當(dāng)燃料到達(dá)爐膛出口處時(shí)，燃料中98％以上的可燃物可以完全燃盡。四角切圓燃燒的氣流偏斜采用四角燃燒方式的鍋爐，運(yùn)行中容易發(fā)生氣流偏斜而導(dǎo)致火焰貼墻，引起結(jié)渣以及燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。1.鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要原因射流自燃燒器噴口射出后，由于受到上游鄰角氣流的直接撞擊，撞擊點(diǎn)愈接近噴口，射流偏斜就愈大；撞擊動(dòng)量愈大，氣流偏斜就愈嚴(yán)重。射流兩側(cè)“補(bǔ)氣”條件的影響四角切圓燃燒的氣流偏斜射流自噴口射出后仍然保持著高速流動(dòng)，射流兩側(cè)的煙氣被卷吸著一道前進(jìn)，射流兩側(cè)的壓力就隨著降低，這時(shí)，爐膛其它地方的煙氣就紛紛趕來補(bǔ)充，這種現(xiàn)象稱為“補(bǔ)氣”。如果射流兩側(cè)的補(bǔ)氣條件不同，就會(huì)在射流兩側(cè)形成壓差。向火面的一側(cè)受到鄰角氣流的撞擊，補(bǔ)氣充裕，壓力較高；而背火面的一側(cè)補(bǔ)氣條件差，壓力較低。這樣，射流兩側(cè)就形成了壓力差，在壓力差的作用下，射流被迫向爐墻偏斜，甚至迫使氣流貼墻，引起結(jié)渣。四角切圓燃燒的氣流偏斜3.燃燒器的高寬比(hr/b)對(duì)射流彎曲變形影響較大燃燒器的高寬比值愈大，射流形狀愈寬而薄，其“剛性”就愈差，因而，射流愈容易彎曲變形。圖6-6壓力平衡在大容量鍋爐上，由于燃煤量顯著增大，燃燒器的噴口通流面積也相應(yīng)增大，所以噴口數(shù)量必然增多。為了避免氣流變形和減小燃燒器區(qū)域水冷壁的熱負(fù)荷，將燃燒器沿高度方向拉長(zhǎng)，并把噴口沿高度分成2～3組，每組的高寬比不超過6，相鄰兩組噴口間留有空檔，空檔相當(dāng)于一個(gè)壓力平衡孔，用來平衡射流兩側(cè)的壓力，防止射流向壓力低的一側(cè)彎曲變形。圖6-6壓力平衡當(dāng)燃燒器多層布置時(shí)對(duì)旋渦直徑的影響較大上層氣流不斷的被卷吸到下層氣流中，加上氣流受熱膨脹的影響，使氣流容積流量增大，旋渦直徑相應(yīng)增大，一般可使實(shí)際切圓直徑膨脹到假想切圓直徑的7～8倍。切圓直徑爐內(nèi)四股氣流的相互作用，不僅影響到氣流偏斜程度，也影響到假想切圓直徑。而切圓直徑又影響著氣流貼墻、結(jié)渣情況和燃燒穩(wěn)定性。此外，還影響著汽溫調(diào)節(jié)和爐膛容積中火焰的充滿程度。當(dāng)鍋爐燃用的煤質(zhì)變化較大時(shí)，切圓直徑的調(diào)整十分重要。當(dāng)切圓直徑較大時(shí)，上游鄰角火焰向下游煤粉氣流的根部靠近，煤粉的著火條件較好。這時(shí)爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)烈，氣流擾動(dòng)大，使后期燃燒階段可燃物與空氣流的混合加強(qiáng)，有利于煤粉的燃盡。切圓直徑過大，也會(huì)帶來下述的問題：(1)火焰容易貼墻，引起結(jié)渣；(2)著火過于靠近噴口，容易燒壞噴口；(3)火焰旋轉(zhuǎn)強(qiáng)烈時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩大，同時(shí)因?yàn)楦邷鼗鹧娴恼扯群艽?，到達(dá)爐膛出處，殘余旋轉(zhuǎn)較大，這將使?fàn)t膛出口煙溫分布不均勻程度加大，因而既容易引起較大的熱偏差，也可能導(dǎo)致過熱器結(jié)渣，還可能引起過熱器超溫。在大容量鍋爐上為了減輕氣流的殘余旋轉(zhuǎn)和氣流偏斜，假想切圓直徑有減小的趨勢(shì)，對(duì)于300ＭＷ鍋爐，切圓直徑一般設(shè)計(jì)為700mm～1000mm。同時(shí)，適當(dāng)增加爐膛高度或采用燃燒器頂部消旋二次風(fēng)(一次風(fēng)和下部二次風(fēng)正切圓布置，頂部二次風(fēng)反切圓布置)，對(duì)減弱氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，減輕爐膛出口的熱偏差有一定的作用，但還不可能完全消除。