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1、锅炉低负荷稳燃理论与实践,华北电力大学 能源动力与机械工程学院 庞力平 博士、教授,目录,煤的着火和熄火 煤的成分是如何影响着火的 如何促进低负荷稳燃 直流和旋流的主要燃烧器特点 运行中可以做些什么,煤粉气流的着火：由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程称为着火，转变时的瞬间温度称为着火温度,着火和熄火的热力条件,煤粉气流的着火温度,放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线,点2对应的温度即为着火温度Tzh,Tb=Tb1（很低），散热线 与 Q1 交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态,Tb=Tb2 ，散热线 与 Q1 交点2为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度， Q1
2、 Q2 ，反应将自动加速过渡到点3（高温稳定平衡点），此时，只要保证煤粉和空气的不断供应，最后将稳定在高速燃烧状态,煤粉气流的熄火温度,Tzh 、Txh是在一定测试条件下的相对特征值， Txh大于Tzh。 （此时的熄火温度已与着火时的热力条件不同，不可同一而语） 着火温度和熄火温度是随着热力条件的变化而变化的，是在一定条件下得出的相对特征值 强化着火的措施 在散热条件不变的情况下，增加可燃混合物的初温、浓度和压力，加强放热 在放热条件不变时，提高燃烧室的保温 效果，减少放热,Tb=Tb2、强化散热，散热线 与 Q1 交点4为不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低， Q1 Q2 ，反应系统温度急剧
3、下降过渡到点5（低温稳定平衡点），从而使燃烧过程中止（熄火）点4对应的温度即为熄火温度Txh,煤燃烧过程的四个阶段,预热干燥：煤被加热至100左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热,挥发份析出并着火：温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热,燃烧：挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热,燃尽：残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热,上述各阶
4、段实际是交叉进行的（某些条件下挥发分只析出一部分即着火，以后挥发分和焦碳的燃烧是同时进行的）；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽放热是目的。,煤粉气流的着火热源,煤粉气流着火热源：煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射；燃料进行化学反应释放出的热量（在着火前，此项可以略去不计）,细煤粉温升比粗煤粉快得多； 煤粉气流的着火主要是靠高温回流烟气的加热,煤粉气流由初温T0加热到着火温度 Tz 所需时间z 分别为,辐射为主要热源（曲线2）,高温回流烟气对流为主要热源（曲线1）,煤粉气流的着火热源,煤粉气流着火热,式中 Br每台燃烧器的燃料消耗量，kg/h r燃烧器送入炉内
5、的空气所对应的过量空气系数 rl一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比； c1K 、 cq 、 cd 一次风、蒸汽及煤的比热，J/Nm3K） Mar、 Mmf 煤的收到基水分，%、煤粉的水分，% Tzh着火温度，K T0煤粉一次风气流初温，K,煤粉气流的着火热为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量 对于热风送粉，煤粉气流的着火热为,第一项为加热煤粉和一次风所需热量 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量,煤粉气流着火热,煤特性、散热条件及初温对着火的影响,燃料的性质 挥发分含量Vdaf 小；水分、灰分含量高；煤粉细度大，则煤粉气流着火温度提高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离增
