电厂热能动力锅炉燃料及燃烧分析.doc

电厂热能动力锅炉燃料及燃烧分析刘中博 山东电力建设第三工程有限公司 266100 山东省 青岛市摘要：随着我国经济发展与技术不断创新，电厂节能与高效利用能源是最基本的要求。本文分析了火力发电厂锅炉的燃料、燃料燃烧特性和燃烧调整技术，提高锅炉的利用效率，燃料利用得到改善，有利于节能减排。关键词：电厂；热能动力锅炉；燃料；燃烧引言燃烧过程涉及三个元素，即可燃物，氧气和温度。因此，在燃烧过程中，为了避免浪费资源并充分利用燃料，必须确保足够的氧气供应和足够的温度。锅炉是能量转换装置，输入到锅炉的能量是燃料中的化学能，电能，高温烟气的热能等，并由锅炉转化为输出具有一定热能的蒸汽，高温水等。新型燃煤锅炉不仅要节约燃料，而且要改善整个燃烧过程，适应节能减排的要求。本文将讨论燃料，燃烧方式和燃烧调整分析三个方面。1、锅炉燃料电厂锅炉使用的燃料种类较多，有气体燃料、液体燃料和固体燃料等。其中使用最多的是天然气、煤、重油等，就目前的技术以及自然资源利用程度而言，煤炭的利用要多于重油和天然气。为降低风险确保电厂的经济效益，一般以煤为主要燃料，本文仅以燃煤燃料作为讨论分析的基础。煤由可燃质、灰分及水分组成，其可燃质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。煤的分析数据基本包括工业分析和元素分析，有了以上的数据基础就可以进行相关的锅炉燃烧技术及热力计算分析。碳元素在煤含量中占比最大，一般为5090%（%ar）。固定碳的燃烧特点是不宜着火，燃烧缓慢，火苗短，需要在高温下才能着火燃烧。通常含碳量越多，发热量越高。煤的发热量包括高位发热量和低位发热量，区别就在于高位发热量包含了煤样中水的汽化潜热，而我国的计算标准中一般使用低位发热量作为设计计算的基础。氢元素在煤中多以碳氢化合物状态存在，水分中的氢不计入氢的含量，氢在燃烧时也会放出热量，氢的发热量很高，单位发热量约为碳的3.7倍。氧和氮都是煤中不可燃元素，氧与碳氢化合将使煤中的可燃碳和可燃氢含量减少，降低了煤的发热量；氮则是有害元素，在燃烧的高温烟气中，一部分氮将与氧化合而生成NOX，排出锅炉后将造成大气污染。煤中的硫是有害物质，特别是含硫量高（2%）的煤种，在燃用期间或者之后应采取脱硫措施，否则会造成大气的严重污染，并腐蚀锅炉的受热面。灰分是煤中矿物杂质在燃烧后形成的，其中SiO2、AI2O3在灰渣中占比很大。煤中水分增加减少了可燃元素的含量，降低了发热量，同时也为锅炉运行带来困难，增加对受热面的低温腐蚀。2、燃料燃烧特性根据煤的干燥无灰基挥发分含量，可分为无烟煤、烟煤和褐煤。无烟煤是碳化程度最深的煤种，其挥发分是几种类型中最小的，是难燃烧的煤，必须把燃烧室的温度维持的较高才能稳定燃烧，储藏时稳定不易自燃；烟煤的碳化程度低于无烟煤，挥发分较高，着火燃烧均较容易；褐煤含有较高的挥发分，容易着火燃烧，褐煤活性强，在空气中容易风化易自然，因此不易储存和远途运输。烟煤和褐煤在炉膛中的煤粉细度可相对磨得比较粗一些，也可比较完全的燃烧。3、锅炉燃烧的方式及特点对于燃气、重油的锅炉来讲，需要采用悬浮燃烧。而对于燃煤锅炉来说，需要根据燃煤性质、煤种的燃烧特性、灰熔点以及锅炉容量来选择适当的燃烧器型式和布置方式，或者提出几个方案进行可行性、经济性比较，选出最佳方案。常规的燃煤燃烧方法包括：链条炉排、煤粉锅炉、流化床锅炉。链条炉排：他的优点是设备简单，能耗低。缺点是燃烧效率较低，而且对煤的粒度分布、结焦性都比较敏感。煤粉锅炉是电站锅炉最常用的燃烧方式，根据排渣方式，又可分为固态排渣和液态排渣，以固态排渣锅炉最为广泛使用，只有在煤的灰熔点过低时才使用液态排渣，但由于液态排渣生成的氧化氮较多，污染环境，因此目前很少采用。