劣質煤的燃燒問題及其調整技術

我國的劣質煤儲量豐富，開發和利用劣質煤是我國一項重要的能源政策。
劣質煤的特點：水份高，灰份大，發熱量低，揮發份低，著火點高等。
火力發電廠在燃用劣質煤時，一方面，鍋爐燃燒不穩，易引起鍋爐滅火放炮事故；另一方面，為穩定燃燒需投油助燃，浪費了大量的燃油。同時，飛灰含碳量增大，鍋爐效率降低，經濟性差。此外，還存在燃用劣質煤，使鍋爐易結焦，各受熱面磨損嚴重，鍋爐運行各參數不穩，運行人員調整工作量增大等問題。此外，劣質煤是火電廠鍋爐運行人員最難調整，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煤。下面就四角直流燃燒器鍋爐在燃燒劣質煤時影響燃燒的因素和調整技術作初步探討和研究。
1　用劣質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，集中了燃燒的揮發物。
(4) 降低了著火區的過量空氣。
(5) 燃燒中心集中，使火焰溫度水平升高。
煤愈差，一次風比例就越小，分散送風、送粉會使射流剛性變差，燃燒不易穩定，集中一次風布置后，氣流射流剛性變強。
(1) 以上這些都有利于劣質煤的著火和燃燒，但一次風集中布置也帶來兩個問題：由于煤粉高度集中，可能出現著火、燃燒初期氧量不足的問題，在一次風噴嘴內加周界風量解決方法之一。
(2)集中布置后噴口截面增大，不但噴嘴機械強度變差，易發生變形，同時也易出現速度不均，氣粉分層等不良現象，可通過在噴嘴內加縱向或橫向隔板來解決，由于隔板把一次風分割成多個小股射流，使氣流擾動增強，有利于著火燃燒穩定。
2　控制好一次風量有利于劣質煤的燃燒
一次風量的大小對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煙氣對一次風的氣粉混和物進行加熱，一次風量愈大，要求加熱至著火所需熱量愈多，對著火不利。
實踐證明：當一次風量增加時，噴嘴出口附近火焰溫度明顯降低，著火推遲，再加上劣質煤著火溫度本來就較高，因此在調整時，對劣質煤在煤粉管道不積粉堵管的前提下，應盡可能降低一次風比例，這樣就有利于劣質煤的燃燒。
3　調整好一次風速有利于劣質煤的燃燒
燃燒劣質煤時，一次風速過高或過低都是不合適的，一次速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩定，而且較粗的煤粉因慣性過大易穿過劇烈的燃燒區而落下或逸走，形成機械不完全燃燒損失，有時甚至噴射到爐墻上引起結焦，一次風速過低亦是不利的，原因在于：
(1) 煤粉氣流剛性削弱，氣流穩定性變差擾動又不強烈，火焰容易擺動，切圓形成不佳。
(2) 抽吸周圍高溫煙氣量減少，降低煤粉氣流著火前的加熱強度。
(3) 易產生氣粉分層和氣粉分布不均，堵塞一次風管等不良現象。
(4) 燃料如能著火，則因著火點距離噴嘴較近，容易燃壞噴嘴。
因此，對于低揮發份無煙煤宜選擇低限來調試，以選擇最佳一次風速。
4　控制好二次風與一次風交匯點有利于劣質煤燃燒的穩定性
采用一次風集中送粉的措施后，二次風往往有如下布置形式：一次風下設置二次風，一次風上設置中二次風及上二次風，根據著火三角形原理，二次風應該在煤粉火焰邊緣著火后和一次風相交，以實現分段送風的目的，煤種愈差，就愈難著火，交點相應要推遲，控制二次風和一次風相交的是手段是：二次風嘴的角度、風速及一、二次風嘴間的距離，在燃燒器結構一定的情況下，可用控制二次風速的大小來調節一、二風的交點距離，至于一、二次風噴嘴的距離它對燃燒影響頗大，間距太近時，對一、二次風干擾太大，一、二次風相交提前，影響穩定燃燒，此時只好降低二次風速運行，因而容易造成爐膛空氣過量系數偏低現象，這會影響鍋爐出力及效率，因此，對揮發份較低的無煙煤在結構一定情況下，燃燒不穩時，應將距離一次風速較近的二次風速降下來，以不至于一、二次風相交過早而造成燃燒不穩。
5　合理分配各層二次風有利于劣質煤穩定燃燒燃燼
鍋爐在燃用劣質煤時，各層二次風的分配比例對保證鍋爐的穩定燃燒起著至關重要的作用。調整時一般采用下少上多的二次風分配方式即所謂的"倒寶塔形"配風，下二次風的作用是：
(1) 分段送入空氣，使下側煤粉火焰燃燒。
