锅炉燃烧调整与运行优化

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1、锅炉燃烧调整与运行优化第三部分内容第一部分煤粉燃烧的基本理论第二部分锅炉运行特性第三部分锅炉运行参数的监督与调节第四部分锅炉燃烧调整煤的主要成分：炭、氢、氧、氮、硫、灰 分及水分。煤的元素分析：炭、氢、氧、氮、硫、灰 分及水分。煤的工业分析：灰分、水分、挥发分及固 定碳。煤成分分析基准：收到基、空气干燥基、 干燥基、干燥无灰基。动力用煤分类煤种Vdafx 100着火及燃烧情况无烟煤9-19较难着火及燃烧完全中挥发分烟煤19-30易着火及燃烧完全高挥发分烟煤130-40易着火及燃烧完全褐煤.40-50易着火及燃烧完全几个概念：1、发热量：单位质量煤完全燃烧时所放出的 热量，kJ/kg。分高位发热

2、量和低位发热量。2、标准煤：低位发热量为29270 kJ/kg的煤。3、折算成分：每送入锅炉4182 kJ/kg热量， 带入锅炉的水分、灰分及硫分。1 .煤粉燃烧的特点煤粒燃烧的四个阶段：预热干燥、挥发分析 出着火、燃烧及燃尽。煤粉燃烧的不同点：挥发分析出与碳燃烧 同时进行，（煤粉颗粒小30-lOOnm,炉膛内煤 粉升温速度可达500010000C ）;挥发分析出 过程几乎延续整个燃烧过程；挥发分的产量和 成分与常规测试数据不同；快速加热形成的焦 炭空隙结构与慢速加热存在较大差异。影响煤粉气流着火的因素煤粉气流迅速获得足够的热量，达到着火温 度是保证稳定着火的基本条件。不同煤种、不同 煤粉气流

3、条件，煤粉气流的着火温度不同，需要 的着火热亦不同。(0100 - q. 100 - Mar 。力=8- + Sr100100)A/ r*i M - M ,+ 8 - 2510 +c (T, -100) 2510 +c (T - 100loo qioo - m J q1 mJ根据研究和实测结果，煤粉气流着火热的,来源于卷吸高温烟气时的，来源于炉膛四壁及高温火焰的。煤粉获得了足够的热量并达到着火温度后就开始 着火燃烧。在实际燃烧设备中，希望煤粉离开燃 烧器喷口后适当位置能稳定地着火。如果着火过 早，可能使燃烧器喷口过热而被烧坏，也易使喷 口附近结渣；如果着火过迟，就会推迟整个燃烧 过程，致使煤粉

4、燃尽度差，增大机械未完全燃烧 热损失。而且着火推迟，还会使火焰中心上移。水分、挥发分、固定碳和灰分0对着火过程影响最 大的成分是军发方。增大时，着火热也随之增大。 同时由于一部分燃烧热消耗在加热水分并 使之汽化和过热上，也降低炉内烟气温度, 从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰 对煤粉气流的辐射热都相应降低，这对着 火是不利的。在燃烧过程中不但不能放出 热量，而且还要吸收热量。煤粉气流的着火也与有关，煤粉越010152025煤粉细度&o，%O,O.O.O05.4,3.Z 1细，着火就越容易。这是因为在同样的煤粉质量 浓度下，煤粉越细，进行燃烧反应的表面积就越 大，而煤粉本身的传热热阻却减小，因

5、而在加热 时，细煤粉的温升速度要比粗煤粉高。因此，煤 粉颗粒细，就可以加快化学反应速度，更快地达 到着火。一般总是细煤粉首先着火燃烧，因此， 对于难着火的低挥发分无烟煤，将煤粉磨得细些, 无疑会加速它的着火过程。3()4-28灰可燃物与煤粉细度关系曲线在燃烧器区域用辂矿砂等耐火涂料将 部分水冷壁遮盖起来，构成燃烧带（或称）。其目的是减少水冷壁的吸热量，提 高燃烧器区域，即着火区域的温度水平， 以改善煤粉气流的着火条件。实践表明， 敷设燃烧带是稳定低挥发分煤粉着火的有 效措施。但燃烧带区域往往又是结渣的发 源地。采用较高温度的预热空气作为一次 风来输送煤粉，即采用热风送粉的制粉 系统。由于提高了

