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1、第四章 燃烧设备第一节 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v炉膛的作用：经济、安全地组织和完成燃烧过程和传热过程。v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v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v(1) 受热面积灰、结渣；v(2) 受热面金属表面的高温腐蚀；v(3) 蒸发受热面中水动力的安全性；v(4) 氧化氮等
2、污染物的生成；v(5) 火焰在炉膛容积中的充满程度。 *燃烧器的作用v作用：向炉内输送燃料和空气；组织燃料和空气及时、充分地混合；保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火，迅速、v分类：直流燃烧器旋流燃烧器第二节 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，混合较快，适用于挥发分较高的煤种。一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初始着火阶段中挥
3、发分燃烧所需的氧量。二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。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。三、四角布置直流燃烧器
4、的工作原理1、工作原理主要表现为几个过程：v(1) 煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；v(2) 射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；v(3) 煤粉气流的着火过程；v(4) 煤粉与二次风空气的混合过程；v(5) 四股气流形成的切圆旋转过程；v(6) 焦碳的燃尽过程。v2、“自点燃”作用 即煤粉气流向火的一侧受到上游邻角高温火焰的直接撞击而被点燃。这是煤粉气流着火的主要条件四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径v1、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
5、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。采用四角燃烧方式的锅炉，运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙，引起结渣以及燃烧不稳定现象2、切圆直径过大问题v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。v问题：v(1) 火焰容易贴墙，引起结渣；v(2) 着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；v(3) 火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温
6、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、一次风与二次风v1 一次风量v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。v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。 一次风率的推荐值2一次风速v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。 一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，甚至灭火一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的3 一次风温v提高一次风温，可降低着火热，使着
7、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 v 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，故通常二次风速比一次风速提高一倍以上。 5 二次风温 v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。v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
8、风、周界风、夹心风v1、三次风 v概念：v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。v三次风对燃烧及汽温调节的不利影响：v(1)使火焰温度降低，燃烧不稳定。v(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。v(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；v(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 v周界风的作用是：v(1) 冷却一次风喷口，防止喷口
9、烧坏或变形；v(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。 3、夹心风 v夹心风的作用：v(1) 补充火焰中心的氧气，同时也降低了着火区的温度， v 而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响；v(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；v(3) 夹心风速度较大时，一次风射流扩展角减小，煤粉气流扩
10、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；v(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v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。v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v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：v(1) 一、二次风不等切圆布置。这种方法是将一、二次
11、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。 v(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
12、的残余旋转，从而减小了过热器的热偏差，并能防止结渣。v(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，因而能防止结渣，而且能减弱气流的残余旋转。v 第三节 旋流式燃烧器v一、旋流式燃烧器的工作原理v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。v 二、分类v1， 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v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(小功率燃烧器)。四、
13、单只燃烧器的热功率 v单只燃烧器功率过大，会带来以下几个问题：v(1)炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。v(2)炉膛受热面局部热负荷过高，易引起水冷壁的传热恶化和直流锅炉的水动力多值性。v(3)切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响较大。v(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。v(5) 一、二次风的气流太厚，不利风粉混合。v(6) 燃烧调节不太灵活。五、旋转火焰的特性 v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。五、炉膛负压 v 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
14、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、炉膛负压太大的危害 v(1)炉膛负压太大，说明引风机抽吸力过大。此时，炉内气流明显向上翘，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，引起汽温升高或过热器结渣。v(2)气流上翘，火焰行程缩短，导致不完全燃烧。v(3)对于四角燃烧炉，由于气流上翘，使四股气流的相互作用变差，甚至切圆形成不好，煤粉气流相互点燃的作用变弱，燃烧变得不稳定。如果煤质着火性能变差时，还可能引起灭火。v(4)漏风增大，使烟气体积增加，烟气流速相应升高。这时排烟损失增加；受热面磨损加剧；汽温升高；炉膛温度降低，影响燃烧稳定性；火焰向上运动速度增大，一部
15、分燃料未来得及完全燃烧就被排出炉外，因而造成不完全损失增大等一系列不良影响。v(5)炉膛负压急剧升高时，还可能发生炉膛内爆事故。内爆会造成水冷壁损坏或人身事故。内爆产生的原因一是：引风机运行不正常，静压头过高或挡板运行不良；二是因灭火而切断燃料供应时，炉膛负压急剧升高。因此，在切断燃料的同时，应适当关小引风机挡板，以免负压剧增。此外，大型机组应设置炉内压力报警和安全保护装置。v(6)炉膛负压波动时，也可能是炉内压力波变化造成的。此时表明燃烧处于不稳定状态。燃烧脉动时，负压也随着脉动。所以，炉膛负压是燃烧调整和锅炉保护的重要参数。v(7)炉膛负压由负压值极高突变正压，此过程发生的时间极短，只有1
16、2秒，正压值极高。这种情况下，极可能发生炉膛爆炸或“打炮”。对于自动化程度比较高的锅炉，炉膛负压超限时，控制系统会自动发出报警或保护动作。但当控制系统处于手动状态时，则必须做出准确、迅速的判断和处理。六、炉膛内的爆炸性燃烧 v炉膛爆炸的原因是数量过多的燃料和空气在炉膛内未能及时着火燃烧，而以极高的速度进行化学反应，当具有足够的着火热源时，在瞬间形成可燃性气体，气体容积急剧增加，炉内压力和温度急剧升高。第五节 煤粉气流的着火燃烧 v一、 影响煤粉气流着火的因素 v挥发分v燃料品质水分v燃料灰分v发热量v煤粉细度及煤粉颗粒分布v一次风量、一次风温、一次风速v燃烧器二次风速，二次风温，v结构配风方式及燃烧器结构型式v单只燃烧器的热功率v炉膛qA，qR，qVv散热强度和放热强度v运行锅炉负荷v调节方式
