各种因素对煤粉炉燃烧的影响

各种因素对煤粉炉燃烧的影响现在煤粉锅炉在热力发电厂中应用广泛，而影响煤粉炉燃烧的原因多种多样，下面就从燃料、燃烧器、炉膛、锅

各种因素对煤粉炉燃烧的影响

现在煤粉锅炉在热力发电厂中应用广泛，而影响煤粉炉燃烧的原因多种多样，下面就从燃料、燃烧器、炉膛、锅炉运行各方面浅谈一下。

一、 燃料：

（一） 燃料品质：

1、挥发分：挥发分是煤粉在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。煤中挥发分含量对煤粉气流着火过程影响很大，煤粉气流着火温度比对应的煤的高。干燥无灰基挥发分越高的煤，着火温度越低，火焰传播速度也越快。因此挥发分含量高的煤不仅容易着火，而且着火稳定性也越好。煤中除了挥发分和水分剩余的部分就是焦炭，包括固碳和灰分。煤粉燃烧的过程为：水分先析出，绝大部分挥发分析出，挥发分着火，引燃焦炭和剩余的挥发份。所以挥发分的燃烧对焦炭起加热作用，从而为焦炭的燃烧创造有利条件，一般而言，挥发分越高的煤越容易燃尽，q4（固体未完全燃烧热损失）少。随着煤的碳化程度不同，挥发分的析出温度也不同，挥发分的成分及含量也不同。挥发分的着火点低，容易燃烧。挥发分高的煤火焰传播速度也越快，火焰也越长，因此一般情况气体燃料和液体燃料比固体燃料的火焰传播速度大。大部分挥发分的着火以及燃尽时间很短，约占整个燃烧时间的百分之十。对于多相燃烧，反应速度取决于燃料附近氧化剂的浓度和固相物质的表面积。

2、水分：煤粉在加热的过程中首先析出的是水分，水分分为外部水分和内部水分。水分的增加会影响发热量，从而使炉内温度降低影响燃料着火，增加排烟热损失，加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。水分的增加影响着火热。水分多时加热煤粉气流的一部分热用于水分的蒸发和过热，使着火热增加，推迟着火。但是煤粉内的水分蒸发后可使煤粉颗粒的表面积增大，从而 提高着火能力和燃烧速度。火电厂中大容量锅炉为防止尾部受热面低温腐蚀，尾部烟气的温度都很高，烟气中的水蒸气常压下不会凝结，汽化潜热未能被利用，使锅炉效率有所降低。水分还会影响火焰的传播速度，水分含量大时，火焰的传播速度变低。

3、灰分：焦炭中不能燃烧的部分就是灰分。它可以使单位燃料的发热量降低，还影响燃料的着火和燃尽，也会造成锅炉受热面积灰，结渣，磨损。灰分含量增大时，没分的发热量就会降低，燃煤量增加，灰分覆盖在可燃物上减少与氧气的接触面积使着火比较困难，着火稳定性差，着火温度高，影响火焰传播速度。还会是燃烧不完全，增加固体未完全燃烧热损失。灰分还会形成灰渣附着在水冷壁面，过热器，再热器，省煤器，空气预热器上，增大热阻减少传热，浪费能量。

4、发热量：煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。分为高位发热量和低位发热量。当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸气凝结发出的汽化潜热时，称为高位发热量。当不包括水蒸气凝结产生的汽化潜热时，称为低位发热量。现在大型锅炉的尾气温度一般大于120度，尾气中的水蒸气不会凝结，因此我国采用低位发热量。高位发热量可由氧弹式热量计测量。发热量大可以使煤的分解速度加快，迅速释放出挥发分，有利于达到着火热迅速达到着火温度，并且稳定的燃烧。

5、焦炭：煤失去水分和挥发分后剩余的就是焦炭，焦炭燃烧后的温度高，可以迅速提高炉膛温度。煤粉细度煤粉越细，其中的挥发分容易析出出来，可以迅速燃烧，也容易着尽，减少固体未完全燃烧损失，还会提高火焰传播速度。

6、煤粉分布：在炉膛内煤粉分布越均匀越容易燃烧。

（二） 燃料种类：

根据干燥无灰基中挥发分的不同，把煤分为褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤。

1、褐煤：挥发分含量高一般大于37，容易着火，但是他的灰分和水分也较高，发热量较低，灰熔点较低，容易自燃。

2、烟煤：具有中等的煤化程度，挥发分也较高，水分和灰分较低，容易着火和着尽，发热量较高。

3、贫煤：挥发分高于无烟煤，着火燃尽特性也高于无烟煤，但燃烧特性较差。

4、无烟煤：含碳量高，杂质少发热量高，挥发份含量较低，难以点燃，燃烧特性差，火焰短，难燃尽。

5、混煤：混煤是指的两种或多种不同种类的煤混合在一起。它的着火温度不是取决于平均挥发份的含量，而是偏高于相同挥发分的单一煤种。当混煤中的低热值或低反映能力的煤含量大时会造成频繁灭火。当燃烧性能相差很大的煤混合时，不但对燃烧性能影响很大，而且会影响燃烧效率。

