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各种因素对煤粉炉燃烧的影响

现在煤粉锅炉在热力发电厂中应用广泛，而影响煤粉炉燃烧的原因多种多样，下面就从燃料、燃烧器、炉膛、锅炉运行各方面浅谈一下。

一、燃料：

（一）燃料品质：

1、挥发分：挥发分是煤粉在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。。煤中挥发

分含量对煤粉气流着火过程影响很大，煤粉气流着火温度比对应的煤的高。干燥无灰基挥发分越高的煤，着火温度越低，火焰传播速度也越快。因此挥发分含量高的煤不仅容易着火，而且着火稳定性也越好。

煤中除了挥发分和水分剩余的部分就是焦炭，包括固碳和灰分。煤粉燃烧的过程为：水分先析出，绝大部分挥发分析出，挥发分着火，引燃焦炭和剩余的挥发份。所以挥发分的燃烧对焦炭起加热作用，从而为焦炭的燃烧创造有利条件，一般而言，挥发分越高的煤越容易燃尽，q4（固体未完全燃烧热损失）少。

随着煤的碳化程度不同，挥发分的析出温度也不同，挥发分的成分及含量也不同。挥发分的着火点低，容易燃烧。挥发分高的煤火焰传播速度也越快，火焰也越长，因此一般情况气体燃料和液体燃料比固体燃料的火焰传播速度大。大部分挥发分的着火以及燃尽时间很短，约占整个燃烧时间的百分之十。

对于多相燃烧，反应速度取决于燃料附近氧化剂的浓度和固相物质的表面积。

2、水分：煤粉在加热的过程中首先析出的是水分，水分分为外部水分和内部水分。

水分的增加会影响发热量，从而使炉内温度降低影响燃料着火，增加排烟热损失，加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。

水分的增加影响着火热。水分多时加热煤粉气流的一部分热用于水分的蒸发和过热，使着火热增加，推迟着火。但是煤粉内的水分蒸发后可使煤粉颗粒

的表面积增大，从而提高着火能力和燃烧速度。

火电厂中大容量锅炉为防止尾部受热面低温腐蚀，尾部烟气的温度都很高，烟气中的水蒸气常压下不会凝结，汽化潜热未能被利用，使锅炉效率有所降低。

水分还会影响火焰的传播速度，水分含量大时，火焰的传播速度变低。

3、灰分：焦炭中不能燃烧的部分就是灰分。它可以使单位燃料的发热量降低，还

影响燃料的着火和燃尽，也会造成锅炉受热面积灰，结渣，磨损。

灰分含量增大时，没分的发热量就会降低，燃煤量增加，灰分覆盖在可燃物上减少与氧气的接触面积使着火比较困难，着火稳定性差，着火温度高，影响火焰传播速度。还会是燃烧不完全，增加固体未完全燃烧热损失。

灰分还会形成灰渣附着在水冷壁面，过热器，再热器，省煤器，空气预热器上，增大热阻减少传热，浪费能量。

4、发热量：煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。分为高位

发热量和低位发热量。当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸气凝结发出的汽化潜热时，称为高位发热量。当不包括水蒸气凝结产生的汽化潜热时，称为低位发热量。现在大型锅炉的尾气温度一般大于120度，尾气中的水蒸气不会凝结，因此我国采用低位发热量。高位发热量可由氧弹式热量计测量。

发热量大可以使煤的分解速度加快，迅速释放出挥发分，有利于达到着火热迅速达到着火温度，并且稳定的燃烧。

5、焦炭：煤失去水分和挥发分后剩余的就是焦炭，焦炭燃烧后的温度高，可以迅

速提高炉膛温度。

6、煤粉细度煤粉越细，其中的挥发分容易析出出来，可以迅速燃烧，也容易着尽，

减少固体未完全燃烧损失，还会提高火焰传播速度。

7、煤粉分布：在炉膛内煤粉分布越均匀越容易燃烧。

（二）燃料种类：

根据干燥无灰基中挥发分的不同，把煤分为褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤。1、褐煤：挥发分含量高一般大于37，容易着火，但是他的灰分和水分也较高，发

热量较低，灰熔点较低，容易自燃。

2、烟煤：具有中等的煤化程度，挥发分也较高，水分和灰分较低，容易着火和着

尽，发热量较高。

3、贫煤：挥发分高于无烟煤，着火燃尽特性也高于无烟煤，但燃烧特性较差。

4、无烟煤：含碳量高，杂质少发热量高，挥发份含量较低，难以点燃，燃烧特性

差，火焰短，难燃尽。

5、混煤：混煤是指的两种或多种不同种类的煤混合在一起。它的着火温度不是取

决于平均挥发份的含量，而是偏高于相同挥发分的单一煤种。当混煤中的低热值或低反映能力的煤含量大时会造成频繁灭火。当燃烧性能相差很大的煤混合时，不但对燃烧性能影响很大，而且会影响燃烧效率。