煤粉锅炉根据炉膛形状、燃烧器的不同布置方式可以分为：对冲燃烧、切向燃烧、W形火焰燃烧方式。其中，采用旋流燃烧器前后墙对冲燃烧时，火焰在炉膛中部对冲，有利于增强扰动和混合，炉内火焰充满度较好，其炉膛宽度方向上的烟气温度和速度分布比较均匀，可使蒸汽温度偏差较小。但前后墙布置下的风、粉管道布置较复杂。切向燃烧方式，基本采用直流燃烧器四角布置或者墙式布置，该方式对煤种的适应性较好，在我国的电站中较为普遍使用。切向燃烧的方式，应尽量把炉膛截面设计成正方形，随着锅炉容量的增大，可采用双炉膛的布置方案。针对低挥发分煤种难于着火和燃尽的特点，可以考虑使用W型火焰燃烧技术，该燃烧方式具有较长的火焰，着火过程比较稳定，因此能够达到很高的燃尽度。流化床燃烧：燃料适应性好，几乎可以燃烧一切种类的燃料并达到很高的燃烧效率，包括高水分、高灰分、低热值、低挥发分的劣质燃料。该方式在燃烧过程中，能有效控制NOX和SO2的产生和排放，燃烧热强度大可以减小炉膛体积。4、燃烧调整技术为了确保锅炉着火稳定、火焰均匀充满炉膛、不结渣、不烧损燃烧器和水冷壁、使机组运行保持最高的安全和经济性、减少燃烧污染物的排放，必须对锅炉燃烧进行调整。4.1不同负荷下的燃烧调整:高负荷运行时，燃烧调整时应注意将火球的位置调整居中，避免火焰偏斜；适当增大一次风速，降低过量空气系数运行。低负荷运行时，为使着火稳定，可适当增大过量空气系数；适当降低炉膛负压，以减少漏风。4.2煤质变化时的燃烧调整根据煤质的挥发分、发热量、灰分、水分的不同而进行相应的燃烧调整，必要时可采用适当的混煤措施，以确保着火稳定、燃烧安全、受热面汽温偏差符合要求。燃烧过程注意煤粉细度的调整，煤粉越细，着火越迅速，燃尽所需时间越短，飞灰可燃物含量越小，燃烧越彻底。对于煤粉浓度的调整，高的煤粉浓度可迅速吸收炉膛辐射热量，使着火提前，促进可燃混合物的着火，对劣质煤的着火有利。4.3不同燃烧器布置方式的燃烧调整切向燃烧（直流燃烧器）：主要包括：一次风率、风速调整；辅助风的调整，辅助风是二次风最主要的部分；过燃风的调整，目的是为了遏制NOx、S03的生成量，低负荷稳燃性能及调节性能，必要时也可作为调节过热汽温、再热汽温的一种辅助手段；燃烧器倾角的调整，主要是为了调节汽温，但调整喷口的倾角也往往会在某种程度上影响锅炉的燃烧状况。一般来说，适当将上组喷嘴向下摆动，下组喷嘴向上摆动，可收到集中燃烧、提高火焰中心温度的效果；反之，将上组喷嘴向上摆动，下组喷嘴向下摆动，则可分散火焰，降低燃烧器区域的热负荷。对冲燃烧（旋流燃烧器）：若为前墙布置，由于整个炉膛内火焰的扰动较小，一、二次风的后期混合较差，炉前的死滞漩涡区大，充满度不好，因此运行中气流射程的控制十分重要；若为两面墙对冲布置，则必须注意燃烧器和风量的对称性，否则，炉内火焰将偏向一侧炉墙，有可能引起结焦。旋流式燃烧器的出口气流结构、回流区的大小、位置、射程的远近、气流扩散角等，是决定其燃烧工况最基本的因素，旋流式燃烧器的燃烧调节，最主要的就是出口风速和风率的调节。W型火焰燃烧：该型锅炉的特点是炉膛较矮而炉宽较大。因此要求沿炉膛宽度风、粉应均匀，燃烧出力均匀，避免烟气偏流、过热器超温和增加燃烧损失。但低负荷时可适当集中火嘴在中部，以维持高温。在各种负荷下，维持燃烧中心在下炉膛内，而不应当漂移到拱上区。4.4一、二次风配合调整一般来说，二次风在煤粉着火以前过早地混入一次风对着火是不利的，尤其对于挥发分低的难燃煤种更是如此。4.5一次风煤粉气流初温的设置一般来说，提高煤粉气流初温可减少煤粉气流的着火热，并提高炉内的温度水平，使着火提前。结语电厂锅炉燃料和燃烧调整运行技术对燃烧效率和经济出力有很大影响。为了高效利用燃料，必须燃用设计和校核的煤种，辅以成熟的燃烧调整技术。因此，电厂相关人员需要在燃料质量、燃烧调整等方面充分发挥能动性，积极