燃煤锅炉燃烧优化介绍.doc

燃煤锅炉燃烧优化介绍 一、爆管的概念 锅炉爆管是指在锅炉运行中，炉管突然爆裂，水汽大量喷出。锅炉“四管”（水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管）工作在高温高压及受烟气腐蚀和冲蚀的恶劣环境中，极易产生高温腐蚀及磨损，致使管壁减薄。锅炉管壁因高温腐蚀和磨损，每年减薄量约1.5mm左右。锅炉“四管”减薄后的直接危害是导致锅炉“四管”泄露爆管事故。 二、爆管的原因 因某种原因使管壁的局部应力超过材料的屈服极限、持久强度而发生爆漏。通常包括材料不当、管壁磨损、腐蚀、侵蚀减薄使应力升高、管壁超温使材料组织发生劣化而导致材料强度下降以及附加应力或交变应力等因素使管壁发生爆漏。 三、预防爆管的措施 1． 运行 （1）调整减温水的比例，控制过热器的出口气温在额定值。 （2）烟气侧的调节，改变过热器的对流吸热量，通常靠改变经过过热器的烟气量和烟气温度来实现。燃烧工况的改变对气温有一定的影响，因此，在锅炉运行中，应根据实际情况，改变烧嘴的倾角和上、下排的运行侧式，从而改变火焰中心的位置和炉膛出口烟温，并通过调节风量挡板，使流经过热器的烟气量发生变化而达到调节气温的目的。 2． 控制汽温的变化 （1）燃气量出力的大小直接影响锅炉的蒸发量。 （2）调节燃烧风量当外界负荷变化时，应对风量作相应的调整。实际运行中，随着过量空气系统的增加，利于完全燃烧。但是过量空气的增加要适量，同时烟气流速加大，造成送引风机的耗电量增加，经济性降低，加剧低温段的磨损，因此要严格监视氧量的变化。 （3）保持合理的风，煤烟配比，应保证燃烧完全，合理的送，引风配比，可保持炉膛的负压，减少漏风，建立良好的炉内空气动力场和燃烧的稳定性，避免炉内温度过高，火焰中心偏斜，造成过热汽的热偏差增加，过热器管局部超温甚至爆管。 水冷壁和省煤器爆管。如泄漏不严重,在适当加强给水后,能维持汽包正常水位,而且不致在短时间内扩大事故,同时不影响其它锅炉水位时,可暂时降负荷运行。但在这段时间内,应加强对泄漏点和仪表的监视,以便等到备用锅炉投入运行或高峰负荷过去后再停炉。 如泄漏严重,无法维持汽包正常水位,或者燃烧很不稳定,而且事故很快就会扩大,则应立即停炉。停炉后引风机应继续运行,抽出炉膛和烟道中的水蒸汽和烟气。停炉后的给水,如设备许可,应由单独的给水泵和管路向该炉供水,若增开的给水泵加强给水后汽包水位可维持,则应尽量维持,水位无法维持,则应立即停炉。 过热器爆管,只有损坏很小,不会危及其它管子时,可以短时间运行;在损坏较大和严重爆破情况下,均应及时停炉,以免事故扩大,危及邻近管的安全。 燃烧优化调整之氮氧化物的产生机理 在氮氧化物中，NO占有90以上，二氧化氮占5-10，产生机理一般分为如下三种 1. 热力型 燃烧时空气中氮在高温下氧化产生。 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。 热力型NOx的生成浓度与温度的关系 2. 瞬时反应型快速型 在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。 由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。 上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。 3. 燃料型NOx 由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。 