设备管理_工业锅炉的燃烧设备概论

1 第五章工业锅炉的燃烧设备 5 1燃料的燃烧过程5 2固定炉排炉5 4链条炉排炉5 5往复炉排炉5 6抛煤机炉5 7流化床锅炉5 8煤粉炉5 9燃油锅炉5 10燃气锅炉5 11工业锅炉燃烧设备的热力特性 2 5 1燃料的燃烧过程 燃烧设备的分类层燃炉 火床炉 燃料在炉排上燃烧 室燃炉 燃料随空气进入炉膛 悬浮燃烧 如煤粉炉 油炉 燃气炉 流化床炉 燃料在床内呈沸腾状态燃烧 如鼓泡流化床炉和循环流化床炉 3 燃烧设备应满足的基本要求燃料能及时 连续 稳定地着火燃烧 具有高的热效率 热负荷 运行安全可靠 故障少 使用寿命长 调节灵活 燃料适应性广 负荷调节幅度大 燃烧排放物对环境的污染小 噪声小 机械化 自动化程度高等 4 一 煤的燃烧过程 煤在空气中的燃烧 过程主要经历以下四阶段 1 煤的加热与干燥煤粒被加热 t 当t 100 左右时 煤中的水分逐渐蒸发 煤被干燥 2 挥发分析出与焦炭的形成煤粒被继续加热 当温度升高到一定值时 煤粒析出挥发分 不同煤开始析出挥发分的温度也不同 褐煤130 170 烟煤170 260 贫煤 350 无烟煤380 400 煤中挥发分析出后 形成多孔焦炭 5 3 挥发分着火与焦炭燃烧随着温度的继续升高 挥发分与氧的反应速度加快 当达到一定温度时 挥发分开始着火 此时的温度称煤的着火温度 下表5 1给出不同煤在空气中的着火温度 挥发着火后 在焦炭周围形成火膜 当温度继续升高后 焦炭开始着火燃烧 焦炭燃烧发热量多 燃烧速度是煤燃烧的关键阶段 6 表5 1煤在空气中的着火温度 7 4 燃尽阶段焦炭燃烧后 在焦炭表面形成一层灰壳 致使空气中的氧气难以扩散到焦炭表面 后期的燃烧速度更慢 称为燃尽阶段 实际上煤的挥发分析出 焦炭的燃烧与燃尽并不是按上述各阶段机械的串联进行 而是相互重叠 挥发分的析出几乎伴随煤的整个燃烧过程 8 强化燃烧的途径 着火阶段 合理的组织炉内空气动力场 保证供给足够的热量 燃烧阶段 煤粒 炉膛温度 加强空气与燃料的混合 燃尽阶段 此阶段与燃烧阶段无本质差别 只是可燃成分少 燃烧速度慢 燃烧阶段的措施都可采用 另外 要有足够的炉排面积和炉膛容积 9 二 燃料油的燃烧过程 燃料油的燃烧方式 预蒸发燃烧 喷雾燃烧 在燃油锅炉中 油的燃烧一般采用喷雾燃烧方式 油气 燃烧 1 燃料油的喷雾燃烧过程 雾化阶段 油喷嘴 蒸发阶段 沸点 油气 与空气的混合阶段 加强混合 着火燃烧阶段 着火热 10 2 影响燃料油着火和稳定燃烧的主要因素 1 回流区的大小回流区愈大 回流的烟气量愈多 在回流区内燃烧就愈充分 回流区后的烟气温度也就愈高 着火和燃烧愈稳定 2 混合物的初始温度混合物的初始温愈高 加热到着火温度所需要的热量愈少 着火速度愈快 燃烧愈稳定 提高混合物的初始温度的方法 采用预热空气 11 3 燃烧器区域的烟气温度燃烧器区域的烟气温度愈高 油雾蒸发着火愈迅速 有利于油雾的燃烧与燃尽 4 燃料油性质燃料油的化学反应能力越强 燃烧愈强烈 炉膛温度愈高 回流的烟气温度也就愈高 促进着火与燃烧 12 三 气体燃料的燃烧过程 气体燃料是最清洁的燃料 气体燃料的燃烧过程分两个阶段 第一阶段 可燃气体和空气的混合 物理性接触 第二阶段 燃气的着火与燃烧 化学反应 对于气体燃料而言 不同的燃烧方式其燃料燃烧过程各异 13 1 扩散式燃烧燃烧起喷口喷出的单一燃气 即一次空气系数为0 混合 化学反应 2 部分预混式燃烧燃气与部分空气在喷口之前预先混合 一次空气系数为0 45 0 75 喷口外与其余二次空气混合燃烧 混合 化学反应 3 