锅炉制粉系统及燃烧基础知识

锅炉制粉系统及燃烧基础知识一、燃料基础知识1.煤的元素分析成分即煤的化学组成成分。

经过分析，煤的成分包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种主要元素以及水分（M）和灰分（A）。

2.煤的工业分析成分，工业分析主要测定煤中的水分、挥发分、固定碳和灰分含量，用以表明煤的某些燃烧特性。

二、影响煤粉气流着火的因素1.燃料的性质燃料性质对着火过程影响最大的是挥发分含量V daf,煤粉的着火温度随V daf的变化规律如图示。

挥发分V daf降低时，煤粉气流的着火温度显著提高，着火热也随之增大，就是说，必须将煤粉气流加热到更高的温度才能着火。

因此，低挥发分的煤着火更困难些，着火所需的时间更长一些，而着火点离开燃烧器的喷口的距离自然也增大了。

原煤水分增大时，着火热也随之增大，同时水分的加热、汽化、过热都要吸收炉内的热量，致使炉内的温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射热也相应降低，这对着火显然是更加不利的。

原煤灰分在燃烧过程中不但不能放热，而且还要吸热。

特别是当燃用高灰分的劣质煤时，由于燃料本身的发热量低，燃料的消耗量增大，大量的灰分在着火和燃烧过程中要吸收更多的热量，因而使得炉内烟气温度降低，同样使煤粉气流的着火推迟，而且也影响了着火的稳定性。

煤粉气流的着火温度也随煤粉的细度而变化，煤粉愈细，着火愈容易。

这是因为在同样的煤粉浓度下，煤粉愈细，进行燃烧反应的表面积就会越大，而煤粉本身的热阻却减少，因而在加热时，细煤粉的温升速度要比粗煤粉的快。

这样，就可以加快化学反应的速度，更快地达到着火。

所以在燃烧时总是细煤粉首先着火燃烧。

由此可见，对于难着火的低挥发分煤，将煤粉磨得更加细一些，无疑会加速它的着火过程。

2.炉内散热条件从煤粉气流着火的热力条件可知，减少炉内散热，有利于着火。

因此，在实践中为了加快和稳定低挥发分煤的着火，常在燃烧器区域用铬矿砂等耐火材料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓燃烧带。

其目的是减少水冷壁的吸热量，也就是减少燃烧过程的散热，以提高燃烧器区域的温度水平，从而改善煤粉气流的着火条件。

实际表明敷设燃烧带是稳定低挥发分煤着火的有效措施。

但燃烧带区域往往又是结渣的发源地，必须加以注意。

3.煤粉气流的初温提高初温T0可减少着火热，因此，在实践中燃用低挥发分煤时，常采用高温的预热空气作为一次风来输送煤粉，即采用热风送粉系统。

4.一次风量和一次风速增大煤粉空气混合物中的一次风量，便相应增大着火热，将使着火延迟；减少一次风量，会使着火热显著降低，但是一次风量又不能过低，否则会由于煤粉着火燃烧初期得不到足够的氧气，而使化学反应速度减慢，阻碍着火燃烧的继续扩展。

