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1、第六章 燃烧设备和煤粉燃烧新技术第一节 锅炉燃烧设备概述一、不同的煤燃烧方式 火床炉，煤粉炉，循环流化床锅 炉 二、煤粉锅炉燃烧设备的组成 炉膛+燃烧器+供风设备+制粉设 备 三、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。四、炉膛的作用与类型n炉膛的作用：经济、安全地组织 和完成燃烧过程和传热过程。n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 五、锅炉燃烧设备的发展方向n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n(1) 受热面积灰、结渣；n(2) 受热面金属表面的高温腐蚀；n(3) 蒸
2、发受热面中水动力的安全性；n(4) 氧化氮等污染物的生成；n(5) 火焰在炉膛容积中的充满程度。 燃烧器的作用n作用：将煤粉与空气混合气流按有利的方式送入炉膛， 造成有利的空气动力场，保证煤粉气流及时着火、强烈 燃烧、洁净燃烧、良好燃尽。n分类：n直流燃烧器n旋流燃烧器第二节 直流式煤粉燃烧器一、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）。二、直流燃烧器的类型1均等配风 一、二次风喷口间隔布置， 混
3、合较快，适用于挥发分 较高的煤种。2. 分 级配风 (1)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。 (2)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 加强。(3) 一次风集中布置 的问题n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 ；n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。三、四角布置直流燃烧器的工作
4、原理 1、工作原理主要表现为几个过程： (1) 煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程； (2) 射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程； (3) 煤粉气流的着火过程； (4) 煤粉与二次风空气的混合过程； (5) 四股气流形成的切圆旋转过程； (6) 焦碳的燃尽过程。2、“自点燃”作用 四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径1、气流偏斜问题 引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是： （1）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。 （2）射流偏斜还受射流两侧“补气”条件的影响。 （3）燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大。 （4）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
5、气流受热膨胀的影响，使气流容积流量增 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。2、切圆直径过大问题 n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。n问题： (1) 火焰容易贴墙，引起结渣； (2) 着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口； (3) 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。五、一次风与二次
6、风1 一次风量n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。n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n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n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。 4 二次风量和风速 n 二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温火焰
7、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 比一次风速提高一倍以上。 5 二次风温 n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。n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。 六、三次风、周界风、夹心风 1、三次风 n概念：n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。n三次风对燃烧及
8、汽温调节的不利影响： (1) 使火焰温度降低，燃烧不稳定。 (2) 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。 (3) 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； (4) 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 n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
9、于卷吸高 温烟气，促进着火，并加速一、二次风的混合过程。 3、夹心风 n夹心风的作用： (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。七、摆动式燃烧器 n摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动2030度， 用来改变火焰中心位置的
