当然,用单一煤质指标来分析煤质对着火的影响是不够全面的.例如,褐煤的水分含量相当大,但因为挥发份也很高,很容易着火。这说明挥发分的影响超过了水分的影响。
煤粉细度也是一个重要因素。细煤粉中挥发分比粗煤粉容易析出,也容易加热,因而细煤粉容易着火,也容易燃尽。
3.锅炉低负荷运行时煤粉气流的着火
锅炉低负荷运行时煤粉的着火稳定性将变差。尤其是那些挥发分低或灰分高的煤,或颗粒度粗的煤粉,容易在低温烟气中逐渐扩散以至熄灭。这样不但着火变得困难,同时还容易形成大量不完全燃烧损失。锅炉负荷低至一定程度时,煤粉气流自点燃特性和燃烧稳定性变差,需要投入易燃的燃料(如投油),协助煤粉着火和稳定燃烧,否则容易灭火。目前,国内外都采用了新的燃烧技术,实现低负荷下不投油或少投油稳定燃烧。
五.低负荷稳燃技术
1.提高一次风气流中的煤粉浓度
提高一次风气流中的煤粉浓度,减少一次风量,可减少着火热;同时又提高了煤粉气流中挥发分的浓度,使火焰传播速度提高;再加上燃烧放热相对集中,使着火区保持高温状态。这三个条件集中在一起,强化了着火条件,使着火稳定性提高。
当然,煤粉浓度并不是越高越好。煤粉浓度过高时,由于着火区严重缺氧,而影响挥发分的充分燃烧,造成大量煤烟的产生,此时还因挥发分中的热量没有充分释放出来,影响颗粒温度的升高,延缓着火。或者因挥发分燃烧缺氧,使火焰不能正常传播,而引起着火不稳定。可见,存在一个有利于稳定着火的最佳煤粉浓度。
有利于着火的最佳煤粉浓度与煤种有关,挥发分大的烟煤,其最佳煤粉浓度低于挥发分小的贫煤。
2.提高煤粉气流初温
提高煤粉气流初温,可减少煤粉气流的着火热,并提高炉内温度水平,使着火提前。提高煤粉气流初温的直接办法是提高热风温度。
3.提高煤粉颗粒细度
煤粉的燃烧反应主要是在颗粒表面上进行的,煤粉颗粒越细,单位质量的煤粉表面积越大,火焰传播速度越快。燃烧速度就越高,火焰传播速度越快,燃烧放热速度越快,煤粉颗粒就越容易被加热,因而也越容易稳定燃烧。试验研究发现,煤粉燃尽时间与颗粒直径的平方成正比,当锅炉燃用煤质一定时,提高煤粉细度能显著提高煤粉气流着火的稳定性。不过煤粉颗粒细度受磨煤出力与磨煤电耗的限制,不可能任意提高。
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4.在难燃煤中加入易燃燃料
当锅炉负荷很低或煤质很差时,可投入助燃用雾化燃油或气体燃料,混入燃烧器出口的煤粉气流中,来改善煤粉的燃烧特性,维持着火的稳定性,有时为了节省燃油,也可混入挥发分较大的煤粉,以提高着火的稳定性。
第五节 新型煤粉燃烧技术
一.两级燃烧和MACT燃烧技术
两级燃烧是把燃烧所需要的空气量两段送入炉膛,第一级的空气量大约为80%左右,从燃烧器的下部送入;第二级的空气量大约为20%左右,从燃烧器的上部送入,两级喷口之间的距离为1.5~2米。采用两级燃烧方式,主要用于降低NOx的生成量。我国电站中已采用这种技术。
采用两级燃烧法,在燃烧中心区(第一段燃烧区)过量空气系数小于1 ,为缺氧燃烧。由于燃料不能完全燃烧,火焰温度比较低,因而温度型NOx 的生成量减少;同时,由于缺氧,燃料型NOx 的生成量也减少。当第二级空气送入后,因炉膛的冷却作用,火焰温度已降低。因此,在第二段燃烧区域中,虽然过量空气系数大于1,火焰中有剩余氧存在,但因温度低,燃料型和温度型NOx的生成量都大幅度降低。
采用两组级燃烧法,应保证第二级空气与燃尽区火焰的混合良好,否则将造成不完全燃烧;一次燃烧区内由于缺氧,形成还原性气氛,这将使灰熔点降低,不仅容易引起结渣,还会产生腐蚀;由于燃烧分段进行,火焰拉长,如果组织不好,焦炭难以燃尽,还会引起炉膛出口处的受热面结渣。这些问题应运行中引起注意。