完全预混式燃烧气体燃料与全部空气在燃烧器内混合 过量空气系数为1 05 1 10 化学反应 14 5 2固定炉排炉 固定炉排炉是最简单的一种层燃炉 它的加煤 拨火和除灰渣等操作均由人工完成 故又称手烧炉 因此 炉膛的深度和宽度都受到操作的限制 不能太大 锅炉的容量则均在1t h以下 15 人工加入的新煤 一方面接受来自上方高温烟气及耐火砖衬的辐射热 另一方面接受自下而上经灰渣 燃料层的热空气及烟气的对流热 还有与高温焦炭层的接触导热 新煤层在这样优越的条件下完成燃烧的各个阶段 燃料层厚度不断减薄 直至形成灰渣 落入灰坑 燃烧层结构 自下而上 炉排 灰渣层 氧化层 还原层 新燃料 火焰 16 燃烧特点 着火条件优越 燃烧效率低 燃烧时间充足 周期性冒黑烟 污染环境 结构简单 操作方便 基本上能燃烧各种煤种 17 为了改善手烧炉的燃烧 克服冒黑烟的缺点 在对手烧炉技术的改造中 发展形成了具有双层炉排的燃烧设备 双层炉排炉的煤层阻力较大 一般需要引风机来增强炉内的烟气流通 如果采用自然通风 则要求减小炉排面积热负荷和增加烟囱高度 炉排常用铸铁制造 有板状炉排和条状炉排两种 18 5 4链条炉排炉 一 链条炉的构造及工作原理1 构造 下图5 9 2 工作原理 图5 9d 煤闸门的作用 可以上 下升降 用以调节煤层厚度 除渣板 老鹰铁 的作用 主要作用是铲除灰渣 可延长灰渣在炉内的停留时间 可减少炉排后端的漏风 19 20 3 链条炉排的结构型式国产链条炉排 链带式 横梁式和鳞片式 链带式链条炉排属轻型结构 适用小容量供热锅炉 见下图5 10 炉排片的形状似链节 这些 链节 串联形成一个宽阔的环形链带 主动炉排片 组成主动链环 直接与固定在主动轴上的主动链轮啮合 担负传递整个炉排运动的拉力 主动轴由电动机通过变速箱驱动 图5 10d 21 22 从动炉排片 不承受拉力 分为四种形式 薄片型炉排片大块型炉排片活络芯片型炉排片拔柏葛炉排片 23 横梁式链条炉排下图5 15所示 采用横梁作支架 炉排片嵌于支架 横梁 的槽内 横梁搁置在链条的大链环上 横梁与传动链条固结在一起 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便随之移动 24 25 横梁式链条炉排的形式很多 最常用的是Coxe型链条炉排 如图5 16所示 26 鳞片式链条炉排由多组链条和炉排片组成 如下图5 17所示 炉排片 鳞片 嵌在炉排夹板之间 炉排夹板用销钉固定在链条上 拉杆穿过节距套筒 其上套有铸铁滚筒 把平行工作的各组链条和炉排片串联起来 组成链状软性结构 图5 17d 27 28 二 链条炉的燃烧过程 1 特点单面引火 着火条件差 无周期性 整个燃烧过程沿炉排长度由前至后 连续顺序地完成 燃烧过程的区段性 沿炉排长度方向 燃烧层被划分为四个区域 图5 18d 29 30 2 燃烧过程 新煤区 煤在此区段内预热干燥 从O1k线所示的斜面开始析出挥发分 挥发分析出和燃烧区 O2H为挥发分析出殆尽线 煤在O1k至O2H曲线相距不远 也就是说 挥发分在沿O1k线析出的同时 挥发分就开始着火 31 焦炭燃烧区 从O2H线焦炭开始着火 该区段是煤的主要燃烧区段 该区分为氧化区 a和还原区 b a区 在该区氧气被迅速耗尽 b区 在该区燃烧产物中的CO2 H2O 气 被灼热的焦炭所还原 32 燃尽阶段 单面引火 最上层的煤首先着火 因此灰渣也先在表面形成 空气由下进入 最底层的煤燃尽也快 较早形成灰渣 由此可见 在炉排末端未燃尽的焦炭处于上 下灰渣之间 O5点为燃尽点 随煤质特性的变化O5点前后移动 