煤粉燃烧及设备

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1、煤粉燃烧及设备锅炉专业培训之 1.电力用煤的分类 分类主要是根据煤的挥发分多少来确定,并参考 煤的水分和灰分含量。 无烟煤：干燥无灰基挥发分含量不大于1O%， 含碳量高，含杂质少，发热量较高。 贫煤：贫煤是烟煤中挥发分较少的一种煤,其挥 发分含量为10%20%, 它的性质介于无烟煤 和烟煤之间。 烟煤：干燥无灰基挥发分含量约为2040%,水 分和灰分含量较少,发热量较高。烟煤容易着火 燃烧,对于挥发分含量超过25%的烟煤,要防止贮 存时发生自燃,制粉系统要有防爆措施。 褐煤。挥发分含量大于40%,易于着火,水分和灰 分含量较大,发热量较低。一.锅炉燃料及特性 2.煤的组成及各种成分： 元素分析

2、和工业分析 元素分析只能确定元素含量的质量百分比，它 不能表明煤中所含的是何种化合物，因而也不 能充分确定煤的性质。但是，元素组成与其他 特性相结合可以帮助我们判断煤的化学性质。 元素分析比较繁杂。 电厂一般只作工业分析，它能了解煤在燃烧时 的主要特性。 煤的元素分析： 煤的元素分析成分，即煤的化学组成成分。 煤的成分包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、 氮（N）、硫（S）五种主要元素以及水分（W ）和灰分（A）。 煤的工业成分分析： 工业分析主要测定煤中的水分、挥发分、固定 碳和灰分含量，用以表明煤的主要燃烧特性。 根据工业分析测定的项目，煤的组成可用水分 、挥发分、固定碳和灰分来表示。 煤的

3、分析常用的基准： 收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基四 种 收到基： 以收到状态的煤为基准来表示煤中各 组成成分的百分比。用下标ar表示，它计入 了煤的灰分和全水分。 空气干燥基 ：在分析时把煤进行自然风干，使 它失去外部水分，以这种状态为基准进行分 析得出的成分称为空气干燥基，以下角码ad 表示。 干燥基：以无水状态的煤为基准来表达煤中各 组成成分，以下角码d表示。 干燥无灰基：除灰分和水分后煤的成分，这是 一种假想的无水无灰状态，以此为基准的成 分组成，以下角码daf表示。 规定：把收到基低位发热量Qar, net=29270KJ/kg（7000kcal/kg）的煤叫 做标准煤。北疆电

4、厂设计煤种 灰的性质 灰的性质主要指它的熔化性和烧结性。熔化性 影响炉内的运行工况，烧结性是指灰分在高温 对流受热面生成高温烧结性积灰的能力。灰的 烧结性与灰分的熔化性并没有直接的关系。 灰的熔融性是指当它受热时,由固体逐渐向液体 转化没有明显的界限温度的特性。灰的熔融性 常用灰的变形温度DT，软化温度ST，熔化温度 FT来表示，它们是固液相共存的三个温度，而 不是固相向液相转化的界限温度，仅表示煤灰 形态变化过程中的温度间隔。 温度间隔值在200400时，意味着固相和液 相共存的温度区间较宽，煤灰的粘度随温度变 化慢，冷却时可在较长时间保持一定粘度，在 炉膛中易于结大渣，这样的灰渣称为长渣。

5、当 温度间隔值在100200时为短渣。 如果灰熔点温度很高(ST1350)，管壁上积 灰层和附近烟气的温度很难超过灰的软化温度 一般认为此时不会发生结渣,如果灰熔点较低 (ST1200),灰粒子很容易达到软化状态,就容 易发生结渣。 影响煤灰熔融性的因素是煤灰的化学组成和煤 灰周围高温的介质的特性,煤灰的化学组成可分 为酸性氧化物(SiO2，Al2O3，TiO2)和碱性氧 化物(Fe2O3，CaO，MgONa2O，K2O),酸 性氧化物增加灰的粘滞性，不易结渣，而碱性 氧化物则提高灰的流动性，易结渣。但煤灰是 多种复合化合物的混合物，燃烧时将可以结合 为熔点更低的共晶体。 煤灰高温介质的性质常

6、有两种：一是氧化性介 质，常发生在燃烧器出口一段距离以及炉膛出 口；二是弱还原性介质。由于介质的性质不同 ，灰渣中的Fe具有不同的形态：氧化介质中铁 呈Fe2O3，熔点高。在弱还原性介质中，铁呈 FeO状态，容易导致结渣。北疆电厂煤灰的成分二.燃烧理论 煤粉的燃烧主要包括着火、燃烧和燃尽三个阶 段，其中关键是燃烧阶段。在燃烧阶段中，焦 碳的燃烧是主要的，这是因为：一方面焦碳的 燃烧时间很长；另一方面焦碳中的碳又是煤中 可燃质的主要成分，因而是热量的主要来源， 并决定其他阶段的强烈程度。因此在整个燃烧 过程中，关键在于组织好焦碳中碳的燃烧。 燃烧区域划分主要包括着火区、燃烧区和燃尽 区，燃烧器出