當(dāng)然，切圓直徑也不能過小，否則容易出現(xiàn)對(duì)角氣流對(duì)撞，火焰推遲，四角火焰的“自點(diǎn)燃”作用減弱，燃燒不穩(wěn)定，燃燒不完全，爐膛出口煙溫升高一系列不良現(xiàn)象，影響鍋爐安全運(yùn)行?；蛘呓o鍋爐運(yùn)行調(diào)節(jié)帶來許多困難。一次風(fēng)與二次風(fēng)的配比在鍋爐燃燒設(shè)備和煤質(zhì)一定的條件下，一次風(fēng)與二次風(fēng)的調(diào)節(jié)就成為決定著火和燃盡過程的關(guān)鍵。一次風(fēng)與二次風(fēng)的工作參數(shù)用風(fēng)量、風(fēng)速和風(fēng)溫來表示。1．一次風(fēng)量一次風(fēng)量主要取決于煤質(zhì)條件。當(dāng)鍋爐燃用的煤質(zhì)確定時(shí)，一次風(fēng)量對(duì)煤粉氣流著火速度和著火穩(wěn)定性的影響是主要的。一次風(fēng)量愈大，煤粉氣流加熱至著火所需的熱量就越多，即著火熱愈多。這時(shí)，著火速度就愈慢，因而，距離燃燒器出口的著火位置延長(zhǎng)，使火焰在爐內(nèi)的總行程縮短，即燃料在爐內(nèi)的有效燃燒時(shí)間減少，導(dǎo)致燃燒不完全。顯然，這時(shí)爐膛出口煙溫也會(huì)升高，不但可能使?fàn)t膛出口的受熱面結(jié)渣，還會(huì)引起過熱器或再熱器超溫等一系列問題，嚴(yán)重影響鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對(duì)于不同的燃料，由于它們的著火特性的差別較大，所需的一次風(fēng)量也就不同。應(yīng)在保證煤粉管道不沉積煤粉的前提下，盡可能減小一次風(fēng)量。對(duì)一次風(fēng)量的要求:滿足煤粉中揮發(fā)分著火燃燒所需的氧量，滿足輸送煤粉的需要。如果同時(shí)滿足這兩個(gè)條件有矛盾，則應(yīng)首先考慮輸送煤粉的需要。例如，對(duì)于貧煤和無煙煤，因揮發(fā)分含量很低，如按揮發(fā)分含量來決定一次風(fēng)量，則不能滿足輸送煤粉的要求，為了保證輸送煤粉，必須增大一次風(fēng)量。但因此卻增加了著火的困難，這又要求加強(qiáng)快速與穩(wěn)定著火的措施，即提高一次風(fēng)溫度，或采用其它穩(wěn)燃措施。一次風(fēng)量通常用一次風(fēng)量占總風(fēng)量的比值表示，稱為一次風(fēng)率。一次風(fēng)率的推薦值列于表6-1。表6-1一次風(fēng)率的推薦值煤種無煙煤貧煤煙煤煙煤褐煤Ｖdaf20%～30%＞30%乏氣送粉20～2525～3025～3520～45熱風(fēng)送粉15～2020～2520～2525～4040～452．一次風(fēng)速在燃燒器結(jié)構(gòu)和燃用煤種一定時(shí)，確定了一次風(fēng)量就等于確定了一次風(fēng)速。一次風(fēng)速不但決定著火燃燒的穩(wěn)定性，而且還影響著一次風(fēng)氣流的剛度。一次風(fēng)速過高，會(huì)推遲著火，引起燃燒不穩(wěn)定，甚至滅火。任何一種燃料著火后，當(dāng)氧濃度和溫度一定時(shí)，具有一定的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。?dāng)一次風(fēng)速過高，大于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r(shí)，就會(huì)吹滅火焰或者引起“脫火”。即便能著火，也可能產(chǎn)生其它問題。因?yàn)檩^粗的煤粉慣性大，容易穿過劇烈燃燒區(qū)而落下，形成不完全燃燒。有時(shí)甚至使煤粉氣流直沖對(duì)面的爐墻，引起結(jié)渣。一次風(fēng)速過低，對(duì)穩(wěn)定燃燒和防止結(jié)渣也是不利的。原因在于：(1)煤粉氣流剛性減弱，易彎曲變形，偏斜貼墻，切圓組織不好，擾動(dòng)不強(qiáng)烈，燃燒緩慢；(2)煤粉氣流的卷吸能力減弱，加熱速度緩慢，著火延遲；(3)氣流速度小于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r(shí)，可能發(fā)生“回火”現(xiàn)象，或因著火位置距離噴口太近，將噴口燒壞；(4)易發(fā)生空氣、煤粉分層，甚至引起煤粉沉積、堵管現(xiàn)象；(5)引起一次風(fēng)管內(nèi)煤粉濃度分布不均，從而導(dǎo)致一次風(fēng)射出噴口時(shí)，在噴口附近出現(xiàn)煤粉濃度分布不均的現(xiàn)象，這對(duì)燃燒也是十分不利的。