SG-1025/17.4-M847煤粉锅炉燃烧调整技术
陈 涛 黄家玉
（大唐信阳华豫发电有限责任公司）
摘要：本文主要从燃烧任务，燃烧原理，以及燃烧中锅炉内的流体动力特性；结合本人多年来实际对300MW机组锅炉燃烧
调整的一些心得，提出的对300MW机组锅炉燃烧的调整方法，以及在各种工况下应注意的事项。
关键词：锅炉；燃烧；调整
上海锅炉厂生产的SG－1025/17.4-M847型亚临界自然循环锅炉该炉采用单炉膛、型布置、切向燃烧，露天布置，全钢架悬吊结构，平衡通风，固态机械除渣。锅炉炉膛深度11.89m，宽度12.8m，燃烧器为四组直流式宽调节比摆动式喷燃器（简称WR燃烧器），布置在炉膛下部四个切角上。每组煤粉燃烧器由4层一次风喷嘴、9层二次风喷嘴、和2层三次风喷嘴组成,见图一。一次风和三次风喷燃器均设有周界风。
该炉配有三分仓容克式空气预热器、引风机、送风机、一次风机、静电除尘器各2台；低速钢球磨中间储仓热风送粉制粉系统4套。
1 燃烧调节的任务
锅炉燃烧的好坏对锅炉及整个电厂的安全性和经济性有很大的影响，燃烧的调节要适应外界负荷的要求，调节的任务:
1) 保证产汽量适应外界负荷需要，汽压、汽温和汽包水位稳定在正常范围以内； 2) 着火稳定，燃烧中心适当，火焰分布均匀，不烧坏喷燃器、过热器等设备，避免结渣； 3) 燃烧完全，使机组处于最佳经济状态。为实现这一任务，必须做到燃烧过程稳定，不能因为燃烧不好而造成灭火、打炮、结渣、超温等事故。而且在燃烧调整过程中应使一、二、三次风的出口风速、风率配合适当，燃料的供给和外界负荷相适应；保证煤粉为经济细度，炉膛的过量空气系数为最佳值，适当的炉膛负压，减少漏风等。
燃烧过程是否稳定，直接关系到锅炉运行的可靠性。例如：燃烧过程不稳将引起蒸汽参数发生波动；炉膛温度过低则着火困难，容易造成炉膛灭火、打炮；炉膛火焰偏斜，造成炉膛温度场和热负荷不均匀。温度过高，可能造成水冷壁等结渣，增大过热器偏差并可能造成局部管壁超温破坏。
燃烧过程的经济性要求保持合理的风煤配比，送引风配合好，同时还要保持适当的炉膛温度，这样才能实现着火迅速，燃烧完全，以减少损失，提高机组的效率。为此，对于煤粉炉在燃烧调整的运行操作方面应使燃烧器一二次风的风速、风率配合好；燃料量的供给于外界负荷相适应，煤粉为经济细度，炉膛的过量空气系数为最佳值，调整送引风机配合，使；炉膛保持适当的负压，减少漏风量等。
锅炉低负荷运行时，由于燃烧减弱，故炉膛温度低，火焰充满程度差，燃烧不稳定，经济性也差。所以大型煤粉锅炉通常不宜在70％额定负荷下运行。低负荷运行的锅炉可将炉膛负压适当降低，以减少漏风，
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提高炉膛温度，这样对稳定燃烧，减少不完全燃烧损失是有利的。
2 煤粉气流在炉膛中的着火燃烧及炉内的流体动力特性
为了更好的调整300MW机组的锅炉燃烧工况，我们首先要了解一下煤粉气流在炉膛中的着火燃烧过程，以及煤粉气流在炉膛里的流体动力特征，了解了这些才能有更有利的更科学的方法使锅炉燃烧更趋于稳定。
2.1 首先，我们先了解一下煤粉燃烧的特点
煤粉燃烧过程不同于煤粒或煤块的燃烧。将煤粒放在空气中燃烧，其燃烧过程一般分成四个阶段：即预热干燥阶段、挥发分析出阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。而国产300MW煤粉炉的煤粉燃烧，由于煤粉颗粒很细，炉膛温度又很高，因此悬浮在气流中的煤粉粒子加热速度可高达10000℃/s。在这样的高温下，研究表明，煤粉燃烧与一般煤粒燃烧有些不同，主要在于：
1) 挥发分析出过程几乎延续到煤粉燃烧的最后阶段。
