设备管理_燃烧设备概述

第四章燃烧设备 4 1层燃炉 4 2流化床炉 4 3煤粉炉 4 4燃烧设备的强度与选型 返回 4 1层燃炉 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 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 3 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 4 1层燃炉 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1 燃料燃烧的几个阶段 2 燃料完全燃烧的必备条件 保持一定的高温环境 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 燃料要有一定的燃烧时间及燃烧空间 及时排出低温燃烧产物 如 低温烟气和灰渣 第四章 4 1层燃炉 层燃炉燃烧d 15 25mm的煤块时 温度只需达到1000 1100 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 d 100 m 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 第四章 4 1层燃炉 手烧炉 一 手烧炉 加煤 拨火和除渣由人工完成 1t h 二 手烧炉燃烧特性 1 双面引火2 周期性变化 炉排长度不超过2 2m 一般为铸铁 板状炉排大块高挥发分的烟煤褐煤条状炉排低挥发分 低灰熔点的煤 三 双层炉排结构 第四章 二 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 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 1层燃炉 链条炉 第四章 4 1层燃炉 链条炉 4 1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 p90链带式 p92 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 第四章 第四章 4 1层燃炉 链条炉 第四章 4 1层燃炉 链条炉 4 1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 在挡渣器尖端之前400 500mm范围内 第四章 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200 300mm范围内 挥发份逸出着火 焦炭形成区 4 1层燃炉 链条炉 4 燃料性质对链条炉燃烧的影响 1 水分 与着火燃尽的关系 8 10 2 灰分 含量干燥基 30 灰熔点高于1200oC 3 挥发份 着火难易程度 4 煤的粘结性 通风 5 煤的粒度 堆积 通风阻力 第四章 4 1层燃炉 链条炉 5 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 100 150mm 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 1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 6 链条炉燃烧改善措施 第四章 2 炉拱 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 第四章 4 1层燃炉 链条炉 1 链条炉炉拱的作用 4 1层燃炉 注 链条炉燃用高挥发份优质烟煤时 一般采用开式炉膛 第四章 4 1层燃炉 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 第四章 对劣质烟煤 低而长的后拱和高的前拱相结合对难着火的无烟煤 同上 且是唯一选择 2 炉拱设置原则 4 1层燃炉 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5 10 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 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 