在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx 。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。 降低NOx排放主要技术措施 1.改变燃烧条件包括低过量空气燃烧法，空气分级燃烧法，燃料分级燃烧法，烟气再循环法。 2.炉膛喷射脱硝包括喷氨及尿素，喷入水蒸汽，喷入二次燃料。 3.烟气脱硝 1干法脱硝。烟气催化脱硝，电子束照射烟气脱硝 2湿法脱硝。 TMS2000温度绘图软件能够计算用户自定义矩形区域的平均温度，在温度图平面范围内最高可设定16个温度分区。这对实现基于烟气温度来控制燃烧是非常有用的。精确的温度数据可以实施吸附剂喷入系统的自动控制，只在允许的温度范围内喷射，以优化喷射效果，最大限度降低NOx的排放，减少化学和动力资源的消耗，节约成本。 3 燃烧优化调整之结焦讨论 锅炉结焦的原因、危害以及预防措施 一、 结焦的概念 在锅炉炉膛中心，燃烧火焰中心温度在15001700℃之间。燃料中的灰在这样高的温度下大多熔化为液态或呈软化状态。由于水冷壁的吸热，从燃烧火焰中心向外，越接近水冷壁温度越低。在正常情况下， 随着温度的降低，灰份将从液态变为软化状态进而变成固态。如果灰还保持着软化状态就碰到受热面时，由于受到冷却而粘结在受热面上，形成结焦。 二、炉膛结焦的原因 1.煤质特性 2.钢球质量不合格 3.炉膛内温度 燃烧器区域的温度越高，飞灰就越容易达到软化状态或熔融状态，产生结焦的可能性就越大，另外煤粉中易挥发的物质气化也越强烈，也为结焦创造了条件。 4.风煤配比不当（氧量） 5.空气动力场特性影响 由于火咀安装角度不正及配风的不合理，导致炉内空气动力工况不良而造成燃烧切圆过大，燃烧中心偏离，使高温烟气冲刷水冷壁面，熔渣在未凝固前接触壁面而结焦。 6.煤粉浓度与细度的影响 7.炉膛容积热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区域热负荷、炉膛几何尺寸对锅炉结焦有直接关系。 8.吹灰器长期不投，受热面积灰增多时，可能导致结焦。 三、结焦的危害 1.结焦会引起过热汽温升高，并导致过热汽温、再热汽温减温水开大，甚至会招致汽水管爆破；结焦会使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉；结焦会缩短锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机消耗电量增加；由于结焦往往是不均匀的，因而水冷壁结渣会对自然循环锅炉的水循环安全性和强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响。 2.结焦易成灰渣大块，严重时使渣沟受堵，不得不降负荷运行。 3.结焦若熔合成大块时，因重力从上部落下，导致砸坏冷灰斗水冷壁。低负荷会因掉大块焦而引起燃烧不稳甚至熄火。 4.若造成水冷壁全部结焦时，只有停炉进行人工清焦。 5.锅炉的大焦块掉下后，瞬间产生大量的水蒸气，使炉底漏入大量冷风，造成燃烧器区域（尤其是下排燃烧器区域）煤粉火焰着火状况的严重恶化，使炉膛负压产生剧烈波动（超限）而引起锅炉灭火。 四、防止结焦的措施 结焦的因素很复杂，防止结焦的最基本原则是消除产生结焦的基本条件。如果炉膛内的高温烟气不冲刷水冷壁，或者当气流接触管子前，熔融的灰粒已冷却呈凝固态或无粘结性，在水冷壁附近创造氧性气氛以提高灰熔点温度，结焦便不会产生，因此防止炉膛中下部结焦，主要改善空气动力条件入手，防止炉膛上部结焦主要靠降低烟气温度。 