日本三菱公司在PM型燃烧器的基础上,进一步发展了炉内三级燃烧的低NOx燃烧技术(MACT)。即在主燃烧器的上二次风OFA喷口上部设置一层附加空气AA,在主燃烧区生成的NOx到达OFA区时,由于缺氧又被还原成N2。据资料介绍,MACT燃烧技术可将NOx控制在60~150PPm内。
二. 宽调节比燃烧器
宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的主要性能是在低负荷下,不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变化时的燃烧调节范围比较宽。
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图 宽调节比燃烧器 在一次风入口部位连接一个弯头,作为煤粉浓缩器。一次风管内设置一块隔板,把一次风管分为上、下两部分。一次风喷口分为上、下两个可调角度的喷口。当煤粉气流通过弯头时,一次风管隔板上部的通道中形成浓煤粉气流,而在隔板下部的通道中形成淡煤粉气流,这两股煤粉气流径上,下两个喷口射入炉膛。
宽调节比燃烧器喷口结构特点是在喷口出口处装有扩流器。扩流锥可以增加一次风气流和回流烟气的接触面;三角形扩锥出口的翻边对增加高温烟气的回流作用很大。有的试验表明,这种燃烧器可在20%负荷下不投油稳定燃烧。
第七节 油燃烧器
油燃烧器除了用于燃油锅炉外,燃煤锅炉通常都装有油燃烧器。燃煤锅炉冷态启动时,炉温很低,直接投入煤粉不易着火,故首先投入油燃烧器,用于炉膛升温并保持稳定燃烧,经过几小时的加热,炉膛温度升高后,再投入煤粉。此外,在锅炉低负荷运行时,由于炉膛温度降低,煤粉着火不稳定,火焰发生脉动,这时也需要投入油燃烧器来稳定燃烧。
一.油燃烧的特点
电站锅炉燃用的油通常为重油,其燃烧特点是:首先用雾化喷嘴将重油雾化成很细小的雾状液滴群(即油雾),经过受热、蒸发,成为气态燃料。当气态燃油与空气混合并达到着火条件时,便开始着火。液体燃料的着火温度比其气化温度高得多,油滴在气化后才开始着火燃烧,所以液体燃料的燃烧实际上转变为均相燃烧。其着火与燃尽自然比煤粉容易得多。
为了提高燃烧效率,必须保证油的雾化质量,即雾化后的液滴应细而均匀,并使液滴气化后迅速而均匀地与空气混合,避免火焰根部缺氧产生碳黑。当然,也应尽可能实现低氧燃烧,以减少SO2向SO3的转换的机会,即减少SO3的转换率,降低烟气中硫酸蒸汽的浓度,减轻低温腐蚀。同时,也可减少NOx的生成量。
油燃烧器包括油喷嘴和调风器。油喷嘴的作用是把燃油雾化成细小的油雾群,并保持一定的雾化角与空气相交混合,油雾中心区形成回流区,卷吸热烟气,加热油雾。调风器的作
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用是组织油燃烧时的空气供给,并使空气与油雾充分混合。由于油雾燃烧时要求早期混合强烈,因此通常采用旋流叶片,使一次风产生强烈旋转,促进油雾与空气的混合。
二.油喷嘴
按照油的雾化方式,油喷嘴分为压力雾化式、蒸汽雾化式、空气雾化式等。 1.压力雾化式油喷嘴
将具有一定压力的燃油在油喷嘴内产生的高速旋转,从油喷嘴射出后,油膜被撕裂,形成雾状小液滴。
这种油喷嘴由雾化片、旋流片、分油嘴组成。压力油经分油嘴小孔汇合到一个环形槽中,均匀分配到旋流片的切向槽中,再进入旋流片中心的旋涡室,此时压力油便产生高速旋转,然后从雾化片的中心孔喷出后,在旋转力的作用下,克服了油的表面张力,被撕碎成细小的油滴,形成了具有一定雾化角的圆锥状油雾。
简单机械雾化油喷嘴的喷油量是油压来调节的。压力小,流量随着变小,但此时雾化质量差。但这种油喷嘴结构及调节比较简单,适用于点火用油燃烧器。
