燃料的成分和主要特性煤分氣流的著火和燃燒鍋爐的燃燒設(shè)備

1、圖3-5 煤的揮發(fā)分與熄火溫度的關(guān)系曲線曲線l一試驗煤的灰分Aar=5;曲線2一日驗煤的灰分Aar=20 由圖34可知，揮發(fā)分越低的煤，其反應(yīng)指數(shù)越大，越難著火、燃燒。這完全符合揮發(fā)分對著火、燃燒影響的規(guī)律。但對于各種煤而言，例如在煙煤范疇內(nèi)和無煙煤范疇內(nèi)比較，揮發(fā)分含量的影響又不盡相同，而反應(yīng)指數(shù)對煤的燃燒特性的判斷，較之用揮發(fā)分來判斷更為細致、準確。圖3-6 某種煤的燃燒分布曲線(晉緘申匠集煤) (2)熄火溫度。所謂熄火溫度，就是先把煤樣加熱到著火，然后停止加熱，測定熄火時的溫度，即為熄火溫度。如果把揮發(fā)分與熄火溫度聯(lián)系起來，則可判斷出不同煤種著火后燃燒的穩(wěn)定性，這也是煤的燃燒性能的一種指

2、標。因為煤的揮發(fā)分越多，揮發(fā)分越易著火，揮發(fā)分著火燃燒后所釋放出來的熱量越多，燃燒則越穩(wěn)定。 由此分析可知，揮發(fā)分越多的煤，其熄火溫度必然比揮發(fā)分少的低些，即越不易熄火。圖35所示的實驗曲線也充分說明了這種關(guān)系。 (3)煤的燃燒特性試驗。為了了解各種成分煤種的燃燒特性，我國有關(guān)單位常將煤樣分別作出其燃燒分布 曲線、熱解及燃盡率試驗。 1)煤的燃燒分布曲線。取試驗煤種的可燃質(zhì)10mg，在TGS2型熱重分析測定儀上測得煤樣的燃燒分布曲線(如圖36所示)。試驗時的條件為：吹掃氣(N，)的流量為186mlmin，反應(yīng)氣(O)的流量為52mlmin，加熱速度為40min，煤樣細度小于200目。圖36中上

3、部曲線為試樣的重度變化曲線，下部曲線為上部曲線的微分，即所謂燃燒分布曲線，中間曲線是溫度變化曲線。在燃燒分布曲線中，第1小峰(圖上未標明的左邊小峰)為水分析出峰，圖上標有的為燃料的易燃峰(包括揮發(fā)分和易燃焦炭部分)，標有的為燃料的難燃峰(焦炭中的難燃部分)。易燃峰陡峭上升頂點為著火溫度，難燃峰的終點為燃盡溫度，各峰下面積代表燃盡的煤量。 從燃燒分布曲線試驗中可以得出煤樣的燃燒特性值，包括煤樣的著火溫度t()，各峰的最大燃燒速度 wa、max、wb、max，各峰的最大燃燒速度時相對應(yīng)的溫度 Ta、max、Tb、max()，燃盡時溫度T()、各燃燒峰下燃掉的煤量Ga、Gb(mg)，燃燒掉煤量Ga、

4、Gb時相對應(yīng)的溫度區(qū)域ta、tb()。 雖然由燃燒分布曲線難以看出試驗煤種的著火、燃燒的難易程度，但可以通過與已掌握了的煤種進行比較來推算試驗煤種的著火燃燒性能，對試驗煤種的水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出、煤粉著火溫度和燃盡所需時間有比較清晰的概念。 2)煤焦的燃盡率試驗。用煤樣采用工業(yè)分析方法和溫度在700以前反應(yīng)氣為N2外，其他試驗條件與燃燒分布曲線試驗相同，待到700時保持恒溫，且將反應(yīng)氣切換為O2，使煤焦燃盡而獲得的。煤焦燃盡率曲線如圖37所示。從試驗可以得出煤樣的燃盡時間。 3)熱解試驗。煤樣的熱解試驗條件，除反應(yīng)氣由O2改成N2外，其他條件與燃燒分布曲線試驗時相同。根據(jù)試驗結(jié)果可得出如圖38

5、所示的曲線，得出揮發(fā)分初析溫度。從圖卜曲線可以看出，試驗煤的揮發(fā)分隨溫度升高而緩慢地析出，尤揮發(fā)分集中析出區(qū)，而是伴隨著整個升溫過程而不斷釋放出來，直至溫度升高至800以上，還未全部釋放完畢。圖3-9著火溫度與可燃基揮發(fā)分的關(guān)系 從上述煤樣的燃燒分布曲線、熱解曲線和煤焦的燃盡曲線，可以綜合評價煤樣的著火、燃燒性能。 煤的著火性能主要指標是著火溫度。但煤的著火溫度并不是一個物理常數(shù)，只是在一定 條件下得到的相應(yīng)特性值。因為在燃燒過程中，煤的著火溫度決定于燃燒過程中的熱力條件， 即取決于發(fā)熱(加熱)條件和散熱條件。在相同的測試條件下，不同燃料的著火溫度是不同的。就煤而言，反應(yīng)能力越強(即揮發(fā)分高、