二、燃烧器：

（一） 一次风：将煤粉送入炉膛，并供给煤粉燃烧阶段挥发分燃烧所需的空气。

1、一次风量：当煤质一定时，一次风量影响煤粉气流的着火速度和稳定性， 一次风量越大，煤粉气流被加热到着火所需的热量就越多，着火速度越慢，着火推迟导致火焰在炉膛内的总行程缩短，使得有效燃烧时间缩短，导致燃烧不完全，效率低。一次风要保证挥发分燃烧所需的氧量，又要满足输送煤粉的需要。一次风量占总风量的比值称为一次风率。随着煤粉中挥发分含量的增加，一次风率也增加。

2、一次风速：一次风速不但决定着燃烧的稳定性，还影响着一次风的刚度。一次风速过高会推迟着火，引起燃烧不稳定。当一次风速大于火焰传播速度时，会吹灭火焰或者引起“脱火”。一次风速过小时，会影响燃烧的稳定性，还会容易结渣。

3、一次风温：提高一次风温可以降低着火热，是着火位置前提，还能使煤再低负荷的情况下稳定燃烧。提高一次风温也是提高煤粉着火速度和着火稳定性的措施。可以提高燃烧效率，节省能源。一次风温过低会导致炉膛出口温度过高引起过热器再热器温度太高。但是也不是一次风温越高越好，因为当输送挥发分高的煤粉时，一次风温过高容易在输送管道中引起自然或爆炸。

（二） 二次风：二次风实在煤粉气流燃烧后混入，供给煤中焦炭和剩余挥发燃烧所需的氧量。

1、二次风量：二次风量过多会降低炉膛火焰的温度；二次风量过少则会是燃烧不完全，固体不完全燃烧损失增多，浪费能源。

2、二次风速：二次风必须有穿透火焰的能力，因为高温火焰的粘度很大，因此二次风速应该很大，一般为一次风速的二倍多，以增强与焦炭粒子的充分混合。

3、二次风温：二次风温越高越能强化燃烧，增强燃烧的稳定性，但是二次风温受到尾部空气预热器面积的限制，传热面积越大金属消耗越多，投资越多，而且不便布置。

（三） 三次风：在中间仓储式制粉系统中，细分分离器将细煤粉与输送煤粉的空气分离后形成乏汽。乏汽中带有部分煤粉，送入炉膛形成三次风。三次风风温低，水分大，煤粉细。三次风对燃烧有明显的不利影响:（1）使火焰温度降低，燃烧不稳定；（2）火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热器再热器温度升高，气温调节幅度增大；（3）三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加；（4）三次风量较大时，风速也增大，扰乱炉内正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。

（四）周界风：分布在一次风喷口外缘，有以下作用：（1）冷却一次风喷口，防止喷口变形；（2）直流煤粉着火是从外缘开始，火焰外缘容易缺氧，起到补氧的作用，周界风量少时有利于稳定燃烧，周界风量大时相当于二次风过早的混入，不利于燃烧；（3）周界风的速度比煤粉气流的速度高，能增加一次风的刚度，防止气流偏斜，有利于煤粉完全燃烧；（4）周界风有利于卷吸高温烟气，有利于一次风二次风的混合，对于煤质差的煤应该减少周界风。

（五）夹心风：（1）补充火焰中心的氧气，降低着火区的温度；（2）高速的夹心风增强一次风的强度，防止气流偏斜，有利于燃烧充分；（3）使煤粉气流扩散减少，对防止结渣有一定的作用；（4）可以作为变煤种，变负荷燃烧的调节手段之一。

（六）配风方式：配风方式影响燃烧的稳定性和燃烧效率，还关系到结渣，火焰中心高度的变化，出口温度的控制。主要有均等配风和一次风集中布置的分级燃烧。均等配风适用于含挥发分高容易燃烧的煤，一次风二次风喷口交叉排列，间距较小，一次风中煤粉燃烧后，能够及时充分均匀的和二次风混合，不会使火焰根部因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。一次风集中布置的燃烧器适用于挥发分含量低不容易燃烧的煤。几个一次集中布置，远离二次风口，先让煤粉着火，待着火稳定后再与二次风混合，保证燃烧的稳定性。一次风集中布置保持比较高的煤粉浓度，减少着火热，燃烧放热比较集中，使着火区保持较高的温度，有利于燃烧。煤粉气流刚度增强，不偏斜贴墙，不易结渣。煤粉卷吸能力增强。但是一次风喷嘴附近形成高温区，喷嘴易变性，使喷嘴附近气流速度分布不均匀，容易出现煤粉与空气的分层。此时为了冷却一次风喷嘴，可以加装周界风或夹心风。

