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1、第四章 燃烧设备,4.1 燃料的燃烧过程,4.2 人工操作层燃炉手烧炉,4.3 机械化层燃炉链条炉,4.1 燃料燃烧的基本概念,第四章,锅炉燃烧是个复杂的化学物理过程，其影响因素很多。,一、燃烧设备的分类,1.层燃炉固体燃料被层铺在炉排上进行层状燃烧的炉子，如：手烧炉、链条炉、抛煤机炉等；2.室燃炉燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬浮状燃烧的炉子，如：煤粉炉、油炉、气炉等； 3.沸腾炉燃料被气流托起携带呈上下翻滚沸腾状燃烧的炉 如：流化床、鼓泡床、循环流化床、增压流化床等；,4.1 燃料燃烧的基本概念,着火前的热力准备阶段；挥发份着火与焦炭的燃烧阶段灰渣形成及燃尽阶段。,二、固体燃料的燃烧过程
2、1. 燃料燃烧的几个阶段：,2. 燃料完全燃烧的必备条件,1 保持一定的高温环境； 2 供给足够而适度的空气量，并确保燃料与空气有良好的接触和充分混合的氛围； 3 燃料要有一定的燃烧时间及燃烧空间； 4 及时排出低温燃烧产物（如：低温烟气和灰渣）。,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,三、燃料的燃烧反应速度 锅炉燃烧过程是个复杂的化学物理过程，燃烧速度取决于化学条件和物理条件。,反应速度单位时间内、单位体积中反应物消耗或产物生成的摩尔数，mol/(m3s)。燃烧技术中常采用炉膛容积热强度qv和面积热强度qf 来表征燃烧反应速度。,1. 化学条件：燃料氧化反应的化学反应速度，其影响因素有：温度、
3、反应物质的浓度及反应空间的压力等；在锅炉燃烧技术中，其影响因素主要是温度。,2.物理条件：燃烧空气与燃料的相对速度，气流扩散速度及热量传递速度等；在锅炉燃烧技术中，起主要作用的是气流扩散速度，包括氧气向碳粒表面的扩散和燃烧产物的反向扩散。,单相反应；多相反应（异相反应）对单相反应， 反应速度为：,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,影响反应速度的因素：反应物质（燃料）的特性，E降低，反应速度提高；温度，温度提高，分子平均动能增加，碰撞机会增加。浓度：提高，碰撞机会增加压力：提高，单位体积分子数增加，碰撞机会增加l 其中温度是最重要的燃烧反应影响因素，,1. 温度对燃烧速度的影响 遵循阿累尼乌斯
4、定律：,式中：K表征化学反应速度的常数； K0频率因子；R通用气体常数， R8.314kJ/(mol.K)； E化学反应活化能， T绝对温度，K。,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,2. 气流扩散能力对燃烧速度的影响 气流扩散能力决定于氧气浓度，遵循如下关系式：,M表征气流扩散速度的量； Dk扩散速度常数，主要取决于气流速度； Cql，Cjt、气流和焦炭表面的氧气浓度。 温度和气流扩散速度在燃料燃烧不同区段有着不同的影响。由此燃料的燃烧过程可以分成三种不同的燃烧区域：,燃烧速度取决于温度亦即取决于化学反应速度的工况，动力燃烧工况所在的燃烧区域为动力燃烧区,动力燃烧区：,扩散燃烧区：,过渡燃烧
5、区：,燃烧速度取决于气流的扩散速度的工况，扩散燃烧工况所在的燃烧区域为扩散燃烧区,动力燃烧区及扩散燃烧区之间的区域为过度燃烧区,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,层燃炉燃烧d1525mm的煤块时，温度只需达到10001100左右，燃烧即处于扩散燃烧区，在保证火床稳定的情况下，必须加强送风，提高空气与焦炭颗粒之间的相对速度即可。 煤粉炉，由于煤粉颗粒很小(d100m)，温度达到1700以上，燃烧才能进入扩散燃烧区。只有在燃烧中心区的粗颗粒煤粉才能处于扩散燃烧区，在燃烧中心以外，特别是在炉膛出口处，煤粉均处于过度燃烧区甚至动力燃烧区中燃烧。所以，强化燃烧必须同时提高炉膛温度和加强燃料与空气的混合