回油式机械雾化油喷嘴
回油式机械雾化油喷嘴的主要特点是在分流片上有回油孔。回油孔的作用是让一部分油在喷出油喷嘴前,从旋涡室返回回油管路,用以调节喷油量。分流片中心有回油孔的称为集中大孔回油喷嘴;分流片上有分散小回油孔的称为分散小孔回油喷嘴。
这种油喷嘴的调节特点是进油量可保持不变,只调节回油量就能改变喷油量,因而雾化质量不受喷油量变化的影响。
3.蒸汽雾化油喷嘴
蒸汽雾化油喷嘴它是利用高速蒸汽气流的喷射使燃油雾化,喷嘴头上有油孔、汽孔和混合孔,形成“Y”形喷嘴。油压一般为0.5~2.0MPa,汽压一般为0.6~1.0MPa。油与蒸汽在混合孔内相互撞击,形成乳化状态的汽混合物,再喷入炉内便雾化成细小油滴。为了使空气和油雾很好地混合,喷嘴头上装有多个油孔。为了减少汽耗量与便于控制,蒸汽压力保持不变,而用调节油压的办法来改变喷油量。
三.平流式调风器
锅炉燃油时同样也需要合理组织配风。这一任务由调风器来完成。油燃烧器的调风器型式很多,普遍使用的有平流式调风器和文丘里调风器以及旋流式调风器。
平流式调风器二次风平行于调风器的轴线流动,为了加强后期混合,风速很高,约有
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50~70米/秒。一次风通过固定式旋流叶片强烈旋转,以满足火焰根部油雾与空气的混合并产生中心回流区。既提供了着火热源,又防止产生碳黑。
文丘里调风器是平流式调风器的另一种型式,其特点是空气流经一个缩放形的文丘里管时,在喉部与调风器入口端产生了较大的静压差,因而可根据此静压差,比较精确地控制过量空气系数。在负荷变化时,这种调风器燃烧调节的适应性较强。
平流式调风器的结构简单,操作方便,能自动控制风量,较适合于大型电站锅炉。 四.评价炉膛结构的参数 1.炉膛结构着火稳定性参数
影响着火的因素很多,燃烧器配风方式、风温、风量、风速、煤粉细度、过量空气系数、炉内温度、尤其是煤质本身的着火性能等,从炉膛结构因素来看,主要有两个参数:
炉膛断面热强度qA
A式中: A---炉膛断面积,通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。 B—燃煤量。
-- 燃料的低位发热量(即受到基发热量) Qar.net断面热强度qA是影响燃烧器区域温度水平的主要特性参数。当锅炉容量和参数一定,qA值 过大,就表明炉膛周界过小,所能布置的水冷壁管子根数就少。在燃烧器区域,由于燃烧放热比较集中,如果没有足够的水冷壁吸收燃烧释放的热量,就会导致火焰温度很高,以至于当烟气中的灰渣靠近炉壁时,未能得到充分冷却,而引起结渣。但此时有利于稳定着火。相反,qA过小,则表明炉膛周界过大,能够布置的水冷壁管根数增加。这时有利于减轻结渣,减少污染物的生成量。但由于燃烧器区域的温度水平低,因而不利于稳定着火。因此,对于着火性能比较差,而灰熔点比较高的低反应煤,希望选择较大的qA值。对于灰熔点比较低,而着火性能比较好的煤,希望选择较小的qA值。我国100MW~300MW固态排渣煤粉炉的qA值一般在3~4.5 MW/m2范围内。
随着锅炉容量的增加,qA值相应增加。这是 因为当容量增加时, 炉膛断面积相对于单位蒸发量有减小的趋势。对国内锅炉的统计结果表明,qA值随锅炉容量的变化关系如图6-12。曲线1适用于燃用一般烟煤和敷设围燃带燃用无烟煤的锅炉。曲线2适用于燃用不结渣的烟煤、贫煤的锅炉。曲线3适用于燃用褐煤的锅炉。控制qA值,主要是为了取得适当的燃烧器区域的热强度。而影响燃烧器区域热强度的因素还有燃烧器区域的壁面热强度。
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