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摘要：目前国内现有的 125 MW 级煤粉炉机组均有较长的运行年限，机组运行效率普遍较低；文章以控制煤粉炉着火稳定性为主题展开阐述，分析了煤粉气流的着火燃烧过程，对影响煤粉气流的着火方式及其影响因素进行了相关的技术分析。提出了保证锅炉安全稳定运行的相关措施。
关键词：N125MW煤粉炉；着火；稳定性
Abstract: at present, the domestic existing 125 MW coal stove unit level all have a long run fixed number of year, the unit operation efficiency is generally low; The article to control the pulverized coal stove fire stability for paper topics, analyzes the burning of pulverized coal and air flow process, the influence of pulverized coal and air flow on fire and its influence factors of the way the related technical analysis. Put forward to ensure the safe and stable operation of the relevant measures.
Key words: N125MW pulverized coal stove. On fire; stability
中图分类号：V231 文献标识码：A 文章编号
1煤粉气流的着火方式
在煤粉燃烧过程中，煤粉着火有三种来源，第一是煤粉在一次风管内接受热风的预热，第二是气流卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热，第三是炉内高温火焰辐射换热，其中煤粉的着火主要依靠对流换热，使混合物达到着火温度。因此，在燃烧器出口处，影响煤粉气流与高温烟气热质交换的空气动力学特性对煤粉气流的着火方式有较大影响。对于我厂N125MW直流燃烧器来说，燃烧器出口射出一次风混合物从四周卷吸的高温烟气量和二次风喷口与一次风喷口的相对位置对着火有很大的影响。
2影响煤粉气流着火的因素及分析
2.1一次风量和风速
增加了一次风量，就增加了将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量，因而在其它条件不变情况下，将使着火区离喷口的距离加大，化学反应析出的热量减少，将使着火推迟。如果增加了一次风速，则意味着单位时间内流经着火区的空气混合物容量增大，亦即热容量增大，当加热速度不变时，煤粉气流的着火将推迟，着火区要更远一点。现在我厂燃烧的煤质差，因此一次风速应适当小些。
2.2煤粉细度
煤粉愈细，则在其同样的重量浓度下其总的作用表面积愈大，在加热时其温升较快，挥发物的析出和着火也较快，煤粉气流的着火随着化学反应速度的增快，更有利于着火。我厂根据煤质和负荷，及时调整煤粉细度来保证燃烧的稳定性。
2.3燃料性质
当原煤水分增加时，由于水分不能燃烧，可燃物质相对变少，发热量降低，因此煤粉在燃烧时，由于水分蒸发还要吸收一部分热量，会使燃烧温度下降，使煤的有效热能降低，因而水分多将直接影响炉内煤粉着火和燃烧的稳定性。燃料中的挥发分含量是判别燃料性能的首要指标，挥发分含量高的煤，很容易着火燃烧，挥发分析出后，燃料会变得比较松散，孔隙较多，增加了燃料的燃烧面积，加速了燃烧过程。燃料中的挥发分愈低时，着火温度愈高。燃料中灰分在燃烧中不但不发热而且还要吸收一部分热量，因此在燃用高灰分的劣质煤时，由于燃料本身的发热量不大，而大量灰分还要吸热，因而使炉膛烟气温度降低，使着火的稳定性下降。