6、。,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,四、着火 1. 链式着火： 是由于燃烧链锁反应的分支，使活化中心浓度迅速增加，导致反应速度急剧加速 2. 热力着火： 是指由于系统内热量积聚，引起化学反应速度按阿累尼乌斯指数函数关系迅速猛增。,在实际燃烧过程中，不可能有单纯的支链着火或热力着火，往往是两种同时存在，并相互促进。一般说来，在高温下，热力着火是引起着火的主要因素；而在低温时，支链着火则起主导作用。,五、混合 扩散 ; 自由射流 ; 平行射流 ; 相交射流 ; 旋转射流 ;一次风和二次风,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,六、燃烧设备特性的主要参数,1. 层燃炉 炉排面积可见热强度：单位面积
7、的炉排，在单位时间内所燃烧 的煤的放热量, 炉膛容积可见热强度：单位面积的炉膛，在单位时间内所燃烧的煤的放热量,kw/m2,kw/m2,2. 室燃炉 炉膛截面可见热强度： kw/m2炉膛容积可见热强度： kw/m2,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,第四章,4.2 人工操作层燃炉手烧炉,一、手烧炉：加煤、拨火和除渣由人工完成 ( 1t/h).手烧炉由炉膛 和炉排构成。,二、手烧炉燃烧特性,1、双面引火 2、周期性变化,三、双层炉排结构,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,一、链条炉 1链条炉的构造,1）链条炉排有效长度：煤闸门到除渣板的炉排长度，实际参与燃烧的炉排有效面积的深度。 2）防焦箱
8、：纵向安装在炉膛两侧，一般嵌入炉墙，一般贴近运动着的炉排，主要作用有：,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,2. 链条炉排结构 1）炉排通风截面比：炉排通风孔隙总截面积与炉排有效面积的百分比。 2）结构型式,鳞片式：p58链 带式：p59,3. 链条炉燃烧层结构及其特性,(1) 煤在链条炉排层面上，燃料燃烧层的各个燃烧阶段分界面与炉排面有一定的倾斜角。,(2) 煤在排层面上的燃烧过程分四个燃烧区段：,新煤预热、干燥区(距煤闸门200300mm范围内)； 挥发份逸出着火、焦炭形成区；,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,焦炭燃烧区：a焦炭氧化燃烧区；b焦炭燃烧还原区； 灰渣形成、余燃、冷却区（在
9、挡渣器尖端之前400500mm范围内）。,(3) 新煤进入炉内呈“单向引火”，燃用低挥发份的煤，必须借助于 炉拱加强着火，其煤种适应能力差。,单面引火：机械化操作：,(4) 机械化连续上煤，克服了手烧炉间断上煤的周期性；(5) 沿炉排有效长度方向的上方空间气体成分变化情况（呈不均匀的变化）。,4. 链条炉燃烧改善措施：,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,1）分段送风： a-b曲线为统仓送风时炉内空气量分布情况； c-d曲线为链条炉燃烧理论空气量分布情况； 1-4 为链条炉分段送风后各个燃烧区段实际空气量分布情况。,4. 链条炉燃烧改善措施：,图表,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,注：链条
10、炉燃用高挥发份优质烟煤时，一般采用开式炉膛。,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,(2) 链条炉炉拱的作用,链条炉前拱（点火拱）主要将炉内火焰和高温烟气的辐射热聚集于炉排前端的新煤区，加速新煤着火前的热力准备阶段及挥发份逸出着火形成的完成；并和后拱形成喉口，加速炉内高温烟气的扰动。链条炉后拱主要利用炉膛负压，有效地将炉排后端上方空间的高温烟气流和过量空气流导向燃烧中心，在喉口形成高速旋涡流，将烟气中灼热的焦炭粒子抛撒到新煤层面上，形成“火雨”加速新煤的引燃；同时，使烟气中的焦炭粒子和CO延长了在炉内的燃烧时间，与过量氧充分混合完全燃烧。,(3) 炉拱设置原则,对劣质烟煤：低而长的后拱和高的前拱