2) 在高速升温情况下，挥发分的析出、燃烧是与焦碳燃烧同时进行的，在更高的加热速度下，甚至是微小的煤粉粒子先着火，然后才加热分析出挥发分。
3) 高速加热时，挥发分的产量和成分都与低速加热的现行测试方法所得的数值有所不同。 4) 快速加热形成的焦碳与慢速加热形成的焦碳，在空隙结构上也有很大区别。 2.2 煤粉着火的热力条件
通常燃烧过程可分为两大阶段进行，即着火阶段和燃烧过程本身。着火是燃烧的准备阶段，而燃烧有给着火提供必要的热量来源，这两个阶段是相辅相成的。
锅炉燃烧设备中，燃料着火的发生是由于炉内温度不断升高而引起的，这种着火称为热力着火。而煤粉在炉内的着火，以及燃烧过程是否稳定，都决定燃烧过程所处的热力条件。因此在燃烧过程中，可燃混合物在燃烧是放热，同时又向周围散热，这一过程可能对燃烧有利，也有可能不利，可能导致着火或灭火。下面以煤粉空气混合物在燃烧室内燃烧为例：
燃烧室内可燃烧的放热量为： Q1=K0exp(-E/RT)CO2VQr 向周围的散热量： Q2=as(T-Tb)
式中 K0—反应速度常数；
E—活化能； R—气体通用常数； T—反应系数温度；
CO2—可燃混合物中煤粉反应表现的氧浓度； n—燃烧反应方程式中氧的反应系数； V—可燃混合物容积； Qr—燃烧反应热； Tb—燃烧室壁面温度；
a—混合物向燃烧室壁面的综合放热系数； S—燃烧室壁面面积；
用曲线表示，放热量Q1和散热量Q2随温度的变化情况如下图：
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由曲线可知：燃烧初期Q1大于Q2，温度升至平衡点1，可认为是煤粉在炉膛燃烧初期，加热炉膛过程；随燃烧加强，达到2点时便会开始着火，点2即为着火温度，在一定的放热和散热条件下，只要T大于Tzh燃烧反应就会自动加速进行。这是炉膛燃烧的一个稳定的动态平衡过程；如果散热加强，到达点4时，Q1=Q2```系统温度稍有降低，便会Q2大于Q1，炉膛温度将急剧下降，导致熄火，这就是锅炉灭火的原理。
3 燃烧调整
在上面我们了解了煤粉在炉膛中的燃烧机理，对我们进行燃烧调整有了一个原理上的指导，下面我们就研究一下具体的燃烧调节：
燃烧调节我们分以下几方面来分析：煤粉量的调整、送风的调整、炉膛负压及引风的调整和燃烧的调整与运行。 3.1 煤粉量的调整
对于有中间储仓制粉系统的锅炉，因制粉系统出力的变化于锅炉负荷影响不大。所以，当锅炉负荷发生变化需要调节进入炉内的媒粉量时，理论上只要通过改变给粉机转速和燃烧器投入的只数来实现即可，而不必涉及制粉系统负荷的变化。当负荷变化较小时，改变给粉机转速就能达到目的。当锅炉负荷改变较大时，改变给粉机转速不能满足调节幅度时，则应以投停给粉机作为粗调，再以改变给粉机转速作为细调节。但投停给粉机尽量对称，以免破坏整个炉内的空气动力工况。
当需要投入备用喷燃器和给粉机时，应先开启所对应的一次风门，对一次风管进行吹扫，待风门全开后，方可投入给粉机进行给粉，并观察着火情况是否正常。相反，在停用燃烧器时，则应先停止给粉机运行，一次风应继续吹扫数分钟后再关闭，防止一次风管中产生媒粉沉积。为防止停用喷燃器应过热而烧坏，对相应二次风应有一定开度，已做冷却喷口之用。本厂一次风喷口有周界风冷却。
给粉机转速的正常调节范围不宜过大，若调的过高，则不但煤粉的浓度过大，容易引起不完全燃烧，而且也易使给粉机过负荷发生事故；若调得过低，则在炉膛温度不太高得情况下，由于煤粉浓度低，着火会不稳，容易发生炉膛灭火。我厂给粉机转速一般控制在200rpm~600rpm.。此外，各台给粉机事先都要做好转速、出力试验，了解每一个给粉机的特性，保持给粉机给粉均匀。给粉机调节一定要平稳，应避免大幅度调节，任何短时间的过量给粉或给粉中断，都会使炉内火焰发生跳动，着火不稳，甚至可能引起锅炉灭火。