2.4一次风量和最小烟气卷吸量
为了使煤粉气流能稳定着火，必须在着火区建立有利的热力工况，这一热力工况与一次风量和烟气卷吸量有密切关系。增加卷吸烟气的温度，也能增加着火的稳定性。对于N125MW直流燃烧器来说，煤粉空气混合物射流卷吸的高温烟气是挥发物和大量碳粒燃烧后形成的。着火过程的稳定性不但取决于所需的最小烟气卷吸量，而且取决于燃烧器射流实际能产生的最小的烟气卷吸量，要着火过程稳定，必须使实际产生的烟气卷吸量大于或等于需要的烟气卷吸量。
2.5二次风分级引入的原理
如果二次风能正确引入，将既使卷吸的烟气对煤粉气流的加热达到最大的效果，又能对燃烧过程及时地补充氧气，使氧气足够，使燃烧过程的发展不受妨碍。从而使火距长度变短，使燃烧时间最少。因此二次风正确引入对煤粉气流的着火和燃烧起着很重要的作用。对于我厂N125MW直流燃烧器二次风引入应遵循以下两个原则:第一，二次风要分批送入。第二，二次风每批不易过多，否则会使煤粉气流的温度下降太多，使燃烧中止，应保证二次风加入后煤粉气流的温度不低于着火温度，以便燃烧过程继续进行。
2.6直流燃烧器投停方式和出口风速及风率的调节
直流燃烧器的投停方式也影响煤粉着火的稳定性，当负荷发生变动时，尤其当锅炉由于调峰需要负荷变动较大时，投停燃烧器时注意其燃烧的稳定性，要保证下层四只直流燃烧器煤粉量的稳定，尽量对称投停燃烧器，保证四角切圆燃烧，从而保证燃烧的稳定性。保持适当的喷燃器出口一、二、三次风的出口速度和风率(风量的百分率)是建立正常的炉内空气动力场和稳定燃烧的必要条件，一次风速过高会推迟着火时间，过低则会烧坏喷燃器出口管，并可能造成一次风管内煤粉沉积以致堵塞管道；二次风速过高或过低都可能破坏气流与燃料的正常混合、搅拌，从而降低燃烧的稳定性和经济性。
3提高着火稳定性和低负荷燃烧不投油的控制措施
3.1适当减少一次风量
空气量过大，炉膛温度要下降，对着火和燃燒不利，空气量过小则燃烧不完全；因此，保持适当的空气量是很重要的，从燃烧角度来看，应保持最佳的过量空气系数。在煤粉燃烧时，首先着火的是挥发分和空气所形成的可燃混合物，为了使可燃混合物的着火条件最有利，必须保证适当的氧气浓度，因此，对挥发分多的煤粉，一次风率可大一些；而对挥发分少的无烟煤和贫煤，一次风率应小些；一般来说，当着火区域的化学反应条件改善时，一次风量均应增加，这时一次风量不应限制化学反应过程的发展。这在我们厂125MW机组高低负荷时得到了广泛的应用，在实际应用方面，主要是根据负荷控制一次风总压，如表1。当负荷降到额定负荷的60~70 %(75~85 MW)时通过有意识的对风量的调整，对挥发分低的劣质煤在低负荷时不投油起到了很好的稳定效果，这样既保证了锅炉的安全稳定燃烧，又使锅炉的经济性得到了提高，节约了燃油，这为保证锅炉的稳定着火在实际控制方面提供了一个有力的措施。
表1负荷与一次风总压及氧量的关系表
3.2采用送风机热风送粉以及将一次风粉喷口集中布置
采用送风机热风送粉，以提高热风温度，有助于提高炉内温度水平，加速煤粉的着火和燃烧。对于四角布置的直流喷燃器，将一次风粉喷口集中布置以提高着火区内煤粉浓度，减少着火区的过剩空气系数，有利于提高着火区的温度，从而保证煤粉燃烧时着火的稳定。
3.3二次风分别引入