6、大,炉内散热条件 减少炉内散热，有利于着火。敷设卫燃带是稳定低挥发分煤着火的有效措施，但需预防结渣,煤粉气流的初温 提高初温T0 可减少着火热。燃用低挥发分煤时应采用热风送粉制粉系统，提高预热空气温度,一次风量、一次风速对着火的影响,一次风量V1 （ V0 r 1 ） V1过大，着火热增加，着火延迟 V1过低，燃烧初期由于缺氧，化学反应速度减慢，阻碍着火继续扩展 V1在最佳值范围内选取,一次风速w1 w1过高，通过单位截面积的流量增大，降低煤粉气流的加热速度，着火距离加长，着火推迟 w1过低，燃烧器喷口易烧坏，煤粉管道堵塞 w1在最佳值范围内选取,锅炉负荷D D降低，煤耗量 B 相应减少，水冷
7、壁总的吸热量Q 也减少，但减少的幅度较小，故Q/B反而增加，炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温降低，对煤粉气流着火不利，当锅炉负荷降到一定程度时，会危及着火的稳定性，甚至可能引起熄火,锅炉的负荷对着火的影响,着火稳定性条件限制了煤粉锅炉负荷的调节范围。一般在没有其他稳燃措施条件下，固态排渣煤粉炉只能在高于70% 额定负荷下运行,煤的常规特性对锅炉工作的影响,1、挥发分,地质年代越长，含量越低 煤种划分 无烟煤Vdaf10%；烟煤Vdaf10%；褐煤Vdaf37%； 地质年代越长，开始析出的温度越高褐煤200 ；无烟煤400 左右,对着火和燃烧的影响： 挥发分越多 1）易着火： 可燃气体先析出，燃烧温
8、度低，相当于引燃作用,挥发分含量同时也影响了煤粉空气混合物在湍流气流中的火焰传播速度，此速度也可视为着火速度 在一定条件下，随挥发分增大，火焰传播速度增高,2）易燃尽： 固定碳含量少 析出后的多孔性焦炭与空气反应的比表面积 挥发分燃烧放热助燃,2、水分,着火热 ，着火推迟 降低炉内温度，着火、燃尽均不利 烟气量，排烟损失，gl 引风机电耗 使低温受热面易于积灰、腐蚀 烟气量，烟气流速，对流式过热汽温 制粉系统，易阻塞，磨出力,影响很大，当水分增加时 (Mar ) ：,3、灰分,发热量 灰渣物理热损失，q4 , gl 不利于着火、燃尽，使燃烧不稳 妨碍挥发分的析出 尾部受热面：磨损、积灰 炉内结
9、渣、腐蚀 增加磨煤机无效的电耗 着火推迟，火焰中心上移，辐射式过热汽温,影响较大，当灰分增加时 (Ad ) ：,4、灰熔化性质的影响,炉膛出口烟温应低于灰的变形温度(DT) 50-100 当灰的软化温度(ST)1350 ，不易结渣 一次风切圆太大，造成水冷壁附近半还原性气氛，使灰熔点降低，易结渣,炉内结渣 炉膛出口对流受热面结渣,综合影响，不能采用单一指标,5、硫分的影响,尾部低温受热面：低温磨损、积灰问题 当全硫含量3%时，严重影响锅炉的经济安全运行 高温腐蚀问题 水冷壁附近，还原性气氛下，H2S高温腐蚀 过热器区域，硫酸盐高温腐蚀 含硫高，易自燃 SO2为主，SO3少 污染排放与灰自身的脱
10、硫能力,6、发热量,发热量Qar,net反映了炉内温度水平，综合了煤质灰分、水分对着火的影响。因此，在我国动力用煤分类标准中，将Qar,net 作为Vdaf的辅助分类标准。根据国内燃煤锅炉的运行经验，煤粉锅炉不投油助燃而稳定燃烧可适应的发热量最低值：,褐煤的最低发热量限很低的原因在于，经制粉系统干燥后，水分很高的褐煤的发热量几乎成倍增长,下图为按电厂运行经验绘制的最低煤质特性曲线，根据曲线可按煤干燥无灰基挥发分和空气干燥基发热量确定煤粉燃烧是否处于稳定区。,低负荷稳燃原理,降低着火热：着火热包括用于加热煤粉和一次风所需的热量，以及使煤粉中水分蒸发与过热所需的热量,着火温度t 的影响 a 燃料性