10、高度，调节再热蒸汽温度。并 便于在启动和运行中进行燃烧调节，控制炉膛出口烟温 ，避免炉膛内受热面结渣。n摆动式燃烧器运行中容易出现的问题是：因喷口受热变 形，使摆动机构卡死，或摆动不灵活。摆动机构上的传 动销磨损或受热太大时，容易被剪断。 八、大容量锅炉的典型燃烧器结构 九、直流式燃烧器布置方式 n我国不少电厂对四角切圆燃烧方式进行了改进，其主要 特点为： (1) 一、二次风不等切圆布置。这种方法是将一、二次喷口 按不同角度组织切圆，二次风靠炉墙一侧，一次风靠内 侧布置。这种布置方式既保持了邻角相互点燃的优势， 又使炉内气流流动稳定，火焰不贴炉墙，因而防止了结 渣。但容易引起煤粉气流与二次风的
11、混合不良，可燃物 的燃烧不充分。一次风喷口以小切圆方式布置，二次风 喷口射出的气流与一次风气流偏转一个角度，即称为偏 转二次风，如图6-12所示。这种方法的特点是在燃料着火 后，及时供应二次风，将火焰与炉墙“隔开”，形成一层“ 气幕”，在水冷壁附近区域造成氧化性气氛，可提高灰熔 点温度，减轻水冷壁的结渣。还可以降低x的生成量 。适用于燃用烟煤及挥发分较高的贫煤。 (2) 一次风正切圆、二次风反切圆布置。这种布置方法可减 弱炉膛出口的残余旋转，从而减小了过热器的热偏差， 并能防止结渣。 (3) 一次风对冲、二次风切圆布置。这种方法减小了炉内一 次风气流的实际切圆直径，使煤粉气流不易贴壁，因而 能
12、防止结渣，而且能减弱气流的残余旋转。十、四角切圆燃烧锅炉的残余旋转 第三节 旋流式燃烧器 一、旋流式燃烧器的工作原理n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。n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。二、分类1、可动叶片双调风旋流燃烧器 2、双调风燃烧器 3、蜗壳式燃烧器三、旋流式燃烧器的布置与供风方式 n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。四、单只燃烧器的热功率 n单只燃烧器功率过大，会带来以下几个问题： (1) 炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。 (2) 炉膛受热面局部热负荷过高，易
13、引起水冷壁的传热恶 化和直流锅炉的水动力多值性。 (3) 切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响较大 。 (4) 切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温的影响较大，影响 过热器的安全性和汽温调节。 (5) 一、二次风的气流太厚，不利风粉混合。 (6) 燃烧调节不太灵活。五、旋转火焰的特性 n根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成的火焰 形状可能有三种：封闭式火焰、开放式火焰、飞边火焰。 第四节 煤粉炉炉膛 一、燃烧煤粉对炉膛的要求 (1) 创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽； (2) 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； (3) 布置足够的蒸发受热面，
14、并不发生传热恶化； (4) 尽可能减少污染物的生成量； (5) 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。 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 nA-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。nB-燃煤量，kg/s。n - 燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。B、燃烧器区域的壁面热负荷qR n a、b炉膛深度、宽度；n HR 燃烧器区域高度，一般取上层一次风喷口上方 1.5米处和下层一次风喷口下方1米处的距离；n 围燃带面积修正系数；、炉膛结构燃尽性参数 A、 炉膛容积热负荷qv n VL炉膛容积， m3。n炉膛容积热负荷
15、qv的意义是指在单位时间内、单位炉膛容 积内，燃料燃烧放出的热量 B、燃料在炉内的停留时间 燃料在炉内的停留时间可用下述关系表示： nL燃烧器上一次风中心至屏下端距离，m; nWy烟气在炉内的平均上升速度， m/s; 3、炉膛结构结渣性参数 n与着火稳定因素相同，用Jz表示：JZ= qA + qR 三、炉膛受热面结渣的影响因素 1、受热面结渣的形成过程 n当熔融的灰渣接近受热面时，若未被冷却凝固，并与受 热面相碰，大块渣积聚在受热面外壁上，便形成了“结渣” 现象。2、受热面积灰或结渣的危害 (1) 使炉内传热变差，加剧结渣过程。 (2) 炉膛出口的受热面超温。 (3) 水冷壁积灰、结渣较多时，
16、多数并发高温腐蚀。 (4) 使锅炉效率降低。 (5)水冷壁尤其是过热器结渣严重时，大块渣落下，可能扑 灭火焰或砸坏炉底水冷壁，造成恶性事故。 3、影响受热面结渣的主要因素 (1) 煤灰特性和化学组成 (2) 炉膛温度水平 (3) 火焰贴墙 (4) 过量空气系数 (5) 煤粉细度 (6) 吹灰 (7) 燃用混煤 4、防止受热面结渣的基本条件 n一是炉内应布置足够的受热面来冷却烟气，使烟气贴近 受热面时，烟气温度降低到灰的熔点温度以下，即保证 灰渣贴近受热面时被凝固；n二是组织一、二次风形成良好的气流结构，保证火焰不 直接冲刷受热面。四、火焰充满度 n因为死滞漩涡区的存在会给锅炉运行带来下述问题： (1) 炉膛容积利用不好。 (2) 造成热偏差。 五、炉膛负压 1、煤粉炉的正常炉膛负压 炉内压力比外界大气压力低26Pa(mm水柱)。维持正 常的炉膛负压，不仅对锅炉经济运行作用很大，而且对 运行调节十分有益。2、炉膛负压太大的危