6、煤粉气流的初温，着 火热，从而加快了着火。因此在燃用无烟煤时，广泛采用热 风送粉的制粉系统。一次风份额T 一着火热T 一过程推迟。一次风量一着火热一煤粉气流更快地 加热到着火温度。对于燃用无烟煤，贫煤并采用热风送粉 的制粉系统时，一次风率应在20% 25%范 围内。对于燃用无烟煤、贫煤并采用直流煤 粉燃烧器的固态排渣煤粉炉，一次风速的推 荐值为2025m/se影响煤粉气流着火快慢的燃烧器结构特 性，主要是指一、二次风混合的情况。此外，燃烧器尺寸也影响着火的稳定性, 如果燃烧器出口截面大，煤粉气流着火点离 喷口的距离较远，着火拉长。采用尺寸较小 的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的。 因为小尺

7、寸燃烧器既增加了煤粉气流着火的 表面积，同时也缩短了着火扩展到整个射流 截面所需要的时间。合理组织炉内空气动力场，加强高温烟气的 回流，强化煤粉气流的加热过程，是改变着火的有 效措施。锅炉负荷降低时，入炉燃料量相应减少，水 冷壁的吸热量虽然也减少一些，但减少的幅度却较 小，相对于每公斤燃料来说，水冷壁的吸热量相对 增加，致使炉膛平均烟温降低，燃烧器区域的烟温 也降低。通常在没有其他稳燃措施的条件下，固态 排渣煤粉炉只能在高于70 %额定负荷下运行。小结着火阶段是整个燃烧阶段的关键，要使燃 烧能在较短时间内完成，必须强化着火过程，即 要保证着火过程能够稳定而迅速地进行。组织强烈的烟气回流和燃烧器

8、出口附近煤 粉一次风气流与高温烟气的激烈混合，是保证供 给着火热量和稳定着火过程的首先条件；提高煤粉气流初温，采用适当的一次风量 和风速，是降低着火热的有效措施；减小煤粉细度和敷设燃烧带，则是燃用无 烟煤时稳定着火的常用方法。良好的燃烧过程就是在保证炉内不结 渣的前提下，燃烧速度快，燃烧完全，得 到最高的燃烧效率。足够而又适量的空气是燃料燃烧完全 的。一般煤粉炉运行时要控制炉膛出口过量空气系数a =1.151.25。 ex 过高、过低对锅炉燃烧效率和热效率都是 不利的。,不完全燃烧热损失必然增大；烟 囱冒黑烟；火焰不稳定；而且炭黑和碳粒将沾 污、堵塞对流烟道受热面和空气预热器。在一定范围内可使

9、机械不完全损 失降低，但却增大排烟热损失。如果再进一步 增大a ,不但会进一步增大排烟热损失，而且 使炉温下降，燃烧反应速度减慢，同时会提高 炉内烟气流速，缩短燃料在炉内的停留时间， 都将导致机械不完全损失的增大。因此，锅炉应在最佳a下运行。最佳a 一 般应通过燃烧调整试验确定。根据阿累尼乌斯定律k = kexp(-E/RT),燃烧 反应速度与温度成指数关系，炉温高，着火快，燃 烧过程迅速，燃烧效率高。但炉温过高会引起炉膛 水冷壁结渣和膜态沸腾。所以锅炉的炉温应控制 1000 2000之间。锅炉炉膛温度取决于燃料性质、预热空气温度、 炉膛容积热强度和炉膛断面热强度。炉膛容积和截 面热强度的大小

10、，意味着燃烧放热和水冷壁吸热比 例的大小。热强度大，通常炉温较高，尤其是炉膛 断面热强度，它反映了燃烧器区域的温度水平，对 着火和燃烧都有明显的影响。在一定炉温下，一定细度的煤粉要有 一定时间才能燃尽。煤粉在炉内的停留时 间，主要取决于炉膛容积和单位时间内炉 膛产生的烟气量，因此炉膛容积热强度 是一个可以反映煤粉在炉内停留时间的一 个重要参数。的大小与燃料及其所生产 的烟气在炉内停留时间T的倒数成正比。qv值 过大，表示燃料和烟气在炉内的停留时间过短， 燃料可能来不及完全燃烧就排出炉膛外面.值 过大，还意味着炉膛容积太小，炉内所能布置的 水冷壁受热面面积过少，烟气在炉膛出口处难以 冷却至一定的