6、焦炭活化能小)的煤，著火溫度越低，就越容易著火；而揮發(fā)分低的無煙煤，著火溫度就較高。 在上述的測試條件下，煤的著火溫度與干燥無灰基揮發(fā)分含量的關(guān)系如圖39所示，根據(jù)煤的著火溫度可將煤分成表33所列的幾個等級。表33 煤的著火性能等級著火溫度()>450350450280350240280<240等級極難難中等易極易根據(jù)試驗煤的燃燒分布曲線及數(shù)據(jù)，可得知煤樣的著火溫度，就可得知該煤的著火性能等級，并看易燃峰和難燃峰區(qū)域的溫度，越偏向低溫區(qū)，則表示該煤越易燃燒。結(jié)合煤的熱解曲線和燃盡率曲線分析，可知煤的揮發(fā)分初析溫度的高低，而且可看出煤樣有沒有揮發(fā)分集中釋放區(qū)域，從而可以確定煤樣是否難

7、燃，同時可以知道燃盡所需時間，這樣，對煤樣的著火、燃燒性能就比較清楚了。 3煤的結(jié)渣性能指標過去常用灰的熔融特性，即灰熔點來表示煤的結(jié)渣性能。有資料說明，當(dāng)煤灰的DT<1204時為結(jié)渣煤；而當(dāng)DT>1371時屬不結(jié)渣煤。更多資料用灰的軟化溫度ST表示結(jié)渣性能，當(dāng)ST>1350時，結(jié)渣的可能性很?。欢?dāng)ST<1350時就有可能結(jié)渣。美國資料也介紹，當(dāng)灰粒到達爐壁壁面時，若灰粒溫度低于變形溫度IT和軟化溫度ST，灰粒不會黏附在爐壁上，而只會沉落于冷灰斗或被煙氣帶出爐膛。而當(dāng)灰粒到達爐壁壁面時，灰粒溫度接近ST時，壁面將黏附熔化和凝結(jié)的灰渣，難用吹灰器除去?；业淖冃螠囟菵I(

8、或FT)和流動溫度FT之間的溫度差值t也會影響到結(jié)渣的可能性。t值較大時不易結(jié)渣，而且略有結(jié)渣也可用吹灰法除去；如果t值小，就容易結(jié)成大塊渣。以上的一些說法都是比較粗略的。因為煤中有灰，灰的結(jié)渣性能，不僅與灰的熔融特性有關(guān)，而且與灰的化學(xué)成分有關(guān)。各種不同灰分的灰熔點各不相同，并且與煤的密度組成、煤的發(fā)熱量、灰清流變特性以及灰渣周圍介質(zhì)氣氛有關(guān)，因而常用下列指標表示： (1)結(jié)渣率。所謂結(jié)渣率是煤樣在一定的空氣流速下燃燒井然盡，其所含灰分因受高溫影響而結(jié)渣，其中大于6mm的渣塊占灰渣總重量的百分數(shù)，稱為結(jié)渣率。結(jié)渣率和煤種以及空氣流速有關(guān)，可以根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪成曲線，以表示煤的結(jié)渣特性，如圖31

9、0所示。結(jié)渣率越高的煤，在一定的空氣動力條件下，越易結(jié)渣。圖3-10煤的結(jié)渣特性曲線1田師傅煤；2榮昌煤13撫順煤 (2)灰成分結(jié)渣指數(shù)。由于煤灰中各種組成成分的灰熔點不同，因此就可以用灰的主要成分來判斷煤灰的結(jié)渣特性。通常采用煤灰成分的結(jié)渣指標有以下幾種： 1)堿酸比BA。由于煤灰中的酸性成分(Si02，Al2O3，TiO2)比堿性成分(Fe203，CaO，MgO，Na2O，K2O)的熔點普遍要高，酸性成分多會使灰熔點高。因此可通過灰成分的堿酸比的大小來衡量煤灰在爐內(nèi)結(jié)渣的難易。 B Fe203+CaO十MgO十Na2O+K2O 式中：B為煤灰中的堿性成分；A為酸性成分；其余灰中各組成成分均

10、為灰分析中各組成成分的干燥基重量百分數(shù)。當(dāng)BAo4o7時，為結(jié)渣煤；BAo10.4時，為輕微結(jié)渣煤；BA<0.1時，為不結(jié)渣煤。 2)鐵鈣比結(jié)渣指數(shù)。即以灰成分中的鐵鈣質(zhì)量比(Fe2O3CaO)作為指標，表征煤的結(jié)渣特性，因為鐵的化合物(如FFe2O3、FeO、Fe2O2熔點不高，它們在爐內(nèi)易熔化成氣流阻力較小的球狀體，穿過氣流黏附與聚集在爐壁上，造成爐內(nèi)結(jié)渣。煤灰中含鐵量高則易引起結(jié)渣，因此，煤灰中鐵鈣比越高，結(jié)渣的可能性越大。對于Fe203>(CaO+MgO)的煤，F(xiàn)e203 CaO<03時為不結(jié)渣煤，F(xiàn)e203CaOO33O為中等結(jié)渣煤；Fe203Ca0>30為結(jié)