33 3 烟气成分变化规律在O1点以前 煤层预热干燥 通过煤层空气中的O2浓度基本不变 容积成分约为21 从O1以后 挥发分开始析出并着火燃烧 CO2浓度 O2的浓度 在O2点以后 焦炭开始着火燃烧 O2 CO2 在O3点 1 CO2浓度出现第一个峰值 34 在O3点后 开始还原反应 CO CO2 同时H2 在严重缺氧情况下 CH4 在O4点 CO H2 到最大值 CO2 到最小后 燃烧层部分燃尽成灰 还原层渐薄 CO 和H2 CO2 当达到O5时 还原区消失 CO2 达一个新的峰值 此后 灰渣 焦炭层 O2 在炉排末端 O2 几乎21 当出现还原反应时 表明氧量不足 表示 1 在还原区段前 后 氧量过剩 表示 1 35 4 链条炉的燃烧调节链条炉的燃烧调节 主要是风量与给煤量调节 因燃烧层温度很高 化学反应速度快 燃烧速度主要取决于氧向焦炭的扩散速度和供给量 风量 锅炉出力 反之出力 当锅炉负荷变动时 先调节风量 然后调节给煤量 即调整炉排速度与之匹配 协同跟踪负荷的变化 煤层厚度通过煤闸门人工调节 一般100 150mm左右 煤层厚度通过试验确定 36 三 改善链条炉燃烧的措施 1 合理配风 分段配风链条炉的燃烧过程是分区段的 沿炉排长度方向燃烧所需的空气量各不相同 一般都采用 两端少 中间多 的分段配风方式 即把炉排下的统仓风室沿长度方向分成几段 互相隔开做成多个独立的小风室 每个小风室装设调节风门 可按燃烧需要进行调节和分配风量 如下图5 19中虚线所示 37 38 均匀送风均匀送风是指沿链条炉排宽度方向的送风而言 实验结论表明 风仓横向配风的均匀性与进风口结构 小风仓的宽高比 风室内空气的轴向气流和风仓密封性等多种因素有关 其中以进风口尺寸的影响最为显著 随风口与风室的截面比的增大而更趋于均匀 单侧进风的链条炉 设置导风板或采用风仓节流挡板装置 炉排宽度较大的链条炉 采取双侧相对进风方式 39 2 炉拱 1 作用 图5 20d 可改变自燃料层上升的气流流动方向 使可燃气体与空气良好混合 为可燃气体的燃尽创造条件 加速新入炉煤着火燃烧的作用 2 炉拱的设置炉拱的形状 尺寸与燃料的性质密切相关 通常前 后拱同时布置 各自伸入炉膛形成 喉口 对炉内气体有强烈的扰动作用 如下图5 20所示 40 前拱要有一定的敞开度 保证有较好热辐射条件 如图5 20所示 41 引燃拱前拱下部紧靠煤闸门处的炉拱 称为引燃拱 如上图所示 引燃拱的作用 再辐射引燃新进入炉内的煤 保护煤闸门 42 后拱与前拱形成喉口 把炉排后端灼热过量氧的高温烟气 导向燃烧中心 使可燃气体在炉膛空间进一步燃烧 被导向前端的灼热高温烟气及被它所夹带的发红的炭粒在气流转弯向上时被分离下来 落在刚进煤闸门的新煤上 将有利于着火燃烧 43 燃用低挥发分的无烟煤时 采用低而长的后拱 如下图所示 44 燃用烟煤和褐煤时 一般采用高而短的前拱 后拱也不大长 如下图所示 但组成的喉口应有较大的扰动 也有在喉口处加投二次风的 45 3 二次风 二次风的作用不在于补给空气 主要在于加强对烟气的扰动与混合 二次风可以是空气 蒸汽或烟气 二次风必须具有一定的风量和风速 二次风为总风量的5 15 以获得在炉膛应有的穿透深度 风速50 80m s 风压2000 4000Pa 46 二次风的布置对小容量锅炉二次风常布置在前墙或后墙 布置在前墙 喷嘴轴线向下倾斜10 25 对无烟煤 二次风易布置在后墙鼻尖处 对大容量锅炉二次风可采用前 后墙布置 错开布置 以形成切圆旋转气流 提高二次风的功能 上述分区送风 炉拱和二次风等措施 不仅适用于链条炉 