1.选择合理的运行氧量。 2.选择合理的炉膛出口温度 3.保证空气和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成还原性气氛，防止局部严重积灰、结焦。 4.应用各种运行措施控制炉内温度水平。 5.加大运行中过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原性气氛，调整四角风粉分配的均匀性，防止一次风气流直接冲刷壁面，必要时采取降负荷运行。 6.组织合理而良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提。 7.当灰渣撞击炉壁时，若仍保持软化或熔化状态，易黏结附于炉壁上形成结焦，因此必须保持燃烧中心适中，防止火焰中心偏斜和贴边。 8.四角煤粉浓度及各燃烧器配风应尽量均匀。 9.煤粉喷口煤粉量分配不均匀的状况必然造成炉膛局部缺氧和负荷分配不均匀，在燃烧空气不足的情 况下，炉膛结焦状况恶化。当燃烧器配风不均匀或者锅炉降负荷，燃烧器缺角或缺对角运行时，炉内火焰中心会发生偏斜。运行时要尽量调平四角风量，避免缺角情况。 10要有合适的煤粉细度。 11.适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结焦。 12.炉膛出口温度场应尽可能均匀。 13.掺烧不同煤种。 14.加强对炉膛的吹灰，防止低负荷掉灰对锅炉燃烧产生不良的扰动。 2 燃烧优化调整之锅炉热效率 影响锅炉热效率的主要因素是排烟损失和不完全燃烧损失，所以应从这两方面对锅炉进行调整 （一） 强化燃烧，以减少不完全燃烧损失 （1）合理设计，改造炉膛形状； （2）组织二次风，加强气流的混合和扰动； （3）要有足够的炉膛容积。 （二） 减少排烟损失 （1）控制适当的空气过剩系数； （2）强化对流传热。 排烟热损失，固体未完全燃烧热损失在锅炉各项热损失中所占比例较大，实际运行中其变化也较大，因此尽力降低这两项损失是提高锅炉热效率的关键。 1.降低排烟热损失 1 防止受热面结焦和积灰 由于溶渣和灰的传热系数很小，锅炉受热面结焦积灰会增加受热面的热阻，同样大的锅炉受热面积，如果结焦积灰，传给工质的热量将大幅度减小，会提高炉内和各段烟温，从而使排烟温度升高，运行中，合理调整风，粉配合，调整风速风率，避免煤粉刷墙，防止炉膛局部温度过高，均可有效的防止飞灰粘结到受热面上形成结焦，运行中应定期进行受热面吹灰和及时除渣，可减轻和防止积灰，结焦，保持排烟温度正常。 2 合理运行煤粉燃烧器 大容量锅炉的燃烧器一次风喷口沿炉膛高度布置有数层，当锅炉减负荷或变工况运行时，合理的投停不同层次的燃烧器，会对排烟温度有所影响，在锅炉各运行参数正常的情况下，一般应投用下层燃烧器，以降低炉膛出口温度和排烟温度。 3 注意给水温度的影响 锅炉给水温度降低会使省煤器传热温差增大，省煤器吸热量将增加，在燃料量不变时排烟温度会降低，但在保持锅炉蒸发量不变时，蒸发受热面所需热量增大，就需增加燃料量，使锅炉各部烟温回升，这样排烟温度受给水温度下降和燃料量增加两方面影响，一般情况下保持锅炉负荷不变，排烟温度会降低但利用降低给水温度来降低排烟温度不可取，会因汽机抽汽量减小使电厂热经济性降低。 4 避免进入锅炉风量过大 锅炉生成烟气量的大小，主要取决于炉内过量空气系数及锅炉的漏风量，锅炉安装和检修质量高，可以减少漏风量，但是送入炉膛有组织的总风量却和锅炉燃料燃烧有直接关系，在满足燃烧正常的条件下，应尽量减少送入锅炉的过剩空气量，过大的过量空气系数，既不利于锅炉燃烧，也会增加排烟量使锅炉效率降低，正确监视分析锅炉氧量表和风压表，是合理配风的基础。 