11、质燃料中的可燃基挥发分越高，着火温度越低 当燃料中灰分和水分增大时，发热量降低，在炉内还蔓消耗部分热量用来水分蒸发、过热及灰分的加热，致使燃料消耗量增大，着火温度升高，会使着火热显著增大。 b 煤粉细度 煤粉细度对着火温度的影响比较复杂，对于煤粉云团，其小颗粒团的热容量小，能迅速加热到着火温度，所以t 会降低。 c 煤粉质量浓度 理论和实践均证明，着火温度是随着煤粉质量浓度提高而降低，当然煤粉质量浓度也不是越高越好，因为过高的煤粉质量浓度还涉及到煤粉输送、燃烬等方面的问题,低负荷稳燃技术,制粉系统方面的稳燃措施 a 加强燃煤的统筹调度和管理，尽量避免煤质的大幅度变化； b 根据煤质特性、磨煤机
12、型式、燃烧方式、炉膛结构和热负荷等因素，选择经济的煤粉细度； c 提高一次风粉混合物温度,炉膛设计方面的稳燃措施 a. 当燃用极难燃烧的劣质烟煤 、贫煤或无烟煤时.可考虑采用 W 炉或 U 型火焰炉。 切向燃烧锅炉中.对于较难着火的贫煤租 劣质烟煤、希望推迟 一 、二次风的混合.以保证在混合前一次风中的煤极有较好的着火条件 。为此.几个 一次风口相对集中在一起并靠近燃烧器区域下部一、二次风喷口上下边缘的间距较大约350mm. 此时二次风为分级选人的配风方式 当燃用较难燃烧的煤种时.常在燃烧器区的水冷壁上敷设耐火材料做成卫燃带.以提高煤粉着火区的温度。 采用合适的容积热负荷和断面热负荷,为什么低
13、负荷下稳燃变差,普通的直流燃烧器，一次风粉射流从一次风喷口射入炉膛后，只能靠从射流外侧卷吸炉内的高温烟气来提供着火供热，一次风粉混合物的火焰传播速度一般为1.56.0 m/s，而一次风粉输送速度却是2030m/s，因此在燃烧器喷嘴出口处稳定的着火只可能发生在一次风粉射流的边缘处 当锅炉负荷降低时，炉温下降，为了维持必要的煤粉混合物输送速度，一次风中的煤粉浓度将大为降低；对于切向燃烧锅炉来说，二次风速度也要降低，炉膛中火球的转动强度也逐渐减弱,如何强化低负荷稳燃,降低着火热 着火温度t 的影响 燃料性质 煤粉细度 煤粉质量浓度 一次风量和风速的影响 增加一次风量 着火热增加，着火过程推迟 风粉气
14、流初温的影响 提高一次风粉气流的初温 燃煤量的影响 浓淡煤粉燃烧器,如何强化低负荷稳燃,强化着火供热 建立稳定的高温热源 提高回流热烟气的“质”和“量”敷设卫燃带 一次风口集中布置、建立预燃室等办法提高回流烟气的温度水平,低负荷稳燃技术,制粉系统方面的稳燃措施 加强燃煤的统筹调度和管理，尽量避免煤质的大幅度变化； 根据煤质特性、磨煤机型式、燃烧方式、炉膛结构和热负荷等因素，选择经济的煤粉细度；,低负荷稳燃技术,炉膛设计方面的稳燃措施 当燃用极难燃烧的劣质烟煤、贫煤或无烟煤时，可考虑采用W 炉或U 型火焰炉 切向燃烧锅炉中对于较难着火的贫煤和劣质烟煤，希望推迟一、二次风的混舍，以保证在混合前一次
15、风中的煤粉有较好的着火条件 当燃用较难燃烧的煤种时，常在燃烧器区的水冷壁上敷设耐火材料做成卫燃带，以提高煤粉着火区的温度。 采用合适的容积热负荷和断面热负荷,低负荷稳燃技术,采用新型结构的煤粉燃烧器 直流燃烧器 旋流燃烧器,低负荷稳燃手段,氧量测量误差引起 氧量测点有明显的偏差，造成运行人员的判断失误 周界风过大降低火嘴处的温度，降低煤粉浓度 二次风的配风方式 低负荷时减少磨煤机投运台数，采用集中运行的方式运行，提高燃烧区域温度，改善煤粉着条件 合理安排上煤质量 合理安排吹灰 低负荷吹灰对燃烧扰动大,煤粉着火及其影响因素,煤粉浓度的影响 煤粉浓度约在0.50.7 kg/kg之间最易着火。 大同
16、混煤 =31m 大同混煤 =57 m 合山混煤=38 m,强化燃烧所采取的优化运行方式,协调方式下的总风量控制 锅炉的总风量是根据机组负荷(主蒸汽流量)与锅炉燃料量相乘，并经氧量修正产生。煤质变差后，在负荷不变的情况下，锅炉燃料量增加，送(总)风量也随之增加。总风量的大幅度增加造成炉内平均温度的下降，燃烧反应速度减缓，不利于锅炉的低负荷稳燃,强化燃烧所采取的优化运行方式,低负荷阶段。尽量减少制粉系统的运行套数 优化配风方式 保持合理的炉膛压差,在旋流燃烧器或直流燃烧器的出口处装一个扩锥，又叫稳焰器或钝体，利用煤粉气流流过它时，在它之后产生一个涡流区来增强煤粉与炉内高温烟气的对流换热量。 涡流区可以分成顺流区和回流区。由于回流区内的压力较低，可以将炉内的高温烟气吸入到回流区里来对一次风煤粉进行加热。,烟气回流稳燃原理,烟气回流稳燃原理,煤粉气流的初温是T0，T1是未燃气流和回流烟气混合后的温度，
