燃燒不同種類的燃料，對應(yīng)不同的鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒基本環(huán)節(jié)和工作過程以及溫度控制等。主要針對不同煤種對鍋爐本體結(jié)構(gòu)、受熱面、溫度、安全性、水循環(huán)等方面的影響進行簡要的分析。
1 引言
電站鍋爐燃料包括固體燃料、液體燃料、氣體燃料。其中消耗最大的是煤。煤的關(guān)鍵參數(shù)包括元素分析成分(包括碳、氫、氧、氮、硫)、工業(yè)分析成分(包括固定碳、揮發(fā)分、水分、灰分)和低位發(fā)熱量等。不同燃料，或者同種燃料成分不同，都會對鍋爐的本體結(jié)構(gòu)、燃燒情況和控制量產(chǎn)生較大影響。
2 固體燃料、液體燃料、氣體燃料燃燒的區(qū)別
固體燃料如煤、城市垃圾等，首先經(jīng)過干燥、加熱，揮發(fā)性成分析出后，其中的可燃部分與空氣中的氧氣反應(yīng)，燃燒，剩下的固體殘留物中的可燃物與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，最后剩下不可燃固體物質(zhì)，如無機礦物質(zhì)等。固體燃料的燃燒是擴散燃燒，即使溫度較低時也可能發(fā)生，但仍然是氧氣向固體表面擴散、燃燒、產(chǎn)物向周圍空間擴散的過程。
液體燃料如各種油，首先需要加熱、降低黏度，然后霧化，在高溫下液滴群蒸發(fā)形成油蒸汽流，與空氣接觸、燃燒。液體燃料的燃燒過程是一個依靠擴散實現(xiàn)的燃燒過程。
氣體燃料的燃燒可以通過人為控制燃料和空氣的混合時間。預(yù)混燃燒是指燃燒前燃料與空氣已按所需的空燃比混合，火焰長度最短，火焰幾乎無色，溫度最高。而半預(yù)混火焰的形成是由于燃燒前燃料與少量空氣混合，火焰長度及溫度中等。如果在燃燒前燃料與空氣沒有混合，只在燃燒時在火焰面上接觸、燃燒，這種火焰稱為擴散火焰，火焰長度最長，火焰溫度最低。
3 不同煤種的影響
3.1 鍋爐本體結(jié)構(gòu)
3.1.1 煤的發(fā)熱量及揮發(fā)分降低
燃煤發(fā)熱量、揮發(fā)分降低會使著火熱提高，著火難度增加，煤粉鍋爐的爐膛截面積應(yīng)有所降低;會延長煤粉氣流的燃盡時間，煤粉鍋爐的爐膛高度應(yīng)有所增加;要求熱風(fēng)溫度達到380-400℃，因此省煤器的煙氣出口溫度有所提高，在給水溫度不變的條件下，為保證省煤器的吸熱量不變，需增加省煤器的受熱面積;會影響擺動燃燒器噴嘴對再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)效果，應(yīng)改用分隔尾部煙道、擋板調(diào)溫。
3.1.2 煤粉粒徑改變
如果將煤粉粒徑降低到1-100nm，煤粉顆?？煞譃榭扇假|(zhì)顆粒和非可燃質(zhì)顆粒?？扇假|(zhì)顆粒的比表面積增加很多，燃燒反應(yīng)速度非?？?，則爐膛高度會大大降低，而鍋爐的結(jié)構(gòu)隨著煤種的變化而變化的幅度會降低。非可燃質(zhì)顆粒的比表面積也很大，大部分顆粒會聚團、熔化形成粒徑較大的飛灰顆粒。因此納米煤粉顆粒的燃燒過程形成的底渣份額很低。但由于納米煤粉的快速反應(yīng)性能，磨煤機、煤粉倉及煤粉管道中的一次風(fēng)發(fā)生爆炸燃燒的可能性會大大增加，因此納米煤粉氣流的燃燒器一次風(fēng)噴嘴要增設(shè)防止回火的裝置。
3.2 受熱面
3.2.1 揮發(fā)分降低
燃煤揮發(fā)分降低，鍋爐爐膛容積不變，爐膛橫截面積減小，爐膛高度增加，水冷壁面積增加;熱風(fēng)溫度升高，空氣預(yù)熱器面積增加;熱風(fēng)溫度升高，省煤器進口煙氣溫度升高幅度小于出口煙氣溫度升高的幅度，為達到額定吸熱比例，省煤器面積增加;過量空氣系數(shù)增加，煙氣的溫度有所降低，過熱器及再熱器的面積增加。
3.2.2 省煤器
(1)省煤器面積與煤質(zhì)參數(shù)的關(guān)系(鍋爐容量一定)。
對于燃燒優(yōu)質(zhì)煙煤、劣質(zhì)煙煤、貧煤、褐煤、無煙煤的鍋爐，熱風(fēng)溫度依次升高，省煤器所在煙道出口煙氣溫度也依次升高，省煤器的煙氣與工質(zhì)之間的溫差則依次減小，而省煤器的面積依次增大。
(2)燃煤揮發(fā)分降低、發(fā)熱量降低、灰分增加。