5 注意制粉系统运行的影响 2.减少固体未完全燃烧热损失 1 合理调整煤粉细度 煤粉细度是影响灰渣可燃物的主要因素之一,理论上,煤粉越细,燃烧后的可燃物越少,有利于提高燃烧经济性,但煤粉越细,受热面越易粘灰,影响传热效率,增大制粉电耗,但是煤粉过粗炭颗粒大，很难完全燃烧，飞灰可燃物含量将会大大升高，所以应选择合理的煤粉细度值来降低固体未完全燃烧热损失。 2 控制适量的过量空气系数 炭颗粒的完全燃烧需要与足够的氧气进行混合，送入炉内的空气量不足，不但会产生不完全燃烧气体，还会使炭颗粒燃烧不完全，但空气量过大，又会使炉膛温度下降，影响完全燃烧。因而过量空气系数过大或过小均对炭颗粒的完全燃烧不利，应通过燃烧调整试验确定合适的过量空气系数。 3 加强燃烧调整 炉膛内燃料燃烧的好坏，炉膛温度的高低，煤粉进入炉膛时着火的难易，对飞灰及灰渣可燃物的含量有直接影响，炉膛内燃烧工况不好，就不会有较高的炉膛温度，煤粉进入炉膛后，就没有足够的热量预热和点燃，必将推迟燃烧，增加飞灰含炭量，要使炉膛内燃烧工况正常，需对燃烧器的风率配比，一次风粉浓度及风量进行调整，掌握燃烧器特性，使锅炉处于最佳燃烧工况下，重视燃烧工况的调整是减少固体未完全燃烧热损失的重要方面。 3.保证锅炉的燃煤质量 4.减少汽水损失 锅炉的汽水损失，除了检修质量不高造成的跑，冒，滴，漏外，主要是锅炉运行中排污和疏水造成的。 备用材料 1、原因分析 在炉膛中心高温区域，有部分粉煤灰熔化成液态或呈软化状态，随着烟气的流动，温度逐渐降低，当接触到受热面时如果仍保持软化状态，则会粘结在受热面上形成积灰。由于灰的传热性很差，使得积灰的外表温度升高，且因为表面粗糙，更容易粘附软化状态的灰，从而在积灰的外表面上粘上一层软化的灰粒，形成第一层渣。如此发展下去，外表温度越来越高，结渣越来越厚，当渣的温度达到熔化温度时，就会流到邻近的受热面上，扩大了结焦的范围。因而，结焦的过程是一个自动加剧的过程。 形成结焦的条件是燃料中的灰分、较高的炉膛温度、较低的灰熔点。还有一些影响结焦的外部因素，比如锅炉的负荷、火焰中心偏斜、锅炉风量及风与煤粉的混合程度等等。 锅炉负荷越高，炉膛中心温度越高，使得灰分的软化程度加剧，尤其是当火焰偏斜或燃烧器长期下摆或上摆，造成局部区域热负荷过高，使灰更容易在此处粘结。当炉内风量不足或燃料与空气混合不充分，会产生大量还原性气体，降低灰的熔点，使结焦加剧。开始结的焦比较疏松，如果吹灰不及时，随着壁温的升高，结焦将越来越严重。 2、结焦的危害 当水冷壁受热面上发生结焦时，会使并列管的吸热不均，造成管屏之间的热偏差增大，局部水冷壁管超温；由于炉膛出口烟温升高，还会引起过热器、再热器壁温升高，炉内结焦不均匀时，将造成过、再热器的严重热偏差；大块焦落下时可能砸坏管子或造成锅炉熄火；此外，受热面结焦将使排烟温度升高，排烟损失增大；喷燃器结焦会造成煤粉气流偏斜，使不完全燃烧损失增大，锅炉效率降低等等。结焦还增大了锅炉的通风阻力，增大风机电耗，严重的会限制锅炉出力。 3、如何从调整的角度，尽量减少和预防结焦的发生 a、保证适当的风煤比，即合理的氧量，避免炉内出现还原性气氛，提高煤粉的燃烬程度。 b、定期活动喷燃器摆角，高负荷时，要均匀分配各层热负荷，使炉膛温度均匀，避免局部区域的长期高温。 c、保持合理的燃料风开度，维持喷燃器出口的煤粉气流刚性，避免产生火焰偏斜，防止煤粉直接冲刷受热面墙壁产生的结焦和喷燃器出口的结焦。 d、定期有效地进行吹灰，减轻结焦的程度，防止形成大块的焦而影响锅炉安全。