11、渣煤。 3)硅鋁比。即煤灰成分中2SiO2Al203的比值。因為SiO2本身的熔點較高，但它對灰渣熔化溫度的影響卻比較復(fù)雜。如果全部SiO2與Al2O3結(jié)合成高嶺土(Al203·2SiO2)，其熔點也是高的，此時其結(jié)合比2SiO2Al2O3為118，就不會結(jié)渣。如果其結(jié)合比大于118，就有自由的SiO：存在，這時它將和CaO、MgO、FeO等化合形成易熔的共晶體，導(dǎo)致煤灰的總?cè)刍瘻囟认陆担阌锌赡芙Y(jié)渣。 4)結(jié)渣指數(shù)兄和R。美國把煤灰分為煙煤型灰和褐煤型灰兩種，它是按煤灰中的Fe20a與(CaO+MgO)的比值來劃分的。Fe203(CaO+MgO)>1的煤灰稱為煙煤型灰，而當(dāng)F

12、e2O3 (CaO+MgO)<1同時(CaO+MgO)>20時的煤灰稱為褐煤型煤灰。 不同類型的煤灰，其結(jié)渣指數(shù)計算方法也不同。褐煤型煤灰使用溫度特性法計算它的結(jié)渣指數(shù)Rt即式中：t2,max為分別在氧化、還原性氣氛中測得的最高半球形軟化溫度，；t1,min為分別在氧化、還原性氣氛中測得的最低開始變形溫度，。一般Rt>1343的煤為不結(jié)渣煤，Rt11491343的煤為中等結(jié)渣煤；Rt<1149的煤為嚴重結(jié)渣煤。 而煙煤型煤灰用的是堿酸比法計算它的結(jié)渣指數(shù)尺，。式中；BA為煤灰的堿酸比，其計算法見式(32)；Sd為煤中硫分含量的干燥基重量百分數(shù)，。當(dāng)尺。<06時為不

13、結(jié)煤；Rs0620時為中等程度結(jié)渣煤；只。2o26時為強結(jié)渣煤，R,2>26時為嚴重結(jié)渣煤。 (3)灰渣流變特性和灰黏度結(jié)渣指標。流變特性又稱黏溫特性，是表征灰渣黏度隨溫度變化的關(guān)系。如果黏性熔渣接近于凝固狀態(tài)，則不易形成結(jié)渣；如果黏性灰渣保持黏性狀態(tài)，而且時間較長，則黏附在爐壁或受熱面上的可能性便增大，就容易出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象。經(jīng)測定、比較的結(jié)果說明：凡灰渣黏度為50100Pa·s或2000Pa·s的，其結(jié)渣可能性大，會出現(xiàn)結(jié)渣或嚴重結(jié)渣。 由灰渣流變特性引出的灰渣黏度結(jié)渣指數(shù)只。為Rvs=t25t1000 97.5fs式中；t25為灰渣黏度為25Pa·s時的溫

14、度，;t1000為灰渣黏度為1000Pa·s時的溫度，；fs為由t200(灰渣黏度為200Pa·s時的溫度)決定的因素，此因素可由表3-4中根據(jù)t200查表3-4T2001000110012001300140015001600s0.91.32.03.14.77.111.4結(jié)渣程度與灰渣黏度結(jié)渣指數(shù)尺。的關(guān)系為：當(dāng)Rvs<05時為輕微結(jié)渣；Rvs=05o99時為中等結(jié)渣；Rvs1.0L 99時為嚴重結(jié)渣；Rvs2時為極嚴重結(jié)渣。 4煤灰的沾污指標RF 煤灰對于高溫受熱面(包括高溫過熱9S和高溫再熱器)沾污的傾向，可以用類似的基于煤灰組成成分汁算的沾污指標RF來衡量： (

15、36) 式中：BA為煤灰的堿酸比，計算方法見式(32)；Na2O為煤灰中Na2O成分的干燥基重量百分數(shù)，。 依據(jù)煤灰的只RF值，可將煤灰的沾污特性分成四類：當(dāng)RF<0.2g時為輕微沾污RFo2o5時為中等沾污；RF0.5l.0時為強沾污；RF>1.0時為嚴重沾污。煤粉氣流的著火和燃燒 一、煤粉燃燒的特點 煤粉燃燒過程不同于煤?；蛎簤K的燃燒。將煤粒放在空氣中燃燒，其燃燒過程一般分成四個階段，即預(yù)熱干燥階段、揮發(fā)分析出階段、燃燒階段和燃盡階段。必須指出，將煤粒的燃燒階段分為四個階段，只是對一顆煤粒而言。對群集的煤粒群來說，只是為了分析問題方便，但實際上因為各煤粒的大小不同，受熱情況又有

16、差異，燃燒過程四個階段往往是交錯進行的。例如，在燃燒階段，仍不斷有揮發(fā)分析出，只是數(shù)量逐漸減少，同時灰渣也開始形成。 現(xiàn)代大型煤粉爐的煤粉燃燒，由于煤粉顆粒很細，爐膛溫度又很高，因此懸浮在氣流中的煤粉粒子加熱速度町高達104s。在這樣高的升溫速度下，現(xiàn)代的研究表明，煤粉燃燒與一般煤粒燃燒有些不同，主要在于： (1)揮發(fā)分的析出過程幾乎延續(xù)到煤粉燃燒的最后階段。 (2)在高速升溫情況下，揮發(fā)分的析出、燃燒是和焦炭燃燒同時進行的速度下，甚至是微小的煤粉粒子先著火，然后才熱分解析出揮發(fā)分。(3)高速加熱時，揮發(fā)分的產(chǎn)量和成分都與低速加熱的現(xiàn)行常規(guī)測試方法所得的數(shù)值有所不同，產(chǎn)量有高有低，成分也不盡相

