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煤的强化燃烧
一、 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，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量，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。
良好燃烧必须具备三个条件：
1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。
2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。
3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。
碳燃烧时在其周围包上一层灰壳，碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动，其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也就是说，碳粒燃烧时，灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体，空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此，加大送风，增加空气冲刷碳粒的速度，就容易把外包层的气体带走；同时加强机械拨动，就可破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快燃烧速度。如果氧气不充足，搅动不够，煤就烧不透，造成灰渣中有许多未参与燃烧的碳核，另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出。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。
二、 强化燃烧机理
提高锅炉机组煤粉燃烧的稳定性和煤粉的燃尽率是统一的,随着煤粉燃烧得到强化,炉内温度水平得到提高,这两个问题将同时得到解决。实现“三强原理” (即强化煤粉颗粒与高温烟气的对流传热、强化煤粉的高浓度聚集和强化燃烧过程的初始阶段)是提高炉内的温度水平的有效方法,所以在燃烧器的改造或设计中应设法形成煤粉气流的旋转、高温烟气的回流或设法使煤粉局部浓度加大,以利于强化煤粉的加热和着火过程。 稳定燃烧的关键在于强化煤粉初始阶段燃烧。强化煤粉初始阶段燃烧应让煤粉迅速达到着火温度,缩短着火时间(距离)。设单位质量煤粉在单位时间吸收的热量<1(T)与单位质量煤粉达到着火温度所需热量<2(T)之比值的对数为
ε=lg[<1(T)/<2(T)]。当ε<0时,煤粉不可能着火或熄火;当ε>0且越大,气流煤粉的着火速度越快,燃烧将更加 稳定。从ε的表达式可以看出缩短着火时间有两种途径:一方面是降低煤粉着火热。当外界供热量一定时,我们可以适当提高煤粉浓度,并使其处于最佳值,缩短着火距离。另一方面是增加外界对煤粉的供热量。外界加热煤粉主要通过辐射传热和对流传热。由于这两种方式的加热机理不一样,辐射传热是先加热煤粉再通过煤粉加热气相;而对流传热直接加热气相,再由气相加热煤粉,所以它们对煤粉加热作用的快慢也有很大的差别,如图1是对煤粉颗粒直径为60μm、 着火温度为800℃、气粉混合物初温100℃条件下的定性计算结果。该图说明了当烟温 相同时,对流传热把煤粉加热到着火温度所需时间不到辐射传热对应时间的1/15。根据强化传热原理,为了强化煤粉燃烧,则应努力提高对流传热量(即强化煤粉颗粒与高温烟气的对流传热),如改善 回流区参数。改善回流区参数可以加强回流烟气与煤粉的热交换和质交换。综上所述,改造旋流燃烧器时,应注意采取各种有利于减少着火热和增加高温烟气回流的措施。

降低飞灰可燃物含量是提高锅炉热效率的一种有效方法。根据煤粉在炉内的平均停留时间: τ= 4.19φVj98T273 ×qV ×10-3 s (1)和Arrhenius定律,即煤粉燃烧速度v与温度T 关系: v=Aexp(-EaRuT)∏N i=1(CMi )vi g/s(2) 其中CMi—反应物Mi的浓度; T—炉内平均温度。 我们可以知道煤粉颗粒在炉内的停留时间与炉内平均温度的提高成直线下降;而煤粉燃烧速度与炉内平均温度的提高成指数关系升高,并且随各反应物的浓度的提高而升高,这样提高炉内平均温度将有效地提高煤粉的燃尽率,提高锅炉效率。 对于旋流燃烧器来讲,中心回流区的烟气回流量、回流区尺寸、射流扩张角和气粉流动湍流强度等参数都与综合旋流强度的大小存在着密切关系。随着一次风的旋流强度的提高,虽然回流区的长度将有所下降,但回流区的宽度将增加更快,最后高温烟气回流率还是增加了,增加煤粉供热量;回流区流动动能转变为湍动能,扰动增强,强化热质交换;同时将提高煤粉的浓稀比,降低着火热。这些都有利于强化燃烧。
三、链条炉排的燃烧特点

链条炉排着火条件较差，主要依靠炉膛火焰和炉拱的辐射热。煤的上面先着火，然后逐步向下燃烧，在炉排上就出现了明显的分层区域，如图共分五个区。燃料在新燃烧区1中预热干燥，在炉排上占有相当长的区域。在区域2中燃料释放出挥发分，并着火燃烧。燃烧进行得很激烈，来自炉排下部空气中的氧气在氧化区3中迅速耗尽，燃烧产物CO2和水蒸气上升到还原区4后，立即被只热的焦碳所还原。最后在链条炉排尾部形成灰渣区5。
在燃烧准备区1和燃烬区5都不需要很多空气，而在燃烧区2、3必须保证有足够的空气，否则则会出现空气在中部不足，而在炉膛前后过剩的现象。为改善以上燃烧状况，常常采用以下三个措施：合理布置炉拱；采取分段送风；增加二次风.
四、煤质对锅炉稳定燃烧的影响

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。
2.挥发分在较低温度下能够析出和燃烧，随着燃烧放热，焦碳粒的温度迅速提高，为其着火和燃烧提供了极其有利的条件，另外挥发分的析出又增加了焦碳内部空隙和外部反应面积，有利于提高焦碳的燃烧速度。因此，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.煤的灰份在燃烧过程中不但不会发出热量，而且还要吸收热量。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。灰分含量增大，碳粒可能被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成燃烧不良。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。有关资料显示，平均灰份从13%上升到18%，锅炉的强迫停运率将从1.3%上升到7.54%。
4.煤的颗粒度对锅炉的燃烧有很大影响。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，（在层燃烧锅炉中，尽量不要燃用煤粉（~3mm）含量超过30%的煤种）。因此要根据煤炭颗粒度合理调整给风量。
5.煤的含水量在一定的含量限度内与挥发分对燃煤的着火特性影响一致，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。另外，水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。但水分含量过大时，着火热也随之增大，同时由于一部分燃烧热用来加热水分并使其汽化，降低了炉内烟气温度，从而使煤粉气流吸卷的烟气温度以及火焰对煤粉的辐射热都降低，这对着火不利。
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。
五、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困难，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：
1.加强司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。
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。
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。对由于煤炭颗粒度不均匀、炉排不平整等原因引起的燃烧不完全、燃烧不均，对炉排上的火口或黑带进行人工拨火。
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.加强锅炉燃烧设备和辅助设备的巡检及维修工作。及时排除锅炉及辅助设备（特别是锅炉本体密封、炉排、分层给煤器、省煤器、空气预热器、除渣除尘等设备）出现的故障。
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。
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。
8.8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。
9.采用比较成熟的先进的技术和设备改变燃烧状况。如分层给煤技术，煤炭助燃剂，振动碎煤机等。