另外，一次风量还必须满足输粉的要求，否则会造成煤粉堵塞。

因此，对应于一种煤种，有一个一次风率的最佳值。

一次风速对着火过程也有一定影响。

若一次风速过高，则通过单位截面积的流量增大，势必降低煤粉气流加热速度，使着火距离加长。

但一次风速过低时，会引起燃烧器喷口被烧坏，以及煤粉管道堵塞等故障，所以有一个最合适的一次风速，它与煤种及燃烧器型式有关。

5.燃烧器结构特性影响着火快慢的燃烧器结构特性，主要是指一、二次风混合的情况。

如果一、二次风混合过早，在煤粉气流着火前就混合的话，等于增大了一次风量，相应使着火热增大，推迟着火过程。

因此，燃用低挥发分煤种时，应使一、二次风的混合点适当的推迟。

燃烧器的尺寸也影响着火的稳定性。

燃烧器出口截面积愈大，煤粉气流着火时离开喷口的距离就愈远，着火拉长了。

从这一点来看，采用尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的。

这是因为小尺寸燃烧器既增加了煤粉气流着火的表面积，同时也缩短了着火扩展到整个气流截面所需要的时间。

6.锅炉负荷锅炉负荷降低时，送进炉内的燃料消耗量相应减少，而水冷壁总的吸热量虽然也减少，但减少的幅度较少，相对每千克燃料来说，水冷壁的吸热量反而增加了。

致使炉膛平均烟温下降，燃烧器区域的烟温也降低，因而对煤粉气流的着火是不利的。

当锅炉负荷到一定程度时，就会危及到着火的稳定性，甚至可能熄火。

因此，着火稳定性常常限制了煤粉锅炉负荷的调节范围，一般在没有其它措施的条件下，固态排渣煤粉炉只能在高于70％的额定负荷下运行。

要扩大煤粉炉不投油稳燃负荷范围，就要采取一些特殊的稳燃措施，例如采用浓淡型燃烧器等。

三、锅炉燃烧结渣机理1.定义结渣是指受热面上熔化了的灰沉积物的积聚，它与因受各种力作用迁移到壁面上的某些灰粒的灰分，熔融温度，粘度及壁面温度有关，多发生在锅炉内辐射受热面上。

固态排渣煤粉炉中，火焰中心温度可达1400～1600℃，在这样高的温度下，燃料燃烧后灰分多呈现熔化或软化状态，随烟气一起运动的灰渣粒，由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却下来，如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙以前已因温度降低而凝固下来，那么它们附着到受热面管壁上时，将形成一层疏松的灰层，运行中通过吹灰很容易将它们除掉，从而保持受热面的清洁。

若渣粒以液体或半液体粘附受热面管壁或炉墙上，将形成一层紧密的灰渣层，即为结渣。

结渣本身是一个复杂的物理化学过程，有自动加剧的特点。

2.影响结渣的因素（1）燃煤灰分特性煤在燃烧后残存的灰分是由各种矿物成分组成的混合物。

它没有固定的由固相转为液相的熔融温度。

煤灰在高温灼烧时，某些低熔点组分发生反应形成熔融，并与另外一些组分反应形成复合晶体，此时它们的熔融温度将更低。

在一定的温度下，这些组分还会形成熔融温度更低的某种共熔体。

这种共熔体有进一步溶解灰中其它高熔融温度物质的能力，从而改变煤灰的成分及其熔融特性。

目前判断燃煤燃烧过程是否发生结渣的一个重要依据是灰的熔融性。

灰的熔融性是指当它受热时，由固体逐渐向液体转化没有明显的界限温度的特性。

普遍采用的煤灰熔融温度测定方法，主要为角锥法和柱体法两种。

灰的熔融性常用灰的变形温度DT，软化温度ST，熔化温度FT来表示，它们是固相共存的三个温度，而不是固相向液相转化的界限温度，仅表示煤灰形态变化过程中的温度间隔。

这个温度间隔对锅炉的工作有较大的影响，当温度间隔值在200～400℃时，意味着固相和液相共存的温度区间较宽，煤灰的粘度随温度变化慢，冷却时可在较长时间保持一定粘度，在炉膛中易于结渣，这样的灰渣称为长渣，可用于液态排渣炉。

当温度间隔值在100～200℃时为短渣，此灰渣粘度随温度急剧变化，凝固快，适用于固态排渣炉。

如果灰熔点温度很高(ST>1350℃)，管壁上积灰层和附近烟气的温度很难超过灰的软化温度一般认为此时不会发生结渣，如果灰熔点较低(ST<1200℃)，灰粒子很容易达到软化状态，就容易发生结渣。

而影响煤灰熔融性的因素是煤灰的化学组成和煤灰周围高温的介质的特性，煤灰的化学组成可分为酸性氧化物(Si02，A1203，Ti02)和碱性氧化物(Fe203，CaO，MgO．Na20，K20)，酸性氧化物增加灰的粘滞性，不易结渣，而碱性氧化物则提高灰的流动性，易结渣。