17、同。 (4)快速加熱形成的焦炭與慢速加熱形成的焦炭，在孔隙結(jié)構(gòu)方面也有很大差別。 二、煤粉氣流著火和熄火的熱力條件 通常燃燒過程又可歸納為兩大階段，即著火階段和燃燒階段。著火是燃燒的準備階段燃燒又給著火提供必要的熱量來源，這兩大階段是相輔相成的。燃料由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到化學(xué)反應(yīng)自動加速到高速燃燒的瞬間過程稱為著火，著火時反應(yīng)系統(tǒng)的溫度稱為著火溫度。 鍋爐燃燒設(shè)備中，燃料著火的發(fā)生是由于爐內(nèi)溫度不斷升高而引起的，這種著火稱為熱力著火。各種固體燃料在自然條件下，盡管和氧(空氣)長時間接觸，但不能發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)。然而隨著溫度的升高，它們之間便會產(chǎn)生一定的反應(yīng)速度，同時放出反應(yīng)熱，隨著反應(yīng)熱量的

18、積累，又使反應(yīng)系統(tǒng)溫度進一步升高，這樣反復(fù)影響，達到一定溫度便會發(fā)生著火。 燃料和空氣組成的可燃混合物，具燃燒過程的發(fā)生和停止，即著火或熄火，以及燃燒過程進行是否穩(wěn)定，都取決于燃燒過程所處的熱力條件。因為在燃燒過程中，可燃混合物在燃燒時要放出熱量，但同時又向周圍介質(zhì)散熱。放熱和散熱這兩個相互矛盾過程的發(fā)展，對燃燒過程可能是有利的，也可能是不利的，它可能使燃燒發(fā)生(著火)或者停止(熄火)。圖3-11放熱及散熱曲線 下面以煤粉空氣混合物在燃燒室內(nèi)燃燒情況為例來說明這個問題。燃燒室內(nèi)可燃混合物的放熱量為Q1k0exp(一ERT)Cno2VQr (37)向周圍介質(zhì)的散熱量為Q2=aS(TTb) (38

19、)式中：k0為反應(yīng)速度常數(shù)；E為活化能；R為氣體通用常數(shù)；T為反應(yīng)系統(tǒng)溫度；Co2為可燃混合物中煤粉反應(yīng)表面的氧濃度；n為燃燒反應(yīng)方程式中氧的反應(yīng)系數(shù)；V為可燃混合物容積；Qr為燃燒反應(yīng)熱；Tb為燃燒室壁面溫度(即可燃混合物煤粉氣流的初始溫度)；a為混合物向燃燒室壁畫的綜合放熱系數(shù)，它等于對流放熱系數(shù)和輻射放熱系數(shù)之和；s為燃燒室壁面面積。放熱量Qi和散熱量Q：隨溫度丁的變化情況示于圖311中。 放熱量Q1主要取決于exp(一ERT)，所以隨溫度變化呈指數(shù)曲線形式，而散熱量Q2的曲線則接近于直線。 在燃燒室中，如果開始時叫·燃混合物和壁面溫度為Tb1則散熱曲線為Q2，此時由于Tb1溫

20、度很低，由圖311可知，反應(yīng)初期由于放熱量大于散熱量，反應(yīng)系統(tǒng)溫度逐漸升高，到點1達到平衡。但點1是一個穩(wěn)定平衡點，即反應(yīng)系統(tǒng)溫度稍有變化(升高或降低)，它始終會回復(fù)到點1穩(wěn)定下來。因而它是一個低溫緩慢氧化的狀態(tài)，而不會著火。 如果將煤粉氣流初溫(即壁面溫度)提高到Tb2，此時的散熱曲線為Q2，由圖可知，反應(yīng)初期由于Q1>Q2，反應(yīng)系統(tǒng)溫度便逐漸增大，到達點2時，QlQ2，系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)。但點2是一個不穩(wěn)定的平衡點，因為只要稍稍提高系統(tǒng)溫度，放熱量Ql就大于散熱量Q2，反應(yīng)系統(tǒng)溫度便隨之不斷升高，反應(yīng)將自動加速而轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚偃紵隣顟B(tài)。若這時能保證燃料和氧化劑的連續(xù)供應(yīng)，反應(yīng)過程最后將在

