燃烧调整(结焦)

,生产准备部,锅炉燃烧调整,运行二部,煤,煤的特性及评价,我国动力用煤分布及特点,煤炭资源及分布,1,）数量大、分布广；,2,）煤炭资源赋存情况东部深西部浅；,3,）探明储量中有一半以上属于暴露、半暴露煤田；,4,）资源探明程度东部高西部低，总体不高；,5,）煤种齐全，优劣不均。,6,）煤炭产量多、增长速度快。,煤的特性及评价,我国动力用煤分布及特点,我国动力用煤主要按无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤四大类划分：,无烟煤：,daf10%,贫 煤：,daf,烟 煤：,daf 2,褐 煤：,daf37,煤的特性及评价,我国动力用煤分布及特点,我国动力用煤的特点,煤的特性及评价,我国动力用煤分布及特点,无烟煤,无烟煤是埋藏年代最久，碳化程度最高的煤种；,我国无烟煤的储量较多，分布于华北、中南地区以及福建省,可燃质中碳含量约,93-98%,，,daf10%,。,着火困难，燃尽不易，属低反应能力的燃料。,目前国内大型火电机组燃用该类煤种均推荐采用,“,”,火焰炉。,煤的特性及评价,我国动力用煤分布及特点,贫煤,贫煤是碳化程度略低于无烟煤的煤种，挥发分,daf,；,是主要的动力用煤，其燃烧性能优于无烟煤，但仍归属于反应能力较差的煤类；,我国较有名的潞安、西山等贫煤结渣性较低；但如新密等地的贫煤有一定的结渣趋向。,煤的特性及评价,我国动力用煤分布及特点,烟煤,烟煤为碳化程度中等的煤，挥发分,daf,灰分中等以下,发热值较高；,燃烧比较容易；,我国烟煤储量多，分布广。以东胜神木、平朔、大同、开滦、淮南、淮北、阜新、抚顺、平顶山、兖州等煤田和矿区的烟煤较为著名。,煤的特性及评价,我国动力用煤分布及特点,褐煤,褐煤是碳化程度较低的煤种。挥发分,daf,为,37,50,甚至更高。,褐煤具有挥发分、水分、灰分高，热值低的特征，其灰熔点一般均较低，燃烧过程中易结渣。,我国的褐煤主要分布于东北、内蒙、山东等地区，云南、广西等省区也有。,煤的特性及评价,煤质特性及分析,煤的成分分析,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的成分分析,-,工业分析；,元素分析；,发热量；,可磨系数；,煤灰熔融性；,煤灰成分。,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的工业分析,主要测定煤中所含水分（,M,）、灰分（,A,）、挥发分（,V,）和计算固定碳（,FC,）成分。,在工业分析中将,4,项成分，即水分（,Mar,）、挥发分（,Var,）、固定碳（,FCar,）、灰分（,Aar,）之和表示为,100%,，即：,Mar+ Var+ FCar+ Aar=100%,工业分析中，干燥无灰基挥发分的含量（,Vdaf,）是衡量煤质是否易于燃烧的重要指标。,一般适用于发电厂等运行单位对煤质的日常监督。,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的元素分析,煤的元素成分主要包括,碳（,C,）；,氢（,H,）；,氧（,O,）；,氮（,N,）；,硫（,S,）；,灰分（,A,）；,水分（,W,）。,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的发热量,煤的发热量有高位发热量（,Qgr,）和低位发热量（,Qnet,）。,高位发热量和低位发热量间的关系为：,Qgr= Qnet+25,（,9H+M,）,在锅炉计算中，国内通常采用的是低位发热量。,发热值也是直接影响燃烧的一个重要因素 。,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的可磨系数,一种煤越软，哈氏可磨系数越大，越易于研磨。,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的可磨系数,电厂运行时，可磨系数通常用来预测磨煤机的磨煤出力和电能消耗；,电厂设计时，可根据可磨系数来选择磨煤机的型式，计算磨煤出力和电能消耗。,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤灰熔融性,常用四个特征温度表示，即变形温度（,DT,）、软化温度（,ST,）、半球温度（,HT,）、流动温度（,FT,）。,煤灰熔融性与灰成分有关。