四角布置燃燒器配風(fēng)風(fēng)速的推薦值列于表5-2。煤種無煙煤貧煤煙煤褐煤一次風(fēng)速m/s20～2520～3025～3525～40二次風(fēng)速m/s40～5545～5540～6040～60三次風(fēng)速m/s50～6055～6035～4535～453．一次風(fēng)溫一次風(fēng)溫對(duì)煤粉氣流的著火、燃燒速度影響較大。提高一次風(fēng)溫，可降低著火熱，使著火位置提前。運(yùn)行實(shí)踐表明，提高一次風(fēng)溫還能在低負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定燃燒。有的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤粉氣流的初溫從20℃提高到300℃時(shí)，著火熱可降低60%左右。提高一次風(fēng)氣流的溫度對(duì)煤粉著火十分有利。因此，提高熱風(fēng)溫度是提高煤粉著火速度和著火穩(wěn)定性的必要措施之一。我國(guó)電廠在燃用無煙煤時(shí)，為了使煤粉氣流的初溫盡可能接近300℃根據(jù)煤質(zhì)揮發(fā)分含量的大小，一次風(fēng)溫既應(yīng)滿足使煤粉盡快著火，穩(wěn)定燃燒的要求，又應(yīng)保證煤粉輸送系統(tǒng)工作的安全性。一次風(fēng)溫超過煤粉輸送的安全規(guī)定時(shí)，就可能發(fā)生爆炸或自燃。當(dāng)然，一次風(fēng)溫太低對(duì)鍋爐運(yùn)行也不利。除了推遲著火，燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率降低之外，還會(huì)導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高，引起過熱器超溫或汽溫升高。4．二次風(fēng)量及二次風(fēng)速煤粉氣流著火后，二次風(fēng)的投入方式對(duì)著火穩(wěn)定性和燃盡過程起著重要作用。對(duì)于大容量鍋爐尤其要注意二次風(fēng)穿透火焰的能力。當(dāng)燃用的煤質(zhì)一定時(shí)，一次風(fēng)量就被確定了，這時(shí)二次風(fēng)量隨之確定。對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的鍋爐，由于燃燒器噴口結(jié)構(gòu)未變，故二次風(fēng)速只隨二次風(fēng)量變化。二次風(fēng)是在煤粉氣流著火后混入的。由于高溫火焰的粘度很大，二次風(fēng)必須以很高的速度才能穿透火焰，以增強(qiáng)空氣與焦碳粒子表面的接觸和混合，故通常二次風(fēng)速比一次風(fēng)速提高一倍以上。配風(fēng)方式不僅影響燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率，還關(guān)系到結(jié)渣、火焰中心高度的變化、爐膛出口煙溫的控制。從而，進(jìn)一步影響過熱汽溫與再熱汽溫。5．二次風(fēng)溫從燃燒角度看，二次風(fēng)溫愈高，愈能強(qiáng)化燃燒，并能在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)著火的穩(wěn)定性。但是二次風(fēng)溫的提高受到空氣預(yù)熱器傳熱面積的限制，傳熱面積愈大，金屬耗量就愈多，不但增加投資，而且將使預(yù)熱器結(jié)構(gòu)龐大，不便布置。表5-3熱風(fēng)溫度的推薦數(shù)值燃料無煙煤貧煤褐煤(熱風(fēng))褐煤(煙氣)煙煤熱風(fēng)溫度℃380～430330～380350～380300～350280～350（一）、四角切圓燃燒的改進(jìn)我國(guó)電站在組織四角切圓燃燒方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。