浅谈煤燃烧_燃烧煤

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浅谈煤燃烧的发展现状与趋势

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上为数不多的以煤炭为主要一次能源的国家之一。煤炭在我国能源消费结构中的比例一直很高，1959年是94．7％，1976年为最低点69．9％，自20世纪9o年代以来，一直在75％ ～76％之间。当前，煤炭为我国提供了70％以上的发电燃料，60％的化工原料和80％的民用燃料。根据预测，到2015年，煤炭还要占62．6％，即使到了2050年，煤炭仍占50％ 以上。因此，在相当长的一个时期内，我国以煤为主的能源消费结构将难以改变。但是，煤炭的利用效率不高和由燃烧造成的环境污染一直是制约我国可持续发展的最重要的因素之一。

煤碳的燃烧过程： 煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快，一般只为煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量。煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低锅炉热损失，提高效率。良好燃烧必须具备三个条件：

1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。

2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。

3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。碳燃烧时在其周围包上一层灰壳，碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动，其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也即，碳粒燃烧时，灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体，空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此，加大送风，增加空气冲刷碳粒的速度，就容易把外包层的气体带走；同时加强机械拨动，就可破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快燃烧速度。如果氧气不充足，搅动不够，煤就烧不透，造成灰渣中有许多未参与燃烧的碳核，另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出。对于大块煤，必须有较长的燃烧时间，停留时间过短，燃烧不完全。因此，实际运行中，一般采取供给充足的氧气，采用炉拱和二次风来加强扰动，提高燃烧温度，炉膛不宜过小等措施保证煤充分燃烧。煤质对锅炉稳定燃烧的影响： 煤的发热量是反映煤质好坏的一个重要指标，当煤的发热量低到一定数值时，不仅会影响燃烧不稳定不完全，而且会导致锅炉熄火，使锅炉出口温度很难达标，影响正常供热。挥发分在较低温度下能够析出和燃烧，随着燃烧放热，焦碳粒的温度迅速提高，为其着火和燃烧提供了极其有利的条件，另外挥发分的析出又增加了焦碳内部空隙和外部反应面积，有利于提高焦碳的燃烧速度。因此，挥发分含量越大，煤中难燃的固定碳成分越少，煤粉越容易燃烬，挥发分析出的空隙多，增大反应表面积，使燃烧反应加快。挥发份含量降低时，煤粉气流着火温度显著升高，着火热随之增大，着火困难，达到着火所需的时间变长，燃烧稳定性降低，火焰中心上移，炉膛辐射受热面吸收的热量减少，对流受热面吸收的热量增加，尾部排烟温度升高，排烟损失增大。煤的灰份在燃烧过程中不但不会发出热量，而且还要吸收热量。灰分含量越大，发热量越低，容易导致着火困难和着火延迟，同时炉膛温度降低，煤的燃烬程度降低，造成的飞灰可燃物高。灰分含量增大，碳粒可能被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成燃烧不良。另外飞灰浓度增高，使锅炉受热面特别是省煤器、空气预热器等处的磨损加剧，除尘量增加，锅炉飞灰和炉渣物理热损失增大，降低了锅炉的热效率。有关资料显示，平均灰份从13%上升到18%，锅炉的强迫停运率将从1.3%上升到7.54%。煤的颗粒度对锅炉的燃烧有很大影响。颗粒度过大时，煤块在锅炉内燃烧时停留时间过短，煤炭中的焦碳没有完全燃烬，炉渣中的含碳量增大，增加了锅炉炉渣的物理热损失；颗粒度过小时，细煤粉在炉排上燃烧时通风不好，碳与氧不能很好地接触发生化学反应，易形成黑带，同时细煤粉也易被空气吹起，很快随着烟气被带走，增加了锅炉烟气中的飞灰热损失。因此要根据煤炭颗粒度合理调整给风量。煤的含水量在一定的含量限度内与挥发分对燃煤的着火特性影响一致，少量水分对着火有利，从燃烧动力学角度看，在高温火焰水蒸气对燃烧具有催化作用，可以加速煤粉焦碳的燃烧，可以提高火焰黑度，加强燃烧室炉壁的辐射换热。另外，水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。但水分含量过大时，着火热也随之增大，同时由于一部分燃烧热热耗在加热水分并使其汽化和过热也降低了炉内烟气温度，从而使煤粉气流吸卷的烟气温度以及火焰对煤粉的辐射热都降低，这对着火不利。煤中杂质不仅会吸收煤燃烧生产的热量，降低锅炉热效率，增大锅炉运行时的除渣除灰量，而且对锅炉的安全运行带来很大危害。