燃煤的揮發(fā)分降低會使煤粉的燃盡時間延長，水冷壁吸熱相對不足，鍋爐蒸發(fā)量減小，出力不足。為了維持鍋爐出力，必須投入更多的煤，煙氣溫度升高、煙氣量增加，增加了省煤器的吸熱量，同時也降低了飛灰顆粒對省煤器的磨損。而燃煤的發(fā)熱量降低，一般會伴隨著煤的揮發(fā)分的降低和灰分的增加，過量空氣系數(shù)會增加，煙氣量增加，煙氣流速加快，煙氣中含有的飛灰濃度有所提高，省煤器的磨損會更加嚴重。
3.2.3 水冷壁、過熱器吸熱比例
為了穩(wěn)定燃燒，若燃煤的揮發(fā)分、發(fā)熱量降低，必須增加過量空氣系數(shù)，則爐膛煙氣溫度必然降低，水冷壁的蒸發(fā)量下降，由爐膛的輻射換熱量公式可知，爐膛煙氣溫度的降低對輻射換熱量的影響是4次冪的關(guān)系。為了維持鍋爐的蒸發(fā)量，需按相同的空燃比增加燃料和空氣，煙氣流量增加，因煙道通流面積不變，過熱器所在煙道的煙氣流速也增加，根據(jù)穩(wěn)態(tài)強制對流的準則方程得，煙氣流速的增加對煙氣側(cè)對流換熱系數(shù)的影響是煙氣流速的n次冪，n=0.6-0.65。綜上所訴，燃煤的揮發(fā)分和發(fā)熱量降低，較多的減少了爐膛輻射換熱量，而較少的增加了過熱器的對流換熱量，即水冷壁的吸熱比例下降，過熱器的吸熱比例上升。
3.2.4 燃煤的發(fā)熱量與水冷壁污染系數(shù)的關(guān)系
若所燃用的煤種的發(fā)熱量明顯低于設(shè)計煤種，則煤粉顆粒群的燃盡時間延長，過量空氣系數(shù)大于設(shè)計值，理論燃燒溫度降低，爐膛內(nèi)的煙氣溫度也降低，使較少的灰分熔化、蒸發(fā)，水冷壁的污染程度降低，污染系數(shù)增加。反之，污染系數(shù)降低。
3.3 溫度
3.3.1 不同煤種的速率常數(shù)對溫度的敏感性
根據(jù)阿雷尼烏斯定律k=k0exp(-E/(RT))，通用氣體常數(shù)R和頻率因子k0不變，活化能E與煤種有關(guān)，活化能的數(shù)值排序為無煙煤>貧煤>煙煤>褐煤，因此煤粉燃燒速度對溫度的敏感性為無煙煤>貧煤>煙煤>褐煤。
3.3.2 對汽溫的影響
水分、灰分增加，或揮發(fā)分、發(fā)熱量、煤粉細度降低，都會造成煤粉著火推遲，火焰中心位置上移，水冷壁吸熱能力降低，過熱器、再熱器吸熱能力相對增加，過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度升高。
3.4 煤粉鍋爐低NOx燃燒技術(shù)
燃煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分降低，使著火不穩(wěn)定，使煤粉燃盡時間延長，爐膛內(nèi)的燃燒中心位置垂直向上移動。低NOx燃燒技術(shù)要求在主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)a<1.0，這對著火穩(wěn)定性不利，會使焦炭在燃燒過程形成的煙氣中CO濃度升高，造成較多的氣體不完全燃燒損失?？梢酝ㄟ^增加燃燒器區(qū)域的衛(wèi)燃帶面積，以提高燃燒器區(qū)域的溫度，從而保證燃燒穩(wěn)定。
3.5 煤粉鍋爐水循環(huán)動力
燃煤的發(fā)熱量降低、揮發(fā)分降低、水分提高、或者灰分提高，均導(dǎo)致過量空氣系數(shù)提高，煙氣量增加，爐膛煙氣溫度降低，水冷壁吸熱量相對不足，自然循環(huán)水動力下降。反之，如果燃煤的發(fā)熱量升高、揮發(fā)分提高、水分降低、或者灰分降低，都會使過量空氣系數(shù)降低，煙氣量減少，爐膛煙氣溫度提高，水冷壁吸熱量相對過剩，自然循環(huán)水動力提高。
對于自然循環(huán)鍋爐，考慮到其自補償特性，燃煤的煤質(zhì)參數(shù)波動不會引起自然循環(huán)的故障。對于控制循環(huán)鍋爐和超臨界直流鍋爐，煤質(zhì)參數(shù)的小幅度變化也不會破壞其水循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)正常進行。
3.6 傳熱惡化
煤粉爐的爐膛熱負荷分布不均勻。對于揮發(fā)分高、燃燒反應(yīng)速度快的燃煤，如煙煤，過量空氣系數(shù)校，爐膛煙氣溫度高，在垂直方向和水平方向上，高溫區(qū)域比較集中，更容易發(fā)生傳熱惡化。反之，如貧煤，高溫區(qū)域比較分散，較不容易發(fā)生傳熱惡化。
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