煤粉炉炉膛.ppt

第六章燃烧原理和燃烧设备 1燃料燃烧的基本原理 2直流煤粉燃烧器 3旋流煤粉燃烧器 4煤粉炉炉膛 5煤粉炉点火系统 6煤粉燃烧新技术 4煤粉炉炉膛 一 固态排渣煤粉炉的炉膛 炉膛的作用 要求和形状 炉膛结构参数二 燃烧器布置及其炉内空气动力特性 直流煤粉燃烧器的布置及其炉内空气动力特性 旋流煤粉燃烧器的布置及其炉内空气动力特性三 煤粉炉的结渣 结渣的危害 影响结渣的因素 防止结渣的措施 炉膛的作用 炉膛是煤粉燃烧的空间 也是锅炉的换热部件 对炉膛的要求 具有合适的热强度 以保证炉内足够的高温 使煤粉进入炉膛后能迅速稳定地着火 同时能满足煤粉气流在炉内充分发展 均匀混合和完全燃烧 即燃料在炉膛内有足够的停留时间 具有良好的炉内空气动力特性 一是避免火焰冲撞炉墙 保证水冷壁不结渣 二是使火焰在炉膛中有较好的充满程度 减少炉内停滞旋涡区 减少不完全燃烧热损失 三是尽可能减少污染物的生成量 炉膛出口的NOX和SOX等排放量应符合环保要求 保护环境 炉膛空间内能布置足够的受热面 将炉膛出口烟浊降到灰分软化温度ST以下 保证炉膛出口及其受热面不结渣 炉膛结构紧凑 金属耗量少 便于制造 安装 检修 对煤质和负荷的变化有较宽的适应性 1 煤粉炉炉膛的作用 要求和形状 1 煤粉炉炉膛的作用 要求和形状 影响炉膛设计的主要因素 燃料特性 燃烧方式 排渣方式 影响炉膛的形状尺寸设计的主要因素 燃料种类 燃烧方式 燃烧器布置及火焰的形状和行程等 2 煤粉锅炉炉膛型式 煤粉锅炉炉膛型式 lowNOxconcentricfiringsystem低NOx同轴燃烧系统 typicaloverfireairboiler典型的过热空气锅炉 直流燃烧器的布置 如图6 12所示的几种形式 四角布置切圆燃烧方式 一 二次风不等切圆布置 一次风靠向火侧布置 二次风靠炉墙侧布置 二次风与一次风之间偏转一定角度 其优点是 保持了邻角气流相互点燃的优势 将火焰与炉墙 隔开 形成 气幕 使火焰不贴墙 减轻或避免水冷壁结渣 降低NOx的生成量 其缺点是 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 四角布置切圆燃烧方式 切圆燃烧的炉内空气动力特性 影响一次风煤粉气流偏斜的主要因素有 上游邻角射流的横向推力与一次风射流的刚性 炉膛的断面形状 会影响射流两侧的补气条件 如图6 15所示 燃烧器的结构特性 高度和高宽比越大 越不利 假想切圆直径的影响 切圆直径大的好处 可使邻角火炬的高温烟气更易于到达下角射流根部 有利于煤粉气流着火 可使炉膛内旋转气流的旋转强度也大 扰动更强烈 使燃烧后期混合加强 有利于燃尽过程 切圆直径大的坏处 一次风射流的偏斜也增大 更容易引起水冷壁结渣 会因炉内旋转气流到达炉膛出口时 仍有较大的残余旋转而引起烟温和过热器汽温偏差 四角切圆燃烧方式存在的主要问题 炉内容易结渣 炉膛出口及水平烟道两侧烟温的偏差较大 大容量锅炉这一问题更加严重 运行中各角二次风分配不均 影响炉内火焰中心位置 影响煤粉的燃尽度 采用摆动式燃烧器需经常维护 影响其灵活性 煤粉锅炉炉膛型式 有折焰角的前墙布置方式 旋流煤粉燃烧器的布置形式 如图6 16所示的几种形式 有折焰角的前后墙对冲布置方式 前墙燃烧器 后墙燃烧器 烟气 前后墙对冲燃烧煤粉锅炉 旋流燃烧器的布置方式有 前墙布置 L形火焰 两面墙对冲或交错布置 双L形火焰 前墙布置 L形火焰 两面墙对冲布置 双L形火焰 两面墙交错布置 双L形火焰 旋流燃烧器的布置方式有 3 W型火焰炉膛结构 W形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛 燃烧室 和上部的辐射炉膛 燃尽室 组成 前者的深度比后者约大80 120 燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱 并布置燃烧器 煤粉气流和二次风从炉顶拱向下喷射 在燃烧室下部与三次风相遇后 再1800转弯向上流经燃尽室炉膛 形成W形火焰 W型火焰炉膛 4 W型火焰燃烧方式的特点 炉膛温度高煤粉喷嘴出口处于燃烧中心炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热 同时可减少对燃尽室的放热着火区水冷壁敷设卫燃带 较低的NOx生成量空气沿着火焰行程逐步加入 易实现分级配风 分段燃烧 可控制较低的过剩空气系数 炉膛内的火焰行程长 增加了煤粉在炉内的停留时间 W型火焰燃烧方式的特点 烟气中的飞灰含量少火焰在下部着火炉膛底部转弯180 向上流动时 可使烟气中部分飞灰分离出来 有利于组织良好的着火 