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锅炉燃烧调整中氧量表失准原因分析李小洪 国电吉林热电厂 吉林 吉林 132027摘要：本文通过氧量表在锅炉运行工作中失准原因进行了精准分析，并对实际燃烧调整工作中氧量表失准进行了有效论述。从中找出了在锅炉运行工作中防止氧量表失准的最佳有效途径。关键词：锅炉 炉膛 氧量表 燃烧 烟气 风粉配比1、前言氧量表是锅炉安全、经济运行控制的重要表计之一，是锅炉保持燃烧合理送入风量的重要依据，是锅炉运行人员安全、经济、稳定调整看护的眼睛。锅炉燃烧质量的好坏，直接影响着电厂煤耗，锅炉处于最佳燃烧状态时，具有一定过量空气系数，而和烟气中的O2含量有一定关系。因此，可以用监视烟气中的O2含量来了解值，以判别燃烧是否处于最佳燃烧状态，甚至于把O2含量信号引入燃烧自动控制系统中，作为校正信号来控制送风量，以保证锅炉经济燃烧。锅炉氧量表在锅炉燃烧调整过程中占有极其重要的地位。虽然这种重要地位不会短时间导致锅炉恶性安全事故，但是对锅炉的经济、稳定运行还是起到决定性作用。因为氧量表只是燃烧调整中的一个依据，所以氧量表不准虽不会造成无法调整燃烧，但是对燃烧调整精准程度有一定影响。然而，就是这个举足轻重的氧量表，却经常出现不能快速及时真实、完整表达锅炉过剩氧量数值。氧量的准确性对燃烧调整的影响主要表现在对送入炉内风量大小。锅炉燃烧动态变化会使氧量表不能立即反应锅炉状况，使显示数值失准。同时，氧量表测点数量、位置限制了氧量表不能纵观全局监测，不能全面真实反映锅炉烟气含氧量，需要通过实地观察进行判断、分析。这样，在不同燃烧工况下锅炉给粉方式、配风方式，能够导致什么样的氧量失准，也一直成为我们锅炉运行工作者的一个研究课题。2、氧量表测烟气含氧量测量原理锅炉的氧量来源于炉膛过量空气系数。锅炉过量空气系数公式： 2121-O2为过量空气系数； O2为锅炉烟气含氧量。碳完全燃烧反应方程式为C + O2 = CO2 12kgC + 22.4m3O2 = 22.4m3CO2由化学发应方程式中可以看出 1kg碳完全燃烧时，需要1.866m3氧气，并产生1.866m3二氧化碳。氧化锆氧量分析仪，主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度。在传感器内温度恒定的电化学电池产生一个毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。 氧传感器的关键部件是氧化锆，在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置了加热器。用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。 参比气体应为干燥清洁无油的空气( 含氧20.60 )。在参比气侧与被测气体侧氧浓度不同时，氧离子从高的一侧迁移到低的一侧。电池输出就以对数的规律反应出被测气体中的氧浓度值。3、 不同工况下配风方式合理选择运行中判断送入炉膛的风速或风量是否合乎标准，主要通过锅炉实际燃烧状况。第一是锅炉燃烧稳定性，炉膛温度场的合理性和对过热汽温的影响。第二是比较经济指标，主要看排烟损失和机械未完全燃烧损失数值大小。然而锅炉氧量起到了一个不可缺少的参考值作用。3.1、入炉煤的低位发热量。锅炉使用燃料的低位发热量主要集中发应在燃料的含碳量，根据化学反应方程式，1kg碳完全燃烧时，需要1.866m3氧气参与燃烧，而且这个数值是最基本数值，因为还有其他物质参与燃烧且存在过量空气系数，并且送入炉膛风量不能百分百与煤粉颗粒接触。所以，只有向炉膛输送足够的过剩空气，才能保证燃料低位发热量近似完全释放出来。3.2、锅炉带负荷数值。