也适用于类似燃烧的其他炉型 47 四 链条炉的分层燃烧技术 1 给煤方式对链条炉排炉燃烧的影响 不利 炉排上的煤密实 透气性差 通风阻力大 送风机电耗大 炉排上通风不均匀 易形成 火口 使炉膛内过量空气系数增加 漏煤量增加 煤经过输煤装置卸入原煤斗时 块状煤易向两侧滚动 两侧块煤多 中间细煤多 两侧块煤多 通风阻力小 易漏入冷空气 使炉膛过量空气系数增加 炉膛温度降低 影响煤的燃烧 燃尽 另外链条炉排炉中 煤在炉排上的位置不动 一旦出现异常情况 炉排本身无法弥补 为了防止出现以上问题 一般采用分层燃烧技术 48 2 分层燃烧技术保证炉排面上煤的颗粒度分布均匀 并使块煤位于煤层最下面 即紧贴炉排面 中 小颗粒位于煤层中间 细煤位于煤层的最上面 煤末悬浮在炉膛空间燃烧 这就是分层燃烧技术 它有利于煤的燃烧 燃尽和提高锅炉燃烧热效率 煤的分层燃烧 机械分层和风压分层 49 分层燃烧装置的工作原理使落煤疏松和控制加煤量 并取消煤闸板 通过筛板或气力的作用 将煤按粒度分开 使炉排上的煤层按不同的粒径范围有序地分成二层或三层 有的还将煤末送入炉膛内燃烧 滚动给煤机分离装置最常用的机械分层设备 主要部件有 滚筒 双层筛 振动装置 如下图5 21所示 50 51 五 煤的性质对链条炉燃烧的影响 1 水分当Mar过高时 煤的着火阶段延长 O1点后移 燃烧 燃尽段缩短 易q4 当Mar过低时 煤中的细粒被吹飞或由炉排漏煤 可适当掺水 减少飞灰和漏煤损失 2 灰分当Aar过高时 O5点后移 q4 当Aar过低时 灰渣层过薄 炉排易过热烧坏 52 3 挥发分当挥发分过低时 如无烟煤和贫煤 挥发分析出温度高 着火困难 即Q1k线后移 燃烧及燃尽时间缩短 无烟煤和贫煤固定碳多 对挥发分高的煤 着火容易 且易完全燃烧 但当炉膛容积热负荷较高 即炉膛容积小时 q3 53 4 煤的粘结性粘结性强的煤 高温下易在表面板结 影响通风 不得不加强通风 使燃烧不够稳定 贫煤 无烟煤一类弱粘结和不粘结煤受热时易形成细屑碎末 54 5 煤的颗粒度颗粒度大小不均 碎屑细末嵌填于块煤之间 水蒸汽不易散逸 着火和燃烧过程延长 粒度大小过于悬殊 易引起在煤斗中的机械分离 颗粒大块跑边 细粒碎末居中 影响着火燃烧 同时 通风阻力大 细末多的地方易形成 火口 55 利用炉排往复运动来实现给煤 除渣 拨火机械化的燃烧设备 称为往复炉排炉 一 结构1 倾斜往复炉排炉结构为倾斜阶梯形 并具有15 20 左右的倾角 炉排由间隔布置的活动炉排片和固定炉排片组成 如下图5 22所示 5 5往复炉排炉 56 57 2 水平往复炉排炉结构与倾斜往复炉排炉相似 如图5 23所示 58 二 燃烧过程及特点 1 工作原理如图5 22d 图5 23d所示 煤从煤斗加入 借活动炉排的往复推饲作用 由前向后缓缓移动 最后落在水平燃尽炉排上 灰渣燃尽后 排出炉外 采用分室供风 以解决空气的供需矛盾 59 2 燃烧过程煤的燃烧过程按预热干燥 燃烧和燃尽等阶段 由前而后顺序进行 活动炉排往复运动 推煤运动时 把部分新煤推到下一层已燃着的炽热煤层上 返回时 又把部分燃着的煤带回到未燃的煤层下面 使之成为底层着火的火源 炉排往复运动的耙拨作用 可改善燃烧层的透气性 捣碎焦块 使包裹在煤外的灰衣脱落 有利于燃尽 60 3 特点优点 结构简单 制造方便 金属耗量低 着火条件好 实现加煤 除渣 拨火三项机械化操作 能燃用低质煤 具有较好的消烟效果 缺点 活动炉排片易烧坏 漏煤漏风严重 61 分类 5 6抛煤机炉 62 一 抛煤机 风力抛煤机 借助于高速气流来播撒燃煤 所抛煤层 