二、燃烧器：

（一）一次风：将煤粉送入炉膛，并供给煤粉燃烧阶段挥发分燃烧所需的空气。

1、一次风量：当煤质一定时，一次风量影响煤粉气流的着火速度和稳定性，一

次风量越大，煤粉气流被加热到着火所需的热量就越多，着火速度越慢，着火推迟导致火焰在炉膛内的总行程缩短，使得有效燃烧时间缩短，导致燃烧不完全，效率低。一次风要保证挥发分燃烧所需的氧量，又要满足输送煤粉的需要。一次风量占总风量的比值称为一次风率。随着煤粉中挥发分含量的增加，一次风率也增加。

2、一次风速：一次风速不但决定着燃烧的稳定性，还影响着一次风的刚度。一次

风速过高会推迟着火，引起燃烧不稳定。当一次风速大于火焰传播速度时，会

吹灭火焰或者引起“脱火”。一次风速过小时，会影响燃烧的稳定性，还会容易结渣。

3、一次风温：提高一次风温可以降低着火热，是着火位置前提，还能使煤再低负

荷的情况下稳定燃烧。提高一次风温也是提高煤粉着火速度和着火稳定性的措施。可以提高燃烧效率，节省能源。一次风温过低会导致炉膛出口温度过高引起过热器再热器温度太高。但是也不是一次风温越高越好，因为当输送挥发分高的煤粉时，一次风温过高容易在输送管道中引起自然或爆炸。

（二）二次风：二次风实在煤粉气流燃烧后混入，供给煤中焦炭和剩余挥发分燃烧所需的氧量。

1、二次风量：二次风量过多会降低炉膛火焰的温度；二次风量过少则会是燃烧不

完全，固体不完全燃烧损失增多，浪费能源。

2、二次风速：二次风必须有穿透火焰的能力，因为高温火焰的粘度很大，因此二

次风速应该很大，一般为一次风速的二倍多，以增强与焦炭粒子的充分混合。

3、二次风温：二次风温越高越能强化燃烧，增强燃烧的稳定性，但是二次风温受

到尾部空气预热器面积的限制，传热面积越大金属消耗越多，投资越多，而且

不便布置。

（三）三次风：在中间仓储式制粉系统中，细分分离器将细煤粉与输送煤粉的空气分离后形成乏汽。乏汽中带有部分煤粉，送入炉膛形成三次风。三次风风温低，

水分大，煤粉细。

三次风对燃烧有明显的不利影响，（1）使火焰温度降低，燃烧不稳定；（2）火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热器再热器温度升高，气温调节幅度增大；

（3）三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加；（4）三

次风量较大时，风速也增大，扰乱炉内正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。

（四）周界风：分布在一次风喷口外缘，有以下作用（1）冷却一次风喷口，防止喷口变形；（2）直流煤粉着火是从外缘开始，火焰外缘容易缺氧，起到补氧的作用，周界风量少时有利于稳定燃烧，周界风量大时相当于二次风过早的混入，不利于燃烧；（3）周界风的速度比煤粉气流的速度高，能增加一次风的刚度，防止气流偏斜，有利于煤粉完全燃烧；（4）周界风有利于卷吸高温烟气，有利于一次风二次风的混合，对于煤质差的煤应该减少周界风。

（五）夹心风：（1）补充火焰中心的氧气，降低着火区的温度；（2）高速的夹心风增强一次风的强度，防止气流偏斜，有利于燃烧充分；（3）使煤粉气流扩散减少，对防止结渣有一定的作用；（4）可以作为变煤种，变负荷燃烧的调节手段之一。（六）配风方式：配风方式影响燃烧的稳定性和燃烧效率，还关系到结渣，火焰中心高度的变化，出口温度的控制。主要有均等配风和一次风集中布置的分级燃烧。

均等配风适用于含挥发分高容易燃烧的煤，一次风二次风喷口交叉排列，间距较小，一次风中煤粉燃烧后，能够及时充分均匀的和二次风混合，不会使火焰根部因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。

一次风集中布置的燃烧器适用于挥发分含量低不容易燃烧的煤。几个一次风口集中布置，远离二次风口，先让煤粉着火，待着火稳定后再与二次风混合，保证燃烧的稳定性。一次风集中布置保持比较高的煤粉浓度，减少着火热，燃烧放热比较集中，使着火区保持较高的温度，有利于燃烧。煤粉气流刚度增强，不偏斜贴墙，不易结渣

煤粉卷吸能力增强。但是一次风喷嘴附近形成高温区，喷嘴易变性，使喷嘴附近气流速度分布不均匀，容易出现煤粉与空气的分层。此时为了冷却一次风喷嘴，可以加装周界风或夹心风。