对于直流燃烧器，应使二次风喷口与一次风喷口的间距适当大些，而且还应该注意他们之间的倾角。总之，不应让二次风过早和过多地渗入到一次风粉气流中，二次风混入一次风的时间要合适。如果在着火前就混入，等于增加了一次风量，使着火延迟；如果二次风过迟混入，又会使着火后的燃烧缺氧；如果二次风在一个部位同时全部混入，由于二次风温大大低于火焰温度，会降低火焰温度，使燃烧速度减慢，甚至造成灭火。二次风的合理引入以及二次风量的大小，根据负荷主要表现在氧量的控制上，如表1，在运行中有意识的调整二次风，使二次风的混入应依据燃料性质按燃烧区域的需要适时送入，做到使燃烧不缺氧，又不会降低火焰温度，保证氧量在规定的范围内，保证着火稳定和燃烧完全。这在我们厂实际应用方面起到了很好的效果，特别是在低负荷不投油的情况下，能保证锅炉燃烧的稳定。
3.4选择适当的气流速度
选择适当的气流速度，降低一次风速可使煤粉气流在离开不远处开始着火，对燃烧有利，但此速度必须保证煤粉气流和热烟气强烈混合。另外，当气流速度太低时，燃烧中心过分接近喷口，将使燃烧器烧坏；二次风速一般均应大于一次风速，二次风速比较高，才能使空气与煤粉充分混合，根据煤种和负荷的不同，选择合適的一二次风速，如表2，能保证煤粉的稳定着火和完全燃烧。
表2煤种与风速及煤粉细度的关系表
3.5选择适当的煤粉细度
煤粉越细，总表面积越大，挥发分析出就越快，这对于着火的提前和稳定是有利的，煤粉越细，燃烧越完全；另外，煤粉的均匀性对燃烧也有影响，均匀性差，煤粉中的颗粒就比较多，燃烧的完全程度就会降低；因此，燃烧无烟煤或贫煤时，应该用较细较均匀的煤粉，至于烟煤和褐煤，因其着火并不困难，煤粉可粗些。我们厂在运行中根据不同的煤种，通过调整粗粉分离器挡板和加装钢球量来调整煤粉细度，如表2。从而来保证煤粉的稳定着火。
4结束语
从以上分析可知，对于N125MW直流燃烧器控制煤粉着火稳定性应从一次风量、二次风的引入、煤粉细度等多种情况考虑。在实际中应用中，通过对一、二次风量、煤粉细度、气流速度调整；采用热风送粉及将一次风喷口集中布置的方法，从而保证了煤粉的稳定着火。
参考文献:
[1]张永涛.锅炉设备及系统[M].中国电力出版社，1994.
[2]山西省电力工业局.锅炉设备运行技术[M].水利电力出版社，1992.
[3]姚文达.锅炉燃烧设备[M].中国电力出版社，2000.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：N125MW煤粉炉；着火；稳定性
Abstract: at present, the domestic existing 125 MW coal stove unit level all have a long run fixed number of year, the unit operation efficiency is generally low; The article to control the pulverized coal stove fire stability for paper topics, analyzes the burning of pulverized coal and air flow process, the influence of pulverized coal and air flow on fire and its influence factors of the way the related technical analysis. Put forward to ensure the safe and stable operation of the relevant measures.
Key words: N125MW pulverized coal stove. On fire; stability
中图分类号：V231 文献标识码：A 文章编号
1煤粉气流的着火方式
