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1、第四章 燃烧设备,4.1 层燃炉,4.2 流化床炉,4.3 煤粉炉,4.4 燃烧设备的强度与选型,返 回,4.1 层燃炉,第四章,锅炉燃烧是个复杂的化学物理过程，其影响因素很多。,一、燃烧设备的分类,1.层燃炉固体燃料被层铺在炉排上进行层状燃烧的炉子， 如：手烧炉、链条炉、抛煤机炉等； 2.沸腾炉燃料被气流托起携带呈上下翻滚沸腾状燃烧的炉 如：流化床、鼓泡床、循环流化床、增压流化床等； 3.室燃炉燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬浮状燃烧 的炉子，如：煤粉炉、油炉、气炉等；,4.1 层燃炉,着火前的热力准备阶段； 挥发份着火与焦炭的燃烧阶段； 灰渣形成及燃尽阶段。,二、固体燃料的燃烧过程 1.
2、 燃料燃烧的几个阶段：,2. 燃料完全燃烧的必备条件,保持一定的高温环境； 供给足够而适度的空气量，并确保燃料与空气有良好 的接触和充分混合的氛围； 燃料要有一定的燃烧时间及燃烧空间； 及时排出低温燃烧产物（如：低温烟气和灰渣）。,第四章,4.1 层燃炉,层燃炉燃烧d1525mm的煤块时，温度只需达到10001100左右，燃烧即处于扩散燃烧区，在保证火床稳定的情况下，必须加强送风，提高空气与焦炭颗粒之间的相对速度即可。 煤粉炉，由于煤粉颗粒很小(d100m)，温度达到1700以上，燃烧才能进入扩散燃烧区。只有在燃烧中心区的粗颗粒煤粉才能处于扩散燃烧区，在燃烧中心以外，特别是在炉膛出口处，煤粉均
3、处于过度燃烧区甚至动力燃烧区中燃烧。所以，强化燃烧必须同时提高炉膛温度和加强燃料与空气的混合。,第四章,4.1 层燃炉 （手烧炉）,一、手烧炉：加煤、拨火和除渣由人工完成 ( 1t/h),二、手烧炉燃烧特性,1、双面引火 2、周期性变化,炉排长度不超过2.2m, 一般为铸铁,板状炉排 大块高挥发分的烟煤褐煤 条状炉排 低挥发分、低灰熔点的煤,三、双层炉排结构,第四章,二、链条炉1链条炉的构造,1）链条炉排有效长度：煤闸门到除渣板的炉排长度，实际参与燃烧的炉排有效面积的深度。 2）防焦箱：纵向安装在炉膛两侧，一般嵌入炉墙，一般贴近运动着的炉排，主要作用有：,保护炉墙 防止侧墙粘渣结瘤，确保炉排上
4、煤的横向均布,第四章,4.1 层燃炉（链条炉）,第四章,4.1 层燃炉（链条炉）,4.1 层燃炉（链条炉）,2. 链条炉排结构 1）炉排通风截面比：炉排通风孔隙总截面积与炉排有效 面积的百分比。 2）结构型式,鳞片式：p90 链 带式：p92,3. 链条炉燃烧层结构及其特性,(1) 煤在链条炉排层面上，燃料燃烧层的各个燃烧阶段分界面与炉排面有一定的倾斜角。,第四章,第四章,4.1 层燃炉（链条炉）,第四章,4.1 层燃炉（链条炉）,4.1 层燃炉（链条炉）,焦炭燃烧区：a焦炭氧化燃烧区；b焦炭燃烧还原区； 灰渣形成、余燃、冷却区（在挡渣器尖端之前400500mm范围内）,第四章,(2) 煤在排
5、层面上的燃烧过程分四个燃烧区段：,新煤预热、干燥区(距煤闸门200300mm范围内)； 挥发份逸出着火、焦炭形成区；,4.1 层燃炉（链条炉）,4燃料性质对链条炉燃烧的影响,(1) 水分：与着火燃尽的关系，810 (2) 灰分：含量干燥基=30%，灰熔点高于1200oC (3)挥发份：着火难易程度 (4) 煤的粘结性：通风 (5) 煤的粒度：堆积，通风阻力,第四章,4.1 层燃炉（链条炉）,5链条炉的燃烧调节,出力主要取决于燃料层厚度、送风量和炉排速度。,(1) 燃料层厚度的调节：100150mm (2) 给料速度 (3) 送风量调节：对适应负荷的变动最为灵敏 当锅炉负荷变化时，总是先调节送风
