[发明专利]煤粉粗细分离燃烧方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于煤粉燃烧技术领域，特别涉及煤粉粗细分离燃烧方法及其装置，适用于煤粉燃烧锅炉。

背景技术

中国是以煤为主要能源的大国，煤约占一次能源的70％以上，并且这种以煤为主的能源结构在今后相当长的时期内都不会改变，也决定了中国发电能源以煤为主的格局。随着发电机组日益向大容量发展，电力工业对煤粉燃烧提出了越来越高的要求，概括起来为：高燃烧效率、稳燃、防结渣、低污染以及良好的煤种适应性和快速负荷变化适应性。煤粉的燃烧以非均相反应为主，其反应速度主要由煤粉颗粒的升温速度、氧向煤粒表面的扩散、吸附及表面反应等决定，而与煤粒的表面积成正比；增加煤粉浓度，就等于增加单位体积内煤粉的表面积，从而增加了燃烧的化学反应速度。因此，提高煤粉浓度可以大幅度加快化学反应速度。大量的理论分析及实验研究都已经证明：煤粉浓度提高时，煤粉燃烧所形成的NO_x减少，煤粉气流的着火热减少，着火温度降低，着火时间缩短，着火点提前，提高煤粉浓度无论对于提高火焰稳定性还是对降低NO_x排放都有很好的作用。

煤粉浓淡燃烧技术最初由美国、日本等国家提出和应用，引入中国后得到了大力的发展和广泛的应用。黄竹青在《煤粉浓缩燃烧技术的应用及其利弊分析》(锅炉技术，第34卷第6期，PP：39-42)一文指出，国外技术多从降低NO_x排放着手，而国内技术主要从稳燃、包括低负荷稳燃和劣质煤稳燃着手。浓淡型燃烧器在我国的应用已近十年，发挥了很大的作用，但仍然存在以下一些问题：

(1)浓淡燃烧器对无烟煤、贫煤的调峰能力有限

不同煤种的最佳煤粉浓度是不同的，而且不是越浓缩的越好，同时在全负荷运行和低负荷运行时，对煤粉的浓度要求也是不同的。全负荷运行时炉温较高，许多煤无需浓缩就可稳定燃烧；低负荷要求煤粉浓缩，如果浓淡燃烧器对煤粉浓度设计是不可调的或实际运行中调节性差，就不能很好地适应不同煤种和不同负荷的需要。仅仅采用浓淡燃烧技术解决无烟煤的低负荷运行能力有限，随着挥发分含量的降低，其着火温度随浓度变化而降低的幅度也下降。无烟煤本身着火温度就高，低负荷运行时炉温较低，尽管此时煤粉已被浓缩到最佳值，但因其着火温度的降低幅度不大，所以因炉温仍达不到着火条件而不能起到稳燃作用。所以一些浓淡燃烧器对无烟煤调峰的低限只有70％左右。

(2)煤粉的浓缩与其后期混合之间的矛盾

从着火和降低NOx的排放来说，希望气-粉分离，提高煤粉浓度，降低着火温度和着火热。但是任何燃烧过程，总希望燃料与空气混合得越均匀越好。因此将一次风粉在进入炉膛后分成浓淡两股，若在炉内不加强后期混合措施，势必造成飞灰含碳量增加，降低锅炉效率，尤其对低挥发分煤更加明显。诚然，由于浓缩后的煤粉着火提前，有利于煤粉的燃尽，从而可部分抵偿由于浓淡分离后造成的后期混合不好而导致锅炉效率的下降，这对反应性好及固定碳含量较低的高挥发分烟煤、劣质烟煤及褐煤可能问题不大，甚至会使飞灰含碳量下降，但对低挥发煤来说，矛盾就会显得突出。

(3)大型锅炉浓侧水冷壁管的高温腐蚀

浓侧缺氧，形成还原性气氛，烟气中含有CO等不完全燃烧气体。如果组织不当，造成水冷壁区域也形成还原性氛围；煤中硫分，在还原性气氛下生成H₂S气体，造成水冷壁的H₂S性高温腐蚀。还原性气氛中CO含量增加，H₂S含量也将成比例增加。H₂S可与金属铁直接反应生成FeS。然后FeS与金属反应又可生成低熔点的共晶体。另外，H₂S也可透过疏松的Fe₂O₃层与致密的磁性氧化铁(Fe₂O₃·FeO)层中的FeO发生反应生成FeS，所形成的FeS缓慢氧化成暗黑色的磁性Fe3O4，因此水冷壁的外部腐蚀产物中有FeS、Fe₃O₄，而这一层FeS、Fe₃O₄本身呈多孔状，不起保护作用，可以使腐蚀不断进行下去。腐蚀速度与H₂S浓度成正比，与管壁温度成指数关系，在300℃以下，腐蚀速度很小，随着管壁温度的增加，管壁的腐蚀速度增加很快。因此管壁的高温腐蚀都发生在高温、高压的大型锅炉中，而对中小型锅炉影响不大。

(4)浓侧的还原性气氛引发炉膛结渣