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供热锅炉燃烧设备综述供热锅炉燃烧设备综述 【摘要】 本文对供热锅炉燃烧设备进行了基本分类，并对具有代表性的燃烧设备特点和 应用进行了系统化阐述。 【关键词】锅炉；供热锅炉；燃烧设备； 燃料在锅炉中的三种燃烧方式为层状燃烧、 沸腾式燃烧、 悬浮式燃烧。 通常，供热锅 炉燃烧设备是按燃料燃烧方式进行基本分类的，可分为层燃炉、室燃炉、沸腾炉三种。 1、层燃炉层燃炉 采用层状燃烧的锅炉叫层燃炉。层状燃烧就是将燃料置于固定或移动的炉排上，形 成均匀的、 有一定厚度的料层，空气从炉排底部通入，通过燃料层进行燃烧反应。 层燃炉根 据炉排形式不同又分为：固定炉排炉、 机械加煤炉（链条炉、 振动排炉、 往复推动排炉、 抛煤 炉等）。 1.1 手烧炉 是层燃炉中最简单的一种。 因其加煤、 拨火清渣皆靠人工来完成而得名。 对煤种适应 性广，运行操作容易掌握，但劳动强度大。 在我国目前使用的工业锅炉中依然占相当的比例， 尤其在小型炉中（d2t/h）。 由于周期性加煤，导致共需的不平衡及燃烧过程的周期性变化， 这就导致炉子经济性降低（燃烧效率约为 50-60%），有时明显冒黑烟。为了节能和消烟除 尘，在运行中可采用“勤、 少、 快、 均”即勤加煤、 少加煤、 快加煤、 煤层均的操作方法。 近年来 也开发了一些新炉型，如双层炉排炉、简易煤气炉、明火反烧炉等。 (a)工作特点：双面引火；周期性工作；周期冒黑烟；热效率低 (b)改进燃烧措施： 1 提高操作技术，可采用“勤、 少、 快、 均”即勤加煤、 少加煤、 快加煤、 煤层均的操 作方法； 2 改善炉门结构； 3 改进炉排结构（改固定炉排为摇动炉排、改单层炉排为双层炉排） 1.2 链条炉排链条炉排 链条炉排锅炉，是一种卧式三回程水火管混合式锅炉，在锅筒内布置一束螺纹烟管 炉膛左右二侧装有光管水冷墙。 采用轻型链条炉排实现机械加煤，配有鼓风机、 引风机进行 机械通风，并装有刮板式出渣机实现自动出渣。 该炉前后拱采用新型的节能技术炉拱。 燃料 自煤斗落到炉排上，进入炉膛燃烧后，火焰经过后拱折射向上通过本体两侧燃烬室折向转 到前烟箱，再由前烟箱折回锅内管束，通过后烟箱进入省煤器，然后由引风机抽引通过烟 道至烟囱排向大气。 是一种结构比较完善的燃烧设备。 由于机械化程度高（加煤、 清渣、 除灰 等均有机械完成），制造工艺成熟，运行稳定可靠，人工拨火能使燃料燃烧的更充分，燃 烧率也较高。 国产链条炉排按结构可分链带式、横梁式和鳞片式链条炉排。 a 链带式链条炉排属于轻型结构适用于额定蒸发量小于 10t/hd 的蒸汽锅炉或相应容 量的燃烧锅炉。 b 横梁式链条炉排是用刚性很强的横梁作支架，炉排片嵌于支架横梁的槽内，当主 动轴上的链轮带动链条转动时横梁及其上的整付炉排随之移动。 c 鳞式链条炉排适用于额定蒸发量大于10t/hd 的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。 （a）链条炉排炉性能特点： 1 锅炉热效率在 77%以上，高于工业锅炉通用技术条件标准。 2 操作实现了机械化，减轻了司炉工的劳动强度。 3 快装出厂，到使用现场后，装接阀门仪表，鼓、 引风机、 烟风管道、 省煤器、 除尘 器、出渣机。上煤机及水电路等即可运行，且具有起动生火快等特点。 4 安装、移动方便能节约大量的基建投资。 5 燃烧煤种，低位发热值17750j/kg，挥发物38.5%，含灰量32.4%的二类烟 煤。 （b）燃烧特点： 单面引火；分段燃烧；烟气成分有规律的变化；需要拨火操作 （c）改善燃烧措施： 1 合理配风（分段送风、均匀送风） 2 设炉拱 3 送预热的一次风 4 送二次风 5 使用分层燃烧技术 1.3 往复炉排往复炉排 往复推动炉排炉简称往复炉。 