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煤碳的燃烧及供热锅炉的优化运行应对措施

煤碳的燃烧及供热锅炉的优化运行应对措施

一、煤碳的燃烧过程:
     煤从进入炉膛到燃烧完毕,一般经历四个阶段:水分蒸发阶段,当温度达到105℃左右时,水分全部被蒸发;挥发物着火阶段,煤不断吸收热量后,温度继续上升,挥发物随之析出,当温度达到着火点时,挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快,一般只占煤整个燃烧时间的1/10左右;焦碳燃烧阶段,煤中的挥发物着火燃烧后,余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快,固定碳剧烈燃烧,放出大量的热量,煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段;燃烬阶段,这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完,以降低不完全燃烧热损失,提高效率。
    良好燃烧必须具备三个条件:
    1、温度。温度越高,化学反应速度快,燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。
    2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快,碳和氧接触越好,燃烧就愈快。
    3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。
    碳燃烧时在其周围包上一层灰壳,碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动,其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也就是说,   碳粒燃烧时,灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体,空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此,加大送风,增加空气冲刷碳粒的速度,就容易把外包层的气体带走;同时加强机械拨动,就可破坏灰壳,促使氧气与碳直接接触,加快燃烧速度。如果氧气不充足,搅动不够,煤就烧不透,造成灰渣中有许多未参与燃烧的   碳核,另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出。对于大块煤,必须有较长的燃烧时间,停留时间过短,燃烧不完全。因此,实际运行中,一般采取供给充足的氧气,采用炉拱和二次风来加强扰动,提高燃烧温度,炉膛容积不宜过小等措施保证煤充分燃烧。
    二、链条炉排的燃烧特点:
    链条炉排着火条件较差,主要依靠炉膛火焰和炉拱的辐射热。煤的上面先着火,然后逐步向下燃烧,在炉排上就出现了明显的分层区域,如图共分五个区。燃料在新 燃烧区1中预热干燥,在炉排上占有相当长的区域。在区域2中燃料释放出挥发分,并着火燃烧。燃烧进行得很激烈,来自炉排下部空气中的氧气在氧化区3中迅速 耗尽,燃烧产物CO2和水蒸气上升到还原区4后,立即被只热的焦碳所还原。最后在链条炉排尾部形成灰渣区5。
    在燃烧准备区1和燃烬区5都不需要很多空气,而在燃烧区2、3必须保证有足够的空气,否则则会出现空气在中部不足,而在炉膛前后过剩的现象。为改善以上燃烧状况,常常采用以下三个措施:合理布置炉拱;采取分段送风;增加二次风。
    三、链条炉排对煤种的要求:
    链条炉排对煤种有一定的选择性,以挥发分15%以上,灰熔点高于1250℃以上的弱黏结、粒度适中,热值在18800~21000kJ/kg以上的烟煤最为适宜。
煤中含有灰分应控制在10%~30%。粉煤(0~6mm)应不超过50%~55%,0~3mm的煤粉不超过30%,块煤尺寸不超过40mm。
    煤中含水量推荐值为:煤中小于3mm的煤粉含量为20~40%时,含水量控制在5~7.5%,煤中小于3mm的煤粉含量为80%,含水量控制在12.5%,煤中小于3mm的煤粉含量为~100%,含水量控制在20%。
    目前煤质存在的问题有:1、煤炭灰份较多,2、煤炭颗粒不均,3、煤炭中含有大量的杂质,4、煤炭的发热值较低,5、燃烧时不易引燃着火,6、煤炭中水分含量不定。7、煤炭不好烧,炉渣含碳量高。
    四、煤质对锅炉稳定燃烧的影响
    1.煤的发热量是反映煤质好坏的一个重要指标,当煤的发热量低到一定数值时,不仅会影响燃烧不稳定不完全,而且会导致锅炉熄火,使锅炉出口温度很难达标,影响正常供热。
    2.挥发分在较低温度下能够析出和燃烧,随着燃烧放热,焦碳粒的温度迅速提高,为其着火和燃烧提供了极其有利的条件,另外挥发分的析出又增加了焦碳内部空   隙和外部反应面积,有利于提高焦碳的燃烧速度。因此,挥发分含量越大,煤中难燃的固定碳成分越少,煤粉越容易燃烬,挥发分析出的空隙多,增大反应表面积,使燃烧反应加快。挥发份含量降低时,煤粉气流着火温度显著升高,着火热随之增大,着火困难,达到着火所需的时间变长,燃烧稳定性降低,火焰中心上移,炉膛  辐射受热面吸收的热量减少,对流受热面吸收的热量增加,尾部排烟温度升高,排烟损失增大。

    3.煤的灰份在燃烧过程中不但不会发出热量,而且还要吸收热量。灰分含量越大,发热量越低,容易导致着火困难和着火延迟,同时炉膛温度降低,煤的燃烬程度   降低,造成的飞灰可燃物高。灰分含量增大,碳粒可能被灰层包裹,碳粒表面燃烧速度降低,火焰传播速度减小,造成燃烧不良。另外飞灰浓度增高,使锅炉受热面特别是省煤器、空气预热器等处的磨损加剧,除尘量增加,锅炉飞灰和炉渣物理热损失增大,降低了锅炉的热效率。有关资料显示,平均灰份从13%上升到 18%,锅炉的强迫停运率将从1.3%上升到7.54%。
    4.煤的颗粒度对锅炉的燃烧有很大影响。颗粒度过大时,煤块在锅炉内燃烧时停留时间过短,煤炭中的焦碳没有完全燃烬,炉渣中的含碳量增大,增加了锅炉炉渣   的物理热损失;颗粒度过小时,细煤粉在炉排上燃烧时通风不好,碳与氧不能很好地接触发生化学反应,易形成黑带,同时细煤粉也易被空气吹起,很快随着烟气被带走,增加了锅炉烟气中的飞灰热损失,(在层燃烧锅炉中,尽量不要燃用煤粉(~3mm)含量超过30%的煤种)。因此要根据煤炭颗粒度合理调整给风量。
    5.煤的含水量在一定的限度内对燃烧是有利的,煤粉太干会污染环境。少量水分对着火有利,从燃烧动力学角度看,在高温火焰水蒸气对燃烧具有催化作用,可以加速煤粉焦碳的燃烧,可以提高火焰黑度,加强燃烧室炉壁的辐射换热。另外,水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。但水分含量过大   时,着火热也随之增大,同时由于一部分燃烧热用来加热水分并使其汽化,降低了炉内烟气温度,从而使煤粉气流吸卷的烟气温度以及火焰对煤粉的辐射热都降低,这对着火不利。另外,煤中水分的存在不仅使煤的可燃元素的含量相对减少,而且水分蒸发还要吸收汽化潜热,所以水分会使煤的实际发热量降低。煤中水分多会使燃烧产生的烟气体积增大,造成排烟热损失和引风机耗电量增大,水分过多还会引起低温受热面的堵灰和腐蚀,并且使磨煤机出力降低。
    6.煤中杂质不仅会吸收煤燃烧生产的热量,阻碍煤与氧充分接触,影响煤的燃烧,降低锅炉热效率,增大锅炉运行时的除渣除灰量,而且对锅炉的安全运行带来很大危害。