7、口附近的区域是着火区；与燃烧 器出口处于同一水平的炉膛中部以及稍高的区 域是燃烧区；高于燃烧区直至炉膛出口的区域 是燃烬区。其中着火区很短，燃烧区也不长， 而燃烬区则较长。 1.影响煤粉气流着火与燃烧的因素 燃料性质： 燃料中的挥发分、水分和灰分对燃料的燃烧均 有影响。挥发分低的煤着火温度高。煤粉进入 炉膛后加热到着火温度所需的热量较多，达到 着火的时间也较长，着火点离开燃烧器喷口也 较远，挥发分高的煤着火则较容易。水分大的 煤，着火需要的热量就多，同时水分的蒸发吸 热还会使炉内的烟温降低，对着火和完全燃烧 不利。灰分多的煤，着火速度慢，对着火稳定 不利，而且燃烧时，灰会对焦碳核的燃烬起到 阻

8、碍作用。 煤粉着火温度与Vdaf的关系 煤粉的细度： 煤粉越细，着火就越容易。在同样的煤粉质量 浓度下，煤粉越细，进行燃烧的表面积越大， 而煤粉本身的热阻却越小，因而加热煤粉至着 火温度所需要的时间就越短，燃烧也越完全。 炉膛温度： 炉膛温度高，供给煤粉气流的着火热就大，可 使着火时间提前，同时也使燃烧迅速且完全。 但是，炉膛温度过高，则容易造成炉内结渣。 空气量： 空气量过大，会使炉膛温度降低，对着火和燃 烧不利。空气量过小则燃烧不完全。 一次风温： 合理的一次风温，可以提高煤粉气流的初温， 减少了煤粉气流达到着火温度所需要的着火热 ，从而缩短了着火时间。 一次风与二次风的配合（燃烧器的结构

9、）： 一次风量以满足挥发分的燃烧为原则。一次风 量增大，相应增加了着火热，对着火不利；一 次风量过低，则影响挥发分的着火燃烧，从而 阻碍着火的继续扩展。 一次风速对着火过程也有影响。一次风速过高 ，会使着火推迟，致使着火距离拉长而影响整 个燃烧过程；一次风速过低，会造成一次风管 堵塞，而且由于着火提前，还可能烧坏燃烧器 。 二次风混入一次风的时间要合适。混入早，等 于加大了一次风量，使着火推迟；过迟混入， 则使煤粉气流着火燃烧后缺氧，所以二次风应 着火后及时混入。二次风混入一次风的量也要 适当。混入量过多，会使火焰温度降低，影响 燃烧速度。因此，既要保证燃烧不缺氧，又不 降低火焰温度，合理地送

10、入二次风，才能使煤 粉迅速而完全燃烧。 二次风速一般应大于一次风速，才能使空气与 煤粉充分混合。但是二次风速过高，会使一、 二次风提前混合，影响着火。 燃烧时间： 燃烧时间的长短，对燃烧完全的影响很大，它 与炉膛容积的大小和火焰的充满度有关。 锅炉负荷： 锅炉负荷的变化将会引起炉膛温度的变化，从 而影响煤粉的着火和着火的稳定性。锅炉负荷 降低时，致使炉膛平均烟温降低，燃烧器区域 的烟温也将降低，对煤粉气流的着火是不利的 。当锅炉负荷降到一定程度时，就将危及着火 的稳定性，甚至引起熄火。因此，着火稳定性 条件常常限制了煤粉锅炉负荷的调节范围。 2.燃烧完全的条件 要组织良好的燃烧过程，保证炉内不

11、结渣的情 况下燃烧速度快，而且燃烧完全，得到最高的 燃烧效率。着火阶段是整个燃烧过程的关键， 要使燃烧能在较短时间内完成，必须强化着火 过程，即保证着火过程能稳定而迅速地进行。 合适的空气量：供应足够而又适量的空气是燃 烧完全的必要条件 。 适当的炉温：根据阿累尼乌斯定律，燃烧反应 速度与温度成指数关系。因此炉温对燃烧反应 速度有着极其显著的影响。炉温高，着火快， 燃烧过程也进行得快，燃烧过程也容易趋于完 全燃烧。但炉温不能过分地提高，因为过高的 炉温会引起炉膛水冷壁的结渣和膜态沸腾。 空气和煤粉的良好混合：煤粉燃烧是多相燃烧 ，其燃烧反应主要在煤粉表面进行。要做到完 全燃烧，除保证足够高的炉