锅炉负荷的多少直接决定向炉膛内输送氧量（风量）的多少。是决定燃料在炉膛内是否完全燃烧。也是锅炉燃烧经济性、稳定性的关键。3.3、通过炉膛内火焰的光亮度及四面炉墙光亮均匀度，判定向炉膛送风位置正确与否。这是衡量炉膛进风量最直接最原始方法，也是判定所输送风量数量、位置是否合理的依据。同时根据同一层面的炉膛检查孔火焰光亮程度，可以初步判定炉膛是否有火焰偏斜，炉膛上部是否能够超温，是否有结焦现象等。正常火焰亮度应该是一次风喷口200mm300mm处开始燃烧，火焰呈金黄色。如果出现不着火或煤粉气流刷墙现象，需要及时调整炉膛送风量（二次风量）调配工作。3.4、根据炉底灰渣颜色判定输送风量合理性。正常锅炉大渣灰水应该为灰色，如果灰水中有大量黑色颗粒漂浮物，说明机械不完全燃烧损失增大，在没有其他燃烧干扰的情况下，需要立即开始查找调整锅炉配风问题。3.5、锅炉氧量表标准显示应该在35之间。但是在燃烧调整过程中，需要充分考虑到锅炉负荷变化，风量配送方式等对锅炉氧量的影响，并且及时修正，保证锅炉在经济稳定状况下运行，防止氧量表失准。3.6、烟囱排出的烟气应为浅灰色。煤粉在炉内燃烧时，火焰应稳定，不触及四周水冷壁；具有光亮白色火焰，并均匀地充满燃烧室。火焰中心应在炉膛中央。保证配风均匀合理，燃料与空气充分混合燃烧。3.7、炉膛大渣无灰渣结焦现象，发现结焦现象及时调整配风。调整局部配风不足，氧量表无法显示出来的不利于运行局面部位。这种局部出现结焦现象，将导致送入的紊流风不能及时达到煤粉燃烧部位，让本来已经缺氧的燃烧在氧量表处显示出富氧燃烧。4、不同变工况下氧量表失准原因由于大型电站燃煤锅炉在容量上、燃料上、燃烧方式上的差异，将导致锅炉氧量表失准程度产生不同。但是纵观各类锅炉的实际状况，氧量表各类异常失准状况都能在理论上得到合理解释。下面将通过几类典型的变工况氧量表失准进行分析。4.1、煤粉品质对氧量表的影响火力电站锅炉使用的燃煤需要将原煤磨制成煤粉，然后通过风将煤粉输送到炉膛中悬浮燃烧。而在这个原煤磨制过程中，需要对煤粉的细度和水分加以控制。运行中通常我们把机械不完全燃烧损失及制粉单耗之和最小时的煤粉细度即为煤粉的最佳经济细度。而现在在全国火力发电企业中，普遍开展降低原煤品质掺烧低品质原煤，这些低品质偏离设计煤种原煤多为高水分、高灰分原煤。所以，煤粉细度及水分成为研究氧量表失准的首选。4.1.1、煤粉细度对氧量表显示影响煤粉的颗粒与燃烧耗氧有着直接关系。煤粉细一些，燃烧迅速完全；粒度均匀即粗颗粒煤少，有利于完全燃烧。挥发份高的煤或煤质松的煤，其粒度可以稍大些；无烟煤或质硬的煤，粒度就要小些。挥发份含量高的取高值，反之取低值。在满足工艺要求的前提下，煤粉粒度越细，对燃烧有利，但煤粉制备过细，要增加动力消耗，粉磨细的煤粉将会引起自然，甚至爆炸，不够安全，所以制备煤粉粒度不宜过细。在锅炉运行工作中，无论是什么样的煤种，都希望在磨制过程中细度小一些。但是，现在发电企业掺烧的煤种大多是灰分大、水分大的劣质煤，极大的遏制了煤粉磨制工作。所以，发电企业掺烧经济煤种过程中，磨制的煤粉也基本上只能够保持在规程要求上限。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。细度大的煤粉在进入炉膛燃烧的过程中，由于煤粉颗粒的表面积减小，所以煤粉颗粒表面能够吸附的空气相对要少，燃烧时间长。煤粉燃烧不充分，增加了机械不完全燃烧损失。这一过程需要不断向燃烧的煤粉流供给大量氧气，保证煤粉的充分燃烧。由于煤粉颗粒增大，被灰分包裹的煤粉颗粒在燃烧后半程，能够吸附的氧量非常小。这样就出现了氧量表显示数值大，而煤粉颗粒处于缺氧燃烧状况。氧量表显示偏离了燃烧调整需要。4.1.2、煤粉水分对氧量表显示影响水份不能燃烧，因此煤的含水量越高，可燃物质就相对减少，发热量降低。