不少電廠對(duì)四角切圓燃燒方式進(jìn)行了改進(jìn)，其主要特點(diǎn)為：一次風(fēng)噴口外側(cè)布置側(cè)邊二次風(fēng)(偏轉(zhuǎn)二次風(fēng))將一、二次風(fēng)噴口按不同角度組織切圓，二次風(fēng)靠爐墻一側(cè)，一次風(fēng)靠?jī)?nèi)側(cè)布置。這種布置方式既保持了鄰角相互點(diǎn)燃的優(yōu)勢(shì)，又使?fàn)t內(nèi)氣流流動(dòng)穩(wěn)定，火焰不貼爐墻，因而防止了結(jié)渣。但容易引起煤粉氣流與二次風(fēng)的混合不良，可燃物的燃燒不充分。在燃料著火后，及時(shí)供應(yīng)二次風(fēng)，將火焰與爐墻“隔開”，形成一層“氣幕”，在水冷壁附近區(qū)域造成氧化性氣氛，可提高灰熔點(diǎn)溫度，減輕水冷壁的結(jié)渣。還可以降低ＮＯx的生成量。適用于燃用煙煤及揮發(fā)分較高的貧煤。一次風(fēng)正切圓、二次風(fēng)反切圓布置可減弱爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)，從而減小了過熱器的熱偏差，并能防止結(jié)渣。一次風(fēng)對(duì)沖、二次風(fēng)切圓布置減小了爐內(nèi)一次風(fēng)氣流的實(shí)際切圓直徑，使煤粉氣流不易貼壁，因而能防止結(jié)渣，而且能減弱氣流的殘余旋轉(zhuǎn)。（二）、殘余旋轉(zhuǎn)引起的煙溫偏差與煙速偏差在四角切圓燃燒鍋爐中，燃燒器區(qū)域形成的旋轉(zhuǎn)火焰不但旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定、強(qiáng)烈，而且粘性很大。高溫?zé)煔饬鞯竭_(dá)爐膛出口的過程中，其旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度雖然逐漸減弱，但仍然有殘余旋轉(zhuǎn)。殘余旋轉(zhuǎn)不但造成爐膛出口處的煙溫偏差，而且造成煙速偏差。氣流逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)煙溫高于左側(cè)煙溫，右側(cè)煙速高于左側(cè)煙速。氣流順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，左側(cè)煙溫高于右側(cè)煙溫，左側(cè)煙速高于右側(cè)煙速。一般煙溫偏差達(dá)100℃左右，偏差嚴(yán)重的甚至達(dá)到300煤粉爐爐膛一．燃燒煤粉對(duì)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(shí)，對(duì)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(duì)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。二．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)。如第四章所述，任何原因的結(jié)渣都有兩個(gè)基本條件構(gòu)成，一是火焰貼近爐墻時(shí)，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(gè)因素相關(guān)的具體原因有很復(fù)雜。這些因素是：1．煤灰特性和化學(xué)組成煤灰特性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是煤灰的熔點(diǎn)溫度，二是灰渣的粘性。一般灰熔點(diǎn)低的煤容易結(jié)渣，與此同時(shí)，低灰熔點(diǎn)的灰分通常粘附性也強(qiáng)，因而增加了結(jié)渣的可能性。在運(yùn)行條件變化時(shí)，煤灰的結(jié)渣特性也可能灰變化。例如，爐膛溫度升高，或受熱表面積灰導(dǎo)致壁面溫度升高，火爐內(nèi)局部地區(qū)產(chǎn)生還原性氣氛，使灰的熔點(diǎn)溫度降低時(shí)，結(jié)渣傾向就可能增加。2．爐膛溫度水平爐內(nèi)燃燒器區(qū)域的溫度越高，煤灰越容易達(dá)到軟化或熔融狀態(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、水分含量以及鍋爐負(fù)荷的變化等。