21、一個高溫點3達到平衡，而點3是一個穩(wěn)定的平衡點，因此，只要達到點2后便會開始著火。點2所對應(yīng)的溫度即為著火溫度Tzh在一定的放熱和散熱條件下，只要系統(tǒng)溫度T>Tzh燃燒反應(yīng)就會自動加速進行。 對于處在高溫燃燒狀態(tài)下的反應(yīng)系統(tǒng)，如果散熱加強，散熱曲線就從Q2變?yōu)镼2,那么燃燒系統(tǒng)的溫度將隨之降低。當(dāng)燃燒系統(tǒng)處于點4狀態(tài)時(雖然點4也是一個平衡點，但卻是一個不穩(wěn)定的平衡點)，這時只要系統(tǒng)溫度稍有下降，便會由于散熱大于放熱，而使反應(yīng)系統(tǒng)溫度急劇降低，最后在新的一個平衡點5才穩(wěn)定下來。但點5所處的溫度已很低，此處只能產(chǎn)生緩慢氧化，而不能燃燒，便使燃燒過程中斷熄火，因此，點4狀態(tài)所對應(yīng)的溫度即為熄

22、火溫度了“。因為在一定的放熱和散熱條件下，只要系統(tǒng)溫度T<Txh，燃燒反應(yīng)就會自動中斷。由圖3-11可知，熄火溫度Txh遠比著火溫度丁Tzh高。 放熱曲線和散熱曲線的切點2和4，分別對應(yīng)于系統(tǒng)的著火溫度和熄火溫度，它們的位置是隨著反應(yīng)系統(tǒng)的熱力條件一放熱和散熱的變化而變化的。例如，反應(yīng)系統(tǒng)的氧濃度、燃料顆粒大小、燃料性質(zhì)及散熱條件改變時，切點的位置就會移動，其對應(yīng)的著火溫度和熄火溫度也隨之而變化，因此，著火溫度和熄火溫度并不是一個物理常數(shù)。各種書中所列出的燃料著火溫度，只是在一定的測試條件下得出的相對特征值。 在相同的測試條件廠，不同燃料的著火溫度不同，而對同一種燃料，不同的測試條件也會

23、得出不同的著火溫度。但就固體燃料而言，反應(yīng)能力越強(揮發(fā)分高，焦炭活化能小)的煤，其著火溫度越低，即越容易著火。而揮發(fā)分低的無煙煤，其著火溫度最高，最難以著火。 三、影響煤粉氣流著火的主要因素 煤粉空氣混合物經(jīng)由燃燒器以射流方式噴入爐膛后，通過紊流擴散和內(nèi)回流卷吸周圍的高溫?zé)煔?，同時又受到爐膛四壁及高溫火焰的輻射，而將懸浮在氣流中的煤粉迅速加熱。根據(jù)我國多年來的研究和實測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)煤粉氣流著火所需吸熱量的7090，來源于卷吸高溫?zé)煔鈺r的對流換熱，1030來源于爐膛四壁及高溫火焰的輻射。煤粉獲得了足夠的熱量并達到著火溫度后就開始著火燃燒。在實際燃燒設(shè)備中，希望煤粉離開燃燒器噴口不遠處就能穩(wěn)定地著

24、火。如果著火過早，可能使燃燒器噴口過熱而被燒壞，也易使噴口附近結(jié)渣；如果著火過遲，就會推遲整個燃燒過程，致使煤粉來不及燒完便離開爐膛，增大機械未完全燃燒熱損失。而且著火推遲，還會使火焰中心上移，造成爐膛上部或爐膛出處受熱面發(fā)生結(jié)渣。 煤粉氣流的著火快慢用著火時間或著火速度表示，所謂著火速度就是火焰?zhèn)鞑ニ俣?，也就是指在穩(wěn)定著火后，火焰前沿的擴張(移動)速度。煤粉氣流著火后就開始燃燒，形成火炬。著火以前是吸熱階段，需要從周圍介質(zhì)中吸收一定的熱量來提高煤粉氣流的溫度，著火以后才是放熱階段。將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量稱為著火熱，用Qzh表示，它主要用于加熱煤粉和空氣以及使煤中水分蒸發(fā)和過熱。

25、著火熱可用下式計算式中：Qzh為著火熱，J(kz·h)；B為燃料消耗量，keh；V°為理論空氣量，Nm3kg;a1為燃燒器送入爐內(nèi)的空氣所對應(yīng)的過量空氣系數(shù)；r1k為一次風(fēng)所占份額；C1k為一次風(fēng)比熱容， J(kg·K)；Q：為鍋爐的機械未完全燃燒熱損失，；Mar為煤的收到基水分，；T。為煤粉和一次風(fēng)氣流初溫，K；cq為過熱蒸汽的比熱容，J(kg·K)；Mmf為煤粉水分，。 由式(38)可知，著火熱隨燃料性質(zhì)(著火溫度、燃料水分、灰分)和運行工況(煤粉氣流的初溫、一次風(fēng)量)的變化而變化。此外，爐內(nèi)著火情況還與煤粉細度，燃燒器結(jié)構(gòu)，氣流運動工況，鍋爐負荷以

26、及爐膛的散熱條件等有關(guān)。由此可分析影響煤粉氣流著火的主要因素如下： 1燃料的性質(zhì) 燃料性質(zhì)中對著久過程影響最大的是揮發(fā)分Vdaf。揮發(fā)分降低時，煤粉氣流的著火溫度顯著升高，著火熱也隨之增大。就是說，必須把煤粉氣流加熱到更高的溫度才能著火，因此，低揮發(fā)分煤的著火要困難些，著火點離開燃燒器噴口的距離自然也增大些。 原煤水分增大時，著火熱也隨之增大。同時由于一部分燃燒熱消耗在加熱水分并使之汽化和過熱上，也降低爐內(nèi)煙氣溫度，從而使煤粉氣流卷吸的煙氣溫度以及火焰對煤粉氣流的輻射熱都相應(yīng)降低，這對著火是不利的。 原煤灰分在燃燒過程中不但不能放出熱量，而且還要吸收熱量。特別是當(dāng)燃用高灰分的劣質(zhì)煤時，由于燃料