（七）燃烧器的结构形式：分为直流式和旋流式。

1、四角切圆直流式燃烧器，四个燃烧器对称的分布在炉膛同一个平面的四个角上，它们射出的气流相切同一个或者两个圆，增加扰动，增强燃烧。于卷吸作用高温烟气中的热量源源不断的传给煤粉气流，使之燃烧，首先从气流的外缘开始着火，然后火焰迅速的向气流的内部传播，并达到稳定的状态。四股气流具有“自点燃”的作用，即煤粉气流向火的一侧受到上流火焰的直接撞击而被点燃，背火的一侧也卷吸炉墙处的烟气。

四角切圆燃烧器容易引起气流偏斜，使火焰贴墙，容易结渣，还造成燃烧的不稳定。引起切圆的因素有：（1）邻角气流的撞击；（2）受到两侧补气的影响，形成气压差，向火的一侧补气充足，背火的一侧补气不足，迫使火焰向背火侧偏斜，贴墙结渣；（3）燃烧器高宽比对弯曲变形影响较大；（4）当燃烧器多层布置时，受到其它层的影响。

切圆直径：切圆直径过大上游火焰向下游的火焰根部靠近，着火条件较好，炉内气流旋转强烈，有利于燃尽，但是火焰贴墙容易结渣，火焰靠近喷口容易烧坏喷嘴，引起较大热偏差，使炉膛出口温度增大。切圆直径过小会引起对角对角气流的撞击，火焰推迟，“自点燃”作用减弱，燃烧不稳定不充分，调节困难，炉膛出口烟温过高。

2、旋流燃烧器：旋流燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种形式的旋流发生器，煤粉通过旋流器时，发生旋转从喷口喷出形成旋转射流，能够形成有利于着火的高温烟气回流区，有利于着火。旋转气流有轴向速度和切向速度，旋转气流的强度主要表现在旋转强度。

3、旋流燃烧器一般布置在炉膛的后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分割风箱供风。煤粉气流经过旋流器后形成旋转气流，射出喷口后在气流中心形成回流区，叫做内回流区，卷吸炉内高温烟气加热煤粉，并燃烧，火焰由内边缘向外传播，在旋转气流的外边缘形成外回流区，也卷吸高温空气和烟气。着火气流与外围送入的二次风也形成旋转气流，混合强烈。按照旋流器的结构可分为蜗壳式，可动叶轮式，可动叶片式。

（八）单只燃烧器的功率：目前锅炉趋向于采用多只小功率燃烧器共同组合。因为这样可以提高调解的灵活性，避免水冷壁及燃烧器喷口结渣。采用大功率燃烧器有以下缺点：（1）炉膛受热面局部温度过高，易于结渣；（2）易于引起水冷壁传热恶化和直流锅炉的水动力多值性；（3）切换或启停燃烧器对炉内火焰的稳定性影响太大；（4）一二次风气流太厚，不利于风粉混合；（5）燃烧调节不灵敏；（6）切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温影响较大，影响过热器的安全性和汽温调节。

三、炉膛：炉膛截面热负荷QA：单位时间内单位炉膛截面上燃料燃烧放出的热量。锅炉容量增加时QA增加燃烧器区域壁面热负荷QR：单位时间内燃烧器区域内的单位炉壁面积上燃料燃烧放出的热量。QR值越大说明火焰越集中.炉膛容积热负荷QV：单位时间内单位炉膛容积内燃料燃烧放出的热量。取决于燃料的燃尽情况。当容量增大时QV呈下降趋势。燃料在炉内的停留时间。炉膛中要维持微负压，对锅炉经济运行作用很大，而且对运行调节十分有利。炉膛的形状对燃烧有很大影响，要保持较好的充满度，增加燃料在炉膛中的运动时间这样可以时燃烧更完全，提高效率。

四、运行：

（一）锅炉的负荷，一般情况下，锅炉不是在额定功率下运行的。

锅炉低负荷运行时，炉内的温度不高，煤粉的着火稳定性差，对于挥发分较低的煤以及颗粒较大的煤，容易在低温烟气中熄灭，这样不但造成着火困难还会增加固体不完全热损失。当低到一定程度时，需要投入易于燃烧的燃料，提高煤粉燃烧的稳定性。锅炉在高负荷运行的情况下对煤粉的着火以及燃尽有利，但是会使炉内温度很高，易于结渣，使换热减少，烟气温度变高，效率也降低。

（二）调节方式：在锅炉运行过程中调节功率会改变炉内燃料燃烧的稳定性，造成传热的不稳定。经常频繁的调节还会使炉内部件的寿命减少。