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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)q掌握直流燃烧器结构布置及运行特性q四角切圆燃烧方式的特点及火焰偏斜q稳燃技术q水冷壁结渣、高温腐蚀的问题q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，发生热量、质量交换，最 终射流
2、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，着火稳定性好向火侧 背火侧2、在整个炉内形成
3、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f960 f820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，可用节流孔板来调，或在线监测风粉流量三
4、、直流燃烧器的配风方式(均等、分级)1、均等配风一、二次风相间布置P70 概念一次风之间隔12层二次风一次风的背火侧布置二次风参考 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
5、粉浓度着火热小一、二次风离得远，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f960f820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
6、不足，易被 吹斜太大，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f960f820一二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1#2#3#4#结 渣思考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a
7、b炉膛横截面的形状：矩形或 正方形，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515、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/h1、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 DT 1500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：300MW 57层 （利港6）随着锅炉容量增大，若只增大单个一次
8、风喷口的 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量的配置正塔
9、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 飞灰可燃物增加 影响空气动力场，火焰贴
10、墙合理布置：向下压火下倾角上下两段2、周界风：q 冷却作用，防止烧喷口 停运时冷却风q 当煤质、负荷变化时，可通过调节它来改变着火距离q 当燃用高挥发分煤时，可及时补氧，强化后期着火q 加强卷吸、加强湍流脉动 改善着火条件q 增加刚性 防止刷墙q 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, 使用不当会产生不利影响对称型 不对称型不对称型，
11、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与补气条件 大切角与切角形水冷壁 大小切圆(或反切
12、)：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、二次风反切一次风二次风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、二次风外切一次风二次风“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、一二次风的混合推迟5、实现水平方向分级供风，有利于降NOx对着火是否有利，
13、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349193302731135292432735125459六层一次风喷口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CFSCFS油风室CFS燃料风Concentric Firing System CFSCCOFA与大风箱连在一起SOFA与大风箱分开4839双切圆前后481881617696830020312 5534919 33027 31135 29243 27351 25459SOFA
14、45910 44099 4228871850503050645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。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
15、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，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
16、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。q 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。q 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；q 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；q 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q 切圆布置直流燃烧器喷嘴的使用寿命不低于60000小时。q 一次风喷口宜采用防止烧坏和磨损的新型合金材料制造，q 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