而且在燃烧时，水分蒸发还要吸收一部分热量，使煤的有效热能降 低。当入炉煤的水分增加，燃烧产生的水蒸汽体积增加，炉膛火焰温度水 平降低，炉膛受热面的吸热量减少，这时虽然对流受热面的吸热量增加， 但包括排烟温度在内的尾部各段烟温升高，省煤器出口水温上升，空预器 出口空气温度上升，增加了排烟热损失和引风机的耗电量，而且带有较多 水分的制粉干燥介质作为一次风或三次风送入炉膛，也会直接影响炉内煤粉着火燃烧的稳定性。煤中水分含量也影响着火热。水分多时，加热煤粉气流的一部分热量用于水分的蒸发和过热，使着火热增加，着火推迟。但煤粉的内部水分蒸发后可使煤粉颗粒内部的反应表面积增加，从而提高着火能力和燃烧速度。 煤粉中水分在炉膛中高温受热后体积急剧膨胀，迅速抢占空气份额，导致空气在燃烧过程中不能按照计划与燃料接触。相当一部分没有参加燃烧的空气与当量高温水蒸汽进入锅炉烟道，通过氧量表检测。这个时候炉膛处于缺氧燃烧状态，而氧量表反映的却是富氧燃烧。4.1.3、煤粉中灰分对氧量表显示影响燃料中的灰分不但不能燃烧，而且会降低燃料的发热量，妨碍可燃质与氧的接触，增加燃料着火和燃烧的困难，还使燃烧损失增加。燃料中灰分增加，会使火焰传播速度减慢，影响着火，还会使火焰温度降低，增加了返料量还会使床温进一步降低，这是因为用于加热灰分的热量消耗随之增加。灰分增加时，其灰渣物理热损失也成正比增加。一般灰分每变化10，过热汽温就会相应变化5。煤的发热量就会下降很多，燃煤量就要增多，而着火热又与燃煤量成正比。灰分增加发热量降低、着火热增加、燃煤量增加。这些现象更加突出表现在为了保证需要蒸发量同时，需要送入炉膛更多燃料。这些增加的燃料量没有增加锅炉负荷，所以总的风量是不变的，这样风量在整个炉膛燃烧过程中所占有份额是相对减少。同时，由于燃料中灰分在碳粒外表形成了一种灰衣，这样炉内紊流射流空气更加难以与燃烧的碳粒进一步混合，未参加燃烧的空气直接到锅炉烟道，使氧量表显示出富氧燃烧假象。形成了缺氧燃烧机械不完全燃烧增加的事实。4.2、锅炉燃烧调整中氧量表失准氧量表是锅炉司炉的眼睛，锅炉燃烧过程中的每一个细小变化，都会快速、及时、准确的在氧量表中反映出来。特别是火力发电企业开始掺烧大量偏离设计煤种，同时参加AGC的深度调峰工作，给锅炉运行调整工作带来前所未有的困难。锅炉燃烧调整工作任务加剧，锅炉运行经济性、稳定性受到威胁，氧量表失准状况随时可见。4.2.1、锅炉给粉量造成氧量表失准锅炉向外界送出的汽量锅炉负荷调整主要依靠锅炉给粉量调整。而煤粉向炉内输送原则、方式是否合理，需要氧量表直接作出反应。这里面的燃烧反映涉及到一个多相燃烧反应，其中包括如下几个过程：（1）参加燃烧的氧气从周围环境扩散到反应表面；（2）氧气被燃料表面吸附；（3）燃料表面进行燃烧化学反应；（4）燃烧产物由燃料表面解吸附；（5）燃烧产物离开燃料表面，扩散到周围环境中；而一些常规锅炉负荷燃烧调整手段，由于燃烧反应多变性，也能够让氧量表做出一些不正确的判断。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，造成氧量表失准。锅炉50%深度调峰是锅炉运行人员经常遇到的一个问题。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。所以，各发电企业对锅炉也作出相应规定：四角直流燃烧器在低负荷运行过程中，必须保证下两排燃烧器全部运行，同时保证保证煤粉集中喷入炉膛。由于煤粉集中且数量少，这样就使炉膛火焰充满程度变差，期间风量是不与燃料成比例递减的，使煤粉燃烧过程处于多风量少燃料状态。由于煤粉的集中性喷入，低负荷状态下供粉燃烧器的风量相对较小，而在不供粉燃烧器部位却为了保持炉膛充满程度，继续保持一定风量供给。