在煤粉燃烧过程中，煤粉着火有三种来源，第一是煤粉在一次风管内接受热风的预热，第二是气流卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热，第三是炉内高温火焰辐射换热，其中煤粉的着火主要依靠对流换热，使混合物达到着火温度。因此，在燃烧器出口处，影响煤粉气流与高温烟气热质交换的空气动力学特性对煤粉气流的着火方式有较大影响。对于我厂N125MW直流燃烧器来说，燃烧器出口射出一次风混合物从四周卷吸的高温烟气量和二次风喷口与一次风喷口的相对位置对着火有很大的影响。
2影响煤粉气流着火的因素及分析
2.1一次风量和风速
增加了一次风量，就增加了将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量，因而在其它条件不变情况下，将使着火区离喷口的距离加大，化学反应析出的热量减少，将使着火推迟。如果增加了一次风速，则意味着单位时间内流经着火区的空气混合物容量增大，亦即热容量增大，当加热速度不变时，煤粉气流的着火将推迟，着火区要更远一点。现在我厂燃烧的煤质差，因此一次风速应适当小些。
2.2煤粉细度
煤粉愈细，则在其同样的重量浓度下其总的作用表面积愈大，在加热时其温升较快，挥发物的析出和着火也较快，煤粉气流的着火随着化学反应速度的增快，更有利于着火。我厂根据煤质和负荷，及时调整煤粉细度来保证燃烧的稳定性。
2.3燃料性质
当原煤水分增加时，由于水分不能燃烧，可燃物质相对变少，发热量降低，因此煤粉在燃烧时，由于水分蒸发还要吸收一部分热量，会使燃烧温度下降，使煤的有效热能降低，因而水分多将直接影响炉内煤粉着火和燃烧的稳定性。燃料中的挥发分含量是判别燃料性能的首要指标，挥发分含量高的煤，很容易着火燃烧，挥发分析出后，燃料会变得比较松散，孔隙较多，增加了燃料的燃烧面积，加速了燃烧过程。燃料中的挥发分愈低时，着火温度愈高。燃料中灰分在燃烧中不但不发热而且还要吸收一部分热量，因此在燃用高灰分的劣质煤时，由于燃料本身的发热量不大，而大量灰分还要吸热，因而使炉膛烟气温度降低，使着火的稳定性下降。
2.4一次风量和最小烟气卷吸量
为了使煤粉气流能稳定着火，必须在着火区建立有利的热力工况，这一热力工况与一次风量和烟气卷吸量有密切关系。增加卷吸烟气的温度，也能增加着火的稳定性。对于N125MW直流燃烧器来说，煤粉空气混合物射流卷吸的高温烟气是挥发物和大量碳粒燃烧后形成的。着火过程的稳定性不但取决于所需的最小烟气卷吸量，而且取决于燃烧器射流实际能产生的最小的烟气卷吸量，要着火过程稳定，必须使实际产生的烟气卷吸量大于或等于需要的烟气卷吸量。
2.5二次风分级引入的原理
如果二次风能正确引入，将既使卷吸的烟气对煤粉气流的加热达到最大的效果，又能对燃烧过程及时地补充氧气，使氧气足够，使燃烧过程的发展不受妨碍。从而使火距长度变短，使燃烧时间最少。因此二次风正确引入对煤粉气流的着火和燃烧起着很重要的作用。对于我厂N125MW直流燃烧器二次风引入应遵循以下两个原则:第一，二次风要分批送入。第二，二次风每批不易过多，否则会使煤粉气流的温度下降太多，使燃烧中止，应保证二次风加入后煤粉气流的温度不低于着火温度，以便燃烧过程继续进行。
2.6直流燃烧器投停方式和出口风速及风率的调节
直流燃烧器的投停方式也影响煤粉着火的稳定性，当负荷发生变动时，尤其当锅炉由于调峰需要负荷变动较大时，投停燃烧器时注意其燃烧的稳定性，要保证下层四只直流燃烧器煤粉量的稳定，尽量对称投停燃烧器，保证四角切圆燃烧，从而保证燃烧的稳定性。保持适当的喷燃器出口一、二、三次风的出口速度和风率(风量的百分率)是建立正常的炉内空气动力场和稳定燃烧的必要条件，一次风速过高会推迟着火时间，过低则会烧坏喷燃器出口管，并可能造成一次风管内煤粉沉积以致堵塞管道；二次风速过高或过低都可能破坏气流与燃料的正常混合、搅拌，从而降低燃烧的稳定性和经济性。
3提高着火稳定性和低负荷燃烧不投油的控制措施
3.1适当减少一次风量
