锅炉压力对受热面布置有何影响

【专家解说】：山西太原是我国重要的煤炭基地，所产西山煤为优质动力煤，其应用基低位发热量标值为23633kJ/kg，年产量很高，全国许多地方都广泛使用。我国工业锅炉设计代表性煤种应用基低位发热量标值为19520kJ/kg，西山煤发热量高出该值22%。 链条炉排工业锅炉和循环流化床工业锅炉燃用西山煤时，由于使用煤种与设计煤种的一些指标存在较大差异，对锅炉正常运行产生了一定的负面影响。笔者将从链条炉排工业锅炉入手对不利影响进行分析，并提出改进建议。 1 链条炉排工业锅炉燃用西山煤的燃烧特点 1.1 西山煤的主要特性 煤质分析资料表明，西山煤 Qdy的标准值是23633kJ/kg，固定碳Cy 含量是62.6%，灰分Aymax的含量为28.20%，含灰量比较高，挥发分Vr 的含量为18.79%，含硫量Sy为0.52% ，含氧量Oy为5.2%。西山煤属于典型的Ⅱ类烟煤。 1.2 链条炉排锅炉燃用西山煤的燃烧特点 链条炉排锅炉燃用西山煤时，炉膛前后拱表面温度比燃用设计煤种时高，经常处于熔融状态，因此极易粘连炉排上部吹起的煤尘颗粒，煤尘颗粒又被熔融，继续粘连，如此反复，使拱大量结焦，拱的表面越来越不平整，拱反射热量的能力逐渐下降，拱的表面温度持续升高，表层重量不断增加，最终造成拱大面积松动或脱落。实践证明，如果在负荷恒定时通过减慢炉排速度来减少给煤量，则由于西山煤的挥发分含量低于设计煤种挥发分含量的5%，煤不容易着火，炉排燃烧的着火点会后移，经常导致煤的不完全燃烧。由于西山煤是介于无烟煤与烟煤之间的贫煤，其着火温度为450 ℃左右，高于设计煤种400 ℃左右的着火温度。为了不使着火点过于推迟，可以采取一些措施，例如可以提高热空气温度，合理组织炉内辐射以及对流放热，使这一时间缩短。为了维持正常，完全燃烧，还需要增加鼓风量。这样，炉膛总产热量必然增加，炉膛温度增高，排烟温度升高，烟气排放量增大，烟气流速加快，火焰及烟气扰动加强，辐射换热和对流换热强化。由此可知，锅炉运行偏离了设计的理想工况，对正常运行将产生不良影响，如果合理组织炉内辐射以及对流放热，可使这一时间缩短。 2 燃用西山煤对链条炉排工业锅炉运行的主要影响 2.1 对燃烧装置的影响 链条炉排锅炉一般以燃烧发热值18800kJ/kg~20900kJ/kg，挥发分大于15%，灰熔点高于1 250 ℃以上的弱黏结性和黏度适中的烟煤最为合适。链条炉排锅炉燃用西山煤，与设计煤种的一些指标存在较大差异，其突出特点是挥发分含量Vr 低于设计煤种的15%，含碳量Cy高于设计煤种的20%， 对正常运行产生了一定的负面影响。对于链条炉排锅炉，在某负荷运行时，燃料输入量一定，与之匹配的鼓风量也一定。燃用西山煤时，在炉膛输入热量相同的情况下，与设计煤种相比，因其发热量较高，煤耗量应减少，炉排煤层厚度需要比设计煤种减薄约1/3，而鼓风量不应变化，这就容易出现炉排煤层吹空或炉排风量不均，无法正常燃烧;若减少鼓风量，可燃质就不能燃尽，出力降低。在鼓风量不改变时，燃用西山煤的煤层厚度与燃用设计煤种的煤层厚度相等，才不致于吹空煤层，但燃料输入量将超过负荷需要量，况且不能实现完全燃烧，要完全燃烧，就必须增大鼓风量。 2.2 对水循环安全的影响 在锅炉检验中发现，如果炉膛某一侧水冷壁管与锅炉距离较长，那么这部分水冷壁管尤其是靠近锅筒的管段就容易发生弯曲变形，而其他水冷壁管一般没有明显变形，因而可能发生汽水分层或冷却水膜破坏，尤其是在顶棚受热管段，导致其过热弯曲变形。