11、炉膛出口烟温，会引起炉膛出口部 位或对流受热面结渣，因此，对于固态排渣煤粉 炉，qv值一般应为 100 175kW/m2。是炉膛的重要设计特 性，它不但反映了燃烧器区域的温度水平， 而且在心 一定时，也决定了炉膛的形状和火 焰的行程。Qf值的选取，与燃料性质、锅炉的排渣 方式、燃烧器型式和布置等因素有关。大容 量的固态排渣煤粉炉，Qf值一般为34.5MW / m2o煤粉燃烧是多相燃烧，燃烧反应主要 在煤粉表面进行，燃烧反应速度主要取决 于煤粉的燃烧反应速度及空气扩散到煤粉 表面的扩散速度，因此，要做到完全燃烧, 除保证足够高的炉温和供应合适的空气量 外，还必须使煤粉和空气能充分扰动、混 合，及

12、时将空气输送到煤粉燃烧表面去。向炉内输送燃料和空气； 组织燃料和空气及时、充分的混合；保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅 速、完全的燃尽。在煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量， 将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。 一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初 始着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。二次风在 煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发 分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。现代煤粉锅炉燃烧设备有由于单个直流燃烧器喷口的射流卷吸高 温烟气的能力有限，不足以使煤粉气流着火, 所以直流燃烧器都布置在炉膛四角，其出口 气流几何轴线共同切于炉膛中心的假想圆， 形成四角布置切圆燃烧方式

13、。在四角切圆燃烧方式中，四角燃烧器射 流间的相互作用，对炉内着火和燃烧过程有 重大影响2.四角射流着火后相交，互相点燃，使 煤粉着火稳定。切圆燃烧方式是以整个炉膛 作为整体组织燃烧，故燃烧器的工况与整个 炉膛的空气动力特性关系密切；由于四股射流在炉膛内相交后强烈旋 转，湍流的热质交换和动量交换十分强烈，四角切向射流有强烈的湍流扩散和良 好的炉内空气动力结构，烟气在炉内 充满程度好，炉内热负荷分布较均匀;切圆燃烧时，每角均由多个一、二次 风（或有三次风）喷嘴组成，负荷的调 节灵活，对煤种适应性强，控制和调 节的手段也较多；炉膛结构较简单，便于大容 量电站锅炉的布置；采用摆动式直流燃烧器时， 运行

14、中改变上下摆动角度，即可改 变炉膛出口烟温，达到调节汽温的 目的；便于实现分段送风，组织分 段燃烧，抑制了 NO*产生。a.分级配风；b.均等配风影响一次风煤粉气流偏斜的主要因素邻角气流的横向推力一次风射流的偏斜，首先是由于受到邻角气流 的横向推力作用，而邻角横向推力的大小，取决于 炉内气流的旋转强度，即与炉膛四角射流的旋转动 量矩有关，其中二次风射流的动量矩起主要作用。 二次风动量增加，中心旋转强度就增大，对四角气 流的横向推力也增大，致使一次风射流偏斜加剧。一次风射流本身具有的动量，或者说一次风射 流的刚性，是维持一次风射流不偏斜的内在因素。增加一次风动量或减小二次风动量，都会减 轻一次风

15、射流的偏斜，但对着火和燃烧不利。特 别是对于大容量的四角布置切圆燃烧煤粉炉，为 加强炉内气流的扰动和不使燃烧器高度过大，倾 向于随着燃烧器功率的增加，二次风速也适当增 大，但一次风速却受到着火条件限制，不能相应 地提高，这样，一、二次射流动量的差距也随之 增大，将使一次风射流的偏斜加剧。一次风射流的偏斜是不可避免的。但要采取 其他措施，例如在切圆直径、燃烧器布置和炉膛 截面尺寸等方面，控制一次风偏斜的程度，防止 气流的贴壁冲墙，避免炉内结渣。假想切圆直径假想切圆直径大小是影响一次风射流偏斜的原 因之一。假想切圆直径过大，射流偏斜程度加重， 贴壁冲墙，引起 。同时炉膛出口会存在较大的 引起该处烟

16、温和过热汽温偏差增大。但 较小的切圆直径会影响煤粉着火的稳定。较大的切 圆直径，可以使邻角火炬的高温烟气更易于到达下 角射流的根部，改善煤粉气流的；炉内气流的旋转动量矩也增大，使更强烈，有利于燃料后期燃尽；火焰在较好。因此，从防止结渣的角度，假想切圆直径小一 些好。但从着火和燃尽方面考虑，则希望大些。综 合这两方面影响，建议假想切圆直径在设计时以 600 12 00mm为宜 0-直流射流在炉内扩展过程中，将周围高温烟 气卷吸进来。对于狭长形的直流燃烧器射流，主要 是在射流的两侧卷吸高温烟气。如果射流补气条件 不同，射流两侧就会出现压差，此压差迫使射流偏 向压力低的一侧。四角布置直流燃烧器射流的

