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1、第二章 火力发电2.2 锅炉设备,2.2 锅炉设备,二、电厂锅炉常用燃料,三、煤的燃烧计算与锅炉热平衡,四、煤粉及其制备系统,五、煤粉燃烧及燃烧设备,六、锅炉受热面,七、锅炉主要辅助设备,一、基本概述,一、锅炉的燃烧方式燃烧：燃料中的可燃成分与氧发生强烈的氧化作用，并同时放出大量热量的过程。层燃燃烧: 原煤中只有特别大的煤块进行破碎后，就从煤斗进入炉膛，煤层铺在炉排上进行燃烧。悬浮燃烧: 原煤首先被磨成象面粉那样的煤粉，然后通过燃烧器随风吹入炉膛进行悬浮燃烧。这种燃烧方式也同样用来燃烧气体和液体燃料。 流化床燃烧: 原煤经过专门设备破碎为08mm大小的煤粒，在炉膛的底部布置了布风板，来自布风板
2、的高速鼓风将煤粒托起，燃烧过程如烧米粥一样，煤粒犹如米粒，在炉膛中上下翻滚地燃烧。,1、煤粉燃烧,着火前的准备阶段：包括煤粒的水分蒸发、挥发分析出，并达到着火温度吸热过程燃烧阶段：强烈的放热过程（关键：加强气粉混合）燃尽阶段：少量残碳继续燃烧缓慢放热过程 三个阶段虽有先有后，但不是截然分开的。根据燃煤的特性、燃烧方式及燃烧设备的不同，燃烧的各个阶段常互相影响和互相重叠交叉进行。,二、煤粉气流的燃烧过程,着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的大小，而燃尽过程主要取决于焦碳的燃烧速度。,1、煤粉燃烧,三、煤粉燃烧的主要特征,煤粉颗粒必须首先吸热升温，通过对流、辐射、热传导方式使新鲜燃料受热升温。煤粉
3、颗粒中水分首先析出，大约在120-450的温度范围内，煤中的挥发分析出，挥发分析出后，剩余的固态物形成焦碳。,1、煤粉燃烧,四、影响燃烧过程的主要因素1.燃烧过程及燃烧产物 根据烟气和灰渣的成分组成判断燃烧程度完全燃烧： CO2 、 SO2、 H2O 、 N2、O2不完全燃烧：CO2 、 SO2、 H2O 、 N2、O2、CO 2.完全燃烧的条件空气条件：提供充足的空气温度条件：炉膛内温度达到燃料的着火温度时间条件：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件：燃料与氧充分混合,1、煤粉燃烧,五、空气量1. 理论空气量V0 定义：在燃料燃烧计算中，1kg收到基燃料完全燃烧所需
4、空气量。单位：Nm3/kg（燃料）,m3/kg（燃料）2. 实际空气量Vk 定义：燃料燃烧时实际供给的空气量。3. 过量空气系数 = Vk/V0 1； Vk = V0对于固态排渣煤粉炉，1.201.25（无烟煤、贫煤或劣质烟煤）1.151.20（烟煤、褐煤）,1、煤粉燃烧,六、一、二次风一次风通过煤粉管道输送煤粉进入炉膛的空气。 作用：输送煤粉；为挥发分燃烧提供足够的氧气。二次风通过燃烧器单独通道送炉膛的热空气。作用：助燃，提供燃烧和燃尽阶段的氧气； 产生足够的 气流扰动。,空气流程,1、煤粉燃烧,（一）一次风的影响,1 一次风量一次风量应该既能满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，又能满足输送
5、煤粉的需要。如果同时满足这两个条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。 2 一次风速一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。3 一次风温提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一。根据煤质挥发分含量的大小，一次风温既应满足使煤粉尽快着火，稳定燃烧的要求，又应保证煤粉输送系统工作的安全性。,1、煤粉燃烧,1 二次风量 二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温火焰的粘度很大，二次风必须以很高的速度才能穿透火焰，以增强空气与焦碳粒子表面的接触和混合，故通常二次风速
6、比一次风速提高一倍以上。 2 二次风从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制，传热面积愈大，金属耗量就愈多，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置。,（二）二次风的影响,1、煤粉燃烧,（三）三次风、周界风、夹心风,1、煤粉燃烧,（三）三次风、周界风、夹心风,1 三次风 在中储式制粉系统中，细粉分离器将煤粉和输送煤粉的空分离后，形成乏气。乏气中带有10%的细煤粉。这部分乏气一般送入炉膛燃烧，形成三次风。三次风的特点是温度低，水分大，煤粉细。,1、煤粉燃烧,三次风对燃烧及汽温调节的不利影响：使火焰温度降低，燃烧
7、不稳定。火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热汽温与再热汽温偏高，汽温调节幅度增大。同时增大过热器热 偏差。三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加；三次风量较大时，风速也增大，易扰乱炉正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。,2 周界风,周界风的作用是： (1) 冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形； (2) 少量热空气与煤粉火焰及时混合。 (3) 周界风的速度比煤粉气流的速度要高，能增加一次风气流的刚度，防止气流偏斜；并能托住煤粉，防止煤粉从主气流中分离出来而引起不完全燃烧； (4) 高速周界风有利于卷吸高温烟气，促进着火，并加速一、二次风的混合过程。,1、煤粉燃烧,3 夹心风,夹心风的
8、作用：(1) 补充火焰中心的氧气，同时也降低了着火区的温度，而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响；(2) 高速的夹心风提高了一次风射流的刚度，能防止气流偏斜，而且增强了煤粉气流内部的扰动，这对加速外缘火焰向中心的传播是有利的；(3) 夹心风速度较大时，一次风射流扩展角减小，煤粉气流扩散减弱，这对于减轻和避免煤粉气流贴壁，防止结渣有一定作用；(4) 可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一。,1、煤粉燃烧,一、煤粉锅炉燃烧设备的组成炉膛+燃烧器+供风设备+制粉设备二、煤粉燃烧器的作用与类型 燃烧器输送煤粉和一次空气，组织煤粉气流的着火、 稳定和低污染燃烧。三、炉膛的作用与类型炉膛的作用
