煤粉燃燒器：飛灰含碳量高的原因分析與對策
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灰含碳量高的原因分析與對策
降低飛灰含碳量,不但對控制煤粉燃燒器煤粉氣流的燃燒非常必要,而且可大大提高鍋爐機組的經(jīng)濟性,從而降低鍋爐煙塵排放量,減少環(huán)境污染。
1、飛灰含碳量偏高的原因分析
當煤粉氣流在爐膛內(nèi)的燃燒和燃盡過程不充分時,勢必造成機械未完全燃燒熱損失增大,表現(xiàn)為飛灰含碳量升高。
影響飛灰含碳量變化的因素主要有:煤粉細度、煤種特性、燃燒器的結構特性、熱風溫度、爐內(nèi)空氣動力場和鍋爐負荷等。
(1)煤粉細度的影響：
煤粉細度對其煤粉的燃燒和燃盡性能有較大影響。煤粉細度越大,即煤粉顆粒粒直徑越大,其燃盡性能較小粒直徑顆粒越差,越不容易完全燃盡，勢必造成煤粉燃盡時間延長,不完全燃燒損失增大,飛灰含碳量升高,從而降低煤粉燃燒器燃燒效率。煤粉細度越細，雖然容易著火和燃燒,但煤粉細度過細將會增加制粉電量和加大磨煤機能耗。因此,在煤粉燃燒器設備運行中,應綜合考慮不完全燃燒損失和制粉能耗的要求,使之達到最小,即尋找煤粉經(jīng)濟細度或最佳細度,以保證較高的燃燒效率和較低的飛灰含碳量。
煤粉經(jīng)濟細度與燃料性質和煤粉顆粒的均勻程度有關。對于高揮發(fā)分的煤,因其容易燃燒可允許磨得粗些;對于低揮發(fā)分和可磨性指數(shù)較低的煤,因較難燃燒而應盡量磨得細些。如果煤粉顆粒比較均勻,造成不完全燃燒損失的大顆粒則相對較少,可允許煤粉粗些,這與磨煤機和分離器的形式以及運行工況有關。降低煤粉細度是控制飛灰含碳量升高的有效措施。鄭州中威環(huán)保設備有限公司煤粉燃燒器設備實踐也表明:煤粉顆粒比較均勻時,飛灰含碳量也有所下降。
(2) 煤種特性的影響
中威公司GX系列煤粉燃燒器燃燒實際煤種與設計煤種有所差別，煤種來源比較復雜,煤質成分如揮發(fā)分、水分、灰分和發(fā)熱量等主要指標不穩(wěn)定,從而對煤粉的完全燃燒產(chǎn)生很大的影響,導致飛灰含碳量發(fā)生顯著變化。
煤粉燃燒過程是在揮發(fā)成分燃燒完之后才開始焦炭的燃燒。因此,燃料性質中揮發(fā)分的含量對煤粉燃燒的影響最為重要。對于高揮發(fā)分燃煤,揮發(fā)分燃燒釋放出大量熱量,形成爐內(nèi)高溫氛圍,有利于焦炭的迅速著火和燃盡,機械未完全燃燒損失減小,飛灰含碳量較低;相反,對于低揮發(fā)分燃煤,則容易引起飛灰含碳量的升高。對于高水分燃煤,由于燃燒時放出的有效熱量相對減少,則會降低爐內(nèi)燃燒溫度,并增加著火熱,不利于焦炭的燃盡,造成飛灰含碳量的升高。
燃煤中的灰分不但不能燃燒,反而會降低燃煤的發(fā)熱量,并妨礙可燃質與氧的接觸,使燃料著火和燃盡困難。燃煤中灰分增加時,將會使煤粉燃盡度變差,機械未完全燃燒損失隨之增加;同時由于燃煤灰分增加使得煤中的可燃質成分會相應減少,這表現(xiàn)為飛灰含碳量常略有降低,但是總的機械未完全燃燒損失還是增加的,因此,對于高灰分燃煤,飛灰含碳量仍表現(xiàn)為偏高。特別是揮發(fā)份波動較大，高時接近30%，而近期揮發(fā)份不超過13%，因此揮發(fā)份較低也會造成飛灰含碳量較高的重要原因之一。
（3）一次風速的影響。對于直吹式制粉系統(tǒng)，一次風速宜選下限，如果一次風速過高帶來的危害如下：
a)這直接導致煤粉氣流的著火點偏遠，著火推遲，燃燒過程縮短。既不利于穩(wěn)燃，又影響了燃燼。
b)一次風中較大的煤粉顆粒獲得動能過大，飛出煤粉氣流，落到周圍的缺氧區(qū)，影響燃燼。
c)火焰不能均勻的充滿爐膛，會發(fā)生偏移，爐膛中心煙氣流速過快，縮短了煤粉在爐內(nèi)停留時間。造成爐內(nèi)溫度分布不均勻和煙氣流速不均勻。不利于穩(wěn)定著火和燃燒。
d)加劇了管道和噴嘴的磨損。
（4）磨煤機運行方式的影響。合理的磨煤機運行方式直接影響到爐膛溫度，爐膛內(nèi)的火焰集中程度，火焰中心位置。要火焰中心較高時，在配風不合理的情況下，部分燃料未燃燼便隨煙氣離開爐膛，這樣就導致了飛灰含碳量的增加。