17、侧表 面较大，向火侧有上游邻角气流横扫过来，补气条 件充裕，而背火侧需从射流较远处回流烟气或由射 流上下两端来补气，补气条件较差。这就形成射流 外低内高的静压分布，显然，燃烧器喷口高度越大, 由射流上下方补充的烟气更不易到达燃烧器射流的 中部。因此，射流中部两侧压差比两端更大, 喷口中部气流的偏斜会更严重，燃烧器的 高宽比越大，气流偏斜的情况就越严重。为防止气流偏斜到贴壁冲墙，大容量 锅炉一般将每个角上的燃烧器沿高度方向 分组，每组的高宽比要小于46,各组之 间的间距不小于燃烧器喷口的宽度。该间 距相当于压力平衡孔，以减少两侧的压差, 减轻气流的偏斜。实际上一组直流燃烧器是由多个喷口组成 的，

18、各喷口之间都有一定的间距，因此，从射流 高度方向看，在各喷口出来的射流，在汇合以前, 气流是不连续的。各喷口之间的空隙也相当于压 力平衡孔，可使射流两侧因补气条件差异而造成 的压差减小。因此，当考虑燃烧器结构对气流偏 斜的影响时，除了燃烧器的高宽比外，还应考虑 燃烧器喷口的排列密度。所谓排列密度，就是一 组燃烧器中各喷口实际高度的总和与燃烧器外形 总高度的比值。显然，排列密度越小，即各喷口 间的间距较大，气流偏斜的程度就越轻。一次风喷口的高宽比，也是影响一次风射流偏 斜的原因之一。当它的高宽比增大时，由于上述 同样原因，射流两侧的补气条件相差很大，将加 剧一次风射流的偏斜。四角布置直流燃烧器的

19、炉膛，其截面应设计 成正方形或接近正方形的矩形，炉膛宽度与炉膛 深度的比值应在101.2,这样因燃烧器几何轴 线与相邻两炉墙夹角不等而造成补气条件的差异 不会很大，气流偏斜程度较轻。若两者的比值大 于L 2l射流两侧的补气条件就会显著不同。强化煤粉气流着火的措施：增加烟气回 流；提高一次风煤粉浓度。降低鲁火热；”I着火温度降低；提高煤粉的化学反应速度；缩短着火距离；降低NO*的生成量。煤粉浓度并非越高越好，存在最佳值。最佳值与煤种1 有关。.一 煤种0. 51. 01. 52. 02. 53. 04. 05. 0烟煤无烟煤1. 662. 15煤种煤粉浓度着火温度1. 161. 440. 991

20、. 210. 910. 860. 830. 790. 76. 091. 020. 970. 940. 92无烟煤0. 5151200800107300. 43烟煤354037053251.00.5煤粉浓度，kg/kgEE挺研*w图3-22煤粉浓度与着火距离的关系图4-3煤粉浓度对君火的影响1永安无烟煤；2峰峰贫煤；3安源煤；”-大同烟煤，5松林河褐煤浓缩技术： 弯头浓缩 百叶窗浓缩富粉优(b)图3-23利用转弯使煤粉分离浓缩的高浓度煤粉燃烧器 （a）原理图；（b）结构图1-喷舞头部；2密封片；3-垂直肋片，4一喷嘴管；5人口弯头 （煤粉管道面积4）; 6反射挡块；7水平肋片（新结构）匐粉流匚口匚uku匚匚匚-一 y匚匚匚尸气kL匚匚匚)空/ 7 、匚一JU仁匚煤粉空气泡合物、匚匚心匚匚 一百叶窗式煤粉浓缩 燃烧器的原理图锅炉运行工况：锅炉运行条件的集合称为运行工 况（简称工况）。锅炉运行任何工况的变动都会引起 锅炉参数和运行指标的相应变化，其变化的方向和 大小取决于锅炉的运行特性。锅炉运行特性：包括静态和动态特性。锅炉运行静态特性：锅炉在某一稳定工况下，各状 态参数具有确定的数值，从一个稳定工况变到另一 个稳定工况，这些数值也随之变化为另一些稳定的 值。各参数与锅炉工况的对应关系称为静态特性。-