11、相结合对难着火的无烟煤：同上，且是唯一选择,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,对挥发分高，热量高的烟煤和部分褐煤：采用短而较高的前拱对于难燃煤（无烟煤、贫煤、发热量低的劣质煤）：除设置前拱外，还需采用低而长的后拱,3）增设二次风：,作用 :,链条炉二次风(热空气、蒸汽)一般布置在前、后拱喉口部位向下倾斜510（严禁二次风在有效射程内直接吹射到煤的燃烧层面上），主要用来加速炉内高温烟气的扰动：使烟气中的焦炭粒子和CO延长了在炉内的燃烧时间，与过量氧充分混合完全燃烧降低、提高；调节控制炉内高温烟气流动力场，改善炉膛充满度，防止水冷壁局部结渣及局部烟气短路，造成升高，增大。,当燃用低挥发份优质烟煤
12、时，二次风一般布置在后拱，除加速炉内高温烟气的扰动外，还可以将火焰和高温烟气的辐射热导向前拱区，加速新煤着火前的热力准备阶段及挥发份逸出着火。, 当燃用高挥发份优质烟煤时，二次风一般布置在前拱，除加速炉内高温烟气的扰动外，还可以将火焰和高温烟气的辐射热导向燃烧中心，防止前拱区的新煤提前着火、引燃；,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,二次风的风压一般为20004000Pa； 二次风的风量及风速：,二次风的布置方法和原则: 前墙布置产生旋转 四角切园,5链条炉的运行 1）燃料性质对链条炉燃烧的影响,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,5链条炉的运行1）燃料性质对链条炉燃烧的影响,(1) 煤的粒度
13、：堆积，通风阻力(2) 煤的粘结性：通风(3) 水分：与着火燃尽的关系(4) 灰分：灰熔点,2）链条炉的燃烧调节出力主要取决于燃料层厚度、送风量和炉排速度。,(1) 燃料层厚度的调节：100150mm(2) 给料速度(3) 送风量调节：对适应负荷的变动最为灵敏 当锅炉负荷变化时，总是先调节送风量，随即调节炉排速度与之配合,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,二、抛煤机链条炉 1. 抛煤机链条炉的结构及工作原理,抛煤机链条炉是由炉子前墙布置23台机械、风力抛煤机，将煤自前而后地均匀抛撒在倒转链条炉排上燃烧,2. 抛煤机链条炉的燃烧过程及其特点,煤的颗粒大小经抛煤机抛撒，基本上沿炉膛深度上方空间筛
14、分均匀，落到火床上与燃烧层中的焦炭颗粒大小基本相同。 连续抛落的新煤颗粒总是均匀复盖在炽热的焦炭燃烧层上，呈“双向引火”着火条件优越，煤种适应性广；燃烧强烈，炉子热惯性小，负荷调节灵敏度高，不易结渣在炉排与炽热的焦炭燃烧层之间有120150mm的灰渣层，炉排的冷却度较好，提高了炉排热强度。煤的燃烧层呈簿煤层的燃烧特点，火床上方空间的气体成分变化情况比链条炉均匀,故抛煤机链条炉的分段送风，相对比链条炉分段送风分的段数少一些。,第四章,4.3 机械化层燃炉链条炉,3. 抛煤机链条炉的炉膛结构及其二次风,（1）由于抛煤机链条炉的着火条件优越，及其火床上方空间的气体成分变化情况比较均匀，一般采用无拱的开式炉膛；由于抛煤机使烟气中飞灰较大，为此，抛煤机链条炉的炉膛比链条炉炉膛高一些。（2）抛煤机链条炉的二次风，一般布置在抛煤机上方和后墙水冷壁下方：布置在抛煤机上方的二次风略向下倾斜一些，原则上二次风的有效射程不干扰抛煤行程为上；主要将由抛煤机抛出的(01mm)细小煤屑压回火床上燃烧，以此减少飞灰损失； 在后墙水冷壁下方布置的二次风略向上倾斜一些，主要防止由抛煤机抛出的大颗粒的煤(30mm)抛落时，会对后墙下部水冷壁管和后墙等造成磨损或砸坏事故。,第四章,