沿炉排长度方向的粒度分布是前部粒度较粗 机械抛煤机 借助于机械 旋转叶片 运动的能量来播撒燃煤 所抛煤层 沿炉排长度方向的粒度分布是前细后粗 机械 风力抛煤机 以机械抛撒燃煤为主 风力抛撒为辅 所抛撒的煤层 综合两种播煤方式的特点 粒度分布比较均匀 但因其是以机械抛煤为主 所以煤层特点依然是炉排前部较细 炉排后部较粗 目前 国内普遍采用的是机械 风力抛煤机 63 1 机械 风力抛煤机的构造 由给煤部件和抛煤部件组成 如下图5 24所示 给煤部件 由推煤活塞和调节平板组成 抛煤部件 由机械抛煤和风力抛煤 机械抛煤部分 由击煤叶片及转子组成 风力抛煤部分 由播煤风槽 侧风管及冷却风喷口组成 64 65 2 机械风力抛煤机的工作原理 机械抛煤 如图5 24d所示 机械抛煤 煤自煤斗1下滑 经推煤活塞2的往复推饲 顺调节平板4下落被抛煤转子的叶片6抛撒于炉中 辅助风力抛煤 由播煤风槽9斜面上的一排喷口喷出的气流来完成 66 冷却风 冷却以及部分播煤作用 在转子外围的壳体内设有冷却风道8 冷却风从风口5喷出 也起着部分的播煤作用 侧面风 扰动混合作用 风管10中喷出的气流 很大程度上起着扰动混合作用 风力抛煤 抛煤 起二次风的作用 给煤量的调节 改变滑块的往复频率或行程实现 抛煤的远与近的控制 改变转子的转速和调节板的伸 缩以改变转子叶片的出煤角度来控制 67 1 构造由机械 风力抛煤机 炉膛和炉排组成 如下图5 25所示 2 工作过程如图5 25d所示 3 特点 加煤方式与手烧炉相仿 双面引火 对燃料的适应性广 煤层厚度 通风强弱可以控制和调节 二 机械 风力抛煤机炉 68 69 一 流化床的型式与结构流化床燃烧 是一种燃烧化石燃料 废物和各种生物质燃料的燃烧技术 基本原理 床料在流化状态下进行燃烧 早期为鼓泡床沸腾炉 为提高燃料效率和脱硫效率 现又研究开发了新一代的循环流化床锅炉 CFB锅炉 目前最大容量的循环流化床锅炉配300MW的汽轮发电机组 我国循环流化床锅炉6 10 20 35 75 130 220 410 450 465t h循环流化床锅炉 5 7流化床炉 70 设有一圆筒形容器 底部装有多孔板 筛板或气体分布板 多孔板上堆放一层颗粒物料 即床层 如果气体通过颗粒层 该床层随着气体流速的变化会呈现出不同的流动状态 如上图所示 71 1 固定床 图a 当气流速度较低时 气体仅是在静止颗粒的缝隙中流过 颗粒间保持接触 床层高度Lm不变 称为固定床 2 临界流化床 如图b 当气流速度增大到一定值时 所有颗粒都被上升气流悬浮起来 此时 颗粒间的位置稍有串动 但仍保持接触 只是床层变松略有膨胀 床层高度增至Lmf 这时床层处于初始或临界流化状态 称为临界流化床 此时空塔速度称为临界流化速度 实验方法测得 气体对颗粒的作用力与颗粒的重力相平衡 72 3 鼓泡流化床 如图c 当气流速度大于临界速度时 3 5 4 5倍 一般会出现气体的鼓泡现象 除了非常均匀的颗粒床会均匀膨胀外 具有明显的不稳定性 粒群在床层中松散开 床层增高 每个颗粒均浮动于气流之中 但有明显的上界面 这种床层称为鼓泡流化床 73 4 柱塞流化床 如图d 当气流速度继续增大时 气泡在上升过程中会发生合并和长大 气泡甚至会大的几乎充满床层的整个截面 对于小颗粒床 颗粒围绕着上升气流空隙沿壁面向下流动 称为轴向柱塞流 对于大颗粒床 在气泡上面的那部分床层就像活塞一样被推向上部 然后颗粒从柱塞的顶部向下降落 最后柱塞消失 这时 另一个柱塞又形成 重复上述过程 这种不稳定的脉动流动称为柱塞流动 74 5 湍流床 如图e 当流化速度较高时 