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1、第四章 燃烧设备及运行,重要性 燃烧系统对火力发电机组安全经济运行的影响 1、安全 四管爆漏灭火 2、经济 事故的影响、燃烧效率 少油/无油 3、污染 火电的缺点烟尘SOx NOx CO2 运行人员的操作水平( 上述三大目标),掌握直流燃烧器结构布置及运行特性 四角切圆燃烧方式的特点及火焰偏斜 稳燃技术 水冷壁结渣、高温腐蚀的问题 低NOx燃烧技术,本章重点,第一节直流燃烧器,一般是矩形，也可以是圆形 四角切圆燃烧技术ABBCE公司,空气动力学特性： 刚性、卷吸能力强、配风方式、一、二次风动量矩比、喷口高宽比、风速大小、角度,一、射流的动力学特性,1、卷吸与扩散,由射流边界卷吸周围烟气，发生热
2、量、质量交换，最终射流横截面扩大、速度降低,煤粉气流卷吸(P71)的高温烟气是着火热量的主要来源（7090%），另1030%来源于炉膛四壁及高温火焰的辐射,增加边界面可以加强卷吸作用 增加宽高比，面积未变，周长变大,2、射程： 轴向速度降到初速的0.05倍时；穿透能力 射程太大：使邻角射流发生偏斜 射程太小：对邻角射流的加热作用差,影响射程大小的因素： 1）喷口面积一定,速度越高越远 2）速度一定，喷口越大，射程越大,二、四角布置切圆燃烧的主要特点,每一层的四个角喷口中心线相切于一个或两个假想切圆，直径800mm左右,1、上游邻角气流的加热作用(自点燃)，加之本身卷吸，着火条件优越，着火稳定性
3、好 向火侧背火侧 2、在整个炉内形成强烈的旋转，扰动混合好，利于燃烧及燃尽 3、强烈的湍流扩散和良好的炉内空气动力结构，烟气在炉内充满程度好，炉内热负荷分布均匀,整个炉内形成一个强烈的旋转,4、负荷的调节灵活，对煤种的适应性强，控制和调节的手段也较多 5、炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置 6、采用摆动式燃烧器时，可通过上下摆动调节汽温 7、便于实现分段送风，组织分级燃烧，从而抑制NOx生成 第一阶段低过量空气系数，还原性气氛抑制NOx生成 第二阶段高过量空气系数，保证燃烧的完全燃尽 8、炉膛出口处的残余旋转烟温左右偏差 9、如何确保四个角的风粉均匀性也是一个重要问题 若管长不同，可用节流孔板
4、来调，或在线监测风粉流量,三、直流燃烧器的配风方式(均等、分级),1、均等配风,参考图51,为何燃烧器分上下两组？,在高度方向的配风方案： 提高燃烧效率 降低污染物NOx,一、二次风相邻，易于较早的混合，适应煤种：烟煤、褐煤；CE公司则更广(Vdaf13%),1)上下相隔布置： 最上层二次风：给未燃尽的煤粉供氧 最下层二次风：把粗煤粉浮托起来,2)侧二次风： 一次风向火侧卷吸高温烟气 邻角气流的加热 炉中间的热辐射 二次风背火侧防止火炬刷墙 氧化性气氛防止结渣、高温腐蚀,2、分级配风,二次风分段、分级送入（布置于上方） 一次风集中布置，燃烧放热集中，利于着火燃烧；高煤粉浓度着火热小 一、二次风
5、离得远，混合晚 由上可知，适用于无烟煤、贫煤、劣质烟煤 问题： 着火区供氧不足；烧喷口周界风 不多见 W 形炉, 四、一次风煤粉气流的偏斜,一次风射流贴附或冲击炉墙，是水冷壁结渣的主要原因,火焰贴墙,影响一次风射流偏斜的主要因素：,1、邻角气流的横向推力 由炉内的整体旋转强度决定的，旋转强推力大 炉内气流的旋转强度主要由二次风的动量矩决定 二次风的动量(矩)太大旋转强度太大横向推力太大旋转太强炉膛出口残余旋转出口烟温左右偏差增加一次风动量、减小二次风动量即增加一二次风的动量比，可以减轻偏斜，但一次风的流速受制约 一次风扁口增加刚性,2、四角布风不均,某个角速度太小，则刚性不足，易被吹斜 太大，