当燃用低挥发份优质烟煤时 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 1层燃炉 二次风的风压一般为2000 4000Pa 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 第四章 4 2流化床 主要型式 鼓泡床 湍动床 快速床 循环流化床等应用领域 石油 化工 冶金 能源 环保等主要优点 燃料适应性广 低温燃烧 NOx排放低可实现炉内脱硫 燃烧效率高强化燃烧和传热 一 流态化基本原理流态化过程 固体粒子与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程沸腾燃烧 流化燃烧 将流态化过程用于燃料燃烧沸腾炉 流化床炉 燃烧设备 第四章 4 2流化床 固定床流速较低时 颗粒静止不动 流体只在颗粒之间的缝隙中通过料层高度不变实际流速线形增长通风阻力随风速的平方关系增大 2 流化床颗粒不再由布风板所支持 而全部由流体的磨擦力所承托 此时 对于单个颗粒来讲 可在床层中自由运动 就整个床层而言 具有了许多类似流体的性质 流态化 此时 料层膨胀 床高增加颗粒间实际空气流速保持不变料层阻力变化不大 由托起的颗粒质量决定 第四章 4 2流化床 第四章 空截面气流速度w 以布风板界面积作为计算截面的气流速度临界流化速度wlj 颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度 极限流化速度wjx 颗粒床层从流态化状态转变为气力输送时的最低速度 4 2流化床 三 流化床的型式与结构1 鼓泡式流化床1 给煤2 布风板3 风室4 炉膛5 埋管2 循环流化床3 常用燃烧设备比较 第四章 4 2流化床 给煤方式 正压给煤及负压给煤 布风板 兼有炉排 停炉时 和布风装置的作用 风室 较多是等压风室结构 空气流速一般在1 5m s以下 灰渣溢流口 中心线离布风板高度一般在1400 1500mm 沉浸受热面 又名埋管 有立式和卧式两种 4 2流化床 四 循环流化床的原理和特点 1 组成炉膛 加料 含石灰石加料 排渣 返料 布风板等 第四章 炉膛不分流化段和悬浮燃烧段 出口直接与气固分离器相接 高温烟气经分离器进入对流管束 被分离下来的飞灰经回料器重新返回炉内 与新添加的煤一起继续燃烧并再次被气流携带出炉膛 如此往复不断地 循环 燃尽的灰渣则从炉子下部的排灰口 冷灰管 排出 离开气固分离器后的高温烟气经由对流管束和尾部烟道中省煤器排于炉外 4 2流化床 3 循环流化床的特点 不再有鼓泡床那样清晰的界面 固体颗粒充满整个上升段空间 有强烈的物料返混 颗粒团不断形成和解体 并且向各个方向运动 颗粒与气体之间相对速度大 而且与床层空隙率和颗粒循环流量有关 运行流化速度为鼓泡流化床的2 3倍 床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化 颗粒横向混合良好 强烈的颗粒返混 颗粒的外部循环和良好的横向混合 使整个上升段内温度分部均匀 改变上升段内的存料量 固体物料在床内的停留时间可在几分 第四章 4 2流化床 钟到数小时范围调节 流化气体的整体性状呈塞状流 流化气体 二次风 根据需要可在反应器的不同高度加入 五 循环流化床锅炉的特点1 循环流化床锅炉的主要工作条件 第四章 4 2流化床 2 循环流化床锅炉的特点 循环流化床锅炉可分为两个部分组成 第一部分由炉膛 快速流化床 气固分离器 返料器和外置热交换器 有些循环流化床锅炉没有该设备 等组成 上述部件形成了一个固体物料循环回路 第二部分为对流烟道 布置有过热器 再热器 省煤器和空气予热器等 与常规火炬燃烧相近 循环流化床锅炉的特点如下 1 燃料适应性广煤在流化床炉中呈流化态燃烧 料层温床一般较低 但因料层很厚 流化床犹如一个大的 蓄热池 仅占料层颗粒总量5 左右的新燃料 一进入流化床就被炽热料层所 吞没 迅速着火燃烧 如此优越的着火条件 是目前其他燃烧设备都不可比拟的 第四章 4 2流化床 2 燃烧反应强烈流化床中颗粒相对运动十分激烈 煤粒不仅着火迅速 而且和空气混合也很好 过量空气系数在1 1时已可得到充分的氧气供应 燃烧反应速度极快 炉排热强度可比层燃炉高出1 3倍 流化床容积热强度近于煤粉炉的10倍 链条炉的4 5倍 3 强化了传热床内温度相当均匀 受热面主要以接触方式传热 