柱塞状态结束 床层的上表面消失 夹带变得相当明显 炉内形成上部颗粒浓度小的稀相区和下部颗粒浓度较大的浓相区 此状态为湍流床 6 稀相流化床 如图f 当气体速度大于颗粒的带出速度 6 7倍临界速度 时 颗粒被气体带出床层 这种状态称为颗粒气体输送的稀相流化床 快速床状态 上下部颗粒浓度差别减少 中心为气固两相流垂直向上流动 四周环形区气固向下反流 床内颗粒内循环倍率很高 75 为了维持快速床状态 这些颗粒必须用分离器从气流中分离下来 然后再送回床层循环燃烧 这样的床层称为循环流化床 采用这种燃烧技术的锅炉称为循环流化床锅炉 循环倍率 单位时间内循环颗粒的质量与燃料消耗量的比值 是循环流化床锅炉的一个重要参数 如果流化速度进一步提高 炉膛所有的颗粒均被带出 不存在颗粒内循环状态 即气力输送 煤粉在煤粉炉内燃烧就属于这种状态 76 二 循环流化床锅炉 CFBB 循环流化床锅炉是近年来国际上发展起来的新一代高效 低污染 洁净煤燃烧技术 燃料以及脱硫剂在床内多次循环 反复进行低温燃烧和脱硫反应 在炉内能达到90 的脱硫效率 低温燃烧抑制了NOx的生成 在国际上得到迅速的发展 77 1 基本原理循环流化床炉是由鼓泡流化床发展而来的 两者的主要区别 循环流化床流化速度高 3 10m s 1 3m s 存在气固分离器 循环倍率高达50 燃烧效率可达99 或更高 原理 一般粗颗粒在燃烧室的下部燃烧 细颗粒在燃烧室的上部燃烧 被烟气夹带出燃烧室的细颗粒采用各种分离装置收集下来 再送回床内循环燃烧 78 2 循环流化床燃烧过程及特点由流化床燃烧室 气固分离装置和飞灰回送装置组成 如下图5 31所示 图5 31d 1 燃烧区域的划分从燃烧的观点考虑 循环流化床锅炉可以划分为三个不同的燃烧区域 即炉膛下部密相区 炉膛上部稀相区和高温气固分离区 79 80 81 炉膛下部密相区一次风将床料和加入的煤粒流化 新鲜燃料和从高温分离器收集下来的未燃尽的焦炭被送入床内 燃料中挥发分析出和一部分燃烧在该区域进行 该区域通常处于还原性气氛 为防止锅炉受热面腐蚀 受热面用耐火混凝土覆盖 该区域充满灼热的物料 为燃料的加热 着火和燃烧提供了一个稳定的热源 82 炉膛上部稀相区该区域处于富氧状态 被输送到该区域的焦炭和部分挥发分大多数在这里燃烧 焦炭颗粒在炉膛截面的中心区向上运动 在贴近炉壁处沿炉壁向下移动 或在中心区随颗粒团向下运动 焦炭颗粒沿炉膛高度循环运动 在炉内的停留时间增长 对焦炭颗粒的燃烧十分有利 83 高温分离器区由于焦炭颗粒在分离器内的停留时间很短 且该处的氧浓度又很低 所以焦炭在旋风分离器内的燃烧份额很小 不过 一氧化碳和挥发分常常在这里燃烧 84 2 特点低温燃烧 燃料效率和脱硫效率高 煤种适应性广 负荷调节范围宽 与带烟气脱硫装置的煤粉炉相比 投资和运行费用适中 磨损严重 85 煤粉炉是把煤先磨成煤粉 然后用空气把煤粉送入炉膛 在悬浮状态下着火燃烧 如下图5 32所示为固态排渣煤粉燃烧炉 煤粉的特点 煤粉与空气的接触面积大 改善了着火条件 强化了燃烧 煤种的适应性广 燃烧效率高 燃烧调节方便 适应负荷变化快 适应范围 广泛应用大型电站锅炉 5 8煤粉炉 86 87 88 一 炉膛 煤粉炉的炉膛 既是供煤粉燃烧的空间 又是锅炉换热的重要组成部件 见下图 炉膛四周布满水冷壁 底部是冷灰斗 炉膛不仅要有适当的容积 而且要有合理的几何形状 1 炉膛容积炉膛容积的大小应满足两个条件 燃烧 保证煤粉在炉膛内有足够的燃烧时间 传热 能布置足够的受热面 使炉膛出口温度不致过高而引起结渣 89 90 2 