,是判别煤结渣的非常重要的特征指标，,煤的特性及评价,煤的特性及评价,一般情况下，对于,Qnet,ar24MJ/kg,的煤种,t2,1350,均属不易结焦煤。,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤灰成分,煤灰的主要原生矿物成分可分为六大类，页岩、高岭土、碳酸盐、硫化物、氯化物及其他矿物质，其中以前两类所占份额最大。,实验室分析灰样所含的各种氧化物的含量：,SiO2,、,Al2O3,、,Fe2O3,、,CaO,、,MgO,、,TiO2,、,Na2O,、,K2O,、,P2O5,、,SO3,等。,SiO2,、,Al2O3,、,TiO2,归为酸性成分，,Fe2O3,、,CaO,、,MgO,、,Na2O,、,K2O,归为碱性成分。通常，酸性成分增加，灰熔点增高，灰渣粘度增大；碱性成分增加，灰熔点降低，灰渣流动性变好,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的热重分析指标,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤的热重分析指标主要包括,:,失重温度,(,着火温度,),；,燃烬温度,Te,；,最大反应速度,Wmax,；,反应峰对应温度,Tmax,；,98%,燃烬时间；,后期燃烧时间。,热重分析,煤的热重法是在程序控制温度下测量煤的重量随温度的变化，用以,反映、比较煤的特性,热重分析,试验方法,试验是以煤粉在坩埚中呈堆放状态，以,20/min,的速度缓慢加热，计算机同时记录煤样重量,G,，炉温,T,，试验时间,t,，煤样的吸、放热量。以煤样重量随时间（或温度）的变化曲线为热失重曲线（,TG,），热失重曲线对时间（或温度）的微分曲线为微分热失重曲线（,DTG,），即试样失重率（）随时间（或温度）的变化曲线；也称燃烧分布曲线。煤样燃烧过程中，发生的热效应（吸放热）随时间（或温度）的变化曲线为热量曲线（,DSC,），将热量曲线对时间（或温度）进行微分处理，得微分热量曲线（,DDSC,）。,热重分析,热重曲线的物理意义,失重曲线及燃烧分布曲线分别描述了煤在燃烧过程中水分蒸发、着火、可燃质的燃烧及燃烬各阶段中的重量变化值及相应的变化速度。从,DTG,曲线来看，最初的峰为水分蒸发峰，剩下的即为可燃质的着火、燃烧及燃烬，表现出很大的失重峰，峰的高度为可燃质的最大燃烧速度（,wmax,），反映了可燃质燃烧反应的剧烈程度；,wmax,相对应的温度为最大反应温度（,Tmax,），峰的面积则代表烧掉的燃料量。燃烧分布曲线的形状表征了煤粉着火、燃烧、燃烬的难易程度。,热重分析,失重温度,(,着火温度,),T1,是煤粉在燃烧过程中，挥发份开始析出温度，它表征了煤粉在炉内的着火难易程度，该温度越高，煤粉在炉内就越不易着火。一般把它定义为煤试样开始燃烧的温度，但由于热分析试验是在缓慢的加热速度下进行的，有着明显的自燃特征，而在锅炉炉内煤的着火是在,104/s,的加热速度下发生的，其更具有强迫点燃特征，但对于同一煤种两者存在着一定的联系，即在一般情况下失重温度高，点燃温度也高，反之亦然，因此将失重温度作为各煤种着火性能的相对比较指标还是具有较大意义的。,热重分析,最大反应速度,Wmax,；反应峰对应温度,Tmax,；,最大燃烧速度（,wmax,），反映了可燃质燃烧反应的剧烈程度；,wmax,相对应的温度为最大反应温度（,Tmax,），它可以预测实际燃烧过程中，炉内的中心火焰位置，以及在炉内结构和运行方式基本不变的条件下，不同煤种在炉内燃烧时所获得的燃烧中心温度的相对水平。即,Wmax,越大，炉内沿高度方向，由燃烧中心向上递减的梯度越大；,Tmax,越大，则燃烧中心温度水平越高。,热重分析,燃烬温度,Te,：,是实验中燃煤试样完成全部放热或不再继续失重时的温度。由于试验过程中，加热速率恒定为,20/min,，故燃烬温度,Te,是一个与燃烬时间相对应的指标值，由此可得出试样的燃烬时间,t,煤粉从开始加热到烧掉,100%,燃料量所需的时间。,热重分析,后期燃烧时间,t1,反映的是碳的燃烬时间。如果热分析结果中，我们把试样达到最大失重速度以前的燃烧过程定义为前期燃烧过程的话，那么此后的燃烧过程就将自然的被定义为后期燃烧过程。相比这两个过程，前期的燃烧极为强烈，有着高热值、易燃烧可燃物燃烧过程的显著特点，我们认为这一过程应该是以挥发份燃烧为主的过程，相应地也就是实际炉内燃烧器区域的燃烧特征。而最大失重速度以后的失重过程明显趋于缓慢，尤其是燃烧加速度出现负向发展，显然有着相对较难燃尽的碳的放热反应特点，因此，认为此时的燃烧物质以碳为主，相应地有着炉内燃烧器区域以上至炉膛出口碳燃烧放热的特征。