燃烧过程可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧器 也可采用高浓度煤粉燃烧器 有良好的负荷调节性能负荷变化时 下部着火炉膛火焰中心温度变化不大 适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧 一 固态排渣煤粉炉的炉膛 炉膛结构参数 炉膛容积热强度炉膛容积热强度是指在单位时间 单位炉膛容积内 燃料完全燃烧释放的热量 即式中 燃料消耗量 kg h 燃料收到基低位发热量 kJ kg 炉膛容积 m3 1 炉膛容积热强度 炉膛容积热强度在一定程度上反映了煤粉和烟气在炉内停留时间的长短和出口烟气被冷却的程度 煤粉在炉内停留时间缩短 燃烧可能不完全 同时由于 炉内所能布置的受热面少 烟气冷却不够可能引起炉膛出口受热面结渣 相反 不仅会使锅炉造价和金属耗量增加 还会导致炉膛温度过低 燃烧速度减慢 燃烧不完全 对固态排渣煤粉炉 炉膛容积热强度大致在90 200kW m3之间 一 固态排渣煤粉炉的炉膛 炉膛结构参数 炉膛截面热强度炉膛截面热强度是指在单位时间 燃烧器区域单位炉膛横截面积上 燃料完全燃烧放出的热量 即式中 炉膛橫断面面积 m2 炉膛截面热强度 炉膛的大体形状由和一起来确定 当一定时 炉膛就瘦长些 此时 燃烧器区域燃料放出大量热量没有足够的水冷壁受热面来吸收 就会使燃烧器区域的局部温度过高 导致燃烧器区域的结渣 炉膛就矮胖些 这样燃烧器区域温度太低 又不利于燃料稳定着火 对低挥发分煤 为改善着火条件 应取大些 对灰熔点ST较低的煤 为避免结渣 就取小些 的推荐值随着锅炉容量的增大而增大 值一般在3 6MW m2之间 一 固态排渣煤粉炉的炉膛 炉膛结构参数 燃烧器区域壁面热强度燃烧器区域壁面热强度是指在单位时间内 燃烧器区域的单位炉壁面积上 燃料完全燃烧放出的热量 即式中 燃烧器区域壁面面积 m2 一 固态排渣煤粉炉的炉膛 炉膛结构参数 燃烧器区域壁面热强度不仅反映了燃烧器区域的温度水平 还能反映燃烧器在不同布置下火焰的分散与集中情况 越大 说明火焰越集中 燃烧区域的温度水平就越高 这对燃料的着火和维持燃烧的稳定是水利的 但是 过高 就意味着火焰过分集中 致使燃烧器区域局部温度过高 容易造成燃烧器区域水冷壁结渣 一般固态排渣煤粉炉值多在0 9 2 1MW m2之间 三 煤粉炉的结渣 在炉膛火焰温度为1400 1600 的情况下 灰分呈熔化或软化状态 灰粒是以液态或半液态的形式黏到受热管壁上 然后被受热面管壁冷却形成一层密实的灰渣层 称为结渣 其危害是 使传热减弱 工质吸热量减少 排烟温度升高 排烟热损失增大 锅炉效率降低 炉膛受热面结渣导致炉膛出口烟温升高 过热蒸汽超温 为维持汽温稳定 有时运行中不得不限制锅炉负荷 结渣往往不均匀 因而水冷壁结渣会对水循环系统安全性和水冷壁的热偏差带来不利影响 炉膛出口对流受热面结渣可能堵塞部分烟道 引起过热器热偏差 同时增加烟道阻力和风机电耗 受热面一旦结渣 管壁表面粗糙升高 导致结渣进一步加剧 炉膛上部的渣块掉落下来 会砸坏冷灰斗处的水冷壁管子 甚至堵塞排渣口而导致锅炉被迫停运 三 煤粉炉的结渣 影响结渣的因素 燃煤的灰分特性 炉膛的设计特性 燃烧器的安装 检修质量 防止结渣的措施 防止受热面附近温度过高 避免炉内生成过多还原性气体 做好燃料管理 保持合适的煤粉细度 加强运行监视 及时吹灰打渣 水冷壁的结渣 结渣的产生液态的软化的渣粒在凝固之前冲刷水冷壁或炉墙形成 结渣自动加剧 结渣的危害受热面吸热减少 炉温升高 水冷壁高温腐蚀 燃烧工况恶化 燃料消耗量增加 炉膛出口烟温及排烟温度升 过热蒸汽超温 降低锅炉出力和效率 炉膛结渣 煤耗量增加 炉膛出口结渣时 炉膛的负压值减小 严重时甚至会出现正压 大块焦渣自行脱落时可能压灭炉膛火焰 导致熄火 并会砸坏冷灰斗水冷壁管 造成设备损坏 造成烟通的局部堵塞 增加烟道阻力和引风机的负荷 使厂用电增大 水冷壁管外烟气温度最高 易发生结渣 高温腐蚀及水动力异常 影响水冷壁结渣因素 煤质特性煤灰熔点温度ST低 灰粒向水冷壁运动过程中没有凝固 易形成结渣 高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣 会自动加剧 炉内温度与空气动力场切圆直径偏大 火焰偏斜 贴壁或冲墙形成炉内局部结渣燃烧器区域壁面热负荷qrrqrr较大 燃烧器区域释放的热量大 炉温高 易引起炉内结渣卫燃带敷设卫燃带的炉膛炉温较高 易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣 水冷壁结渣的防治 选择适当的炉膛热强度及切圆直径 避免炉内温度过