6、量，随即调节炉排速度与之配合,第四章,4.1 层燃炉(链条炉）,（1）分段送风： a-b曲线为统仓送风时炉内空气量分布情况； c-d曲线为链条炉燃烧理论空气量分布情况； 1-4 为链条炉分段送风后各个燃烧区段实际空气量分布情况。,6. 链条炉燃烧改善措施：,第四章,(2) 炉拱,链条炉前拱（点火拱）主要将炉内火焰和高温烟气的辐射热聚集于炉排前端的新煤区，加速新煤着火前的热力准备阶段及挥发份逸出着火形成的完成；并和后拱形成喉口，加速炉内高温烟气的扰动。 链条炉后拱主要利用炉膛负压，有效地将炉排后端上方空间的高温烟气流和过量空气流导向燃烧中心，在喉口形成高速旋涡流，将烟气中灼热的焦炭粒子抛撒到新煤
7、层面上，形成“火雨”加速新煤的引燃；同时，使烟气中的焦炭粒子和CO延长了在炉内的燃烧时间，与过量氧充分混合完全燃烧。,第四章,4.1 层燃炉（链条炉）,1) 链条炉炉拱的作用,4.1 层燃炉,注：链条炉燃用高挥发份优质烟煤时，一般采用开式炉膛。,第四章,4.1 层燃炉,对挥发分高，热量高的烟煤和部分褐煤：采用短而较高的前拱；对于难燃煤（无烟煤、贫煤、发热量低的劣质煤）：除设置前拱外，还需采用低而长的后拱,第四章,对劣质烟煤：低而长的后拱和高的前拱相结合 对难着火的无烟煤：同上，且是唯一选择,2) 炉拱设置原则,4.1 层燃炉,（3）增设二次风：,作用 :,链条炉二次风(热空气、蒸汽)一般布置在
8、前、后拱喉口部位向下倾斜510（严禁二次风在有效射程内直接吹射到煤的燃烧层面上），主要用来加速炉内高温烟气的扰动：使烟气中的焦炭粒子和CO延长了在炉内的燃烧时间，与过量氧充分混合完全燃烧；调节控制炉内高温烟气流动力场，改善炉膛充满度，防止水冷壁局部结渣及局部烟气短路。,当燃用低挥发份优质烟煤时，二次风一般布置在后拱，除加速炉内高温烟气的扰动外，还可以将火焰和高温烟气的辐射热导向前拱区，加速新煤着火前的热力准备阶段及挥发份逸出着火。, 当燃用高挥发份优质烟煤时，二次风一般布置在前拱，除加速炉内高温烟气的扰动外，还可以将火焰和高温烟气的辐射热导向燃烧中心，防止前拱区的新煤提前着火、引燃；,第四章,
9、4.1 层燃炉,二次风的风压一般为20004000Pa； 二次风的风量及风速：,二次风的布置方法和原则: 前墙布置产生旋转 四角切园,第四章,4.2 流化床,主要型式：鼓泡床、湍动床、快速床、循环流化床等 应用领域：石油、化工、冶金、能源、环保等 主要优点：,燃料适应性广； 低温燃烧，NOx排放低 可实现炉内脱硫； 燃烧效率高 强化燃烧和传热,一、流态化基本原理 流态化过程：固体粒子与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程 沸腾燃烧（流化燃烧）：将流态化过程用于燃料燃烧 沸腾炉（流化床炉）：燃烧设备,第四章,4.2 流化床,固定床 流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过 料层
10、高度不变 实际流速线形增长 通风阻力随风速的平方关系增大,2. 流化床 颗粒不再由布风板所支持，而全部由流体的磨擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质流态化。此时： 料层膨胀，床高增加 颗粒间实际空气流速保持不变 料层阻力变化不大，由托起的颗粒质量决定,第四章,4.2 流化床,第四章,空截面气流速度w：以布风板界面积作为计算截面的气流速度 临界流化速度wlj：颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度。 极限流化速度wjx：颗粒床层从流态化状态转变为气力输送时的 最低速度。,4.2 流化床,三、流化床的型式与结构 1鼓泡式流化床 1)
11、给煤 2) 布风板 3) 风室 4) 炉膛 5) 埋管 2循环流化床 3. 常用燃烧设备比较,第四章,4.2 流化床,给煤方式：正压给煤 及负压给煤,布风板：兼有炉排(停炉时)和布风装置的作用。,风室：较多是等压风室结构，空气流速一般在1.5m/s以下,灰渣溢流口：中心线离布风板高度一般在14001500mm,沉浸受热面，又名埋管，有立式和卧式两种,4.2 流化床,四、循环流化床的原理和特点,1. 组成 炉膛、加料（含石灰石加料）、排渣、返料、布风板等,第四章,炉膛不分流化段和悬浮燃烧段，出口直接与气固分离器相接。高温烟气经分离器进入对流管束，被分离下来的飞灰经回料器重新返回炉内，与新添加的煤
