煤质的变化对锅炉燃烧的影响及应对措施

煤质的变化对锅炉燃烧的影响及应对措施
作者：崔健
来源：《科学与财富》2013年第12期
摘要：目前，随着国内市场上煤炭价格的一路高歌猛进，对于燃煤的发电机组来说，运行成本越来越高，很多单位趋于亏损。

为尽可能地减少运行成本。

本文通过分析煤炭的燃烧过程、链条炉排的燃烧特点及其对煤的要求以及煤不同成分对锅炉燃烧的影响，提出了在煤质发生变化时的应对措施，来保证供热质量达标和安全平稳运行。

关键词：燃烧；调整；措施
1.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。

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。

2.火电燃煤锅炉燃烧特性
目前在我国火电锅炉是通过煤粉燃烧，在这个燃烧过程中会产生大量的氮氧化物，在火电燃煤锅炉燃烧时煤粉和空气中各种氮的结合不同以及与氮进行反应的介质成分的不同，使之火电锅炉在燃烧过程中产生氮氧化物的生成机理也不同，主要分为三种：
2.1热力型
火电燃煤锅炉燃烧时产生热力，而这种热力也同时有一部分转化成为氮氧化物。

热力型主要是指在火电燃煤锅炉燃烧时在高温下氧化而生成的氮氧化物。

空气和高温下氮的氧化成为一氧化氮的机理反应的产物，火电锅炉煤粉燃烧过程中产生的热力型氮氧化物只占总排放量的20%-30%。

主要因素还是温度、氧气浓度和在高温停留的时间。

其中温度是影响热力型氮氧化物的重要因素。

因此，降低热力型氮氧化物的有效措施是降低燃烧温度水平，避免产生局部高温，降低氧气浓度，缩短在高温区内的停留时间等。

2.2燃料型
燃料型是火电燃煤锅炉燃烧时所用燃料中的有机氮化合物，在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物，其主要在燃料燃烧的初始阶段生成。

燃料型氮氧化物的生成机理十分复杂，到目前为止我们还尚未完全掌握。

主要原理是在一定的燃烧条件下，燃料中的杂环氮化物受热分解，并在脱挥发过程中大量的气相燃料氮随之挥发而释放出来，从而被氧化。

燃料型氮氧化物的形成不仅与煤种的特性、煤的结构、燃料中的氮受热分解后在挥发和焦氮中的比例、成分和分布有关，而且与燃烧状况主要包括氧的浓度、燃烧温度及空气的混合状况相关，氧的浓度越高，燃烧温度越高，生成量越大。

此外还与烟气在高温区滞留时间有关，滞留时间越长，生成量就越大。

2.3快速型
快速型是由于火电燃煤锅炉燃烧时燃料中碳氢化合物分解生成的原子团，与空气进行反应生成氮氧化物，此类氮氧化物主要在富燃料火焰中生成量比较多，也比较快。

3.煤对锅炉稳定燃烧的影响
3.1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。

3.2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。

3.3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。

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。

3.4要根据煤炭颗粒度合理调整给风量。

煤的颗粒度过大时，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。

3.5煤含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。

3.6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。

4.煤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：
4.1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。

4.2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。

4.3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。

5.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难，电厂各锅炉车间应该面对现实，在实际的供热运行过程中，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：
5.1加强锅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。

5.2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。

5.3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。

5.4加强对输煤工作的管理。

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。

输煤时输煤工与当班司炉工及时沟通，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，输煤时将杂质分拣出来，把大颗粒的煤粉碎等。

5.5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。

5.6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。

5.7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。

6. 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，摸索研究不同煤种适应电站现有型号的锅炉，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，不仅可以提高电站整体的经济效益，最重要的可以保证市民的正常用电。