以上的调节，制粉系统一般不参与调节给粉量，而实际情况下，煤质的好坏及负荷的高低，以及制粉系统设备损耗情况，在实际调节过程中，制粉系统都要参与给粉调节。以我厂调节为例，负荷300MW，煤质太差，给粉机转速已经很高也无法达到负荷要求，只有启动制粉系统或开大排粉风机的入口开度来增
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加三次风的带粉量来增加给粉量，以用来增加负荷。又如，在煤质较好时，负荷又很低时，给粉机转速很低了却无法再压低负荷，通常会停用制粉系统，关小排粉风机入口挡板，来减小三次风带粉量，来达到减负荷的目的，同时，排粉风机入口关小，煤粉细度变小，更有利于低负荷的着火燃烧稳定，对安全运行是很有利的。
3.2 送风的调整
锅炉负荷的变化时，送入炉内的风量必须与送入炉内的燃料量相适应，同时也必须对引风量进行相应的调整。
进入锅炉的空气是有组织的一、二、三次风，其次是少量的漏风。运行人员可根据氧量来调节风量，尽可能保持炉膛最佳空气系数，以获得较高的锅炉效率。此外，判断燃烧情况还要注意分析飞灰、灰渣中的可燃物的含量，观察炉内火焰颜色等，依此来综合分析炉内燃烧工况。
进入炉内的空气量可以用炉内的过量空气系数来表示。A与烟气中的RO2,O2含量有如下关系： 对一定量的RO2MAX值是一个常数，烟气中的RO2值与CO2值又近似相等，所以对于各种燃料，都可以制定出相应的过量空气系数和烟气中的二氧化碳和氧量的关系曲线。锅炉控制盘上装有O2量表，运行人员可直接根据氧量表的指示值来控制炉内空气量，使其尽可能保持炉内为最佳过量空气系数，以获得较高的锅炉效率。
在炉膛燃烧中，风煤的配比对炉内的燃烧稳定有着决定性的影响。燃烧处于正常稳定状态时，炉内的火焰为光亮的金黄色火焰；火焰中心应在炉膛的中部，火焰均匀的充满炉膛但不触及水冷壁；火焰稳定，火焰中没有明显的星点；烟囱中的排烟应为淡灰色。如果火焰炽白刺眼，表明风量偏大，此时O2表的指示偏高。如果火焰暗红不稳，若此时O表计值偏低，这时火焰末端发暗且有黑色烟气，烟气中含有一氧化碳，烟囱冒黑烟等，则说明此时风量偏小。若O2表计值过高，则可能是送风量过大或漏风严重。此外，如煤粉太粗或不均匀煤的灰分高等，容易产生火焰闪动，煤的水分高而挥发分低时，火焰会发黄无力。
送风量的改变是由送风机的动叶调节来实现的，动叶的调节是通过液压执行机构来完成的，以我厂的送风机为例，动叶的调节有一定的阶越性，并非完全的线性，同时动叶在调节特性各不相同，所以在调节时，常常会出现指令大于反馈一定值时，动叶才会进行调节，或者在某一指令时，风机出力变化很大，常常会引起炉膛负压的很大波动，所以动叶的调节一定要慢，不仅要注意反馈的变化，同时还要注意送风量的变化和送风机电流的变化，防止炉膛负压引起燃烧不稳。
送风送入炉膛两侧的二次风箱和磨媒机入口，二次风箱被分为多层风室，各层风室均设有风室挡板，以用于合理的分配燃烧器各层喷口之间的配风，根据作用的不同可以分为辅助风、燃烧风和燃尽风。辅助风挡板的调节，对炉膛的燃烧有着很大的影响，它不但影响到火焰中心的位置，同时还对火焰的切圆有一定的影响，有些时候还可能会影响火嘴的火检的检测。所以辅助风的调节对炉膛的燃烧有很重要的意义。以我厂＃2炉为例，2002年初，先后灭火十余次，经过炉膛的热态动力场试验测量，炉膛的切圆中心改变，同时还查出由于B1火嘴的周界风挡板坏，一直处于一个很大的开度导致，一个周界风挡板对炉膛的动力场产生了很大的影响，导致锅炉处于一个很不稳定的燃烧状态，燃烧的抗干扰能力很差，一很小的扰动，就会导致炉膛灭火。