鍋爐運行論文
煤質變化對鍋爐燃燒的影響及應對措施
賈海洋
（河北工程大學科信學院，邯鄲市，056038）
摘要：目前，隨著國內(nèi)市場上煤炭價格的一路高歌猛進，對于燃煤的火電機組來說運行成本越來越來越高，很多電廠因此敗下陣來。各個電廠都在緊鑼密鼓地進行著節(jié)能工作，盡可能地減少運行成本。本文通過分析煤炭的燃燒過程、鏈條爐排的燃燒特點及其對煤質的要求以及煤質不同成分對鍋爐燃燒的影響，提出了在煤質發(fā)生變化時的應對措施，來保證供熱質量達標和安全平穩(wěn)運行。 關鍵詞：煤質；鍋爐；燃燒；應對措施
COAL CHANGE ON BOILER COMBUSTION INFLUENCE AND MEASURES
JIA Haiyang
(Kexin College Of Hebei Engineering University, Handan, 056038)
Abstract: At present, the domestic market on coal price for all unconventional, coal-fired power units for the operation cost more and more higher, many power plants so hounest conviction. Each power plant are underway for energy conservation, as far as possible to reduce operation costs. Through analysis of coal combustion process, chain of combustion characteristics of quality of coal and coal quality requirements and different ingredients on the boiler combustion, puts forward the influence of coal changed when measures, to ensure quality and safety heating running smoothly.
Keywords: Coal; Boiler; Combustion; Measures
0 導言：
近年來由于煤炭行業(yè)礦難頻發(fā)，國家對煤礦的整頓進一步加大力度，隨著我國內(nèi)地一些小煤礦的關停，火電廠煤炭供應日趨緊張，煤源由原來單一的優(yōu)質煤轉向為以貧煤，焦煤為主的煤，煤炭質量較以往有很大的變化，煤種雜、煤質差，煤種質量嚴重偏離鍋爐的設計煤種，引發(fā)了各供熱車間司爐工勞動強度明顯加大，鍋爐及輔助設備故障顯著增加，職工工作環(huán)境有所惡化，環(huán)境保護工作難度更加突出，造成鍋爐燃燒運行困難，鍋爐出口溫度不能達標，嚴重影響了鍋爐的正常供熱。
煤中的揮發(fā)物著火燃燒后，余下的碳和灰組成的固體物便是焦碳。此時焦碳溫度上升很快，固定碳劇烈燃燒，放出大量的熱量，煤的燃燒速度和燃燼程度主要取決于這個階段；燃燼階段，這個階段使灰渣中的焦碳盡量燒完，以降低不完全燃燒熱損失，提高效率。
良好燃燒必須具備三個條件：1、溫度。溫度越高，化學反應速度快，燃燒就愈快。層燃爐溫度通常在1100~1300℃。2、空氣�？諝鉀_刷碳表面的速度愈快，碳和氧接觸越好，燃燒就愈快。3、時間。要使煤在爐膛內(nèi)有足夠的燃燒時間。