如果鍋爐改燒發(fā)熱量大的同類煤時(shí)，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。3．火焰貼墻對(duì)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(shí)，這必然結(jié)渣。對(duì)于布置旋流式燃燒器的爐膛，當(dāng)旋流強(qiáng)度太大時(shí)，會(huì)引起飛近貼壁火焰?；蚰持蝗紵鞯男鲝?qiáng)度過小，氣流射程太長(zhǎng)時(shí)，可能使氣流直沖對(duì)面爐墻或頂撞對(duì)面的火焰而導(dǎo)致結(jié)渣。4．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(shí)，可能產(chǎn)生還原性氣氛，而煤粉在還原性氣氛不能充分氧化，灰分中的Fe2O3被還原成FeO，F(xiàn)eO與SiO2等形成共晶體，其熔點(diǎn)溫度就會(huì)降低，有時(shí)會(huì)使熔點(diǎn)下降150～2000C，因而，結(jié)渣傾向隨之增加?；蛘撸捎酶呙悍蹪舛热紵绞綍r(shí)，由于燃燒放熱過于集中，使局部區(qū)域溫度升高且處于還原性氣氛，結(jié)渣也會(huì)傾向嚴(yán)重。當(dāng)然這也與灰的熔融特性有關(guān)。5．煤粉細(xì)度粗煤粉的燃燒時(shí)間比較長(zhǎng)，當(dāng)煤粉中粗煤粉的比例增加時(shí)，容易引起火焰延長(zhǎng)，導(dǎo)致爐膛出口處的受熱面結(jié)渣。6．吹灰吹灰器長(zhǎng)期不投，受熱面積灰增多時(shí)，可能導(dǎo)致結(jié)渣。7．燃用混煤鍋爐燃用混煤時(shí)，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(shí)，結(jié)渣灰減輕。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(gè)關(guān)鍵因素起先導(dǎo)作用。比較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。三．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(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作用很大，而且對(duì)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(shí)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)出力不足，或擋板調(diào)節(jié)失靈時(shí)，爐內(nèi)可能出現(xiàn)正壓狀態(tài)。此時(shí)，煙氣或火焰向外泄漏，不僅污染工作環(huán)境，而且對(duì)設(shè)備及人身構(gòu)成危險(xiǎn)。當(dāng)然負(fù)壓太大也是不允許的。爐膛負(fù)壓太大的危害：爐膛負(fù)壓太大，說明引風(fēng)機(jī)抽吸力過大。此時(shí)，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。對(duì)于四角燃燒爐，由于氣流上翹，使四股氣流的相互作用變差，甚至切圓形成不好，煤粉氣流相互點(diǎn)燃的作用變?nèi)?，燃燒變得不穩(wěn)定。如果煤質(zhì)著火性能變差時(shí)，還可能引起滅火。漏風(fēng)增大，使煙氣體積增加，煙氣流速相應(yīng)升高。這時(shí)排煙損失增加；受熱面磨損加?。黄麥厣?；爐膛溫度降低，影響燃燒穩(wěn)定性；火焰向上運(yùn)動(dòng)速度增大，一部分燃料未來得及完全燃燒就被排出爐外，因而造成不完全損失增大等一系列不良影響。爐膛負(fù)壓急劇升高時(shí)，還可能發(fā)生爐膛內(nèi)爆事故。內(nèi)爆會(huì)造成水冷壁損壞或人身事故。內(nèi)爆產(chǎn)生的原因一是：引風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常，靜壓頭過高或擋板運(yùn)行不良；二是因滅火而切斷燃料供應(yīng)時(shí)，爐膛負(fù)壓急劇升高。