(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，實踐表明，隨著下二次風率增加，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，在燃用揮發份較低的煤時，應將下二次風適當減少，以提高燃燒穩定性。為避免風量減少引起出口風速減小，以提高燃燒穩定性。為避免風量減小后引起風速過低，導致落灰可燃物增加，一般當燃燒能夠保持穩定的前提下，下二次風量不宜過小，以保證燃燒的經濟性。
因為煤粉火焰著火后轉彎向上，因此下二次風量不能太多，一般下二次風為總二次風量的20%-25%，但要保持一定的風速，上中二次風速在40-50M/S范圍才能有力的穿透煤粉火焰達到補氧托粉的目的。
在燃燒劣質煤的實際運行調整中，由于中二次風一般離相鄰的一次風距離較小，當其風量過大，風速過高時，該氣流將過多地與一次風氣流相混合，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口緊密連在一起，當風量風速過大時，將使燃燒器出口氣流屏的背火面補氣條件更差，加劇一次風煤粉偏轉靠墻，促使煤粉離析，所以適當降低中二次風的風量，風速有助于提高燃燼度，降低爐渣可燃物。
在燃燒劣質煤的實際運行調整中，電負荷在140~160MW時，第四層火嘴全停運，投一、二、三層火嘴情況下，保持上上二次風較小，上下二次風較大的配風方式較好，其上下二次風率約為上上二次風率的兩倍，分析認為，由于第四層火嘴停運，使得上下噴口的二次風到一次風的距離增加較多，在上下均等配風工況下，該噴口風量、風速相應減少，其動量較弱，使一、二次風混合過遲，當采用上小下大的配風方式時，隨著上下層噴口風量、風速的提高，將使著火后的煤粉氣流及時同二次風相混合，加速擴散燃燒，提高燃燼度，飛灰爐渣可燃物下降，因此，在140~160MW時，上排二次風采用上下下大的配風方式有利燃燒穩定和燃燒完全。
對于四層火嘴全部投運，滿負荷運行中，應采用上下二次風均等配風或上大下小的風量分配方式為宜，分析認為，由于第四層火嘴投運，此時上下二次風到一次風氣流的距離相應減少較多，因此上下二次風量不宜過大，否則將導致一次風中混入二次風量過多，影響著火燃燒特別是燃用高灰份低揮發份的劣質煤時影響更大。
6　對于中間儲倉熱風送粉制粉系統，在燃燒劣質煤時，應采取的措施
燃用劣質煤時，由于水份和灰份較高，制粉系統有漏風較大，使得三次風量和風速往往比設計值高得多，大量的三次風噴入對燃燒的影響主要有：
(1) 使爐膛火焰溫度降低，著火推遲，燃燒不穩定。
(2) 大量高速、低溫的三次風穿入火焰，擾亂了爐內正常的空氣動力場，易引起氣流貼壁結焦現象。
(3) 降低了火焰溫度，惡化了燃燒條件，使飛灰可燃物增加。
(4) 當三次風中細粉較多時，會使火焰拖長，使爐膛出口煙溫及過熱蒸汽溫度均偏高。
一般希望燃燒劣質煤時，把三次風量調整至不大于30％，三次風速不大于60m/s，但燃用水分較高的煤種時，實際運行三次風量往往比此值高，要保證在燃燒劣質煤時燃燒穩定，減少三次風的不良影響，就要盡量降低三次風量和風速。降低三次風量可以采取以下措施：
(1) 減少制粉系統的漏風，往往會收到較好的效果。
(2) 提高干燥煤粉的熱風溫度也能降低乏氣量，在燃用多水劣質煤時，希望盡量高的熱風溫度，從結構布置多些空氣預熱器受熱面，這不但對強化燃燒穩定著火有利，而且能有效降低三次風量。
(3) 在保證磨煤機出口溫度（即：干燥出力足夠）的情況下，盡量投入三次風再循環，把制粉系統的乏氣抽出部分送至磨煤機入口再循環，可以有效降低三次風量。
(4) 在粉位正常情況下，盡量減少運行制粉系統的套數是減少三次風量最有效的方法?；蚬澚髋欧蹤C擋板的開度，以減少三次風量。
三次風的合理布置，處理能把煤粉系統乏氣中煤粉燒掉外，還能加強對火焰中心的擾動，有利于煤粉火焰的燃燼，我廠三次風分兩層布置噴燃器的最上方，當細粉分離器工作良好時，三次風帶粉量不多時，可加強火焰尾部擾動，降低飛灰可燃物含量。我廠上三次下傾角設計為10℃，下三次風下傾角設計為7.5℃，由于上三次風下傾角較大，對燃燒擾動動力強，煤愈差，其影響愈明顯，所以，在燃燒劣質煤和負荷低時，要盡量避免上三次風所在的制粉系統的運行，我廠甲、丁制粉系統所帶的乏氣是上三次風，所以在燃燒劣質煤時，在粉位允許的條件下，盡量避免或減少甲、丁制粉系統運行時間。
