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电站锅炉燃烧稳定性的判别及调整 【摘要】通过分析电站锅炉燃烧影响因素，了解保持锅炉燃烧稳定性的重要意义，详尽介绍四种判别燃烧稳定性的方法着火指数炉数据常规表示法、Lockwood旋流煤粉燃烧器稳定判别法、基于火焰图像的燃烧稳定性检测分析方法、燃煤锅炉燃烧过程稳定性评价指数CSI。并通过分析影响燃烧稳定性的原因，提出调整燃烧稳定性的方法。 【关键词】燃烧稳定性；判别；调整 中图分类号 TK229 文献标识码 A 文章编号 引言 我国的电站锅炉以煤粉炉为主。燃烧过程的稳定性直接关系到锅炉运行的可靠性。如燃烧过程不稳定将引起蒸汽参数发生波动；炉内温度过低或一、二次风配合失当将影响燃料的着火和正常燃烧，造成锅炉灭火；炉内温度过高或火焰中心偏斜将引起水冷壁、炉膛出口受热面结渣并可能增大过热器的热偏差，造成局部管壁超温等。因此研究锅炉的燃烧稳定性也就更加重要。 锅炉燃烧影响因素分析 燃烧的稳定性直接影响锅炉的安全性，即锅炉能否稳定、持续的燃烧是关系燃烧安全性的最重要的因素。影响锅炉燃烧过程稳定性的因素除燃烧器的结构外，煤粉本身的因素和燃烧环境起着重要的作用。通过对煤粉着火及稳燃机理的研究和对现场运行实际状况的了解，知道影响锅炉燃烧稳定性的因素如下煤质变化、煤粉浓度、煤粉细度、锅炉负荷、一次风速、煤粉气流的初温、二次风温和风速等。此外，一些其他的因素包括断粉、堵管等都对锅炉燃烧稳定性有一定的影响。 锅炉燃烧稳定性的判别方法以及调整形式。 2.1着火指数炉数据常规表示法 用着火指数炉确定煤的着火温度是国内外常用的较为简单的判别各种煤的着火及燃烧稳定性差异的方法，国内已积累了不少数据。为了用常规分析（工业分析）数据来表示着火指数，可采用逐步回归方法对其经行选择，把作用较大者保留作为影响因素。 2.2Lockwood方法 Lockwood等试验研究了旋流煤粉燃烧器的稳定性，如果火焰贴近燃烧器出口、位于由旋流产生的回流区内，则火焰是稳定的。燃烧器的火焰稳定性由旋流数和一次风与二次风气流的动量比经行评价。 如果旋流数大到足以产生一个合适的内回流区，并且一次风的流速小到足以产生一个合适的内回流区，并且一次风的速度小到足以避免一次风射流直接穿透这个回流区，则可以保证火焰的稳定性。图中曲线附近为不确定区，表示稳定与非稳定火焰区域之间是渐变的。注意一次风速存在一个最小值，低于该值煤粉将不能被均匀地输送。在所有的情况下，稳定的燃烧区域由一个最小的旋流数和一个最大的动量比所界定。在大多数情况下，轮廓线很陡。 增加过剩空气量，能够增加富燃的回流区以外的区域的燃烧过程可以获得的空气量，从而提高燃烧稳定性。提高过剩空气系数有一个上限，这个上限是反应被抑制、甚至火焰被吹熄的空气量。不过，正常的运行工况的过剩空气系数则远远低于这个上限。 燃烧稳定性随燃烧率和过剩空气系数的变化关系，与稳定性随煤粉细度的变化一样。增加煤粉细度可以显著加宽由和表示的火焰稳定的范围。 2.3基于火焰图像的燃烧稳定性检测分析方法 锅炉内的燃烧火焰图像是炉内燃烧状况最直接的反应，运用计算机图像处理技术可以从火焰图像中提取炉内辐射能信号，进而得到辐射能与机组相关参数之间的关系，用于分析锅炉的燃烧状况。在锅炉燃烧不稳定的情况下，从火焰图像中提取的特征信息，可以提前发出预警，以避免锅炉灭火事故的发生，为判断炉膛熄火提供了更为可靠的依据。 火焰图像特征量的提取。国内外很多专家、学者从火焰图像中提取特征量，并利用人工智能等方法来诊断燃烧状况。然而，这些方法大都是针对单角燃烧器的着火火焰图像，没有进一步将火焰图像划分出特征区，并针对特征区的图像信息来进行锅炉的燃烧分析。实际上，对于燃煤锅炉，由于不能根据某个检测装置断定某个燃烧器的燃烧情况，要严格控制单只煤粉喷嘴的火焰信号相当困难。对于切圆燃烧的炉膛，四个角的火焰在没有辅助燃料投入时是相互依存的，因此，通过布置在锅炉不同高度。不同位置的火焰探头获取的多幅火焰图像，综合处理后可得到反映整个炉膛的图像信息。