    五、煤质对锅炉及其辅助设备运行的影响
    当进入炉膛的煤质与锅炉设计煤质和校核煤质要求相差较大时,会对锅炉燃烧和辅助设备带来如下不良影响:
    1.煤质较差时,锅炉点火和运行调节困难,难以燃烧,容易灭火,严重影响了锅炉出口温度达标。
    2.炉膛容易结焦,对流管束、省煤器、空气预热器等受热面处磨损严重,且容易积灰,锅炉送风阻力增大,影响锅炉热效率。
    3.煤块较大时容易卡住分层给煤器和炉排,影响了煤炭的稳定燃烧和锅炉的安全平稳运行。
    4.煤质不好时,锅炉耗煤量相对增加,炉渣的含碳量也增大,输煤、除渣系统运行负荷大大增加 ,输煤机、除渣机、抓渣行吊等设备故障增多,煤炭拉运和炉渣拉运成本加大。
    5.灰分大的煤燃烧后,不仅影响了除尘器的除尘效果,而且增加了除灰、排灰系统的运行负荷,容易出现运行故障,对工作环境和外部环保都造成了不良影响。
    6.煤质含硫量大时,容易引起水冷壁高温腐蚀,锅炉尾部烟道、省煤器、空气预热器等处的低温腐蚀,造成锅炉爆管,影响锅炉安全运行。
    六、建议采取的应对措施
    针对目前煤炭供应的紧张形势和煤质变化引起的锅炉燃烧困难,积极试验和摸索,制定相应的可操作性强的应对措施,努力调整好锅炉的燃烧运行工作,保证锅炉出口温度达标和减少锅炉及辅助设备的运行故障,以保证整个供热工作的安全、平稳、经济运行。建议采取如下应对措施:
    1.加强司炉工的技术操作水平,使司炉人员及时掌握入炉煤的煤质分析情况,特别是煤的发热量、挥发分、灰分、颗粒度大小等,以便针对不同煤质的进行相应的燃烧调整。
    2.加强各煤种的混烧、掺烧和配煤技术工作。通过不断进行燃烧调整试验,探索出不同煤种燃烧时,锅炉的煤层厚度、炉排速度、鼓引风量、各风室的配风等运行 参数,并在此基础上试验摸索不同煤种的混烧、掺烧和配煤技术,以提高各种煤质,特别是劣质煤的利用率,降低供热运行成本。
    3.加强对锅炉的燃烧调节工作。保证煤与空气量要相配合适,并且要充分混合接触,炉膛应尽量保持高温,以利于燃烧,调整锅炉负荷按规定操作,监视炉膛负   压、排烟温度、氧气、二氧化碳等含量,使锅炉运行参数保持到最佳数值。对由于煤炭颗粒度不均匀、炉排不平整等原因引起的燃烧不完全、燃烧不均,对炉排上的火口或黑带进行人工拨火。
    4.加强对燃煤水分含量的管理。对不同的煤种尽量采取按类分别堆放,根据需要,在不同时期燃用不同的煤种,或按不同的比例搭配使用。在输煤传送带上安装皮带煤质在线水分分析仪,实时监测输煤水分含量,对含水量较低或含粉煤较多的煤种可采取适量加水搅拌的办法。
    5.加强锅炉燃烧设备和辅助设备的巡检及维修工作。及时排除锅炉及辅助设备(特别是锅炉本体密封、炉排、分层给煤器、省煤器、空气预热器、除渣除尘等设备)出现的故障。
    6.加强对锅炉送风和炉膛温度的控制,保持较高的炉膛温度,有利于煤的着火和燃烬,炉膛温度越低,越不利于燃烧。
    7.加强对煤的保管工作。采取切实有效的措施,防止储煤风化和自燃,降低煤质质量,增加燃烧难度。
    8.加强对进煤质量的严格控制和管理,开辟煤质较好、较为稳定的煤源市场,及时准确地掌握进煤的工业分析数据,提供给各供热车间,以便运行管理人员选择较为适应本单位锅炉的煤种,进行相应的运行调节。
    9.采用比较成熟的先进的技术和设备改变燃烧状况。如分层给煤技术,煤炭助燃剂,振动碎煤机等。
    七、结论
    随着煤炭供应的日趋紧张,煤质随时都会发生很大的变化,摸索研究不同煤种,最大限度降低煤质变化对锅炉运行燃烧带来的不利影响,实现供热锅炉的优化运行。

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