(5）熱風溫度的影響
熱風溫度的高低直接關系到煤粉氣流的初溫和爐內(nèi)的燃燒工況。對于同一臺燃煤窯爐,當其它條件相同時,通過提高熱風溫度可以提高煤粉氣流的初溫,使燃燒室壁面溫度增加,從而減少把煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱,有利于降低飛灰含碳量。相反,如果熱風溫度較低,則會降低爐膛溫度,影響煤粉的著火和燃盡,使得飛灰含碳量增大。
(7) 窯爐熱負荷的影響
窯爐低負荷時,燃料消耗量相應減少,使得爐膛平均溫度降低,影響煤粉的著火,煤粉不容易燃盡又造成飛灰含碳量上升;反之,同樣的煤粉在高熱負荷時,則容易燃盡,有利于降低飛灰含碳量。
2、飛灰含碳量偏高造成的影響
機械未完全燃燒損失增大,其根本原因就是由于飛灰含碳量偏高所造成的。在窯爐各項熱損失中,機械不完全燃燒熱損失僅次于排煙熱損失,約占窯爐熱效率的0.5 %～5 %。因此,飛灰含碳量的升高,將在很大程度上降低窯爐的熱效率。
3、 降低飛灰含碳量的措施
由上述分析可知,要降低飛灰含碳量,就是要使煤粉的燃燒盡量接近完全燃燒,也就是在保證爐內(nèi)不結渣的前提下,燃燒速度要快而且要燃燒完全,以得到最高的燃燒效率。根據(jù)飛灰含碳量的影響因素,可從以下幾個方面來組織良好的燃燒過程,降低飛灰含碳量。
（1）控制合適的煤粉細度。煤粉細度降低，單個顆粒燃燼所需時間減少，同時增加了煤粉和空氣的接觸面，加快了燃燒速度。所以通過合理的調節(jié)制粉系統(tǒng)的運行方式，盡可能維持理想的煤粉細度。
(2）加強空預器吹灰,防止堵灰，提高傳熱效果,提高一、二次風溫度，同時也防止由于空預器差壓大而造成引風機出力不足。窯爐負壓不能過高,爐膛負壓適當,控制在±50 Pa之內(nèi),使煤粉在爐膛內(nèi)有足夠停留燃燒時間。嚴密關閉各孔、門，盡可能減小鍋爐漏風。
(3) 保證煤粉的穩(wěn)定性
嚴格把關燃煤來源渠道,借助配煤和成分分析等手段盡量使實際煤種的特性與設計煤種相符,保證煤粉燃燒器燃料來源的穩(wěn)定性,并根據(jù)煤種特性,選擇合適的煤粉細度。
(4) 提供合適的空氣量
供應充足而又適量的空氣是保證燃料完全燃燒的必要條件,最佳過量空氣系數(shù)取決于爐型、燃料特性以及爐內(nèi)工況和運行經(jīng)驗等因素,
一般通過燃燒調整實驗確定。當燃用無煙煤、貧煤或劣質煤時,在額定負荷下,最佳過量空氣系數(shù)為1.20～1.25。
（5）保證適當高的爐溫
選擇適當高的爐溫,可使煤粉著火加快,燃燒過程進行得也快,燃燒容易趨于完全燃燒,有利于降低飛灰含碳量,提高窯爐效率。爐溫范圍取決于燃料性質、預熱空氣溫度、爐膛容積熱強度和爐膛斷面熱強度等因素。
（6）具有足夠的燃燒時間
在一定爐溫下,一定細度的煤粉要有一定時間才能燃盡。合適的爐內(nèi)停留時間,是指煤粉從燃燒器出口到爐膛出口的運動過程中,煤粉應完成著火、燃燒以至燃盡過程,這樣才能使得煤粉燃燒完全。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。
（7）強化空氣和煤粉的良好擾動和混合
煤粉燃燒反應過程主要在煤粉表面進行,燃燒反應速度主要取決于煤粉的燃燒反應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,在保證足夠高的爐溫和合適空氣量的前提下,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上去,這要求燃燒器結構特性及其一、二次風必須良好配合以及具備良好的爐內(nèi)空氣動力場。
結論:從煤粉細度、煤種特性、一次風速、燃燒器的結構特性、熱風溫度、爐內(nèi)空氣動力場和窯爐負荷等方面對飛灰含碳量變化的影響規(guī)律看出在窯爐運行時,必須全面考慮各種措施間的緊密聯(lián)系和互相依賴性,從而達到降低飛灰含碳量、節(jié)約能源的目的,保障煤粉燃燒器設備安全、高效運行。
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