9、：经济、安全地组织和完成燃烧过程和传热过程。煤粉锅炉炉型：型炉最多，分为四角燃烧、墙式燃烧；W型火焰炉，塔式炉，旋风炉等,2、燃烧设备概述,五、锅炉燃烧设备的发展方向 高效、低污染的燃烧技术和设备。六、 与炉内燃烧过程相关的问题 受热面积灰、结渣； 受热面金属表面的高温腐蚀； 蒸发受热面中水动力的安全性； 氧化氮等污染物的生成； 火焰在炉膛容积中的充满程度。,2、燃烧设备概述,燃烧器的作用：,1. 将燃料、空气送入炉膛，组织一定的炉内空气动力场，使燃料迅速稳定的着火；,2. 足够的空气，良好的空气动力场，保证燃料稳定安全燃烧。,3、燃烧器概述,一个性能良好的燃烧器应满足：,1. 组织良好的空气
10、动力场；,2. 有较好的燃料适应性；,3. 具有良好的调节性能和较大的调节范围；,4. 降低NOX的生成；,5. 流动阻力小；,6. 易于实现远程和自动控制。,3、燃烧器概述,燃烧器性能要求,3、燃烧器概述,煤粉燃烧器的分类：,3、燃烧器概述,一、直流式煤粉燃烧器的特性1不旋转，射流扩展角小，卷吸能力小，单只燃烧器的着火性能差，炉膛充满度差；2射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽；3采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火好，混合强烈；4多层布置（不少于三层）。,4、直流式煤粉燃烧器,二、直流燃烧器的型式,4、直流式煤粉燃烧器, 燃烧烟煤的均等配风直流煤粉燃烧器,上二次风喷口：补充燃
11、料最终燃尽所需氧量；防止火焰中心向上移动,下二次风喷口：托浮煤粉；防止火焰向下冲刷,1）均等配风,一、二次风混合早，适用于挥发分含量较高的煤种。,4、直流式煤粉燃烧器, 侧二次风直流煤粉燃烧器,一次风布置在向火侧（内侧） 二次风布置在背火侧（外侧）,4、直流式煤粉燃烧器, 适用褐煤的均等配风直流煤粉燃烧器,4、直流式煤粉燃烧器,2）分级配风,目的：在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉既能稳定着火、又能完全燃烧。特点 使着火区保持比较高的煤粉浓度，以减少着火热；燃烧放热比较集中，使着火区保持高温燃烧状态，适用于难燃煤；煤粉气流刚性增强，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力
12、加强。,4、直流式煤粉燃烧器,3）一次风集中布置的问题着火区煤粉高度集中，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，使喷嘴出口附近气流速度分布不均，容易出现空气、煤粉分层现象。,4、直流式煤粉燃烧器,三、直流燃烧器的四角切圆布置直流燃烧器大多布置在炉膛的四角上，燃烧气的几何轴线与炉膛中心的一个或两个假象圆相切,炉膛四角布置 切圆燃烧,4、直流式煤粉燃烧器,气流在适当的程度上偏离设计方向恰恰是组织切向燃烧所需要。炉内气流旋转直径增大，使上邻角过来的火焰更靠近射流根部，对着火有利，对混合也有好处，炉膛充满度也较好。但是切圆直径过大，一次风煤粉气流可能偏转贴壁，以致火
13、焰冲刷水冷壁，而引起结渣，这是必须避免的。,4、直流式煤粉燃烧器,四、四角布置直流燃烧器的工作原理,1、工作原理主要表现为几个过程：煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；煤粉气流的着火过程；煤粉与二次风空气的混合过程；四股气流形成的切圆旋转过程；焦碳的燃尽过程。,4、直流式煤粉燃烧器,2、气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。射流偏斜还受射流两侧“补气”条件的影响。燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大。当燃烧器多层布置时，上层气流不断的被卷吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响，使气流容积流量
14、增大，旋涡直径相应增大，一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的810倍。,四、四角布置直流燃烧器的工作原理,4、直流式煤粉燃烧器,四、四角布置直流燃烧器的工作原理,优点： 上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近，煤粉的着火条件较好。这时炉内气流旋转强烈，气流扰动大，使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。问题：火焰容易贴墙，引起结渣；着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温火焰的粘度很大，到达炉膛出处，残余旋转较大，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，因而既容易引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣或超温。,4、直流式煤粉燃烧器,3、
15、切圆直径过大问题,一、旋流式燃烧器的工作原理煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。,5、旋流式燃烧器,二、旋流燃烧器的型式,按产生旋转气流方法的不同,蜗壳型旋流燃烧器,叶片型旋流燃烧器,轴向叶片型,切向叶片型,5、旋流式燃烧器,三、旋流式燃烧器的布置与供风方式,旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。,5、旋流式燃烧器,二、燃烧煤粉对炉膛的要求 创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有的受热面不结渣；布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；尽可能减少污染物的生成量；对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性。,一、 炉膛的作用,（1）提供燃料燃烧的空间,（2）换热部件,6、煤粉炉炉膛,二、评价炉膛结构的参数,1、炉膛结构着火稳定性参数 A、炉膛截面热负荷qA 按燃烧器区域炉膛单位截面积折算，每小时送入炉膛的平均热量。A-炉膛横截面积，m2。通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。B-燃煤量，kg/s。 - 燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。,6、煤粉炉炉膛,