碳燃燒時在其周圍包上一層灰殼，碳燃燒形成的一氧化碳和二氧化碳往往透過灰殼向外四周擴散運動，其中一氧化碳遇到氧后又繼續(xù)燃燒形成二氧化碳。也就是說，碳粒燃燒時，灰殼外包圍著一氧化碳和二氧化碳兩層氣體，空氣中的氧必須穿過外殼才能與碳接觸。因此，加大送風，增加空氣沖刷碳粒的速度，就容易把外包層的氣體帶走；同時加強機械撥動，就可破壞灰殼，促使氧氣與碳直接接觸，加快燃燒速度。如果氧氣
1 煤碳的燃燒過程：
煤從進入爐膛到燃燒完畢，一般經(jīng)歷四個階段：水分蒸發(fā)階段，當溫度達到105℃左右時，水分全部被蒸發(fā)；揮發(fā)物著火階段，煤不斷吸收熱量后，溫度繼續(xù)上升，揮發(fā)物隨之析出，當溫度達到著火點時，揮發(fā)物開始燃燒。揮發(fā)物燃燒速度快，一般只占煤整個燃燒時間的1/10左右；焦碳燃燒階段，
不充足，攪動不夠，煤就燒不透，造成灰渣中有許多未參與燃燒的碳核，另外還會使一部分一氧化碳在爐膛中沒有燃燒就隨煙氣排出。
對于大塊煤，必須有較長的燃燒時間，停留時間過短，燃燒不完全。因此，實際運行中，一般采取供給充足的氧氣，采用爐拱和二次風來加強擾動，提高燃燒溫度，爐膛容積不宜過小等措施保證煤充分燃燒。
2 鏈條爐排的燃燒特點
鏈條爐排著火條件較差，主要依靠爐膛火焰和爐拱的輻射熱。煤的上面先著火，然
后逐步向下燃燒，在爐排上就出現(xiàn)了明顯的分層區(qū)域，如圖共分五個區(qū)。燃料在新燃燒區(qū)1中預熱干燥，在爐排上占有相當長的區(qū)域。在區(qū)域2中燃料釋放出揮發(fā)分，并著火燃燒。燃燒進行得很激烈，來自爐排下部空氣中的氧氣在氧化區(qū)3中迅速耗盡，燃燒產(chǎn)物CO2和水蒸氣上升到還原區(qū)4后，立即被只熱的焦碳所還原。最后在鏈條爐排尾部形成灰渣區(qū)5。
在燃燒準備區(qū)1和燃燼區(qū)5都不需要很多空氣，而在燃燒區(qū)2、3必須保證有足夠的空氣，否則則會出現(xiàn)空氣在中部不足，而在爐膛前后過剩的現(xiàn)象。為改善以上燃燒狀況，常常采用以下三個措施：合理布置爐拱；采取分段送風；增加二次風。
3 鏈條爐排對煤種的要求：
鏈條爐排對煤種有一定的選擇性，以揮發(fā)分15%以上，灰熔點高于1250℃以上的弱黏結、粒度適中，熱值在18800~21000kJ/kg以上的煙煤最為適宜。
煤中含有灰分應控制在10%~30%。粉煤（0~6mm）應不超過50%~55%，0~3mm的煤粉不超過30%，塊煤尺寸不超過40mm。 煤中含水量推薦值為：煤中小于3mm的煤粉含量為20~40%時，含水量控制在5~7.5%，煤中小于3mm的煤粉含量為80%，含水量控制在12.5%，煤中小于3mm的煤粉含量為~100%，含水量控制在20%。
目前各車間普遍反映煤質存在的問題有：1、煤炭灰份較多，2、煤炭顆粒不均，
3、煤炭中含有大量的雜質，4、煤炭的發(fā)熱值較低，5、燃燒時不易引燃著火，6、煤炭中水分含量不定。7、煤炭不好燒，爐渣含碳量高。
一般情況下，鍋爐最好使用設計煤種或與設計煤種接近的煤種，以確保燃燒穩(wěn)定。近年來由于煤炭供應日趨緊張，電廠的煤炭供應日趨多元化，煤炭質量比以往煤種有很大的差異，對鍋爐的穩(wěn)定燃燒和正常供熱運行帶來很大影響。
4煤質對鍋爐穩(wěn)定燃燒的影響
4.1煤的發(fā)熱量是反映煤質好壞的一個
重要指標，當煤的發(fā)熱量低到一定數(shù)值時，不僅會影響燃燒不穩(wěn)定不完全，而且會導致鍋爐熄火，使鍋爐出口溫度很難達標，影響正常供熱。