对这一反应区段的比较分析，有助于得到燃烬特性的有关信息。,煤的特性及评价,煤质特性对电厂锅炉设备的影响,煤的特性及评价,煤的特性及评价,煤质特性对电厂锅炉设备的影响,煤质对锅炉安全性的影响,着火稳定性,结渣结焦特性,受热面磨损,煤的特性及评价,煤质特性对电厂锅炉设备的影响,着火稳定性,挥发份,着火温度,用以表征煤粉由吸热转为放热的瞬间特征温度。该温度越高，则煤粉在炉内就越不容易着火。,前期燃烧加速度反映煤粉一旦着火后保持其继续燃烧能力的强弱。该数值越大，表明煤粉着火后的燃烧稳定性能越好。,前期燃烧稳定性指数综合反映煤粉着火及前期燃烧稳定所需要的热能水平。显然煤粉着火及稳定燃烧所需要的热能品位越高燃烧的稳定性就越差。,煤的特性及评价,煤质特性对电厂锅炉设备的影响,结渣结焦特性,以灰的熔融性表示的结渣特性,以灰渣流变特性表现的结渣特性,利用灰的化学成分判别结渣性能,煤的特性及评价,煤质特性对电厂锅炉设备的影响,受热面磨损,煤灰磨损指数,Hm,Hm=Aar,（,SiO2+0.8Fe2O3+1.35Al2O3,）,/100,Hm,10,10,20,20,煤灰磨损性,轻,中,高,煤灰磨损特性评价,煤的特性及评价,煤质特性对电厂锅炉设备的影响,煤质对锅炉经济性的影响,煤质对锅炉出力及参数的影响,煤质的燃烧完全程度对机组经济性的影响,煤质对主要辅机耗电与易损件寿命的影响,煤的特性及评价,煤质特性对电厂锅炉设备的影响,煤质对锅炉排放的影响,煤质对飞灰排放浓度的影响,煤质含硫量对,SOx,排放的影响,煤质对灰渣可利用量与排放总量的影响,电厂燃煤特性分析和管理研讨班,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣机理,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣部位,冷灰斗,燃烧器区域水冷壁,炉膛上部出口区域的屏式过热器,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣影响因素,煤灰成分,炉膛温度环境,火焰冲刷受热面,烟气还原性气氛,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣影响因素之,煤质特性,灰的熔融温度,灰渣粘温特性,灰成分,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣常用的判别准则,结渣指数,判别界限,预测结渣程度,ST,（）,1390,1260-1390,1260,轻微,中等,严重,SiO2/Al2O3,2.8,轻微,中等,严重,B/A,0.7,轻微,中等,严重,B/A=,（,Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O,）,/,（,SiO2+Al2O3+TiO2,）,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,例： 典型的强结渣煤一 神华煤,煤质分析数据,水分高，全水分,Mt,一般在,1016%,，空干基水分,Mad,一般为,69%,；,灰分低，绝大部分商品煤干基灰分在,610%,之间；,干燥无灰基挥发分,Vdaf,为,3039%,；,收到基低位发热量较高，,Qnet,ar,为,22.524.5%MJ/kg,；,含硫量低，干基全硫量,St,一般都小于,0.5%,，收到基全硫,St,ar,一般为,0.30.5%,；,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,例： 典型的强结渣煤一 神华煤,煤灰熔融性温度,变形温度,DT,为,1100,1150,软化温度,ST,一般为,11501200;,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,例： 典型的强结渣煤一 