12、一起继续燃烧并再次被气流携带出炉膛，如此往复不断地“循环”，燃尽的灰渣则从炉子下部的排灰口(冷灰管)排出 。离开气固分离器后的高温烟气经由对流管束和尾部烟道中省煤器排于炉外。,4.2 流化床,3. 循环流化床的特点, 不再有鼓泡床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个上升段空间； 有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各个方向运动 颗粒与气体之间相对速度大，而且与床层空隙率和颗粒循环流量有关； 运行流化速度为鼓泡流化床的23倍； 床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化； 颗粒横向混合良好； 强烈的颗粒返混、颗粒的外部循环和良好的横向混合，使整个上升段内温度分部均匀； 改变上升段内的存料量，
13、固体物料在床内的停留时间可在几分,第四章,4.2 流化床,钟到数小时范围调节； 流化气体的整体性状呈塞状流； 流化气体(二次风)根据需要可在反应器的不同高度加入。,五、循环流化床锅炉的特点 1. 循环流化床锅炉的主要工作条件,第四章,4.2 流化床,2. 循环流化床锅炉的特点,循环流化床锅炉可分为两个部分组成：第一部分由炉膛(快速流化床)、气固分离器、返料器和外置热交换器(有些循环流化床锅炉没有该设备)等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道、布置有过热器、再热器、省煤器和空气予热器等。与常规火炬燃烧相近，循环流化床锅炉的特点如下：,1)燃料适应性广 煤在流化床炉中呈流化
14、态燃烧，料层温床一般较低，但因料层很厚，流化床犹如一个大的“蓄热池”；仅占料层颗粒总量5%左右的新燃料，一进入流化床就被炽热料层所“吞没”，迅速着火燃烧。如此优越的着火条件，是目前其他燃烧设备都不可比拟的。,第四章,4.2 流化床,2）燃烧反应强烈 流化床中颗粒相对运动十分激烈，煤粒不仅着火迅速，而且和空气混合也很好，过量空气系数在1.1时已可得到充分的氧气供应，燃烧反应速度极快，炉排热强度可比层燃炉高出13倍；流化床容积热强度近于煤粉炉的10倍，链条炉的45倍 。,3)强化了传热 床内温度相当均匀，受热面主要以接触方式传热，灼热的颗粒与管壁的碰撞十分强烈，而且固体粒子的热容量比气体大许多倍，
15、强化了传热过程。再则，这种碰撞又把阻碍传热的管外灰污层刷净，热阻大为减小。所以，沉浸受热面有较高的传热系数，可达220350W/(m2/ K)，比其他类型锅炉的对流受热面高好几倍。,第四章,4)有利保护环境 采用炉内添加石灰石实现燃烧过程中脱硫，降低了 SO2 排放成本。由于采用分级送风和低温燃烧(炉内温度仅为850- 900oC )，能有效抑制氮氧化物(NOx)的生成和大大减少排放对大气的污染.,4.2 流化床,3. 循环流化床锅炉的优点 1）燃料适应性广 2）燃烧效率高：燃烧效率通常在97.5%99.5%范围内。 3）高效脱硫：比鼓泡流化床锅炉更加有效。 4）氮氧化物低：循环流化床锅炉的N
16、Ox排放范围为 50150ppm 或40120mg/MJ。 5）其它污染物排放低：循环流化床锅炉其它污染物如CO、 HCl等的排放也很低。 6）燃烧强度高，炉膛截面积小：截面热负荷为3.54.5MW/m2， 接近或高于煤粉炉。 7）给煤点少,第四章,8）燃料预处理系统简单,4.2 流化床,12） 投资和运行费用适中：投资和运行费用略高于常规煤粉炉，比配置脱硫装置的煤粉炉低1520%。,4. 尚待进一步研究的问题,物料的分离 床内固体浓度的确定 受热面布置和温度控制 返料装置 磨损问题 尾部受热面布置,第四章,9） 易于实现灰渣综合利用 10）负荷调节范围大，负荷调节快 负荷调节比可达(34) : 1 11） 床内不布置埋管受热面,4.3 煤粉炉,一、煤粉炉特点,煤粉炉的燃煤磨制成煤粉，并与空气混合成雾状气粉混合物喷射到炉内呈悬浮状态燃烧。,煤粉炉的容量和燃烧率的提高，不受炉排面积可