因此，在切斷燃料的同時(shí)，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(bào)警和安全保護(hù)裝置。爐膛負(fù)壓波動(dòng)時(shí)，也可能是爐內(nèi)壓力波變化造成的。此時(shí)表明燃燒處于不穩(wěn)定狀態(tài)。燃燒脈動(dòng)時(shí)，負(fù)壓也隨著脈動(dòng)。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(shí)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(duì)于自動(dòng)化程度比較高的鍋爐，爐膛負(fù)壓超限時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警或保護(hù)動(dòng)作。但當(dāng)控制系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則必須做出準(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?yàn)闋t膛爆炸的發(fā)生時(shí)間很短，只有1～2秒。所以，如何把燃料安全適當(dāng)?shù)厮腿霠t內(nèi)并對(duì)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(shí)著火燃燒，而以極高的速度進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)具有足夠的著火熱源時(shí)，在瞬間形成可燃性氣體，氣體容積急劇增加，爐內(nèi)壓力和溫度急劇升高。需要注意的是，在鍋爐點(diǎn)火階段或燃燒不穩(wěn)定時(shí)，如果爐內(nèi)積聚了大量的未燃燃料，此時(shí)點(diǎn)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(diǎn)火程序以及具有快速、準(zhǔn)確的判斷能力。事實(shí)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(diǎn)火裝置的能量不足以及未及時(shí)投入點(diǎn)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(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰追磻?yīng)的氧化物或惰性產(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(zhǎng)的時(shí)間。即爆炸發(fā)生前總要有一段較長(zhǎng)的孕育時(shí)間。煤粉氣流的著火燃燒1．影響煤粉氣流著火的因素影響煤粉氣流著火的主要因素概括起來，主要是三個(gè)方面的因素。即一是燃料因素，二是設(shè)備結(jié)構(gòu)因素，三是運(yùn)行因素。具體內(nèi)容如下：燃料燃料燃料品質(zhì)揮發(fā)分水分灰分發(fā)熱量煤粉細(xì)度及煤粉顆粒分布結(jié)構(gòu)燃燒器一次風(fēng)量、一次風(fēng)溫、一次風(fēng)速二次風(fēng)速，二次風(fēng)溫配風(fēng)方式及燃燒器結(jié)構(gòu)型式單只燃燒器的熱功率爐膛qA，qR，qV散熱強(qiáng)度和放熱強(qiáng)度運(yùn)行鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)方式上述因素中，結(jié)構(gòu)因素的影響如前所述，本節(jié)主要分析燃料因素與運(yùn)行因素的影響。2．燃料性質(zhì)的影響煤中揮發(fā)分含量對(duì)煤粉氣流的著火過程影響很大?？扇蓟鶕]發(fā)份越高的煤，著火溫度越低，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫部?。因此揮發(fā)分高的煤不僅容易著火，而且著火穩(wěn)定性也好。