层燃炉的一种。 炉排由相间布置得活动炉排片和固定炉 排片组成。 炉排片的型式多种多样，但应用广泛的是机械推动的阶梯形倾斜排炉。 炉排片由 铸铁制成。 它的燃烧工况与链条炉相似，也可以采取分段送风、 砖拱及二次风等措施来改善 燃烧条件。 由于拨火性能好，可以燃用结焦性强的煤和高水分、 高灰分的劣质煤，硝烟效果 较佳，当结构设计和运行操作合理时，烟囱基本不冒黑烟。 但由于排炉片的冷却条件不好。 不适于燃烧挥发物低、含碳量高的无烟煤。因受排炉结构尺寸的限制，这种炉子多用于 4t/h 以下的小容量锅炉。 往复炉排炉排按布置方式可分倾斜往复炉排和水平往复炉排：a 倾斜往复炉排为倾 斜阶梯型，炉排有相间布置的活动炉排片和固定炉排片组成。 b 水平往复炉排是有固定炉排 片和活动炉排片交错组成，炉排片相互搭接。 1.4 振动炉排振动炉排 一种由偏心块激振器、 横梁、 炉排片、 拉杆、 弹簧板、 后密封装置、 激振器电机、 地脚螺 钉、 减震橡皮垫、 下框架、 前密封装置。 测梁、 固定支点等部件组成。 具有结构简单，制造容易， 重量轻、 金属耗量少、 设备投资省、 燃烧条件好、 炉排面积负荷高、 煤种适应能力强优点在工业 锅炉应用过。 1.5 抛煤机炉抛煤机炉 抛煤机炉是用机械或风力将煤抛散在炉排上的一种层燃炉。有两种型式：一种是抛 煤机固定炉，适用于容量小于 10t/h 的炉子；另一种是抛煤机链条炉排炉，多用于容量大于 10t/h 的炉子。前者为抛煤机和水平翻转炉排相结合的炉子，具有着火条件好(双面着火)、煤 种适应面广、 金属耗量少及初投资剩等优点；但查渣次数多，劳动强度大，降低了燃烧效率， 限制了锅炉容量的提高；另外，受热面磨损较严重，烟尘排放浓度较大。 后者为抛煤机和链 条炉排相组合的炉子，不但着火条件好、 燃烧强度高、 煤种适应面广，又克服了人工清渣， 使加煤、 除渣皆实现了机械化，可使锅炉容量进一步提高；其主要缺点是飞灰量大，烟尘排 放浓度高，受热面磨损较严重。 按抛煤方式，抛煤机可分为风力抛煤机，机械抛煤机和机械风力抛煤机三种。机 械抛煤机兼有机械抛煤机和风力抛煤机的功能，它有两个主要部件构成：给煤部件和抛煤 部件。 1.61.6 下饲式炉下饲式炉 下饲式燃烧属于火下添煤，火层至下而上燃烧，与进风的流向相反，所以又称明火 反烧炉。 在下饲式燃烧中，有煤炭分批或一次集中加入的明火反烧炉和煤炭随着燃烧过程二 连续加入的下饲式加煤机炉。 目前前者应用不多，主要是后者，机械给煤的下饲式炉，有的 采用活塞给煤，我国多为螺旋给煤形式，目前下饲式在小锅炉、 炉窑和热风炉上均有使用。 螺旋给煤机实物如图。 2、室燃炉室燃炉 室燃锅炉是指燃料以粉状(固体燃料，例如煤粉)、雾状(液体燃料，例如油)或气态 (气体燃料，例如天然气)随同空气喷入炉膛(燃烧室)进行悬浮燃烧的锅炉。 按照燃料的种类不同，可以分为煤粉炉、燃油炉和燃气炉三种。 燃烧固体燃料时锅炉排渣可采用固态或液态方式。液态排渣锅炉的燃烧区域温度可 达1600一 1700。 适用于灰熔点较低(熔点在 1450及以下、 熔渣粘度小于250 帕)的煤， 以及着火不易稳定的低挥发分煤。 采用膜式水冷壁的燃油、 燃气锅炉，常为微正压炉。 室燃炉 一般用于蒸发量65吨/时(d/h)及以上的锅炉。 2.1 燃油炉 是以重油为燃料的悬燃炉。 一般由油燃烧器、 喧口和炉腔构成。 油燃烧器的主要部件 是燃油喷嘴和调风器。 油的燃烧过程实际上是先雾化成细小油滴，喷入炉腔，油滴受热蒸发 而扩散燃烧。 强化燃烧过程是通过强化油的雾化、 蒸发及油气与空气的混合实现的。 