炉膛出口温度煤粉炉炉膛出口温度受结渣条件的限制 在任何情况下 不得超过灰的变形温度t1 并留有裕度 如t2 t1 100 t2 100 当缺乏灰熔点资料时 1150 为保持炉膛内有较高的温度水平 保证燃烧强烈 炉膛出口温度也不宜过低 对煤粉炉 1000 91 二 煤粉燃烧器 燃烧器是煤粉炉的主要燃烧设备 作用 将煤粉和空气送入炉膛 并使煤粉在炉膛中稳定地着火和燃烧 燃烧器的分类 92 煤粉燃烧器有一次风 热空气与煤粉的混合气流 和二次风 热空气 有些锅炉还有三次风 一次风 煤粉 空气混合气流 一次风率约占20 30 一次风的作用 气流输送煤粉 为煤粉中挥发分燃烧提供氧气 二次风 煤粉完全燃烧 燃尽提供足够的氧气 加强对煤粉气流的搅拌和混合作用 二次风率约占70 80 三次风 储仓式制粉系统的乏气 乏气中带有一定量很细的煤粉 约占总风量的5 左右 93 1 单锅壳旋流式煤粉燃烧器 构造如下图5 33所示 由二次风蜗壳 一次风管 扩流锥和煤粉均流挡块组成 工作原理如图5 33d所示 一次风煤粉气流由一次风管经扩流锥喷口 形成扩散的煤粉空气混合气流送入炉膛 二次风经二次风蜗壳 从喷口射出后形成旋转射流 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 94 95 96 2 双蜗壳旋流式煤粉燃烧器 构造如下图所示 由大小两个蜗壳和套管组成 2 工作原理一次风煤粉气流经一次风蜗壳 二次风经二次风蜗壳 发生旋转 从喷口射出后形成旋转射流 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 如图5 34所示 97 98 99 三 煤粉制备系统 煤粉制备系统简称制粉系统 是煤粉炉的重要组成部分 它与锅炉的安全 经济运行密切相关 制粉系统 储仓式制粉系统和直吹式制粉系统 工业锅炉常采用直吹式制粉系统 煤粉是由各种尺寸不同和形状不规划的颗粒组成 煤粉基本特性 易吸附空气 具有流动性 能用气力输送 易氧化而自燃 100 磨煤机是制粉系统中最重要的设备 其性能对煤粉细度 出力 磨煤电耗 金属耗量有很大影响 原煤 碎煤机破碎 磨煤机 煤粉 磨煤机的分类 按转速 高速 风扇式磨煤机 竖井式磨煤机 中速 平盘式 碗式 球式中速磨煤机 低速 球磨机在工业锅炉中常用 竖井式磨煤机和风扇式磨煤机 101 1 竖井式磨煤机 结构形式竖井式磨煤机是一种快速锤击式磨煤机 如图所示 102 工作原理如图5 35d所示 经预先除铁 破碎后的碎煤自进煤口送入 煤在锤子的高速打击和与外壳护甲板的撞击下被磨成细末煤粉 细煤粉被从两侧轴向进入的热空气携带经竖井由喷口进入炉膛燃烧 特点 结构简单 紧凑 煤粉细度粗 磨损快 适用于褐煤和较软的烟煤 103 2 风扇式磨煤机 结构形式 如下图5 36所示 工作原理煤随热空气轴向进入 受装于叶片上的冲击板的冲击和与护板的撞击 被打碎成细粉 在磨煤机上部装有分离器 符合细度要求的煤粉经燃烧器吹入炉膛燃烧 104 105 燃油炉 下图所示 的主要燃烧设备是油燃烧器 油燃烧器主要由油喷嘴和调风器两部分组成 5 9燃油锅炉 106 一 油喷嘴油喷嘴的型式 机械雾化喷嘴 蒸汽雾化喷嘴 1 机械雾化喷嘴最常用的是压力式雾化喷嘴 回油式压力雾化喷嘴与转杯式雾化喷嘴 压力式雾化喷嘴 结构形式 如图5 37d所示 主要由分流片 旋流片和雾化片构成 107 雾化原理如下图5 37所示 经油泵升压的压力油 由进油管经分流片的小孔汇合到环形槽中 然后流经旋流片的切向槽切向进入旋流片中心的旋流室 从而获得高速的旋转运动 