神华煤,煤灰成分,碱性氧化物比例大,碱酸比,B/A,一般在,0.4,以上,CaO,含量高,在,1030,之间,Fe2O3,也高，一般为,815%,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣影响因素之,炉膛与燃烧器的设计,炉膛,燃烧器的设计与布置燃烧器的设计与布置,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,炉膛选型设计的几个重要热力特征参数,和几何尺寸：,炉膛容积放热强度,q,v,=BcQ.net.ar/V,2),炉膛断面放热强度,q,F,= BcQ.net.ar/F,C,3),燃烧器区域壁面放热强度,q,B,= BcQ.net.ar/F,B,4),炉内水冷壁表面燃烧带的敷设,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,旋流燃烧器,应注意出口扩展角不应太大，旋流强度不宜过大，防止因出现,“,飞边,”,或直接冲墙现象而造成结渣,;,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,燃烧器射流两侧压差沿髙度的分布,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣影响因素之,辅机的匹配,煤粉细度变粗,燃烧推迟,火焰中心上移,结渣,磨煤机制粉出力限制,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣影响因素之,辅机的匹配,燃烧风量不够,结渣,风机选型偏小,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣影响因素之,运行工况,1.,锅炉负荷变化,2.,运行中风量的大小,3.,一、二次风量与风速的大小,4.,煤粉细度,5.,燃烧器之间的风粉分布的均匀性,6.,吹灰,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,结渣防止对策,煤粉锅炉炉内结渣原因与对策的分析研究,运行调整对策,适当增加总风量,调整一、二次风量和风速,改善燃烧器之间风粉分配的均习性,减小煤粉细度,有意识地减少某些燃烧器的粉量,加强吹灰,利用较大幅度降负荷使结渣掉落,必要时降出力运行，乃至不得不改铭牌,燃烧理论,热力着火理论,煤粉燃烧过程的着火主要是热力着火，热力着火过程是由于温度不断升高而引起的。因为煤粉燃烧速度很快，燃烧时放出的大量热量使炉膛温度升高，而炉温升高促使燃烧速度加快；反应放热增加，又使炉温进一步提高。这样相互作用、反复影响，达到一定温度时，就会发生着火。,着火过程有两层意义：一是着火是否可能发生，二是能否稳定着火。只有稳定着火，才能保证燃烧过程持续稳定的进行，否则就可能中途熄火，使燃烧过程中断。,在炉膛四周布置的水冷壁直接吸收火焰的辐射热，因而燃料燃烧时放出的热量，同时向周围介质和炉膛壁面散热。这时，要使可燃物着火并连续着火，必须使可燃物升温。,实现稳定着火的两个条件：,1,、放热量和散热量达到平衡，放热量等于散热量。,2,、放热速度大于散热速度,如果不具备这两个条件，即使在高温状态下也不能稳定着火，燃烧过程将因火焰熄灭而中断，并不断向缓慢氧化的过程发展。,各种煤的着火温度,煤种 无烟煤 烟煤 褐煤着火温度,700,800 400,500 250,450,煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度,无烟煤 贫煤,(Vr=14,),烟煤 褐煤着火温度,1000 900 650,840 550,着火温度,1000,700,800,900,1100,V,daf,5,15,25,35,煤粉的燃烧过程可由下述过程粗略地描写：煤粉受热，水分析出继续受热，绝大部分挥发分析出，挥发分首先着火引燃焦碳，并继续析出残余的部分挥发分，挥发分与焦碳一道燃尽形成灰渣。,大部分挥发分着火，燃尽时间仅占整个燃烧过程的,10,，约为,0.2,0.5,秒；而焦碳燃尽程度达到,98,的过程所占的时间很长，约为,90,，燃尽时间为,1,2.8,秒。从燃烧放热量来看，焦碳占煤粉总放热量的,60,95,。着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的大小，而燃尽过程主要取决于焦碳的燃烧速度。根据实际经验，一般着火时间长的燃料，所需的燃尽时间也相应地比较长。,燃烧关键因素,1,一次风量,一次风量主要取决于煤质条件。当锅炉燃用的煤质确定时，一次风量对煤粉气流着火速度和着火稳定性的影响是主要的。一次风量愈大，煤粉气流加热至着火所需的热量就越多，即着火热愈多。这时，着火速度就愈慢，因而，距离燃烧器出口的着火位置延长，使火焰在炉内的总行程缩短，即燃料在炉内的有效燃烧时间减少，导致燃烧不完全。