时单元电厂热力设备及运行燃烧过程PPT课件.ppt

华北电力大学环境科学与工程学院 电厂热力设备及运行 任课教师 杨官平 二 一一年一月 封面 9 直流燃烧器切圆布置 2 四角切圆燃烧 四角切圆燃烧 图4 14四角切圆燃烧 3 四角切圆燃烧火焰 四角切圆燃烧火焰 图4 15四角切圆燃烧火焰 4 四角切圆平面流场 四角切圆平面流场 图4 16四角切圆平面流场 5 四角切圆垂直流场 四角切圆垂直流场 图4 17四角切圆垂直流场 6 四角布置直流燃烧器工作过程 四角布置直流燃烧器工作过程 煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程 射流的相互撞击 射流两侧的补气及压力平衡过程 煤粉气流的着火过程 煤粉与二次风空气的混合过程 四股气流形成的切圆旋转过程 焦碳的燃尽过程 7 四角切圆炉内空气动力场特点 四角切圆炉内空气动力场特点 优点 每一角的燃烧器喷口的出口射流都与一个假想切圆想切 相切后变形成旋转气流 每一角燃烧器喷出的煤粉气流都受到来自邻角剧烈燃烧火焰的冲击和加热 有利于煤粉的着火和燃烧 缺点 旋转气流使从燃烧器喷口出来的气流偏离喷口的几何轴线 气流产生偏斜现象 严重时 引起火焰冲墙贴壁 引起水冷壁结渣 炉膛出口烟温偏差 8 一次风煤粉气流的偏斜 定义 切圆燃烧方式实际气流并不能完全沿轴线方向前进 会出现一定的偏斜 严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙 造成炉膛水冷壁结渣 一次风煤粉气流的偏斜 产生原因 邻角气流的横向推力 其大小取决于四角射流的旋转动量矩 其中二次风射流动量矩起主要作用 一次风射流本身的动量 刚性 则是维持气流不偏斜的内在因素 增加一次风动量或减少二次风动量 可减轻一次风射流的偏斜 但一次风速受着火条件限制 不能相应提高 而为加强炉内气流的扰动 二次风速也不宜降低 图4 18一次风煤粉气流的偏斜 向火侧 背火侧 9 假想切圆直径 较大的假想切圆直径可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部 扰动更强烈 有利于煤粉气流着火 燃尽 但假想切圆直径过大 射流偏斜增大 容易引起水冷壁结渣 炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差 一次风煤粉气流的偏斜 炉膛和燃烧器的结构特性 燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压 内侧 向火侧 夹角 1大 且有上游邻角气流横扫过来 补气条件充裕 面向炉墙的一侧 外侧 夹角 2小 且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气 补气条件很差 射流两侧因此出现压差 迫使射流偏向压力低的一侧 图4 18一次风煤粉气流的偏斜 向火侧 背火侧 10 二 旋流燃烧器及炉内气流结构1 旋转射流空气动力特性 图4 19旋转射流速度分布 11 1 旋转射流空气动力特性 旋流燃烧器出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流 一 二次风用不同管道与燃烧器连接 在燃烧器内一 二次风通道隔开 二次风射流均为旋转射流 一次风射流可以是旋转射流 也可以是直流射流 旋流射流具有比直流射流大得多的扩展角 射流中心形成回流区 射流内 外同时卷吸炉内高温烟气 卷吸量大 从燃烧器喷出的气流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度 早期湍动混合强烈 轴向速度衰减较快 射流射程较短 后期扰动较弱 旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种 12 1 旋转射流空气动力特性 旋转射流的特点 三个方向速度 轴向速度Wa 衰减比切向速度Wt慢 径向速度Wr 使扩展角比直流射流大 随旋转强度的增大而增大 切向分速度Wt 衰减很快 即旋转效应衰减很快 内回流区 对着火和燃烧有非常大的影响 射流中心有一低压区 径向和轴向有压力梯度 轴向反向压力梯度 吸引气流沿轴线反向流动 产生内回流区 卷吸周围介质的能力比直流射流强 早期混合强烈 后期混合比较弱 旋转射流的扩散角比直流的大 旋转射流的射程比直流的短 