最后由雾化片的喷孔喷出 在离心力的作用下 迅速被粉碎成细小的油滴 同时形成一个空心雾化锥 雾化角一般在60 100 范围内 油粒的平均直径小于150 m 108 109 油压越高 油的流速越快 油雾化后的颗粒就愈细 油压过低则雾化质量不良 但油压在2 0MPa以上 随着油压的升高 雾化质量改善不良 一般保证最低0 7MPa 可改变油压来调节喷油量 以适应不同的工况 但是负荷调节范围较小 喷油量与油压的平方根成正比 110 回油式油喷嘴 结构形式如下图5 38所示 雾化原理与简单压力式雾化喷嘴基本相同 不同的是旋流室前 后有两个油通道 一个喷向炉内 另一个则通过回油管和回油阀流回油箱 111 112 特点 回油量大 则喷出的油量小 所以调节范围广 0 100 且喷油量减小 雾化质量有所改善 回油进入油箱 使其温度升高 可能影响安全 油泵的电耗量增加 113 转杯式油喷嘴 结构型式如下图5 39所示 由高速旋转的转杯和输油空心轴组成 雾化原理如图5 39d所示 油通过空心轴进至转杯根部 由于高速旋转运动 油沿转杯内壁向杯口方向流动 随着转杯直径的增大 内表面积也越来越大 迫使油膜越来越薄 最终在离心力的作用下甩离杯口 化为油雾 114 115 2 蒸气雾化油喷嘴 1 普通蒸汽雾化喷嘴结构型式如下图5 40所示 雾化原理它是利用高压蒸汽的喷射 将燃料油雾化的油喷嘴 如图5 40d所示 蒸汽由蒸汽引入管进入环形套管 从头部喷孔高速喷出 将中心油管中的燃料油引射带出 并撞碎成细小油滴 116 117 2 Y型蒸汽雾化喷嘴结构型式 为减少蒸汽用量 大容量锅炉一般采用如下图5 40 所示的Y型蒸汽雾化喷嘴 工作原理 蒸汽通过内管进入头部一圈小孔 汽孔 而油则由外管流入头部与汽孔 相对应的油孔 油和汽在混合孔中相遇 相互猛烈撞击喷入炉膛而将油雾化 如图5 40 所示 118 119 二 调风器 配风器 1 作用 对燃油供给适量的空气 并形成有利的空气动力场 使空气和油雾密切混合 达到及时着火 充分燃尽 2 分类 旋流式和平流式 旋流式调风器结构形式 如下图5 41所示 工作原理 气流沿切向通道流入旋流调风器 使气流围绕轴呈螺旋线型旋转 离开火道后 形成旋转射流 改变可动叶片角度 可调节火焰形状 120 121 平流式调风器结构形式 如下图5 42所示 工作原理空气由大风箱经可调圆筒形风门 进入调风器内 一部分空气 一次风 经过稳焰器产生强烈旋转 与从油喷嘴喷出的油雾混合 在稳焰器后形成旋转的雾化锥 促进了油雾与空气的早期混合 形成回流区 加速油雾的着火 燃烧 未经过稳焰器的空气 二次风 为直流 气流速度衰减较慢 射程长 后期扰动强烈 使未燃烧的燃气与空气混合好 对燃油在炉膛内的燃烧 燃尽起很大作用 122 123 1 扩散式燃气燃烧器扩散式燃气燃烧器 燃料燃烧所需的全部空气是在燃烧过程中供给的 根据空气的供给方式 自然供风式和鼓风式 自然供风式扩散燃气燃烧器自然供风式扩散燃气燃烧器种类很多 它是依靠自然抽力或扩散供给空气 与燃气混合后燃烧 燃烧前空气与燃气不预混 即一次空气系数 1 0 5 10燃气锅炉 124 结构形式此型燃烧器有多种形式 下图5 43所示为排管燃烧器 工作原理低压燃气通过管圈上的火孔流出 依靠自然扩散供给空气 在炉膛内混合燃烧 125 126 鼓风式扩散燃气燃烧器燃气燃烧所需的全部空气由鼓风机一次供给 但燃气与空气在燃烧前并不实现预混 因此仍属于扩散燃烧 结构形式套管式 旋流式 平流式 如下图5 44所示为套管式扩散燃气燃烧器 工作原理燃气从中间小管中流出 空气从大管和小管之间的夹