煤炭在锅炉内燃烧放出的热量，将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽沿道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机一起高速旋转，从而发电。在汽轮机中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝结成水，然后被凝结水泵送入除氧器。水在除氧器中被来自抽气管的汽轮机抽汽加热并除去所含气体，最后又被给水泵送回锅炉中重复参加上述循环过程。显然，在这种火力发电厂中存在着三种型式的能量转换过程：在锅炉中煤的化学能转变成热能，在汽轮机中热能转变为机械能，在发电机中机械能转换成电能。进行能量转换的主要设备----锅炉、汽轮机和发电机，被称为燃烧发电厂的三大主机，而锅炉则是三大主机中最基本的能量转换设备。

不过，在送进锅炉烧灼之前，还需要由磨煤机将煤炭磨成不规则的细小煤炭颗粒，其颗粒平均在0.05-0.01mm，其中20-50um（微米）以下的颗粒占绝大多数。这是因为煤粉颗粒很小，表面很大，能吸附大量的空气，且具有一般固体所未有的性质----流动性。煤粉的粒度赵小，含湿量越小，其流动性也越好，但煤粉的颗粒过小细小或过于干燥，则会产生煤粉自流现象，使给煤机工作特性不稳，给锅炉运行的调整操作造成困难。另外煤粉与氧气接触而氧化，在一定可能发生煤粉自燃。在制粉系统中，煤粉是由于气体来输送的，气体和煤粉的混合物一火花就会使火源扩大而产生较大压力，从而造成煤粉的爆炸。

由煤粉制备系统制成的的煤粉经煤粉燃烧进入炉内，燃烧器是煤粉炉的主要燃烧设备。燃烧器的作用有三个：一是保证煤粉气流喷入炉膛后迅速着火,二是使一、二次风能够强烈混合以保证煤粉充分燃烧，三是让火焰充满炉泻膛而减少死滞区。煤粉分流经燃烧器进入炉膛后，便开始了煤的燃烧过程。燃烧过程的三个阶段与其他炉型大体相同，所不同的是，这种炉型燃烧前的准备阶段和燃烧阶段时间很短，而燃尽阶段时间相对较长。

研究表明，煤及燃煤产物中的Hg、Cr、Cd的淋出浓度高于国家的水质标准，其对水体的污染应引起高度重视。Mn、Zn、Cl的总淋出浓度都明显低于地面水和饮用水国家标准；本次实验样品中Pb、Cu、Ni、Co等有害元素含量低，且主要是与粘土矿物或煤大分子结合，因此没有被淋滤出来。所以，Mn、Cl、Zn、Pb、Cu、Co、Ni等元素在浓度较低或主要与粘土矿物及煤大分子结合的情况下，淋出浓度低或不能淋出，因此对环境影响不大。这些成果对于预测、预防煤及燃煤产物中有害元素的环境污染具有实际指导意义。

（6）对脱矿镜煤和丝炭中微量元素的分布研究表明，有害元素Co、Cr、Sb、U、Th、V等主要富集在镜煤中，Hg、Zn等主要与丝炭有关，而As等其它有害元素的含量与丝炭和镜煤的关系不明显；镜煤由于凝胶化作用强烈而富集了水溶性较强的V、U、Th、Cr、Fe、Br等元素；未脱矿镜煤和丝炭中的元素可通过酸处理而脱出，这为制备高纯煤提供了依据。

（7）对中国煤中氯，特别是山西平朔煤中氯的分布特征研究表明，绝大多数中国煤不是高氯煤，且中国北方煤中的氯含量比南方煤高，这可能与气候有关；平朔煤中的氯主要以无机态形式赋存在镜质组和惰质组中，而壳质组中氯含量较低。

煤炭资源是大自然赋予人类的财富，它的总储量是有限的，在不断使用中逐渐减少。所以如何合理高效利用煤是当今我们所面对的非常紧迫的问题，如何提高燃煤机组效率成了解决这一问题的关键。同时，随着我国电力行业改革的不断深入，即厂网分开，竞价上网，要使发电企业在行业中立住足、立稳足，就必须大力降低发电成本。而发电成本的主要构成因素就是发电煤耗，所以降低火力发电厂的煤耗成了现代发电企业关注的问题。