显然，这时炉膛出口烟温也会升高，不但可能使炉膛出口的受热面结渣，还会引起过热器或再热器超温等一系列问题，严重影响锅炉安全经济运行。,对于不同的燃料，由于它们的着火特性的差别较大，所需的一次风量也就不同。应在保证煤粉管道不沉积煤粉的前提下，尽可能减小一次风量。,对一次风量的要求,:,满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，满足输送煤粉的需要。,2,一次风速,在燃烧器结构和燃用煤种一定时，确定了一次风量就等于确定了一次风速。一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。,一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，甚至灭火。,任何一种燃料着火后，当氧浓度和温度一定时，具有一定的火焰传播速度。当一次风速过高，大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰或者引起,“,脱火,”,。即便能着火，也可能产生其它问题。因为较粗的煤粉惯性大，容易穿过剧烈燃烧区而落下，形成不完全燃烧。有时甚至使煤粉气流直冲对面的炉墙，引起结渣。,一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。,3,一次风温,一次风温对煤粉气流的着火、燃烧速度影响较大。,提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。,运行实践表明，提高一次风温还能在低负荷时稳定燃烧。,根据煤质挥发分含量的大小，一次风温既应满足使煤粉尽快着火，稳定燃烧的要求，又应保证煤粉输送系统工作的安全性。一次风温超过煤粉输送的安全规定时，就可能发生爆炸或自燃。当然，一次风温太低对锅炉运行也不利。除了推迟着火，燃烧不稳定和燃烧效率降低之外，还会导致炉膛出口烟温升高，引起过热器超温或汽温升高。,4,二次风量及二次风速,煤粉气流着火后，二次风的投入方式对着火稳定性和燃尽过程起着重要作用。对于大容量锅炉尤其要注意二次风穿透火焰的能力。,当燃用的煤质一定时，一次风量就被确定了，这时二次风量随之确定。对于已经运行的锅炉，由于燃烧器喷口结构未变，故二次风速只随二次风量变化。,二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温火焰的粘度很大，二次风必须以很高的速度才能穿透火焰，以增强空气与焦碳粒子表面的接触和混合，故通常二次风速比一次风速提高一倍以上。,配风方式不仅影响燃烧稳定性和燃烧效率，还关系到结渣、火焰中心高度的变化、炉膛出口烟温的控制。从而，进一步影响过热汽温与再热汽温。,5,二次风温,从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。因此不能在低负荷时将氧量放大,(3-5),。,低负荷稳燃,1,提高一次风气流中的煤粉浓度,提高一次风气流中的煤粉浓度，减少一次风量（减小一次风压），可减少着火热；同时又提高了煤粉气流中挥发分的浓度，使火焰传播速度提高；再加上燃烧放热相对集中，使着火区保持高温状态。这三个条件集中在一起，强化了着火条件，使着火稳定性提高。,当然，煤粉浓度并不是越高越好。煤粉浓度过高时，由于着火区严重缺氧，而影响挥发分的充分燃烧，造成大量煤烟的产生，此时还因挥发分中的热量没有充分释放出来，影响颗粒温度的升高，延缓着火。或者因挥发分燃烧缺氧，使火焰不能正常传播，而引起着火不稳定。可见，存在一个有利于稳定着火的最佳煤粉浓度,(75%),。,有利于着火的最佳煤粉浓度与煤种有关，挥发分大的烟煤，其最佳煤粉浓度低于挥发分小的贫煤。,2,提高煤粉气流初温,(70-75),提高煤粉气流初温，可减少煤粉气流的着火热，并提高炉内温度水平，使着火提前。提高煤粉气流初温的直接办法是提高热风温度。,3,提高煤粉颗粒细度（减小一次风压）,煤粉的燃烧反应主要是在颗粒表面上进行的，煤粉颗粒越细，单位质量的煤粉表面积越大，火焰传播速度越快。燃烧速度就越高，火焰传播速度越快，燃烧放热速度越快，煤粉颗粒就越容易被加热，因而也越容易稳定燃烧。试验研究发现，煤粉燃尽时间与颗粒直径的平方成正比，当锅炉燃用煤质一定时，提高煤粉细度能显著提高煤粉气流着火的稳定性。不过煤粉颗粒细度受磨煤出力与磨煤电耗的限制，不可能任意提高。,4,提高二次风温（保证氧量），热风温度高着火提前,5,、在难燃煤中加入易燃燃煤，并采用倒宝塔式配风,(,执行部门关于燃烧调整的补充规定,),谢谢！,