27、本身發(fā)熱值較低，燃料消耗量增加幅度較大，大量灰分在著火和燃燒過程中要吸收更多熱量，因而使鍋爐爐膛內(nèi)煙氣溫度降低，同樣使煤粉氣流著火推遲，而且也影響著火的穩(wěn)定性。 煤粉氣流的著火也與煤粉細度有關(guān)，煤粉越細，著火就越容易。這是因為在同樣的煤粉質(zhì)量濃度下，煤粉越細，進行燃燒反應(yīng)的表面積就越大，而煤粉本身的熱阻卻減小，因而在圖3-11煤粉粒子升溫過程加熱時，細煤粉的溫升速度要比粗煤粉大，如圖312所示。因此，煤粉顆粒細，就可以加快化學(xué)反應(yīng)速度，更快地達到著火。一般總是細煤粉首先著火燃燒，因此，對于難著火的低揮發(fā)分無煙煤，將煤粉磨得細些，無疑會加速它的著火過程。 2爐內(nèi)散熱條件 從煤粉氣流著火的熱力條件

28、可知，如果放熱曲線不變，減少爐內(nèi)散熱量，圖311中的散熱曲線將往右移動，有利于著火，因此，在實踐中為了加快和穩(wěn)定低揮發(fā)分無煙煤的著火，常在燃燒器區(qū)域用鉻礦砂等耐火涂料將部分水冷壁遮蓋起來，構(gòu)成燃燒帶(或稱衛(wèi)燃帶)。其目的是減少水冷壁的吸熱量，提高燃燒器區(qū)域，即著火區(qū)域的溫度水平，以改善煤粉氣流的著火條件。實踐表明，敷設(shè)燃燒帶是穩(wěn)定低揮發(fā)分煤粉著火的有效措施。但燃燒帶區(qū)域往往又是結(jié)渣的發(fā)源地。所以只在燃用無煙煤時才敷設(shè)，通常布置于直流燃燒器兩側(cè)的水冷壁上。 3煤粉氣流的初溫 從圖3u中可知，只有提高煤粉氣流的初溫，亦即提高燃燒室壁面溫度了b，使之從9u提高到了”，與放熱曲線相切于點2，才能迅速穩(wěn)

29、定地著火，因此，在實踐中常采用較高溫度的預(yù)熱空氣作為一次風(fēng)來輸送煤粉，即采用熱風(fēng)送粉的制粉系統(tǒng)。由于提高了煤粉氣流的初溫，從式(38)電可看出，它減少了把煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱，從而加快廠著火。因此在燃用無煙煤時，廣泛采用熱風(fēng)送粉的制粉系統(tǒng)。 4一次風(fēng)量和風(fēng)速 由式(38)可知，若一次風(fēng)所占份額r1k大，著火熱將明顯增加，使著火過程推遲，減少一次風(fēng)量，會使著火熱顯著減小。因為在同樣的爐溫和卷吸煙氣量的情況下，可將煤粉氣流更快地加熱到著火溫度。但是，一次風(fēng)量又不能過小，否則會由于著火燃燒初期得不到足夠的氧氣，而使反應(yīng)速度減慢，阻礙著火的繼續(xù)擴展。另外，一次風(fēng)量還必須滿足輸煤的要求，否

30、則會造成煤粉堵塞，因此，次風(fēng)量對應(yīng)于某一煤種應(yīng)有一個最佳值。通常一次風(fēng)量用一次風(fēng)率表示，它是指一次風(fēng)量占送人爐內(nèi)的總風(fēng)量的百分比，對于燃用無煙煤，貧煤并采用熱風(fēng)送粉的制粉系統(tǒng)時，一次風(fēng)率應(yīng)在2025范圍內(nèi)。 除·次風(fēng)量外，一次風(fēng)煤粉氣流出口速度對著火過程也有一定影響。若一次風(fēng)速過高，使通過氣流單位截面租的流量增大，勢必降低煤粉氣流的加熱速度，使著火推遲，并使著火距離拉長，影響整個燃燒過程。但一次風(fēng)速過低時，會引起燃燒器噴口過熱燒壞，以及煤粉管道堵粉等故障。最適宜的一次風(fēng)速與燃用煤種和燃燒器型式有關(guān)。對于燃用無煙煤、貧煤、并采用直流煤粉燃燒器的固態(tài)排渣煤粉爐，一次風(fēng)速的推薦值為20一2