揮發(fā)份的燃燒，對(duì)焦炭起加熱作用，從而為焦炭的著火燃燒創(chuàng)造了有利條件，一般而言，揮發(fā)分高的煤也易于燃盡。然而近年來國(guó)內(nèi)的許多研究表明，可燃基揮發(fā)分相同的煤，其燃盡時(shí)間有時(shí)差別很大，其原因是一部分煤具有燒結(jié)性，使氧氣與炭表面的反應(yīng)變差，因而影響燃盡。在分析煤的揮發(fā)分含量對(duì)著火的影響時(shí)，不但應(yīng)注意揮發(fā)分的數(shù)量，還應(yīng)注意揮發(fā)分的發(fā)熱量。例如，無煙煤，貧煤的揮發(fā)分含量雖然很小，但揮發(fā)分的發(fā)熱量很高，實(shí)際燃燒發(fā)現(xiàn)，有些無煙煤甚至比揮發(fā)分高的劣質(zhì)煙煤容易著火。煤中灰分含量增加時(shí)，煤的發(fā)熱量就會(huì)下降很多，燃煤量就要增多，而著火熱又與燃煤量成正比。因此灰分高的煤，著火也比較困難，而且著火穩(wěn)定性變差。煤中水分含量也影響著火熱。水分多時(shí)，加熱煤粉氣流的一部分熱量用于水分的蒸發(fā)和過熱，使著火熱增加，著火推遲。但煤粉的內(nèi)部水分蒸發(fā)后可使煤粉顆粒內(nèi)部的反應(yīng)表面積增加，從而提高著火能力和燃燒速度。當(dāng)然，用單一煤質(zhì)指標(biāo)來分析煤質(zhì)對(duì)著火的影響是不夠全面的.例如，褐煤的水分含量相當(dāng)大，但因?yàn)閾]發(fā)份也很高，很容易著火。這說明揮發(fā)分的影響超過了水分的影響。煤粉細(xì)度也是一個(gè)重要因素。細(xì)煤粉中揮發(fā)分比粗煤粉容易析出，也容易加熱，因而細(xì)煤粉容易著火，也容易燃盡。3．鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煤粉氣流的著火鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煤粉的著火穩(wěn)定性將變差。尤其是那些揮發(fā)分低或灰分高的煤，或顆粒度粗的煤粉，容易在低溫?zé)煔庵兄饾u擴(kuò)散以至熄滅。這樣不但著火變得困難，同時(shí)還容易形成大量不完全燃燒損失。鍋爐負(fù)荷低至一定程度時(shí)，煤粉氣流自點(diǎn)燃特性和燃燒穩(wěn)定性變差，需要投入易燃的燃料（如投油），協(xié)助煤粉著火和穩(wěn)定燃燒，否則容易滅火。目前，國(guó)內(nèi)外都采用了新的燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷下不投油或少投油穩(wěn)定燃燒。五．低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)1．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，可減少著火熱；同時(shí)又提高了煤粉氣流中揮發(fā)分的濃度，使火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?；再加上燃燒放熱相?duì)集中，使著火區(qū)保持高溫狀態(tài)。這三個(gè)條件集中在一起，強(qiáng)化了著火條件，使著火穩(wěn)定性提高。當(dāng)然，煤粉濃度并不是越高越好。煤粉濃度過高時(shí)，由于著火區(qū)嚴(yán)重缺氧，而影響揮發(fā)分的充分燃燒，造成大量煤煙的產(chǎn)生，此時(shí)還因揮發(fā)分中的熱量沒有充分釋放出來，影響顆粒溫度的升高，延緩著火。或者因揮發(fā)分燃燒缺氧，使火焰不能正常傳播，而引起著火不穩(wěn)定?？梢?，存在一個(gè)有利于穩(wěn)定著火的最佳煤粉濃度。有利于著火的最佳煤粉濃度與煤種有關(guān)，揮發(fā)分大的煙煤，其最佳煤粉濃度低于揮發(fā)分小的貧煤。2．提高煤粉氣流初溫提高煤粉氣流初溫，可減少煤粉氣流的著火熱，并提高爐內(nèi)溫度水平，使著火提前。提高煤粉氣流初溫的直接辦法是提高熱風(fēng)溫度。3．提高煤粉顆粒細(xì)度煤粉的燃燒反應(yīng)主要是在顆粒表面上進(jìn)行的，煤粉顆粒越細(xì)，單位質(zhì)量的煤粉表面積越大，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇臁Ｈ紵俣染驮礁?