12、温和供应合适的空 气量外，还必须使煤粉和空气充分扰动、混合 ，及时提供煤粉燃烧所需要的空气。要做到煤 粉和空气良好扰动混合，就要求燃烧器结构特 性及其一、二次的良好配合，以及有良好的空 气动力场。加强混合扰动，可增加煤粉和空气 的接触机会，有利于燃烧趋向完全。 足够的燃烧时间：煤粉在炉内停留的时间，是 从煤粉从燃烧器出口一直到炉膛出口这段行程 所经历的时间。在这段行程中煤粉完成从着火 、燃烧至燃尽，才能燃烧完全。 3.煤粉燃烧的过程 煤粉在炉内的燃烧过程分为三个阶段，即着 火前的准备阶段(干燥，挥发阶段)、燃烧阶 段和燃烬阶段，煤粉在炉膛内，必须在短短 的两秒钟左右的时间里，经过这三个阶段，

13、将可燃质基本烧完。着火是燃烧的准备阶段 ，而燃烧又给着火提供必要的热量来源，这 两个阶段是相辅相成的。对应于煤粉燃烧的 三个阶段，可以在炉膛中划出三个区，即着 火区、燃烧区与燃烬区。大致可以认为：喷 燃器出口附近是着火区，炉膛中部与燃烧器 同一水平以及稍高的区域是燃烧区，高于燃 烧区直至炉膛出口的区域都是燃烬区。其中 燃烬区却比较长。 二.燃烧设备 直流燃烧器锅炉和旋流燃烧器锅炉是国外电站锅炉 二大主要制造厂商前CE(曾为ABB-CE，现为 Alstom Power Inc.的一个部门)与B&W公司的制造 传统。 北疆电厂采用直流燃烧器 ，燃烧方式采用从美国阿 尔斯通能源公司引进的低NOx切向

14、燃烧系统（ LNTFS-III），并采用单炉膛双切圆燃烧 。 旋流燃烧器：燃烧器射流在喷入炉膛时依靠射流旋 转时产生的中心回流来稳定燃烧。 直流燃烧方式的燃烧器射流在喷入炉膛时本身 无旋转，燃烧器通常布置在炉膛的4个角上，依 靠上下游射流的相互点火作用稳定燃烧；直流 燃烧器通常分为携带煤粉的一次风和起助燃作 用的二次风，燃烧器喷口布置于炉膛燃烧器区 域的4个角上，燃烧器的布置形式随煤种而变。 为随着锅炉容量的增大，燃烧器的数目增多， 燃烧器组的高度相应增加。 直流燃烧器锅炉从各个角上喷出的射流在炉膛 中形成大的旋转火球。整个炉膛相当于一个大 的燃烧器。锅炉着火性能优越。炉内混合强烈 ，炉膛四壁

15、的热负荷分布比较均匀。煤粉在炉 内停留时间较长，易于燃尽。其优势在于充分 利用各个燃烧器之间相互配合的强大作用。 切圆燃烧方式的缺点：炉内强烈旋转气流 至炉膛出口仍有较大的旋转惯性,造成两 侧烟气温度场和速度场分布不均,从而导 致过热器和再热器的汽温和壁温偏差。锅 炉容量越大,其偏差也越大。单炉膛双切圆燃烧锅炉解决烟温偏差的理单炉膛双切圆燃烧锅炉解决烟温偏差的理 论构思论构思 烟气残余旋转引起的炉膛出口左右烟温偏差 600MW及以上机组四角切圆锅炉存在的主要问 题+=残余旋转水平烟道 后向运动左右不对称的 速度场分布 炉膛出口烟气侧热偏差的主要特征：对流热偏差： -不对称速度场导致不对 称传热

16、场辐射热偏差： -受热面下部区域内高 外低的火焰温度分布导致 内高外低的辐射热流场单炉膛过、再热器热偏差的综合特 性： -左右不对称的对流热负荷分布与 内高外低辐射热负荷的简单迭加+= 偏差互补型单炉膛双切圆燃烧锅炉 两个相对独立的切圆燃烧流动系统的对流热偏 差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差的合 理搭配+=总体热偏差大大降低 型布置超大容量切圆燃烧锅炉是解决烟温偏 差的最佳途径CFD模拟结果炉膛出口烟温分布炉膛出口烟温分布炉膛出口烟速分布炉膛出口烟速分布 双切圆燃烧炉膛热负荷分布特点： 1. 在满负荷时横向最高热负荷率位于炉膛中心线旁，最低热负荷靠近角部； 2. 同一断面上四面墙的吸热曲线都是一致的，沿炉膛高度的任何断面，水冷壁的吸热曲线也都是相似的，只是曲线的峰值有所变化；