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低质煤强化燃烧
低质煤的定义与当前背景
定义：通常将含碳量低、发热量低、灰分高、不易着火的煤称之为低质煤。
低质煤的物化性质：水分含量高（全水分高达20%-50%，有的达到60%），氧含量高（约占有机质的20%），发热量低：一般在4500kcal/kg以下。由于含水量大，氧含量高，热值低，易风化（低温氧化变质），易自燃，降低燃烧效率等特性决定其应用受到很大限制。目前低质煤的利用主要有以下途径：
经干燥后，直接作为燃料使用。
经过轻度热解、气化，进行馏分分离再分别加以利用。
经干燥后直接进入气化炉，制备合成气。
经干燥后直接进入液化装置，生产油品。
低质煤的提质与燃烧
为了实现低质煤的强化燃烧，可以从低质煤的提质和燃烧两个方面着手。低质煤提质是指通过物理的或者化学的方法使低质煤的品质提高的过程。包括干燥（成型）提质、热解（干馏）提质和其他特殊方法提质。
目前提质的方法主要有:
热风炉、热烟气直接干燥法
蒸汽直接、间接干燥法
微波干燥提质法
低质煤热解提质法
热风炉、热烟气直接干燥法和蒸汽直接、间接干燥法主要是通过不同的热载体将煤中的外水提出来，一般热效率在85%以内，干燥后的全水一般在3-15%，未进行化学反应，煤炭化学特性不发生改变。

除了从煤的品质上着手外，还可以通过加强低质煤的着火和加强低质煤的燃尽从而强化低质煤的燃烧。
（1）加强着火
由于低质煤灰分高，本身发热量低，燃料的消耗量增大，所以大量灰分在着火过程中要吸收更多的热量。我们可以通过将煤粉处理的越细，煤粉本身的热阻就会减小，煤粉进行燃烧反应的表面积就会越大，会加强煤粉的着火过程。如果放热曲线不变，减少炉内散热，散热曲线将向右移，有利于着火。因此，为了加快和稳定低质煤的着火，常在燃烧器区域用铬矿砂等耐火材料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓燃烧带。这样就可以通过减少水冷壁的吸热量，也就是减少燃烧过程的散热量来提高燃烧器区域的温度水平，从而改善煤粉气流的着火条件。

（图一）（图二）

（图三）

图一中：当炉膛炉壁温度为Tb1时，放热曲线和散热曲线相交于1点，稳定，缓慢氧化。
图二中：当炉壁温度为Tb2时，放热曲线和散热曲线相交于2点，不稳定，开始着火，2点对应的温度为着火温度。另一个焦点3是稳定的燃烧工况点，对应的温度为燃烧温度。
图三中：当炉膛壁温为Tb2，且散热较大时，放热曲线和散热曲线分别交于4点和5点。

（2）加强燃尽
①供应充足而又合适的空气量。
空气量常用炉膛出口处过量空气系数a1表示，若它过小，即空气量供应不足，会增大不完全燃烧热损失q3和q4，使燃烧效率降低；过大会降低炉温，也会增加不完全燃烧热损失。因此，合适的空气量应根据炉膛出口最佳过量空气系数来供应。一般a1=1.2~1.25。
②适当的炉温。
炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧过程便进行的猛烈，燃烧也易于趋向完全。但是炉温也不能过分的提高，因为过高的炉温不但会引起炉内结渣，也会引起膜态沸腾（在加热壁面上生成一层连续的蒸汽膜覆盖壁面，产生蒸汽的现象。蒸汽膜的绝缘性使热量交换变得很差，以致壁面会达到很高的温度，而有烧毁的危险），同时因为燃烧反应时一种可逆反应，过高的炉温当然会使正反应速度加快，但同时也会使逆反应速度加快。
③空气和煤粉的良好扰动和混合。
燃烧反应速度主要取决于煤粉的化学反应速度和氧气扩散到煤粉表面的扩散速度。因此，要做到完全燃烧，除保证足够高的炉温和供应充足而又合适的空气外，还必须使煤粉和空气充分扰动混合，及时将空气输送到煤粉的燃烧表面去，煤粉和空气接触才能发生燃烧反应。这就要求燃烧器的结构特性优良，一、二次风混合良好，并有良好的炉内空气动力场。
④炉内有足够的停留时间。
煤在炉内的停留时间主要取决于炉膛容积、炉膛截面积、炉膛高度及烟气在炉内的流动速度，这都与炉膛容积热负荷和炉膛截面积热负荷有关。

三、低质煤燃烧技术及燃烧系统的设计
低质煤煤粉的着火、稳定燃烧需与燃烧器布置方式和锅炉炉膛形状整体综合相互配合来实现。技术措施如下:①提高煤粉浓度和细度;②采用较低的一次风速;③提高一次、二次风风温;④增强对着火区的热辐射;
⑤延长燃料在炉内的停留时间，保证燃料颗粒充分燃尽。炉膛结构主要采用四角切向、对冲燃烧、U型火焰、W型火焰和CUF火焰等燃烧技术，其中，U型和W型火焰是主要燃烧技术[4]
W型这种火焰结构增加了煤粉在炉内的停留时间，同时也使煤粉气流较多地接触到高温回流烟气，有利于低质煤的着火和燃尽。由于W型火焰燃烧效率较国内传统的四角切圆燃烧方式要高约3%，使得该技术成为各国燃烧低挥发分煤种的主要选择。
W型锅炉炉膛设计的关键是下炉膛,其设计的一些重要原则可以归纳如下:a.采用下喷W火焰炉型大大增加了煤粒在炉内的停留时间,形成一长而稳定的火焰以保证难燃燃料的完全燃烧。此外,选择