燃烧反应速度与炉膛温度之间存在指数关系,炉温对燃烧反应速度产生极为显著的影响。在较高的炉温下,着火速度更快,燃烧过程也更为迅速,这有助于实现完全燃烧。然而,炉温不宜过高,因为过高的炉温可能导致炉膛水冷壁结渣和膜态沸腾的问题。因此,锅炉的炉温应控制在约1500℃的中温区域。
要维持足够高的炉温,需要考虑多种因素,包括燃料性质、空气温度、炉膛容积热强度以及炉断面热强度等。此外,煤粉和空气的充分混合也是关键。煤粉燃烧属于多相燃烧,其反应主要在煤粉表面进行。为了实现完全燃烧,必须确保煤粉和空气能够充分扰动和混合,从而及时提供煤粉燃烧所需的氧气。这要求燃烧器具有特定的结构特性,并配合二次风进行良好的扰动混合。
另外,足够的燃烧时间也是必不可少的。煤粉在炉内的停留时间,即从燃烧器出口到炉膛出口的行程时间,是煤粉完成着火、燃烧和燃尽过程的关键。这段时间主要受到炉膛容量和单位时间内产生的烟气量的影响。因此,炉膛容积热强度qv成为一个重要的参数,它决定了炉膛的容积,进而保证了煤粉的燃烧时间。
同时,炉膛的形状也对燃烧过程产生影响。炉膛断面热负荷qF是锅炉输入热功率与炉膛燃烧器区横断面积的比值,它反映了炉膛水平断面上燃烧产物的平均流动速度。适当的qF值可以确保气粉流的湍流脉动和混合条件,从而影响燃烧强度和着火稳定性。虽然qF较小可能延长高温区的停留时间,有利于减轻水冷壁表面的结渣和高温腐蚀,但也需要综合考虑其他因素来维持锅炉的稳定运行。
最后,锅炉负荷也需要在适当的范围内进行控制。负荷的变化将直接影响炉膛温度和煤粉的着火稳定性。因此,在操作过程中需要密切关注锅炉负荷的变化,并采取相应的措施来确保着火稳定性和燃烧完全性。
锅炉负荷的调度对燃烧过程具有显著影响。当锅炉负荷偏低时,炉内温度相应下降,这不利于煤粉的着火和稳定燃烧,可能导致燃烧过程的不稳定。相反,过高的锅炉负荷会使燃料在炉内的停留时间缩短,从而增加不完全燃烧的风险。同时,随着炉温的进一步升高,还可能面临结渣及其他运行问题。因此,维持锅炉负荷在许可范围内至关重要。
锅炉运行中稳定燃烧的原则确保稳定着火的两个关键条件:
(1)放热量与散热量需达到平衡,即放热量等于散热量。
(2)放热速度必须快于散热速度。缺乏这两个条件,即使炉温很高,也难以实现稳定着火,燃烧过程可能因火焰熄灭而中断,逐渐向缓慢氧化过程转变。
实现稳定着火的具体措施:
(1)在高负荷运行时,由于燃煤量增加,放热量相应增大,而散热量变化不大,这有助于维持炉内的高温状态,从而更容易实现稳定着火。
(2)在低负荷运行时,燃煤量减少导致放热量降低,但散热条件相对恶化,散热速度加快。这会使炉内火焰温度和水冷壁表面温度下降,进而降低燃烧反应速度和放热速度。因此,在低负荷运行状态下,稳定着火变得更具挑战性,可能需要借助助燃油等辅助燃料来维持稳定燃烧。对于反应能力较低的无烟煤和劣质烟煤来说,着火和稳燃都更为困难,容易发生熄火事故。
综上所述,我们可以得出以下启示:
(1)着火的稳定性与燃烧温度、水冷壁面积以及进入炉内的新气流初温度密切相关。
(2)在锅炉的正常负荷范围内,炉内可以自动达到稳定着火的状态。但如果点火区的温度与燃料的活性不相匹配,就需要采取措施如投入助燃油或强化着火来确保稳定燃烧。
在锅炉运行过程中,稳定燃烧是一个至关重要的环节。为了确保稳定着火,必须满足两个关键条件:首先,放热量与散热量必须保持平衡,即放热等于散热;其次,放热速度必须快于散热速度。这两个条件缺一不可,否则即使炉温很高,也难以实现稳定的燃烧过程,火焰可能会熄灭,从而影响锅炉的高效运行。
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