31、5m/s。 5燃燒器的結(jié)構(gòu)特性 影響著火快慢的燃燒器結(jié)構(gòu)特性，主要是指一、二次風(fēng)混合的情況。如果一、二次風(fēng)混合過早，在煤粉氣流著火前就混合，等于增大了一次風(fēng)量，相應(yīng)地使著火熱加大，推延著火過程，因此，劉·燃用低揮發(fā)分的無煙煤、貧煤，應(yīng)使一、二次風(fēng)的混合適當(dāng)?shù)赝七t。 此外，燃燒器尺寸也影響著火的穩(wěn)定性，如果燃燒器出口截面大，煤粉空氣混合物著火時離開噴口的距離就較遠，著火拉長廠。從這一點來看，采用尺寸較小的小功率燃燒器代替大功率燃燒器是合理的。這是因為小尺寸燃燒器既增加了煤粉氣流著火的表面積，同時也縮短廠著火擴展到整個射流截面所需要的時間。 6爐內(nèi)空氣動力場 合理組織爐內(nèi)空氣動力場有效措

32、施。 鍋爐的運行負荷加強高溫?zé)煔獾幕亓?，強化煤粉氣流的加熱，是改變著火的鍋爐負荷降低時，送進爐內(nèi)的燃料消耗量相應(yīng)減少，水冷壁的吸熱量雖然也減少一些，但減少的幅度卻較小，相對于每公斤燃料來說，水冷壁的吸熱量卻反而增加了，致使爐膛平均煙溫降低，燃燒器區(qū)域的煙溫也降低，因而鍋爐負荷降低，對煤粉氣流的著火是不利的。當(dāng)鍋爐負荷降到一定程度時，就將危及著火的穩(wěn)定性，甚至引起熄火，因此，著火穩(wěn)定性條件常常限制廠煤粉鍋爐負荷的調(diào)節(jié)范圍。通常在沒有其他措施的條件下，固態(tài)排渣煤粉爐只能在高于70額定負荷下運行。 著火階段是整個燃燒階段的關(guān)鍵，要使燃燒能在較短時間內(nèi)完成，必須強化著火過程，即要保證著火過程能夠穩(wěn)定而

33、迅速地進行。由上述分析可知，組織強烈的煙氣回流和燃燒器出口附近煤粉一次風(fēng)氣流與高溫?zé)煔獾募ち一旌?，是保證供給著火熱量和穩(wěn)定著火過程的首先條件；提高煤粉氣流初溫，采用適當(dāng)?shù)囊淮物L(fēng)量和風(fēng)速，是降低著火熱的有效措施；而減小煤粉細度和敷設(shè)燃燒帶，則是燃用無煙煤時穩(wěn)定著火的常用方法。 四、燃燒良好的條件 要組織良好的燃燒過程，其標志就是盡量接近完全燃燒，也就是在保匪爐內(nèi)不結(jié)渣的前提下，燃燒速度快，而且燃燒完全。得到最高的燃燒效率。要接近完全燃燒，具原則性條件為： 1供應(yīng)合適的空氣量 供應(yīng)足夠而又適量的空氣足燃料燃燒完全的必要條件。在燃料燃燒計算十，每公斤固、液體燃燒完全燃燒時所需的空氣量址理論空氣量。但

34、由于燃燒設(shè)備和燃燒過程的組織扦不總是理想的，供給的空氣量不可能個部參與燃燒，因而實際卜送人爐內(nèi)的空氣量要比理淪空氣量要多。燃料燃燒時實際供給每公斤固、液體燃燒的空氣量與理論空氣量之比，稱為過量空氣系數(shù)e。直接影響燃燒的過量牛氣系數(shù)，用爐膛出口處的過星牛氣系數(shù)o、”表示。一般煤粉爐運行時要控制a11.151.25。a1過高、過低對鍋爐燃燒效率和熱效率都是不利的。如果a1過低，則供應(yīng)的空氣量不足，不完全燃燒熱損失q3，q4必然增大；同時煙囪冒黑煙，爐渣和灰含炭量增大；火焰不穩(wěn)定；而且炭黑和碳粒將沾污、堵塞對流煙道受熱面和空氣預(yù)熱器。如果oI”過大，在一定范圍內(nèi)可使q3、Q4降低，但卻增大排煙熱損失

35、q2。如果再進一步增大a1不但Q2進一步增大，而q2使爐溫下降，使燃燒反應(yīng)速度減慢，同時會提高爐內(nèi)煙氣流速，縮短燃料在爐內(nèi)的停留時間。都將導(dǎo)致Q3和Q4的增大。因此鍋爐應(yīng)在最佳a1下運行，最佳al是使q2、q3、q4三者之和為最小值時的爐膛出口過量空氣系數(shù)。最佳a1取決于爐型，燃料特性以及爐內(nèi)上況和運行經(jīng)驗等因素，一般應(yīng)通過燃燒調(diào)整試驗確定。燃用尤煙煤、貧煤或劣質(zhì)煤時，在額定負荷下的a1值府為120L 25。 2保證適當(dāng)高的爐溫 根據(jù)阿累尼烏斯定律，燃燒反應(yīng)速度與溫度成指數(shù)關(guān)系，因此，爐溫對燃燒反應(yīng)速度有著極其顯著的影響。爐溫高著火快，燃燒過程也進行得快，燃燒也容易趨十完全燃燒。但爐溫也不能過