4.2揮發(fā)分在較低溫度下能夠析出和燃燒，隨著燃燒放熱，焦碳粒的溫度迅速提高，為其著火和燃燒提供了極其有利的條件，另外揮發(fā)分的析出又增加了焦碳內(nèi)部空隙和外部反應面積，有利于提高焦碳的燃燒速度。因此，揮發(fā)分含量越大，煤中難燃的固定碳成分越少，煤粉越容易燃燼，揮發(fā)分析出的空隙多，增大反應表面積，使燃燒反應加快。揮發(fā)份含量降低時，煤粉氣流著火溫度顯著升高，著火熱隨之增大，著火困難，達到著火所需的時間變長，燃燒穩(wěn)定性降低，火焰中心上移，爐膛輻射受熱面吸收的熱量減少，對流受熱面吸收的熱量增加，尾部排煙溫度升高，排煙損失增大。
4.3煤的灰份在燃燒過程中不但不會發(fā)出熱量，而且還要吸收熱量。灰分含量越大，發(fā)熱量越低，容易導致著火困難和著火延遲，同時爐膛溫度降低，煤的燃燼程度降低，造成的飛灰可燃物高�；曳趾吭龃�，碳�？赡鼙换覍影剂１砻嫒紵俣冉档�，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，造成燃燒不良。另外飛灰濃度增高，使鍋爐受熱面特別是省煤器、空氣預熱器等處的磨損加劇，除塵量增加，鍋爐飛灰和爐渣物理熱損失增大，降低了鍋爐的熱效率。有關資料顯示，平均灰份從13%上升到18%，鍋爐的強迫停運率將從1.3%上升到7.54%。
4.4煤的顆粒度對鍋爐的燃燒有很大影響。顆粒度過大時，煤塊在鍋爐內(nèi)燃燒時停留時間過短，煤炭中的焦碳沒有完全燃燼，爐渣中的含碳量增大，增加了鍋爐爐渣的物理熱損失；顆粒度過小時，細煤粉在爐排上燃燒時通風不好，碳與氧不能很好地接觸發(fā)生化學反應，易形成黑帶，同時細煤粉也易被空氣吹起，很快隨著煙氣被帶走，增加了鍋爐煙氣中的飛灰熱損失，（在層燃燒鍋爐中，盡量不要燃用煤粉（~3mm）含量超過30%的`煤種）。因此要根據(jù)煤炭顆粒度合理調整給風量。
4.5煤的含水量在一定的含量限度內(nèi)與揮發(fā)分對燃煤的著火特性影響一致，少量水分對著火有利，從燃燒動力學角度看，在高溫火焰水蒸氣對燃燒具有催化作用，可以加速煤粉焦碳的燃燒，可以提高火焰黑度，加強燃燒室爐壁的輻射換熱。另外，水蒸氣分解時產(chǎn)生的氫分子和氫氧根可以提高火焰的熱傳導率。但水分含量過大時，著火熱也隨之增大，同時由于一部分燃燒熱用來加熱水分并使其汽化，降低了爐內(nèi)煙氣溫度，從而使煤粉氣流吸卷的煙氣溫度以及火焰對煤粉的輻射熱都降低，這對著火不利。
4.6煤中雜質不僅會吸收煤燃燒生產(chǎn)的熱量，阻礙煤與氧充分接觸，影響煤的燃燒，降低鍋爐熱效率，增大鍋爐運行時的除渣除灰量，而且對鍋爐的安全運行帶來很大危害。
5煤質對鍋爐及其輔助設備運行的影響
當進入爐膛的煤質與鍋爐設計煤質和校核煤質要求相差較大時，會對鍋爐燃燒和
輔助設備帶來如下不良影響：
5.1煤質較差時，鍋爐點火和運行調節(jié)困難，難以燃燒，容易滅火，嚴重影響了鍋爐出口溫度達標。
5.2爐膛容易結焦，對流管束、省煤器、空氣預熱器等受熱面處磨損嚴重，且容易積灰，鍋爐送風阻力增大，影響鍋爐熱效率。
5.3煤塊較大時容易卡住分層給煤器和爐排，影響了煤炭的穩(wěn)定燃燒和鍋爐的安全
平穩(wěn)運行。
5.4煤質不好時，鍋爐耗煤量相對增加，爐渣的含碳量也增大，輸煤、除渣系統(tǒng)運行負荷大大增加 ，輸煤機、除渣機、抓渣行吊等設備故障增多，煤炭拉運和爐渣拉運成本加大。
5.5灰分大的煤燃燒后，不僅影響了除塵器的除塵效果，而且增加了除灰、排灰系統(tǒng)的運行負荷，容易出現(xiàn)運行故障，對工作環(huán)境和外部環(huán)保都造成了不良影響。
5.6煤質含硫量大時，容易引起水冷壁高溫腐蝕，鍋爐尾部煙道、省煤器、空氣預熱器等處的低溫腐蝕，造成鍋爐爆管，影響鍋爐安全運行。
6建議采取的應對措施