6、吹下游邻角 发生四角不均时，实际切圆会偏心,3、假想切圆直径,直接影响实际切圆直径（数倍于假想直径）的大小 太大：水冷壁结渣；烧喷口；残余旋转；过热器结渣 太小：动力场不稳定；充满度不好；自点燃作用减弱；燃烧不稳定；着火推迟，炉出口烟温升高,综合考虑：充满度、着火条件、结渣、残余旋转,一二次风可采取不同的切圆大小， 或不同旋转方向： 小切圆 一次风反切； 二次风反切； 对冲； 消旋风,区别水冷壁区域的结渣现象： 局部 四周都有,思考,4、补气条件,向火侧与背火侧的补气条件不同静压差偏斜,大容量锅炉可将每个角燃烧器分为上下 23 组，两组之间的间距相当于压力平衡孔,炉膛横截面的形状：矩形或正方形
7、，也会影响补气条件要求炉膛的设计尽可能接近正方形,一、二风喷口间距不能太小,见图51,5、燃烧器的结构特性高宽比不能太大 瘦高形的刚性差 矮胖形的刚性强,一个工程实例,丰泰发电厂670t/h,1、过热器超温 对流过热器前左右两侧烟温偏差大(达到200-260) 2、排烟温度低 3、多次结渣，导致落焦故障 DT1500,存在的问题,原因分析,热力计算 冷态试验火花拍摄 数值模拟,采取方法,拟采取的措施,小切圆 同心反切 消旋风，上二次风反切,炉后屏出口截面温度分布,五、一次风与二次风（切圆燃烧方式的主要热力参数）,1、一次风层数：300MW57层（利港6）,随着锅炉容量增大，若只增大单个一次风喷
8、口的热负荷，会导致结渣、NOx增加,2、一次风率：决定于煤种的Vdaf值，和着火条件、制粉系统情况,3、一次风速,一次风速过高燃烧不稳，甚至灭火（火焰的传播速度） 对面墙结渣 一次风速过低刚性、扰动、卷吸、回火、堵管、浓度不均 石洞口二厂曾出现一次风不足烧喷口、出力受限 一次风速取决于着火性能，直吹式、乏气送粉取下限；热风送粉取上限。,4、一次风温,与煤种有关，风温高： 优易着火，燃烧稳定：无烟煤近300度 利港77度 缺制粉系统的安全性,5、二次风量及二次风速 二次风穿透火焰的能力着火后的稳定性燃尽 喷口面积不变，风速由风量决定,二次风的配风方式,二次风的配风方式,在炉膛高度方向各层二次风风
9、量的配置,正塔型,适合烟煤的燃烧 对粗煤粉的浮托能力减少灰渣含碳量 燃用烟煤时，较倒塔型炉膛出口烟温低,倒塔型,适用于无烟煤、贫煤着火稳定、燃烧效率高,缩腰型,改善由于气流偏斜导致的结渣问题 停用中部二次风，相当于开了一个大的平衡孔,总之，可以通过各层二次风的风量配置，实现燃烧的优化,6、二次风温 风温高利于燃烧，但受空预器传热面积的限制 故：煤质差时，设计较高的热风温度,六、三次风、周界风、夹心风,1、三次风：中储式制粉系统、热风送粉 乏气直接送入炉内10%的细煤粉 特点：风温低、水分大、煤粉细、风速大,不利影响： 降低火焰温度，燃烧不稳 炉膛出口烟温升高过热、再热汽温升高 加大残余旋转 飞
10、灰可燃物增加 影响空气动力场，火焰贴墙 合理布置： 向下压火下倾角 上下两段,2、周界风： 冷却作用，防止烧喷口停运时冷却风 当煤质、负荷变化时，可通过调节它来改变着火距离 当燃用高挥发分煤时，可及时补氧，强化后期着火 加强卷吸、加强湍流脉动改善着火条件 增加刚性 防止刷墙 当燃用劣质煤时：1、阻止煤粉与高温空气的接触； 2、与一次风混合过早，对着火不利 所以：周界风一般只用于烟煤型燃烧器 煤质差时，减少周界风量,周界风量占二次风总量的10%或稍多 风速45-60m/s 风层厚度15-25mm,补充中心的氧气燃尽加强炉温升高 刚度、气流内部扰动 变煤种、变负荷时的调节手段,周界风、夹心风, 使
11、用不当会产生不利影响,不对称型，靠近背火侧： 避免与向火侧一次风的过早混合 增加背火侧的刚性，防止贴墙,3、夹心风,风量不宜大于二次风总量的10-15% 风速高于50m/s,七、摆动式燃烧器 各喷口同步上、下摆动2030度，改变火焰中心位置，调节再热汽温 大容量锅炉常用，角度2030度，汽温辐度4050度 控制炉膛出口烟温，避免结渣 或者：一次风固定，二、三次风摆动 适应煤质的变化，调节混合的早晚 容易被烧变形，而不能摆动 不适用于难着火的煤：上摆时，自点燃作用减弱,燃烧器上摆时，残余旋转减小 长期下摆时，冷灰斗易结渣,八、大容量锅炉的典型燃烧器结构,九、切圆燃烧方式的燃烧器的布置方式,正四角