这样就使大量进入炉膛热空气没有参与燃烧排出炉膛。这样氧量表所显示数值虽然比较大，但是能够参与燃烧的热空气却不多，锅炉煤粉的整个燃烧过程处于缺氧状态，只是在煤粉燃尽过程中能够补充上氧气，但是此时的补充已经为时过晚了，氧气不再消耗参加燃烧。4.2.2、锅炉配风方式造成氧量表失准送入炉膛的风量直接影响着锅炉氧量表的显示，是锅炉氧量表发生变化的主要因素，同时锅炉燃烧风量调配，也是锅炉燃烧调整的最重要手段。而送入炉膛的风，会由于送入方式、部位不同，让氧量表造成微小偏差。4.2.2.1、一次风压制二次风送入炉膛在正常锅炉燃烧调整过程中，增大煤粉空气混合物中一次风量，提高一次风刚性，相应增大了着火热，将使着火过程推迟。煤粉着火距离太远， 一次风速偏高导致煤粉着火推迟，火焰中心上移，煤粉在炉内停留时间减少，降低了煤粉的燃烬程度。同时由于煤粉着火推迟，使二次风在煤粉着火之前过早混入，待煤粉着火时，煤粉气流周围已经占有了非常大的烟气份额，相当一部分二次风没有参加燃烧。造成了烟气含氧量增高，而锅炉不完全燃烧损失增大。4.2.2.2、一、二次风配比不当一、二次风配比不当，二次风不能及时、充足送入并与煤粉良好混合，造成局部缺氧、过剩空气量不足、炉膛火焰中心偏斜，造成煤粉气流贴墙，使煤粉中的可燃成分不能迅速充分混合，造成局部缺氧增大了飞灰含碳量。同时，由于炉膛火焰的偏斜，烟气在尾部烟道形成里烟气走廊，大量烟气偏斜向烟道的一侧，导致另一侧烟气量稀薄。偏斜侧由于燃烧完全，氧量偏低。烟气稀薄侧由于燃料量少，相对空气占有份额多，氧量表指示高。形成造成两侧氧量表偏差大，氧量表指示不准确。4.2.2.3、引风机出力不均锅炉运行中会由于设计、设备、调整因素来，出现两侧引风机处理不均衡。这种不均衡将直接导致锅炉氧量表显示数值不均衡。主要原因是出力大的一侧烟气流速高，相对尾部烟道负压大，漏入的冷空气相对较多，氧量表显示大。而风机出力低的一侧负压相对出力高的一侧负压就小，氧量表显示数值就小。4.3、检修维护不当造成氧量表失准 导致氧量表失准除众多运行因素外，氧量表自身因素也是我们不容忽视的问题。由于氧量表处在高温、烟气流速大的环境中。所以，氧量表经过长时间运行后接点积灰、发送信号偏离也是一个不容忽视的问题。锅炉运行人员应该根据自己的实际工作经验，对氧量表失准做出准确判断，及时通知热工检修人员进行氧量表探头的积灰清理工作和用5%O2标气校正工作，来保证氧量表使用过程中的准确性，消除外界干扰因素。另外，炉膛尾部烟道漏风量大，也是导致氧量表增大的一个不可忽视的因素。当炉膛尾部烟道漏风量大，一旦出现炉膛负压增大，使大量没有参与燃烧的冷空气直接进入到尾部烟道氧量表处，氧量表上升数值非常明显。然而，更为直接、明显的是氧量表接点处的直接漏风，虽然漏入的风量不多，但是导致氧量表偏高的现象非常明显。5、氧量表失准造成的影响由于氧量表的失准，导致缺乏长期实践工作经验的运行工人调整中的盲目性。送入炉膛风量的大小完全依赖于锅炉氧量表所反映数值，而不是将这一数值作为参考值，这样势必对锅炉整体运行工作造成一定影响。5.1、氧量表失准对经济性的影响当锅炉负荷变动调整相应的燃料需要配合相应的风量,同样需要保持合适的氧量。如果锅炉风量过小，会造成炉膛火焰中心降低和增加不完全燃烧损失，导致锅炉热效率和蒸汽温度低；如果风量过大，会造成炉膛火焰中心上升，排烟热损失和风机单耗增加。所以燃烧配风不合理，会影响到锅炉热效率、机组循环效率和厂用电率，从而影响机组运行的经济性。8 F5 5.2、氧量表失准对安全性的影响由于氧量表失准，向炉膛输送的二次风过少，会造成煤粉气流贴墙，, M2 Z+ g, 9 b( z7 p二次风量二次风量向 炉内局部还原性气氛，导致炉膛结渣。二次风过大煤粉火焰燃烧提前，燃烧器烧损。对于现行掺烧低品位原煤，一次风