，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇欤紵艧崴俣仍娇?，煤粉顆粒就越容易被加熱，因而也越容易穩(wěn)定燃燒。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，煤粉燃盡時(shí)間與顆粒直徑的平方成正比，當(dāng)鍋爐燃用煤質(zhì)一定時(shí)，提高煤粉細(xì)度能顯著提高煤粉氣流著火的穩(wěn)定性。不過煤粉顆粒細(xì)度受磨煤出力與磨煤電耗的限制，不可能任意提高。4．在難燃煤中加入易燃燃料當(dāng)鍋爐負(fù)荷很低或煤質(zhì)很差時(shí)，可投入助燃用霧化燃油或氣體燃料，混入燃燒器出口的煤粉氣流中，來改善煤粉的燃燒特性，維持著火的穩(wěn)定性，有時(shí)為了節(jié)省燃油，也可混入揮發(fā)分較大的煤粉，以提高著火的穩(wěn)定性。新型煤粉燃燒技術(shù)一．兩級(jí)燃燒和MACT燃燒技術(shù)兩級(jí)燃燒是把燃燒所需要的空氣量?jī)啥嗡腿霠t膛，第一級(jí)的空氣量大約為80%左右，從燃燒器的下部送入；第二級(jí)的空氣量大約為20%左右，從燃燒器的上部送入，兩級(jí)噴口之間的距離為1.5～2米。采用兩級(jí)燃燒方式，主要用于降低ＮOx的生成量。我國(guó)電站中已采用這種技術(shù)。采用兩級(jí)燃燒法，在燃燒中心區(qū)(第一段燃燒區(qū))過量空氣系數(shù)小于1，為缺氧燃燒。由于燃料不能完全燃燒，火焰溫度比較低，因而溫度型ＮOx的生成量減少；同時(shí)，由于缺氧，燃料型ＮOx的生成量也減少。當(dāng)?shù)诙?jí)空氣送入后，因爐膛的冷卻作用，火焰溫度已降低。因此，在第二段燃燒區(qū)域中，雖然過量空氣系數(shù)大于1，火焰中有剩余氧存在，但因溫度低，燃料型和溫度型ＮOx的生成量都大幅度降低。采用兩組級(jí)燃燒法，應(yīng)保證第二級(jí)空氣與燃盡區(qū)火焰的混合良好，否則將造成不完全燃燒；一次燃燒區(qū)內(nèi)由于缺氧，形成還原性氣氛，這將使灰熔點(diǎn)降低，不僅容易引起結(jié)渣，還會(huì)產(chǎn)生腐蝕；由于燃燒分段進(jìn)行，火焰拉長(zhǎng)，如果組織不好，焦炭難以燃盡，還會(huì)引起爐膛出口處的受熱面結(jié)渣。這些問題應(yīng)運(yùn)行中引起注意。日本三菱公司在PM型燃燒器的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了爐內(nèi)三級(jí)燃燒的低ＮOx燃燒技術(shù)(MACT)。即在主燃燒器的上二次風(fēng)OFA噴口上部設(shè)置一層附加空氣AA，在主燃燒區(qū)生成的ＮOx到達(dá)OFA區(qū)時(shí)，由于缺氧又被還原成N2。據(jù)資料介紹，MACT燃燒技術(shù)可將ＮOx控制在60～150PPm內(nèi)。二．寬調(diào)節(jié)比燃燒器寬調(diào)節(jié)比燃燒器實(shí)際上也是一種濃、淡型煤粉燃燒器。這種燃燒器的主要性能是在低負(fù)荷下，不投油仍然能穩(wěn)定燃燒。故其對(duì)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)的燃燒調(diào)節(jié)范圍比較寬。在一次風(fēng)入口部位連接一個(gè)彎頭，作為煤粉濃縮器。一次風(fēng)管內(nèi)設(shè)置一塊隔板，把一次風(fēng)管分為上、下兩部分。一次風(fēng)噴口分為上、下兩個(gè)可調(diào)角度的噴口。當(dāng)煤粉氣流通過彎頭時(shí)，一次風(fēng)管隔板上部的通道中形成濃煤粉氣流，而在隔板下部的通道中形成淡煤粉氣流，這兩股煤粉氣流徑上，下兩個(gè)噴口射入爐膛。寬調(diào)節(jié)比燃燒器噴口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在噴口出口處裝有擴(kuò)流器。擴(kuò)流錐可以增加一次風(fēng)氣流和回流煙氣的接觸面；三角形擴(kuò)錐出口的翻邊對(duì)增加高溫?zé)煔獾幕亓髯饔煤艽蟆Ｓ械脑囼?yàn)表明，這種燃燒器可在20%負(fù)荷下不投油穩(wěn)定燃