13 2 旋流燃烧器工作原理 旋流式燃烧器由圆形喷口组成 燃烧器中装有各种型式的旋流发生器 简称旋流器 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 内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流 当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火 火焰从内回流区的内边缘向外传播 外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和煤粉气流 由于二次风也形成旋转气流 二次风与一次风的混合比较强烈 使燃烧过程连续进行 不断发展 直至燃尽 图4 20旋流燃烧器工作原理 外回流区 外回流区 内回流区 14 3 旋流燃烧器类型 根据旋流器的结构不同 旋流燃烧器分为 蜗壳式旋流燃烧器 采用蜗壳作旋流器 叶片式旋流燃烧器 采用叶片作旋流器 表4 2旋流燃烧器类型 15 4 双蜗壳旋流燃烧器 布置特征 一二次风皆为旋流 旋转方向相同 旋流器皆为蜗壳 形成两股同心同向旋转射流 舌形挡板用来改变二次风切向和轴向速度比值 从而调整气流的旋转强度 特点 初期混合强 后期混合弱 但一二次风阻力大 出口风速和煤粉浓度不均匀 调节性能差 煤种适应性不够好 适用范围 烟煤或挥发分大的贫煤 目前应用很少 图4 21双蜗壳旋流燃烧器 16 5 轴向叶轮旋流燃烧器 图4 22轴向叶轮旋流燃烧器 17 5 轴向叶轮旋流燃烧器 布置特征 一次风通过风管 直流送入炉膛 一次风管出口处装有扩散锥作为稳燃器 二次风分两路通过燃烧器 一路通过叶轮中轴向扭转叶片 产生旋转运动后 进入二次风管 另一路通过风轮外侧环形通道 直流进入二次风管 在二次风管内两者混合 当叶轮沿轴向前后移动 调整环形通道间隙大小 以改变二次风中直流和旋流比例 调节出口气流的旋转强度 特点 一次风阻力小 二次风旋流强度调节幅度大 对煤种适应性好 适用范围 回流区较小 适于高挥发分煤 18 6 双调风旋流燃烧器 布置特征 一次风为直流 主要用于输送煤粉 内二次风为轴向叶片产生的旋流 用于保证稳定燃烧和保持还原性气氛 可以减少Nox的产生 外二次风为切向叶片产生的旋流 用于使燃料完全燃烧 特点 中心还原区较大 NOx产生较少 外二次风可把还原性气氛与水冷壁分开 避免结渣和腐蚀 适用范围 烟煤或挥发分大的贫煤 目前应用很少 图4 23双调风旋流燃烧器原理图 19 6 双调风旋流燃烧器 图4 24双调风旋流燃烧器图 20 6 双调风旋流燃烧器 图4 25美国B W公司DRB型双调风燃烧器 21 7 旋流燃烧器布置 图4 26旋流燃烧器前墙布置 布置特征 燃烧器布置在前墙上 特点 主气流上下均有停滞旋涡区 火焰可能冲刷后墙 引起结渣 炉内气流充满不好 22 7 旋流燃烧器布置 图4 27旋流燃烧器两面墙对冲或交错布置 布置特征 燃烧器对冲或交错布置在前墙或侧墙上 特点 仅在冷灰斗附近形成小停滞区 一般多层布置 交错布置充满度更好 23 8 旋流燃烧器炉内空气动力场 图4 28旋流燃烧器炉内空气动力场 a 前墙单排布置 b 前墙多排布置 c 两面墙单排布置 d 有折焰角1 4 死滞旋涡区 2 回流区 3 火炬 4 折焰角 24 9 旋流燃烧器炉内流线 图4 29旋流燃烧器炉内流线 25 三 煤粉气流的着火1 着火相关的基本概念 煤粉气流的着火 煤粉气流由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程 煤粉气流的着火温度 煤粉气流着火时的温度 煤粉气流的着火热 将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量 称为着火热 它包括加热煤粉和空气所需要的热量 燃料中水分蒸发和加热所需要的热量 挥发分热解所需要的热量 26 2 煤粉气流的着火热源 煤粉气流的着火热源 煤粉气流卷吸回流的高温烟气 火焰 炉墙等对煤粉的辐射 燃烧器射流的空气动力特性不同时 煤粉气流的着火形式也不一样 直流燃烧器 依靠一次风射流外边界卷吸高温烟气 着火由外向内扩展 旋流燃烧器 内回流区卷吸烟气 着火由内向外扩展 27 辐射吸热与对流吸热 图4 30煤粉气流的辐射吸热与对流吸热 28 3 煤粉气流着火热的计算 29 4 影响煤粉气流着火的因素 