煤粉燃燒器：飛灰含碳量高的原因分析與對(duì)策
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灰含碳量高的原因分析與對(duì)策
降低飛灰含碳量,不但對(duì)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(jī)組的經(jīng)濟(jì)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(dāng)煤粉氣流在爐膛內(nèi)的燃燒和燃盡過(guò)程不充分時(shí),勢(shì)必造成機(jī)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(xì)度、煤種特性、燃燒器的結(jié)構(gòu)特性、熱風(fēng)溫度、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)和鍋爐負(fù)荷等。
(1)煤粉細(xì)度的影響：
煤粉細(xì)度對(duì)其煤粉的燃燒和燃盡性能有較大影響。煤粉細(xì)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(shì)必造成煤粉燃盡時(shí)間延長(zhǎng),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(xì)度越細(xì)，雖然容易著火和燃燒,但煤粉細(xì)度過(guò)細(xì)將會(huì)增加制粉電量和加大磨煤機(jī)能耗。因此,在煤粉燃燒器設(shè)備運(yùn)行中,應(yīng)綜合考慮不完全燃燒損失和制粉能耗的要求,使之達(dá)到最小,即尋找煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度或最佳細(xì)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(jì)細(xì)度與燃料性質(zhì)和煤粉顆粒的均勻程度有關(guān)。對(duì)于高揮發(fā)分的煤,因其容易燃燒可允許磨得粗些;對(duì)于低揮發(fā)分和可磨性指數(shù)較低的煤,因較難燃燒而應(yīng)盡量磨得細(xì)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(duì)較少,可允許煤粉粗些,這與磨煤機(jī)和分離器的形式以及運(yùn)行工況有關(guān)。降低煤粉細(xì)度是控制飛灰含碳量升高的有效措施。鄭州中威環(huán)保設(shè)備有限公司煤粉燃燒器設(shè)備實(shí)踐也表明:煤粉顆粒比較均勻時(shí),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(shí)際煤種與設(shè)計(jì)煤種有所差別，煤種來(lái)源比較復(fù)雜,煤質(zhì)成分如揮發(fā)分、水分、灰分和發(fā)熱量等主要指標(biāo)不穩(wěn)定,從而對(duì)煤粉的完全燃燒產(chǎn)生很大的影響,導(dǎo)致飛灰含碳量發(fā)生顯著變化。
煤粉燃燒過(guò)程是在揮發(fā)成分燃燒完之后才開(kāi)始焦炭的燃燒。因此,燃料性質(zhì)中揮發(fā)分的含量對(duì)煤粉燃燒的影響最為重要。對(duì)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(jī)械未完全燃燒損失減小,飛灰含碳量較低;相反,對(duì)于低揮發(fā)分燃煤,則容易引起飛灰含碳量的升高。對(duì)于高水分燃煤,由于燃燒時(shí)放出的有效熱量相對(duì)減少,則會(huì)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(huì)降低燃煤的發(fā)熱量,并妨礙可燃質(zhì)與氧的接觸,使燃料著火和燃盡困難。燃煤中灰分增加時(shí),將會(huì)使煤粉燃盡度變差,機(jī)械未完全燃燒損失隨之增加;同時(shí)由于燃煤灰分增加使得煤中的可燃質(zhì)成分會(huì)相應(yīng)減少,這表現(xiàn)為飛灰含碳量常略有降低,但是總的機(jī)械未完全燃燒損失還是增加的,因此,對(duì)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(dòng)較大，高時(shí)接近30%，而近期揮發(fā)份不超過(guò)13%，因此揮發(fā)份較低也會(huì)造成飛灰含碳量較高的重要原因之一。
（3）一次風(fēng)速的影響。對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，一次風(fēng)速宜選下限，如果一次風(fēng)速過(guò)高帶來(lái)的危害如下：
a)這直接導(dǎo)致煤粉氣流的著火點(diǎn)偏遠(yuǎn)，著火推遲，燃燒過(guò)程縮短。既不利于穩(wěn)燃，又影響了燃燼。
b)一次風(fēng)中較大的煤粉顆粒獲得動(dòng)能過(guò)大，飛出煤粉氣流，落到周?chē)娜毖鯀^(qū)，影響燃燼。
c)火焰不能均勻的充滿(mǎn)爐膛，會(huì)發(fā)生偏移，爐膛中心煙氣流速過(guò)快，縮短了煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)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(jī)運(yùn)行方式的影響。合理的磨煤機(jī)運(yùn)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(shí)，在配風(fēng)不合理的情況下，部分燃料未燃燼便隨煙氣離開(kāi)爐膛，這樣就導(dǎo)致了飛灰含碳量的增加。