空气量过大，炉膛温度要下降，对着火和燃燒不利，空气量过小则燃烧不完全；因此，保持适当的空气量是很重要的，从燃烧角度来看，应保持最佳的过量空气系数。在煤粉燃烧时，首先着火的是挥发分和空气所形成的可燃混合物，为了使可燃混合物的着火条件最有利，必须保证适当的氧气浓度，因此，对挥发分多的煤粉，一次风率可大一些；而对挥发分少的无烟煤和贫煤，一次风率应小些；一般来说，当着火区域的化学反应条件改善时，一次风量均应增加，这时一次风量不应限制化学反应过程的发展。这在我们厂125MW机组高低负荷时得到了广泛的应用，在实际应用方面，主要是根据负荷控制一次风总压，如表1。当负荷降到额定负荷的60~70 %(75~85 MW)时通过有意识的对风量的调整，对挥发分低的劣质煤在低负荷时不投油起到了很好的稳定效果，这样既保证了锅炉的安全稳定燃烧，又使锅炉的经济性得到了提高，节约了燃油，这为保证锅炉的稳定着火在实际控制方面提供了一个有力的措施。
表1负荷与一次风总压及氧量的关系表
3.2采用送风机热风送粉以及将一次风粉喷口集中布置
采用送风机热风送粉，以提高热风温度，有助于提高炉内温度水平，加速煤粉的着火和燃烧。对于四角布置的直流喷燃器，将一次风粉喷口集中布置以提高着火区内煤粉浓度，减少着火区的过剩空气系数，有利于提高着火区的温度，从而保证煤粉燃烧时着火的稳定。
3.3二次风分别引入
对于直流燃烧器，应使二次风喷口与一次风喷口的间距适当大些，而且还应该注意他们之间的倾角。总之，不应让二次风过早和过多地渗入到一次风粉气流中，二次风混入一次风的时间要合适。如果在着火前就混入，等于增加了一次风量，使着火延迟；如果二次风过迟混入，又会使着火后的燃烧缺氧；如果二次风在一个部位同时全部混入，由于二次风温大大低于火焰温度，会降低火焰温度，使燃烧速度减慢，甚至造成灭火。二次风的合理引入以及二次风量的大小，根据负荷主要表现在氧量的控制上，如表1，在运行中有意识的调整二次风，使二次风的混入应依据燃料性质按燃烧区域的需要适时送入，做到使燃烧不缺氧，又不会降低火焰温度，保证氧量在规定的范围内，保证着火稳定和燃烧完全。这在我们厂实际应用方面起到了很好的效果，特别是在低负荷不投油的情况下，能保证锅炉燃烧的稳定。
3.4选择适当的气流速度
选择适当的气流速度，降低一次风速可使煤粉气流在离开不远处开始着火，对燃烧有利，但此速度必须保证煤粉气流和热烟气强烈混合。另外，当气流速度太低时，燃烧中心过分接近喷口，将使燃烧器烧坏；二次风速一般均应大于一次风速，二次风速比较高，才能使空气与煤粉充分混合，根据煤种和负荷的不同，选择合適的一二次风速，如表2，能保证煤粉的稳定着火和完全燃烧。
表2煤种与风速及煤粉细度的关系表
3.5选择适当的煤粉细度
煤粉越细，总表面积越大，挥发分析出就越快，这对于着火的提前和稳定是有利的，煤粉越细，燃烧越完全；另外，煤粉的均匀性对燃烧也有影响，均匀性差，煤粉中的颗粒就比较多，燃烧的完全程度就会降低；因此，燃烧无烟煤或贫煤时，应该用较细较均匀的煤粉，至于烟煤和褐煤，因其着火并不困难，煤粉可粗些。我们厂在运行中根据不同的煤种，通过调整粗粉分离器挡板和加装钢球量来调整煤粉细度，如表2。从而来保证煤粉的稳定着火。
4结束语
从以上分析可知，对于N125MW直流燃烧器控制煤粉着火稳定性应从一次风量、二次风的引入、煤粉细度等多种情况考虑。在实际中应用中，通过对一、二次风量、煤粉细度、气流速度调整；采用热风送粉及将一次风喷口集中布置的方法，从而保证了煤粉的稳定着火。
参考文献:
[1]张永涛.锅炉设备及系统[M].中国电力出版社，1994.
[2]山西省电力工业局.锅炉设备运行技术[M].水利电力出版社，1992.
[3]姚文达.锅炉燃烧设备[M].中国电力出版社，2000.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。