但煤灰是多种复合化合物的混合物，燃烧时将结合为熔点更低的共晶体。

煤灰高温介质的性质常有两种：一是氧化性介质，常发生在燃烧器出口一段距离以及炉膛出口：二是弱还原性介质。

由于介质的性质不同，灰渣中的Fe具有不同的形态：氧化介质中铁呈Fe203，熔点高。

在弱还原性介质中，铁呈FeO状态，导致炉内结渣。

（2）炉内空气动力特性炉膛内的烟气温度以及水冷壁附近的温度工况和介质气氛等都与炉内空气动力特性密切相关。

正常运行工况，高温的火焰中心应该位于炉膛断面的几何中心处。

实际运行中，会由于炉内气流组织不当，造成火焰中心偏移。

譬如，前墙布置旋流燃烧器，当气流射程太大时，火焰中心将移向后墙，灰粒子在没有得到足够冷却之前就可能粘附在后墙水冷壁上。

又如，直流燃烧器切向燃烧室中，煤粉火炬贴壁冲墙时，会使水冷壁附近产生高温，大量灰粒子冲击水冷壁受热面：四角上的燃烧器风粉动量分配不均时，将使实际切圆变形，高温火焰偏移炉膛中心，引起局部水冷壁结渣。

另外，熔渣粒子周围的气氛也是影响水冷壁结渣的一个很重要因素。

粗煤粉或高煤粉的火焰撞击在水冷壁所产生的还原性气氛，会促使水冷壁结渣，尤其是当燃用含硫较高的煤时。

因为在还原性气氛中，灰中熔点较高的三氧化二铁被一氧化碳还原成熔点较低的一氧化铁，而一氧化铁与二氧化硅等进一步形成熔点更低的共晶体，有时会使灰熔点下降150～300℃，结果增大了结渣的可能性。

因此在锅炉运行当中，保证风粉分配均匀，防止气流贴壁冲墙，注意燃烧调整保持火焰中心的适当位置，采用合适的过量空气系数避免产生还原性气氛等都是防止结渣的有效措施。

（3）炉膛的设计特性容积热强度及燃烧器区域壁面热强度数值的断面小都会对结渣产生一定的影响。

譬如， q1过大时，由于炉膛容积小，受热面布置得也少，炉内温度将会增高。

实践证明，这时易在燃烧器附近的壁面上发生结渣。

若温度过高，由于燃烧器释放的热量没有足够的受热面吸收，致使燃烧器布置区局部温度过高，也容易引起燃烧器附近水冷壁结渣。

反之，若q1过低，则炉膛断面过大而高度却不足，烟气到达炉膛出口还未得到足够冷却，炉膛出口部位受热面会结渣。

（4） 锅炉运行负荷锅炉负荷升高时，炉内温度也相应升高，结渣的可能性也就增大。

3. 结渣的危害结渣造成的危害是相当严重的。

受热面结渣以后，会使传热减弱，吸热量减少。

为保持锅炉的出力只得送进更多的燃料和空气，因而降低了锅炉运行的经济性；受热面结渣会导致炉膛出口烟温升高和过热蒸汽超温，这时为了维持汽温，运行中要限制锅炉负荷，燃烧器喷口结渣，直接影响气流的正常流动状态和炉内燃烧过程；由于结渣往往是不均匀的，因而结渣会对自然循环锅炉的水循环安全性和强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响；炉膛出口对流管束上结渣可能堵塞部分烟气通道，引起过热器偏差：另外，炉膛上部积结的渣块掉落时，还可能砸坏冷灰斗的水冷壁，甚至堵塞排渣口而使锅炉无法继续进行。

总之，结渣不但增加了锅炉运行和检修工作量，严重时降低锅炉安全经济性，还可能迫使锅炉降低负荷运行，甚至被迫停炉。

四、 煤粉的性质煤粉的性质对于燃烧的经济性、制粉系统和炉膛以至整个锅炉机组的工作都有很大的影响。

煤粉的性质主要表现在以下几个方面。

1. 煤粉的流动性2. 煤粉细度煤粉细度是指煤粉颗粒尺寸的大小。

它是衡量煤粉品质的重要指标。

煤粉过粗，在炉膛中不易燃尽，增加不完全燃烧热损失；煤粉过细，又会使制粉系统的电耗和金属磨耗增加。

所以，煤粉细度应合适。

（1） 煤粉细度的表示方法煤粉细度是用一组由细金属丝编制的，带正方形小孔的筛子进行筛分来测定的，取一定数量的煤粉试样，在筛子上筛分，人工筛孔的尺寸为x(微米)的筛子上筛分后有a 留在筛子上，b 经筛孔落下，则筛子上剩余量占筛分煤粉总量的百分数为：x R 称为筛余量。