36、分地提高，因為過島的爐溫會引起爐膛水冷壁結(jié)渣和膜態(tài)沸騰。同時，囚為燃燒反應(yīng)是，J逆反應(yīng)，過高的爐溫不但使正反應(yīng)速度加快，也會使逆反應(yīng)(還原反應(yīng))速度加快，也導(dǎo)致燃燒不完全，所以鍋爐的爐溫應(yīng)控制在中溫區(qū)域即10002000之間。 保持足夠高的爐溫范圍，取決：于燃料性質(zhì)，預(yù)熱空氣溫度、爐膛容積熱強度和爐膛斷面熱強度。 在燃用低揮發(fā)煤時，一般采用較高的預(yù)熱空氣溫度和用熱風(fēng)送粉方式，可以有效地加快著火和提，高爐溫。爐膛容積和截面熱強度的大小，意味著燃燒放熱和水冷壁吸熱比例的大小。熱強度人，通常爐溫較高，尤其是爐膛斷面熱強度它反映了燃燒器區(qū)域的溫度水平，對著火利燃燒都有明顯的影響。 3有足夠的燃燒時間

37、在一定爐溫下，一定緗度的煤粉要布一定時間才能燃盡。煤粉在爐內(nèi)停留的時間，是指煤粉從燃燒器出口到爐膛出口這段行程所經(jīng)歷的時間，在這段行程中，使煤粉從著火、燃燒以至燃盡才能燃燒完全；否則將增大燃燒熱損失，或者在爐膛出口之后煤粉還在燃燒，而導(dǎo)致爐膛出口的過熱器受熱畫結(jié)渣及過熱汽溫升高，儀鍋爐運行不安全。 煤粉在爐內(nèi)的停留時間，主要取決于爐膛容積和單位時間內(nèi)爐膛產(chǎn)生的煙氣量膛容積熱強度qv是一個可以反映煤粉在爐內(nèi)停留時間的個重要參數(shù)。 爐膛容積熱強度用下式表示： 式中：B為燃料消耗量，kgh；Qar·de1為燃料的收到基低位發(fā)熱量，kJkg；Vl為爐膛容積，m3。 爐膛容積熱強度qv的大小與

38、燃料及其所生產(chǎn)；的煙氣在爐內(nèi)停留時間，的倒數(shù)成正比，即 QY值過人，表示燃料和煙氣在爐內(nèi)的停留時間過短，燃料可能來不及完全燃燒就排出爐膛外面。Qy伉過大，還意味著爐膛容積太小，壙內(nèi)所能市置的水冷壁受熱面面積過少煙氣在爐膛出口處難以冷卻至一定的爐膛山口煙溫，會引起爐膛出口部位或?qū)α魇軣崦娼Y(jié)渣。因此，對于固態(tài)排渣煤粉爐，qv值一般應(yīng)為100175kWm。 由qv可以決定爐膛容積，爐膛容積是保證燃燒時間的一個重要因素，但從保匪火焰行程來說，還必須考慮爐膛的形狀，即要考慮爐膛截面熱強度v。 爐膛截面熱強度qF用下式表示， (3-10)式中：F為爐膛截面積，通常是指燃燒器區(qū)域的爐膛截面積，m2。 爐膛截

39、面熱強度qF是爐膛的重要設(shè)汁特性，它不但反映丁燃燒器區(qū)域的溫度水平，而且在QL一定時，也決定了爐膛的形狀和火焰的行程。如果qF過小，說明爐膛截面積過大，爐膛呈矮胖形，爐膛容積難以充分利用，火焰行程長度得不到保證，難以燃燒完全。反之，如果 Q過大，爐膛截面過小，爐膛呈瘦高型，在燃燒器區(qū)域燃料燃燒放出的大量熱量，沒有足夠的水冷壁受熱面來吸收，就會使燃燒器區(qū)域的局部溫度過高，會引起燃燒器區(qū)域結(jié)渣。值的選取，與燃料性質(zhì)、鍋爐的排渣方式，燃燒器型式和布置等因素有關(guān)。對于固態(tài)排渣煤粉爐。當(dāng)燃用灰熔點較高的煤時。qF可適當(dāng)選大些；對于燃用灰熔點較低的煤時，qF應(yīng)取較小值。大齊量的固態(tài)排渣煤粉爐，qF值一般為

40、34.5MWm2。 4空氣和煤粉的良好擾動和混合 煤粉燃燒是多相燃燒，其燃燒反應(yīng)主要在煤粉表面進行，燃燒反應(yīng)速度主要取決于煤粉的燃燒反應(yīng)速度和空氣擴散到煤粉表面的擴散速度，因此，要做到完全燃燒，除保證足夠高的爐溫和供應(yīng)合適的空氣量外還必須使煤粉和空氣能充分擾動、混合，及時。將空氣輸送到煤粉燃燒表面去。要做到煤粉和空氣的良好擾動混合，就要求燃燒器結(jié)構(gòu)特性及其、二次風(fēng)的良好配合，以及有良好的爐內(nèi)空氣動力場。不但在著火后的燃燒階段要做到，特別注意燃盡階段。因為在燃盡階段中，可燃質(zhì)和氧的數(shù)量已很少，而且煤粉衷面，叮能有一層灰渣包裹著，加強混合擾動，可增加煤粉和空氣的接觸機會，有利于燃料的完全燃燒。 以上說明了良好燃燒要求的四個條件，這四個條件之間有著密切的聯(lián)系，互