(5）熱風(fēng)溫度的影響
熱風(fēng)溫度的高低直接關(guān)系到煤粉氣流的初溫和爐內(nèi)的燃燒工況。對(duì)于同一臺(tái)燃煤窯爐,當(dāng)其它條件相同時(shí),通過(guò)提高熱風(fēng)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(fēng)溫度較低,則會(huì)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(fù)荷的影響
窯爐低負(fù)荷時(shí),燃料消耗量相應(yīng)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(fù)荷時(shí),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(jī)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(xiàng)熱損失中,機(jī)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(jié)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(gè)方面來(lái)組織良好的燃燒過(guò)程,降低飛灰含碳量。
（1）控制合適的煤粉細(xì)度。煤粉細(xì)度降低，單個(gè)顆粒燃燼所需時(shí)間減少，同時(shí)增加了煤粉和空氣的接觸面，加快了燃燒速度。所以通過(guò)合理的調(diào)節(jié)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式，盡可能維持理想的煤粉細(xì)度。
(2）加強(qiáng)空預(yù)器吹灰,防止堵灰，提高傳熱效果,提高一、二次風(fēng)溫度，同時(shí)也防止由于空預(yù)器差壓大而造成引風(fēng)機(jī)出力不足。窯爐負(fù)壓不能過(guò)高,爐膛負(fù)壓適當(dāng),控制在±50 Pa之內(nèi),使煤粉在爐膛內(nèi)有足夠停留燃燒時(shí)間。嚴(yán)密關(guān)閉各孔、門(mén)，盡可能減小鍋爐漏風(fēng)。
(3) 保證煤粉的穩(wěn)定性
嚴(yán)格把關(guān)燃煤來(lái)源渠道,借助配煤和成分分析等手段盡量使實(shí)際煤種的特性與設(shè)計(jì)煤種相符,保證煤粉燃燒器燃料來(lái)源的穩(wěn)定性,并根據(jù)煤種特性,選擇合適的煤粉細(xì)度。
(4) 提供合適的空氣量
供應(yīng)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(guò)量空氣系數(shù)取決于爐型、燃料特性以及爐內(nèi)工況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素,
一般通過(guò)燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)燃用無(wú)煙煤、貧煤或劣質(zhì)煤時(shí),在額定負(fù)荷下,最佳過(guò)量空氣系數(shù)為1.20～1.25。
（5）保證適當(dāng)高的爐溫
選擇適當(dāng)高的爐溫,可使煤粉著火加快,燃燒過(guò)程進(jìn)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(zhì)、預(yù)熱空氣溫度、爐膛容積熱強(qiáng)度和爐膛斷面熱強(qiáng)度等因素。
（6）具有足夠的燃燒時(shí)間
在一定爐溫下,一定細(xì)度的煤粉要有一定時(shí)間才能燃盡。合適的爐內(nèi)停留時(shí)間,是指煤粉從燃燒器出口到爐膛出口的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,煤粉應(yīng)完成著火、燃燒以至燃盡過(guò)程,這樣才能使得煤粉燃燒完全。煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間,主要取決于爐膛容積和單位時(shí)間內(nèi)爐膛產(chǎn)生的煙氣量。
（7）強(qiáng)化空氣和煤粉的良好擾動(dòng)和混合
煤粉燃燒反應(yīng)過(guò)程主要在煤粉表面進(jìn)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(kuò)散到煤粉表面的擴(kuò)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?jǐn)_動(dòng)、混合,及時(shí)將空氣輸送到煤粉燃燒表面上去,這要求燃燒器結(jié)構(gòu)特性及其一、二次風(fēng)必須良好配合以及具備良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)。
結(jié)論:從煤粉細(xì)度、煤種特性、一次風(fēng)速、燃燒器的結(jié)構(gòu)特性、熱風(fēng)溫度、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)和窯爐負(fù)荷等方面對(duì)飛灰含碳量變化的影響規(guī)律看出在窯爐運(yùn)行時(shí),必須全面考慮各種措施間的緊密聯(lián)系和互相依賴(lài)性,從而達(dá)到降低飛灰含碳量、節(jié)約能源的目的,保障煤粉燃燒器設(shè)備安全、高效運(yùn)行。
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