針對目前煤炭供應的緊張形勢和煤質變化引起的鍋爐燃燒困難，電廠各鍋爐車間應該面對現(xiàn)實，在實際的供熱運行過程中，積極試驗和摸索，制定相應的可操作性強的應對措施，努力調整好鍋爐的燃燒運行工作，保證鍋爐出口溫度達標和減少鍋爐及輔助設備的運行故障，以保證整個供熱工作的安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟運行。建議采取如下應對措施：
6.1加強鍋爐工的技術操作水平，使司爐人員及時掌握入爐煤的煤質分析情況，特別是煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、顆粒度大小等，以便針對不同煤質的進行相應的燃燒調整。
6.2加強各煤種的混燒、摻燒和配煤技術工作。通過不斷進行燃燒調整試驗，探索出不同煤種燃燒時，鍋爐的煤層厚度、爐排速度、鼓引風量、各風室的配風等運行參數(shù)，并在此基礎上試驗摸索不同煤種的混燒、摻燒和配煤技術，以提高各種煤質，特別是劣質煤的利用率，降低供熱運行成本。 6.3加強對鍋爐的燃燒調節(jié)工作。保證煤與空氣量要相配合適，并且要充分混合接觸，爐膛應盡量保持高溫，以利于燃燒，調整鍋爐負荷按規(guī)定操作，監(jiān)視爐膛負壓、排煙溫度、氧氣、二氧化碳等含量，使鍋爐運行參數(shù)保持到最佳數(shù)值。對由于煤炭顆粒度不均勻、爐排不平整等原因引起的燃燒不完
全、燃燒不均，對爐排上的火口或黑帶進行人工撥火。
6.4加強對輸煤工作的管理。對不同的煤種盡量采取按類分別堆放，根據(jù)需要，在不同時期燃用不同的煤種，或按不同的比例搭配使用。輸煤時輸煤工與當班司爐工及時溝通，對含水量較低或含粉煤較多的煤種可采取適量加水攪拌的辦法，輸煤時將雜質分揀出來，把大顆粒的煤粉碎等。
6.5加強鍋爐燃燒設備和輔助設備的巡檢及維修工作。及時排除鍋爐及輔助設備（特別是鍋爐本體密封、爐排、分層給煤器、省煤器、空氣預熱器、除渣除塵等設備）出現(xiàn)的故障。
6.6加強對鍋爐送風和爐膛溫度的控制，保持較高的爐膛溫度，有利于煤的著火和燃燼，爐膛溫度越低，越不利于燃燒。
6.7加強對煤的保管工作。采取切實有效的措施，防止儲煤風化和自燃，降低煤質質量，增加燃燒難度。 參考文獻：
6.8加強對進煤質量的嚴格控制和管理，開辟煤質較好、較為穩(wěn)定的煤源市場，及時準確地掌握進煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)，提供給各供熱車間，以便運行管理人員選擇較為適應本單位鍋爐的煤種，進行相應的運行調節(jié)。
6.9采用比較成熟的先進的技術和設備改變?nèi)紵隣顩r。如分層給煤技術，煤炭助燃劑，振動碎煤機等。
6.10對個別不適應新煤種的鍋爐進行局部改造。如爐排、前后拱的改造等。
7結論
隨著煤炭供應的日趨緊張，煤質隨時都會發(fā)生很大的變化，摸索研究不同煤種適應電站現(xiàn)有型號的鍋爐，最大限度降低煤質變化對鍋爐運行燃燒帶來的不利影響，實現(xiàn)供熱鍋爐的優(yōu)化運行，不僅可以提高電站整體的經(jīng)濟效益，最重要的可以保證市民的正常用電。
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[2] WANG Baotian 《The coal boiler combustion caused the analysis of the problems and countermeasures》China power press
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