12、与补气条件 大切角与切角形水冷壁 大小切圆(或反切)：矩形减小椭圆度 两角对冲：减弱旋转,不偏斜、充满度、热负荷均匀,几种典型的切圆方式,1、二次风反切,一次风被二次风包裹 “风包火” 还可以实现水平方向的分级送风低NOx 消弱残余旋转,部分二次风反切,容易造成主燃区旋转过弱，影响着火,2、二次风外切,“风包火” 增加实际切圆直径 对着火有利 易结渣 残余旋转加大,偏转二次风,2、一次风反切,部分一次风反切,1、一次风实际切圆直径降低，对着火不利 2、一次会发生偏转，在偏转处惯性分离，煤粉浓度高，易着火 3、风包火一次风实际的切圆直径会变小，有利于防止水冷壁结焦及高温腐蚀 4、一二次风的混合推
13、迟 5、实现水平方向分级供风，有利于降NOx 对着火是否有利，关键在于合适的反切角度及动量,图,十、四角切圆锅炉的残余旋转 从上往下看，气流逆时针旋转时，炉膛出口处存在烟温和烟速的左右偏差;烟温高烟速高？ 一般偏差可达100度,利港燃烧器布置,34919 33027 31135 29243 27351 25459,六层一次风喷口WR燃烧器 三层油喷口,冷却风 CCOFA 端部风,端部风 火下风 冷却风,CFS 辅助风 CFS,CFS 油风室 CFS,燃料风,Concentric Firing SystemCFS,CCOFA与大风箱连在一起 SOFA与大风箱分开,8300,20312,55,34
14、919 33027 31135 29243 27351 25459,SOFA 45910 44099 42288,71850,50,30,50645,具有V形扩流锥的WR燃烧器 (CE公司),1）上部煤粉浓度高，利于着火，还可降低NOx生成 2)扩流锥形成回流区：回流高温烟气 3）可以降低不投油稳燃负荷,WR燃烧器,主要目的是稳定燃烧,锅炉在燃用设计煤种或校核煤种时，能满足负荷在不大于锅炉的30%B-MCR时，不投油长期安全稳定运行，并在最低稳燃负荷及以上范围内满足自动化投入率100%的要求。锅炉的最低稳燃负荷应经过至少四小时的验收试验。,WR燃烧器是Wide range tip 燃烧器的简称
15、。它是美国CE公司于70年代后期研制出来的。经不断改进，锅炉不投油助燃的最低负荷可达到额定负荷的20%。当然，这与煤质有关，随着煤质变差最低负荷也会相应提高。,WR燃烧器的喷口可以做成整体摆动的形式，也可以做成上、下分别摆动的两部分,扩流锥的尺寸如图，锥角2=2025，挥发分低的煤种取上限，相对高度h/b=2。由于扩流锥受到煤粉的冲刷磨蚀和炉内高温辐射的作用，应该采用耐高温氧化的金属材料或陶瓷制造。,一次风喷嘴是一个锥形的气流加速管，喉部截面积与进口截面积之比A0/A1=0.95，出口面积与进口面积之比A/A1=1.3。采用渐缩管段是使煤粉气流加速，防止煤粉在水平管中沉积，让煤粉颗粒向中间集中
16、，提高扩流锥后回流区边缘的煤粉浓度，有利于煤粉着火。扩大出口截面的目的是降低一次风速，使着火较为稳定。,喷嘴端板向外扩张角=3060，低挥发分煤种取上限（图2-1d）。这是为了推迟周界风与煤扮气流的混合，有利于贫煤和无烟煤的稳定燃烧。,这种燃烧器由于改善了着火条件，故可提高锅炉的燃烧效率。 与普通的直流燃烧器相比，当过量空气系数为1.151.40时，锅炉在最大负荷下的燃烧效率可提高约1； 当过量空气系数降到1.10以下时，普通直流燃烧器的燃烧效率降低较多，而WR燃烧器的燃烧效率几乎不发生变化； 锅炉负荷降到50额定负荷时，WR燃烧器的燃烧效率要比普通直流煤粉燃烧器高5左右。,利港燃烧器相关的技术参数,切圆布置直流燃烧器喷嘴的使用寿命不低于60000小时。 一次风喷口宜采用防止烧坏和磨损的新型合金材料制造， 燃烧器的结构应考虑当检修时能够从外部进行拆装的条件。,利港燃烧器的设计要求,四角切向布置的摆动燃烧器，在热态运行中一、二次风应均可上下摆动，摆动角度能达到设计