然后，在从中提取通用特征量，将特征值与设定合理的阀值比较后，可进一步诊断全炉膛燃烧的稳定性 2.4燃煤锅炉燃烧过程稳定性评价指数CSI 燃烧过程稳定性评价应以控制理论的稳定性概念为基础进行才具有通用性。对非线性行系统来说，“系统的稳定性”是指系统的原点或某个确定平衡状态的稳定性。在李亚普诺夫意义下，某运动的稳定性是初始扰动相对给定运动偏离的渐进性质。简单的说，当一个线性系统的输入在一个有界的范围内变化时，如果其输出能维持在一个有界的范围内，则该系统是BIBO（有界输入有界输出）稳定的。这个定义只适用于线性系统，对于非线性性系统则不然。但如果一个非线性系统能够在其输入在一个较大范围内变化时维持有界的输出则该系统具有较高的稳定性。 所有的工业燃烧装置共有的输入是其燃料和氧化剂的质量流量，共有的输出可以是燃烧温度或者燃烧放热量。燃烧过程的平衡状态可以认为是其理想的设计状态。因此，其输入的变化均指相对于理想的设计状态而言。一个有界的输出意味着具有一定的燃烧温度（产生一定的燃烧放热量），一旦燃烧温度趋于环境温度则认为其输出发散。据此提出一个新的燃烧稳定性评价CSICombustion Stability Index （12） 式中为燃烧过程的输入燃料质量流量的设计值；为在氧化剂输入恒定的条件下稳定燃烧过程能够克服的最大燃料质量流量的扰动；若燃烧过程在受到小于或等于的燃料质量流量的扰动时，其动态变化的结果是达到一个新的稳定燃烧状态，否则，燃烧温度将不断下降，最后燃烧过程终止，燃烧过程不稳定。 因此，CSI的变化范围为0到1之间。CSI0，意味着一个稳态燃烧过程不能承受任何微弱的燃料量扰动，其稳定性最低；，意味着燃料量在快要全部停止供应时燃烧过程仍在进行，其稳定性当然趋于极大值1（不可能为1），稳定性最高。 CSI与燃料与氧化剂的化学当量比对燃烧稳定性的影响是一致的。CSI值越高，表明稳定燃烧能够在更大的化学当量比范围内进行，同样也说明燃烧稳定性越强。之所以没有直接把化学当量比的变化范围作为燃烧稳定性定量评价的依据，是因为不同燃料、不同负荷下燃烧装置设计的化学当量比是变化的。从控制论的角度采用系统输入参数的变化作为衡量稳定程度的选择也符合系统分析的原理。 3总结 本文主要通过对锅炉燃烧影响因素分析，对四种燃烧稳定性的判别方法的做了详尽的介绍，其中着火指数炉数据常规表示法从可燃性出发对燃烧稳定性进行了探讨，通过着火指数可以了解不同煤种在各温度下的燃烧稳定性。Lockwood方法研究了旋流煤粉燃烧器的稳定性，对燃烧器的燃烧稳定性在由和作纵、横坐标的二维平面上进行评价。基于火焰图像的燃烧稳定性检测分析方法通过提取锅炉内的燃烧火焰图像，运用计算机图像处理技术从火焰图像中提取炉内辐射能信号，进而得到辐射能与机组相关参数之间的关系，用于分析锅炉的燃烧稳定状况。而CSI指标评价则是从控制论的角度采用系统输入参数的变化作为衡量稳定程度的选择。方法不同但总的目的都是为了判别燃烧过程的稳定性，以确定锅炉运行的可靠性，从而提高锅炉运行效率以及经济性。 参考文献 [1] 韩才元，徐明厚，周怀春，等.煤粉燃烧[M].北京科学出版社，2001. [2] 常太华.煤粉锅炉火焰检测及燃烧诊断[J].华北电力大学学报,1999,26（1）57-62. [3] 陈宇，刘吉臻，张阔.电站锅炉燃烧稳定性诊断模型的研究[J].华北电力大学学报,2005，（2）50-53. [4] 黄本元,罗自学，周怀春.炉膛燃烧稳定性的火焰图像诊断方法[J].热力发电,2007,（12）19-22. [5] 陈春元.燃料着火及燃烧稳定性判别方法研究[J].锅炉技术，1993，（2）15-18. [6] 张恩先.电站锅炉炉内燃烧状态的模糊评判[D].保定华北电力大学，2000. [7] 常弘哲、张永康、沈际群.燃料与燃烧[M].上海交通大学出版社，1993. [8] 周怀春、娄新生、张明春，等.煤质变化对锅炉燃烧稳定性影响的模拟研究[J].电站系统工程，1993，（2）.