燃油炉产 生的烟尘很少，但是，重碳氢化合物或碳是固体，它们很难燃烧，常常没有燃完就离开炉 腔，形成浓黑的烟。 油燃烧温度一般为1300-1500，氮氧化物生成量要比燃煤炉高得多。 原 油中硫分大多集中于重油之中，以重油为燃料的燃油炉，也应注意防治 so2 污染问题。 油的燃烧器分为： 1 油喷嘴：按雾化方法不同分为机械式、蒸汽或空气介质式和超声波雾化式 2 配风器：旋流式配风器、直流式配风器 燃油炉主要特点： 1 有利于实现微正压燃烧，减少了漏风，提高了锅炉热效率； 2 灰分很少，锅炉房不需要灰渣系统，使得锅炉房投资和运行成本降低； 3 便于实现自动控制，调节方便； 4 燃油输送系统较复杂，管理水平要求较高； 5 炉体要求严格，否则正压燃烧时容易向外喷火，不安全。 2.2 燃气炉 燃气锅炉包括燃气开水锅炉、 燃气热水锅炉、 燃气蒸汽锅炉等，其中燃气热水锅炉也 称燃气采暖锅炉和燃气洗浴锅炉，燃气锅炉顾名思义指的是燃料为燃气的锅炉，燃气锅炉 和燃油锅炉、 电锅炉比较起来最经济，所以大多数人们都选择了燃气锅炉作为蒸汽、 采暖、 洗 浴用的锅炉设备。 其中燃气热水锅炉包括燃气采暖锅炉和燃气洗浴锅炉，随着国家“西气东输”工程 的实现，燃气锅炉逐渐成为了人们的首选。特种设备安全监察条例 所定义的锅炉是指利用 各种燃料、 电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并对外输出热能的设备。 其范围规定为容积大于或者等于 30l 的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于 0.1mpa（表 压)，且额定功率大于或者等于0.1mw 的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。 (a)燃气燃烧器构造由以下5个系统组成： 1 送风系统：送风系统的功能在于向燃烧室里送入一定风速和风量的空气，其主 要部件有：壳体、 风机马达、 风机叶轮、 风枪火管、 风门控制器、 风门档板、 凸轮调节机构、 扩 散盘。 2 点火系统：点火系统的功能在于点燃空气与燃料的混合物，其主要部件有：点 火变压器、点火电极、电火高压电缆。较为安全的一种点火系统称为电子脉冲点火器。 3 监测系统：监测系统的功能在于保证燃烧器安全、 稳定的运行，其主要部件有火 焰监测器、压力监测器、温度监测器等。 4 燃料系统：燃气燃烧器主要有过滤器、 调压器、 电磁阀组、 点火电磁阀组然、 燃料 蝶阀。 5 电控系统：电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心，主要控制元件为程 控器，针对不同的燃烧器配有不同的程控器，常见的程控器有：lfl系列、 lal系列、 loa 系列、lgb 系列。 三、沸腾炉三、沸腾炉 沸腾炉(fluidized bed combustion boiler)是一种燃煤锅炉，是近年发展起来的一种新 的燃烧技术之一。 现代沸腾路炉是利用“聚式流态化床”技术的热工设备。 流体从下而上流 过静止的粒状物料层时，若流速超过一定限度，则散料层开始膨胀、 蠕动而具有流动性，变 成假流体状态，这一过程称为散料层的流化。 流化后的粒料上下翻动与流体的沸腾相似，故 又称沸腾层，用此方法处理物料的热工设备称为沸腾炉。 沸腾焙烧以流态化技术为基础。固体颗粒在气流的作用下，构成流态化床层似沸腾 状态，被称作流态化床或沸腾床。 这样矿石可在沸腾状态下进行加热还原，有利于提高焙烧 矿质量。 焙烧炉由主炉和副炉组成。 主、 副炉中间设有隔板，上部连通，炉膛为方形断面，主 炉下部还原带为圆形筒体，底部设有气体分布板。 副炉内有10 层档料板。 炉体为砌砖结构， 金属外壳。 