此外，在燃用劣質煤時，制備較細的煤粉，有利于低揮發份煤的著火，燃燒和燃燼。因此，制粉系統在運行中必須嚴格控制煤粉細度，為鍋爐穩定燃燒打下良好的基礎。這一點在燃燒劣質煤時顯得尤為重要。
7　燃用劣質煤時要時刻注意防止鍋爐結焦
(1) 對易結焦的劣質煤，采用較小的假想切圓直徑是合適的。因為假想切圓直徑較大時，氣流易貼邊，雖然氣流貼邊并不意味著結焦，還應考慮兩相氣流的運行特點，由于氣流旋轉會出現氣粉分離的特點，即在爐墻四周會出現煤粉顆粒較集中的現象，如果在有較大的沖向爐墻的風速，則會容易帶動煤粉結焦。熱態時因氣流膨脹，實際切圓直徑較冷態設計切圓直徑大許多，而且爐內最大旋轉速度亦較冷態高許多，切高溫區靠近爐壁四周，因而過大的切圓直徑使得出現結焦的可能性增加。
(2) 下、中二次風量可關小些，上二次風可開大些，使下部氣流貼邊少，上部擾動增強。
(3) 對結焦嚴重的煤種，四角一次風速要配比均勻，在保證爐膛燃燒穩定情況下，均衡各層給粉機的轉速，以降低局部熱負荷使爐內溫度場趨于均勻。
(4) 在保證爐膛溫度情況下，合理布置衛燃帶位置，一般情況應將衛燃帶布置偏下，并分割成許多小塊，這樣可以有效地避免爐膛上部粘結大焦而掉下對燃燒造成強烈擾動，甚至造成鍋爐滅火的發生。
(5) 保證爐壁四周有足夠的過量空氣，因為在氧氣不足的還原性氣氛中，灰熔點有時會下降150－200℃，易產生結焦，為此，除要有合適的空氣動力場外，還要求四角一、二次風及煤粉分布要均勻，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，給鍋爐燃燒調整配備能顯示瞬時一、二次風速及煤粉濃度的鍋爐優化燃燒微機顯示系統（西安熱工研究所研制）。該系統通過在我廠近幾年的投入運行，效果良好，給司爐燃燒調整帶來很大方便，有效地防止四角一、二次風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焦問題。在實際運行中，判斷爐內火焰中心是否偏斜，應以汽包兩側水位是否平衡為依據，不能以爐膛出口兩側煙溫是否平衡為標準。
(6) 燃用劣質煤時，在需要投油穩燃時，常常存在煤、油混燃的工礦，如果煤、油在同一燃燒器上混燃，常常會出現嚴重結焦現象，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，另一方面是因為一次風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量，即所謂的"油槍風"現象，其結果使煤粉燃燒推遲，飛灰可燃物含量增加，并且在爐膛的局部地區產生還原性氣氛，使灰的熔點降低，使該處的結焦可能性大大增加。由于上述原因，如果需要穩定燃燒投油時，應盡量避免在同一只燃燒器上進行煤、油混燒，而宜投入煤粉燃燒器下面的油槍進行穩定煤粉的著火燃燒，從而避免煤、油混燒而產生的局部結焦現象的發生。
8　燃用劣質煤時，要注意控制過熱器的超溫
鍋爐在燃用高灰份、低揮發份的劣質煤時，由于以下原因易使過熱器超溫和超溫爆管
(1) 劣質煤著火遲，使火焰延長。
(2) 因燒劣質煤時，投粉量大，使得磨煤機系統難以適應，煤粉往往變粗，這也會使火焰拖長。
(3) 多灰煤粉所需的燃燼時間較長。
(4) 劣質煤的水份較高時，制粉所產生的三次風量增大。
(5) 劣質煤結焦性強時，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導致燃燒延遲，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，在燒劣質煤時，要注意過熱器和再熱器管壁溫度的監視，注意是否有管壁超溫和熱偏差現象的存在，如果存在超溫現象要及時采取有效措施，當減溫水量不足時，要及時調整燃燒，調整無效時要降低鍋爐負荷運行，以確保過熱器的安全運行。
總之，劣質煤的燃燒及其調整存在著一系列復雜的理論和技術問題，還有待我們今后的工作中不斷摸索和探討，不斷學習，不斷總結經驗，為鍋爐的安全經濟運行貢獻自己的力量。