（七）燃烧器的结构形式：分为直流式和旋流式。

1、四角切圆直流式燃烧器，四个燃烧器对称的分布在炉膛同一个平面的四个角上，它们射出的气流相切同一个或者两个圆，增加扰动，增强燃烧。由于卷吸作用高温烟气中的热量源源不断的传给煤粉气流，使之燃烧，首先从气流的外缘开始着火，然后火焰迅速的向气流的内部传播，并达到稳定的状态。四股气流具有“自点燃”的作用，即煤粉气流向火的一侧受到上流火焰的直接撞击而被点燃，背火的一侧也卷吸炉墙处的烟气。

四角切圆燃烧器容易引起气流偏斜，使火焰贴墙，容易结渣，还造成燃烧的不稳定。引起切圆的因素有：（1）邻角气流的撞击；（2）受到两侧补气的影响，形成气压差，向火的一侧补气充足，背火的一侧补气不足，迫使火焰向背火侧偏斜，贴墙结渣；（3）燃烧器高宽比对弯曲变形影响较大；（4）当燃烧器多层布置时，受到其它层的影响。

切圆直径：切圆直径过大上游火焰向下游的火焰根部靠近，着火条件较好，炉内气流旋转强烈，有利于燃尽，但是火焰贴墙容易结渣，火焰靠近喷口容易烧坏喷嘴，引起较大热偏差，使炉膛出口温度增大。切圆直径过小会引起对角对角气流的撞击，火焰推迟，“自点燃”作用减弱，燃烧不稳定不充分，调节困难，炉膛出口烟温过高。

2、旋流燃烧器：旋流燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种形式的旋流发生器，煤粉通过旋流器时，发生旋转从喷口喷出形成旋转射流，能够形成有利于着火的高温烟气回流区，有利于着火。旋转气流有轴向速度和切向速度，旋转气流的强度主要表现在旋转强度。

旋流燃烧器一般布置在炉膛的后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分割风箱供风。煤粉气流经过旋流器后形成旋转气流，射出喷口后在气流中心形成回流区，叫做内回流区，卷吸炉内高温烟气加热煤粉，并燃烧，火焰由内边缘向外传播，

在旋转气流的外边缘形成外回流区，也卷吸高温空气和烟气。着火气流与外围送入的二次风也形成旋转气流，混合强烈。

按照旋流器的结构可分为蜗壳式，可动叶轮式，可动叶片式。

（八）单只燃烧器的功率：

目前锅炉趋向于采用多只小功率燃烧器共同组合。因为这样可以提高调解的灵活性，避免水冷壁及燃烧器喷口结渣。

采用大功率燃烧器有以下缺点：（1）炉膛受热面局部温度过高，易于结渣；（2）易于引起水冷壁传热恶化和直流锅炉的水动力多值性；（3）切换或启停燃烧器对炉内火焰的稳定性影响太大；（4）一二次风气流太厚，不利于风粉混合；（5）燃烧调节不灵敏；（6）切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温影响较大，影响过热器的安全性和汽温调节。

三、炉膛：

炉膛截面热负荷Q A：单位时间内单位炉膛截面上燃料燃烧放出的热量。锅炉容量增加时Q A增加

燃烧器区域壁面热负荷Q R：单位时间内燃烧器区域内的单位炉壁面积上燃料燃烧放出的热量。Q R值越大说明火焰越集中.

炉膛容积热负荷Q V：单位时间内单位炉膛容积内燃料燃烧放出的热量。取决于燃料的燃尽情况。当容量增大时Q V呈下降趋势。

燃料在炉内的停留时间。

炉膛中要维持微负压，对锅炉经济运行作用很大，而且对运行调节十分有利。

炉膛的形状对燃烧有很大影响，要保持较好的充满度，增加燃料在炉膛中的运动时间这样可以时燃烧更完全，提高效率。

四、运行：

（一）锅炉的负荷，一般情况下，锅炉不是在额定功率下运行的。

锅炉低负荷运行时，炉内的温度不高，煤粉的着火稳定性差，对于挥发分较低的煤以及颗粒较大的煤，容易在低温烟气中熄灭，这样不但造成着火困难还会增加固体不完全热损失。当低到一定程度时，需要投入易于燃烧的燃料，提高煤粉燃烧的稳定性。

锅炉在高负荷运行的情况下对煤粉的着火以及燃尽有利，但是会使炉内温度很高，易于结渣，使换热减少，烟气温度变高，效率也降低。

（二）调节方式：在锅炉运行过程中调节功率会改变炉内燃料燃烧的稳定性，造成传热的不稳定。经常频繁的调节还会使炉内部件的寿命减少。

07级热能与动力工程一班

田勇200740502020

2010年5月29日