在通常的锅炉辅助风调节中，辅助风挡板的开度主要受控于炉膛的风箱压差△P，由经验得知：当LOAD＜35%时，△P＝375PA为常数值。当LOAD＞75％时，△P≤＝1000PA为常数值。所以当35％MCR≤LOAD≤75%MCR时，△P随负荷的增大而增大。在保证风箱压差的前提下，可根据需要来调节各层辅助风的大小，例如，要提高蒸汽温度，可适当提高火焰中心，将下层辅助风稍开大，上层风适当关小以达到目的；如要减小主再气温两侧的偏差，可适当的开大顶层消旋风的开度，减小烟气的旋转，对主再气温的两侧偏差的调节有一定的作用。 3.3 炉膛负压及引风的调整
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炉膛负压是反映燃烧工况是否正常的重要运行参数之一。正常的炉膛燃烧应处于微负压下进行，炉膛负压一般维持在－40～－60pa之间，既不会出现烟气外泄的现象，也不会出现漏风系数偏大的的情况。负压的波动反映了炉膛排出的烟气量和燃烧产生的烟气量之间的平衡关系，当两者平衡时，则炉膛负压保持稳定；当后者大于前者时炉膛负压低；反之则负压增大。
当炉膛的燃烧发生故障或异常时，最先反应在炉膛负压的变化。燃烧不稳定时炉内负压产生剧烈波动，这时运行人员应及时观察炉火情况，及早发现、分析原因，并及时作出正确的判断和处理。实践表明：炉内负压大幅波动往往是炉膛灭火的先兆。 3.4 燃烧的调整与运行
3.4.1 燃烧器出口风速、风率的调整：
燃烧器保持适当的一、二、三次风的出口速度和风率是建立正常空气动力场、使风粉均匀、保持良好着火及燃烧所必须的条件。
四角切圆的直流燃烧器的配风条件 名称 一次风出口速度 二次风出口速度 三次风出口速度 一次风率（％） 无烟煤 20～30 40～50 50~60 18～20 贫煤 25～30 45～55 45~55 20～25 烟煤 30～35 40～60 45～50 25～40 褐煤 25～40 40～60 7～30 本厂设计 25 45 55 20 四角切圆燃烧的锅炉对四角的配风要求风速、风量相差不大，保持切圆的稳定性及切圆中心处于炉膛中心，以保证炉内良好的空气动力场，为燃料在炉膛内的稳定燃烧提供良好的条件。 3.4.2 燃烧器的运行
在正常运行中，为适应锅炉负荷的变化，需要改变给粉量和投运给粉机的个数来实现。锅炉负荷变化不大时，可以通过改变各层给粉机的转速来实现；如果负荷变化较大时，需要投入或停运给粉机来实现，投、停一般要求对角调整，以保持炉膛火焰中心的正确位置。在停运给粉机时，一般先停运上层给粉机，保持下三层给粉机运行。
一般在负荷允许的条件下，可以采用多火嘴，少燃料，尽量对称投入的运行方式，这样有利于火焰间的相互引燃，便于调节，同时风粉混合较好，火焰充满度也好，使燃烧充分和稳定。当燃料的挥发分较低使，，则可以考虑采用集中火嘴，增加煤粉浓度的运行方式，使炉膛热负荷较集中，有利于新燃料的着火。
总结：
通过以上对燃烧的原理以及华豫电厂300MW机组锅炉燃烧调整的措施和方法的介绍，是我充分认识到：燃烧调整要在坚持燃烧原理的基础上，保持炉内的切圆稳定和风压的稳定；同时根据实际情况，例如，锅炉实际情况，负荷高低以及煤质情况等等，加以适当调整，保持锅炉燃烧稳定。只有这样，才能为实现机组的安全经济运行奠定坚实的基础。
参考文献：
[1] 《锅炉燃烧设备》 ，姚文达，中国电力出版社 [2] 《锅炉原理》，范从振.北京.水利电力出版
[3] 《锅炉燃烧试验研究方法及测量技术》. 岑可法． 北京. 水利电力出版社 [4] 《华豫电厂300MW机组培训教材 锅炉设备及运行》 [5] 《华豫电厂锅炉运行规程》
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