主、 副炉在不同高度上，设有三排煤气烧嘴，供燃烧用。 此外还有测温和测压装置。 (a)工作原理： 将破碎到一定粒度的煤末，用风吹起，在炉膛的一定高度上成沸腾状燃烧。煤在沸 腾炉中的燃烧，既不是在炉排上进行的，也不是像煤粉炉那样悬浮在空间燃烧，而是在沸 腾炉料床上进行的。 沸腾炉的突出优点是，对煤种适应性广，可燃烧烟煤、 无烟煤、 褐煤和煤 矸石。 它的另一个好处在于使燃料燃烧充分，从而提高燃料的利用率。 沸腾料层的平均温度 一般在 850 一 1050，料层很厚，相当于一个大蓄热池，其中燃料仅占 5%左右，新加入 的煤粒进入料层后就和温度高几十倍的灼热颗粒混合，因此能很快燃烧，故可应用煤矸石 代替。生产实践表明，利用含灰分高达 70%、发热量仅 754mj/kg 的煤矸石，锅炉运行正 常40%一 50%的热可直接从床层接收。 (b)沸腾炉的优点是： 不但能烧优质煤，也能烧一般炉排炉和室燃炉不能烧的各类劣质煤； 床内埋管的传热效果很好，约为普通锅炉管子的 510 倍； 由于沸腾床燃烧温度低，烟气中 nox 的生成量少，如在进料中适量加入石灰石 或白云石，即可将煤中硫分脱除，使排烟中 so2 的含量下降。 (c)沸腾炉的缺点是： 沸腾床中细颗粒燃料容易被烟气带出，所以未燃尽损失大，燃烧效率比室燃炉低； 烟气中飞灰较多，锅炉受热面容易发生磨损； 鼓风所需的送风机风压高，故耗电量大； 沸腾床内给煤和布置埋管难以均匀。 烧高灰分劣质煤时，为了不使大量飞灰污染环境，必须配备高效率大容量的除灰 装置。由于以上原因，发展大容量的沸腾炉锅炉尚有困难。 (d)工业应用：主要应用于接触法制硫酸，作为 fes2 制so2 的发生装置。 3.1 循环流化床炉循环流化床炉 循环流化床锅炉是在沸腾炉的基础上发展起来的。循环流化床炉技术是近十几年来 迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术。 国际上这项技术已得到广泛的商业应用；国内在 这方面的研究、 开发和应用也逐渐兴起，未来的几年将是循环流化床飞速发展的重要时期。 它 锅炉采用单锅筒，自然循环方式，总体上分为前部及尾部两个竖井。前部竖井为总 吊结构，四周由膜式水冷壁组成。 自下而上，依次为一次风室、 密相区、 稀相区，尾部烟道自 上而下依次为高温过热器、 低温过热器及省煤器、 空气预热器。 尾部竖井采用支撑结构，两竖 井之间由立式旋风分离器相连通，分离器下部联接回送装置及灰冷却器。 燃烧室及分离器内 部均设有防磨内衬，前部竖井用敖管炉墙，外置金属护板，尾部竖井用轻型炉墙，由八根 钢柱承受锅炉全部重量。 锅炉采用床下点火（油或煤气），分级燃烧，一次风比率占 5060%，飞灰循环为 低倍率，中温分离灰渣排放采用干式，分别由水冷螺旋出渣机、 灰冷却器及除尘器灰斗排出。 炉膛是保证燃料充分燃烧的关键，采用湍流床，使得流化速度在 3.54.5m/s，并设计适当 的炉膛截面，在炉膛膜式壁管上铺设薄内衬（高铝质砖），即使锅炉燃烧用不同燃料时， 燃烧效率也可保持在9899%以上。 (a)性能特点： 1 燃料适应性广 2 燃烧效率高：循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在 9599% 范围内，可与煤粉锅炉相媲美。 循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良 好;燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。 3 高效脱硫：与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用