灼热的颗粒与管壁的碰撞十分强烈 而且固体粒子的热容量比气体大许多倍 强化了传热过程 再则 这种碰撞又把阻碍传热的管外灰污层刷净 热阻大为减小 所以 沉浸受热面有较高的传热系数 可达220 350W m2 K 比其他类型锅炉的对流受热面高好几倍 第四章 4 有利保护环境采用炉内添加石灰石实现燃烧过程中脱硫 降低了SO2排放成本 由于采用分级送风和低温燃烧 炉内温度仅为850 900oC 能有效抑制氮氧化物 NOx 的生成和大大减少排放对大气的污染 4 2流化床 3 循环流化床锅炉的优点1 燃料适应性广2 燃烧效率高 燃烧效率通常在97 5 99 5 范围内 3 高效脱硫 比鼓泡流化床锅炉更加有效 4 氮氧化物低 循环流化床锅炉的NOx排放范围为50 150ppm或40 120mg MJ 5 其它污染物排放低 循环流化床锅炉其它污染物如CO HCl等的排放也很低 6 燃烧强度高 炉膛截面积小 截面热负荷为3 5 4 5MW m2 接近或高于煤粉炉 7 给煤点少 第四章 8 燃料预处理系统简单 4 2流化床 12 投资和运行费用适中 投资和运行费用略高于常规煤粉炉 比配置脱硫装置的煤粉炉低15 20 4 尚待进一步研究的问题 物料的分离床内固体浓度的确定受热面布置和温度控制返料装置磨损问题尾部受热面布置 第四章 9 易于实现灰渣综合利用10 负荷调节范围大 负荷调节快负荷调节比可达 3 4 111 床内不布置埋管受热面 4 3煤粉炉 一 煤粉炉特点 煤粉炉的燃煤磨制成煤粉 并与空气混合成雾状气粉混合物喷射到炉内呈悬浮状态燃烧 煤粉炉的容量和燃烧率的提高 不受炉排面积可见热强度的限制 燃烧效率高 炉膛体积较大 燃料适应性广 1 3 2 4 二 煤粉的基本性质 第四章 5 燃烧调节和运行管理易实现自动化 4 3煤粉炉 1 煤粉的性质 1 由煤粉制备系统磨制成1000 m以下 20 50 m居多 不规则的细小颗粒组成 2 刚磨制的煤粉 有较强的吸附空气的能力 其流动性便于管道输送 干煤粉疏松性好 轻轻堆放时的自然倾角为25 30 堆积重度为0 45 0 5t m3 3 煤粉与空气接触面增大了若干倍 对于高Vdaf的煤粉与空气混合成雾状气粉混合物 一旦遇到火源迅速燃烧 其体积迅猛扩展将产生0 2 0 3MPa的爆炸压力 4 影响煤粉爆炸的因素有 高Vdaf 过细的煤粉细度Rx 煤粉浓度 雾状气粉混合物的含氧浓度及其温度 流速 湿度等 高Vdaf的煤粉易自燃自爆 而Vdaf 10 的煤粉无爆炸危险 煤粉浓度的危险浓度下限 煤粉浓度在1 2 2kg m3范围内为爆炸危险浓度 第四章 4 3煤粉炉 输粉气流的含氧浓度 其体积比 降低到15 16 时 一般不易引起爆炸 煤粉制备系统中煤粉管道应有一定的倾斜角度 使管内的气粉混合物有适当的流速16 30m s 流速过高易引起爆炸 流速过低易造成气粉分离 煤粉在管内沉积而失去流动性 2 煤粉的细度 1 煤粉细度Rx 将磨制的煤粉用标准筛孔尺寸的筛子进行筛分 筛分后残留在筛面上粗煤粉的重量与煤粉筛分前总重量的百分比 第四章 式中 x 标准筛孔的内边长度 m a 残留在筛面上的粗煤粉重量 g b 通过标准筛孔筛分后的细煤粉重量 g 4 3煤粉炉 对于磨矿产品 颗粒分布符合 式中 b 反映颗粒粗细程度 在相同n条件下 b越大 Rx越小n 均匀性系数 n越大 煤粉越均匀 n 0 8 1 3 第四章 2 煤的经济细度经济细度 与所对应的煤粉的细度 褐煤的经济细度 R90 40 60 烟煤的经济细度 R90 25 40 无烟煤的经济细度 R90 6 14 4 3煤粉炉 煤粉的均匀性一般以煤粉颗粒的均匀性指数n表示 n值一般接近于1 n值越大 煤粉的均匀性就越好 第四章 3 煤粉的均匀度 煤粉颗粒的品质特性只用煤粉细度表示还不够全面 还应以煤粉的均匀度表述 如 有甲 乙两种煤粉 其R90值相等 但甲种煤粉留在筛面上的煤粉中较粗的颗粒比乙种煤粉要多 而通过标准筛孔的煤粉中较细的颗粒也比乙种煤粉多 则甲种煤粉就不均匀 粗颗粒多不完全燃烧热损失大 细颗粒多 磨制时的电耗和金属消耗增大 故均匀性不好的煤粉燃烧和煤粉制备时的经济性差 4 3煤粉炉 三 磨煤机其工作性能对煤粉细度 煤粉出力 磨煤电耗 磨煤机金属耗量和干燥煤粉的能力等有影响 破碎机理 压碎 击碎和研碎 1 竖井式磨煤机750 1500rpm 多排高速旋转的重锤 其粗粉分离主要靠转子上方的竖井 产生微弱的通风力 与阻力小的