已断定变形属非缺水原因造成。产生变形的原因主要是由于燃用西山煤时炉膛换热强化，受热面管吸热热流密度增加，与动力设计计算值相比，该水冷壁管开始沸腾点的高度降低，含气区段吸热量增加，使管内截面含气率相对变大，冷却能力下降，尤其在顶棚受热管段可能发生汽水分层或冷却水膜破坏，导致受热管段过热弯曲变形。 2.3 对节约能源的影响 一定负荷下，工业蒸汽锅炉在燃用西山煤时，为了能够正常燃烧，既不能明显减少给煤量又需要增加鼓风量。一方面，输入与煤层厚度相匹配的能够完全燃烧的实际空气量时容易吹空煤层，因此，鼓风量的增加不能超过预期值，所以，往往没有充分的空气促进煤的完全燃烧，造成能源浪费;另一方面，西山煤的含碳量达62.6%，由于蒸汽炉不拨火是自动完成的，因此，由于炉内燃料燃烧的不均匀，使燃料层的热量不易传到煤层深处，而且，煤层中含有一定的灰，在整个燃烧的过程中，始终都存在着“焦碳裹灰“的现象，阻隔空气与可燃物质及时接触，这都会使可燃物质不能完全燃烧，从而造成能源的浪费。 2.4 对烟尘治理效果的影响 链条炉排锅炉燃用西山煤时，实际的烟气排放量、排烟温度、烟气流速等都比设计计算值有所增加，因此，与设计煤种相配套的脱硫除尘装置就偏离最佳运行参数，使烟尘治理效果下降。 3 改进建议 综上所述，链条炉排锅炉燃用西山煤时对锅炉的安全和经济运行都产生了一定的不良影响，而且设计煤种的发热量偏离西山煤越远，情况越严重，因此必须进行改进。改进的核心主要是在保证稳定燃烧的前提下，尽量使锅炉的运行负荷与燃料的输入量相匹配，燃料的输入量与所需的空气量相适应，达到安全、高效、环保的目的。 3.1 从燃烧装置方面改进 就燃烧设备本身而言，要考虑到结构紧凑，运行可靠，操作简便，维修容易。对容量较大的锅炉应力求有更高的机械化程度，顺便指出，锅炉是燃烧设备和传热设备的统一体，因此，应十分注意炉内燃烧和传热的相对关系。如果燃料在炉内以较高的强度燃烧放热而辐射受热面布置较少，将使炉内温度过高而严重结焦影响正常燃烧;但若在炉膛中布置过多受热面而大量吸热，又会使锅炉温度或燃料层温度偏低，影响燃烧的稳定性和经济性。显然，燃料燃烧的优劣，不仅取决于燃烧的设备结构形 式及运行操作，也与炉内受热面布置的恰当与否有关，设计时需要全面考虑。 3.2 从燃烧技术方面改进 在燃料输入炉膛前，煤中要适量加水，以推后着火点，减少漏煤，减弱吹空程度。在燃料燃烧过程中，要加强拨火，促进空气与燃料的快速反应，减少灰渣含碳量。在灰渣排出后，将未燃尽的焦碳颗粒筛选后重新掺入原煤中二次燃烧，以降低煤的发热量。适当提高炉膛温度，这样可以避免一些劣质煤或某些挥发分高但灰分、水分大，着火前需要吸热的热量多的煤发生着火困难，而且，适当地提高炉膛温度还可以保持炉膛内的燃料燃烧的稳定，但是，过分提高炉膛温度也没有必要，因为，炉膛温度高到一定程度后，控制燃烧速度的已经不是温度而是空气供给速度了。 3.3 从燃烧方式方面改进 新的燃烧方案中燃料系统与传统方式一样，最大的不同是助燃剂系统。在传统燃烧方式中，助燃剂-空气通过预热器进入燃烧器，而新的方案是首先对空气进行分离，分离后的(富)氧气通过预热器回收烟气排出的能量，在燃烧器内与从烟道出口回收的烟气构成新的助燃剂，与燃料一起进行化学能转换的燃烧反应。