一次风量 V1过大 着火热增加 着火延迟 V1过低 着火热降低 但燃烧初期由于缺氧 化学反应速度减慢 阻碍着火继续扩展 V1在最佳值范围内选取 一次风率 是指一次风量占入炉总风量的百分比 表4 3一次风率推荐值 30 4 影响煤粉气流着火的因素 一次风速 w1过高 通过单位截面积的流量增大 降低煤粉气流的加热速度 着火距离加长 着火推迟 w1过低 燃烧器喷口易烧坏 煤粉管道堵塞 w1在最佳值范围内选取 表4 4一 二 三次风速推荐值 31 4 影响煤粉气流着火的因素 一次风煤粉气流的初温 一次风温T1越高 所需着火热越少 着火速度越快 对于挥发分高的煤种 一次风温过高又使着火区离喷口太近 易烧坏喷口 燃用挥发分少的无烟煤和贫煤时 为了保证着火的稳定性 通常采用热风送粉 而且要求热风温度高达350 400 燃用挥发分较高的烟煤 可以不采用热风送粉 要求空气预热器出口热风温度也较低 为250 300 32 4 影响煤粉气流着火的因素 燃料性质 挥发分Vdaf 挥发分越多 着火越容易 水分Mar 水分越多 着火越不容易 灰分A 灰分越多 着火越不容易 且易熄火 图4 31煤粒着火温度与Vdaf的关系 33 4 影响煤粉气流着火的因素 煤粉细度 煤粉越细 煤的相对表面积越大 煤粉被加热越快 着火愈容易 煤粉越细 火焰传播速度越快 有利于着火 对于难着火的低挥发分煤 将煤粉磨得更加细一些 无疑会加速它的着火过程 但过细的煤粉会增加磨煤机电耗 34 4 影响煤粉气流着火的因素 燃烧器特性 燃烧器类型 对于旋流燃烧器 旋转射流中心回流区越大 回流量越大 对着火有利 一 二次风混合的情况 如果一 二次风混合过早 在煤粉气流着火前就混合的话 等于增大了一次风量 相应使着火热增大 推迟着火过程 因此 燃用低挥发分煤种时 应使一 二次风的混合点适当地推迟 燃烧器的尺寸 燃烧器出口截面积愈大 煤粉气流着火时离开喷口的距离就愈远 着火拉长了 从这一点来看 采用尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的 35 4 影响煤粉气流着火的因素 着火区域炉膛温度水平 在燃烧器附近 炉膛温度水平越低 对着火越不利 尤其在低负荷时 送进锅炉的燃料量减少 但水冷壁吸热量减小幅度较少 使炉膛平均烟温及燃烧器区域的温度降低 对着火不利 燃用无烟煤时 为了保证低负荷下着火稳定性 常采用卫燃带 以提高燃烧器区域温度水平 36 4 影响煤粉气流着火的因素 锅炉负荷 D降低 煤耗量B相应减少 水冷壁总的吸热量Q也减少 但减少的幅度较小 故每kg燃料的吸热量Q B反而增加 炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温降低 对煤粉气流着火不利 当锅炉负荷降到一定程度时 会危及着火的稳定性 甚至可能引起熄火 所以 着火稳定性条件常限制煤粉锅炉负荷的调节范围 一般在没有其他稳燃措施条件下 固态排渣煤粉炉只能在高于70 额定负荷下运行 37 5 稳定煤粉气流着火的措施 组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混合 提高一次风温 采用合适的一次风量和风速 采用较细的煤粉 敷设卫燃带 38 6 强化煤粉气流燃尽的措施 提高煤粉均匀程度 保证煤粉细度 减少大颗粒煤粉的数量 合理组织炉内空气动力工况 改善火焰在炉内充满程度 加强燃烧后期的混合和扰动 恰当地选择炉膛容积 使炉膛容积负荷不致太高 保证煤粉在炉内有足够的停留时间 恰当增大炉膛出口过量空气系数 增加燃烧后期的含氧量 合理安排三次风 确保三次风中煤粉迅速燃烧 39 四 炉膛结构要求1 炉膛结构 图4 32炉膛结构 炉膛 被水冷壁围起来的一个空间 空间 燃料燃烧 壁面 吸收很大比例的燃烧热量 40 2 炉膛结构要求 具有合理的热负荷 控制炉膛出口烟温 具有良好的炉内空气动力工况 具有较好的严密性 41 3 评价炉膛结构的参数 炉膛结构着火稳定性参数 炉膛截面热负荷 燃烧器区域炉膛单位截面上单位时间内燃料的释热热量 用符号qf表示 qf Af 利于煤粉的着火与燃烧 炉膛瘦高 没有足够的水冷壁来吸收燃烧放出的热量 燃烧器区域局部温度过高 引起燃烧器结渣 qf Af 不利于煤粉的着火与燃烧 炉膛矮胖 烟气不能充分利用炉膛容积 离开炉膛未被充分冷却 引起炉膛出口对流受热面结渣 42 3 评价炉膛结构的参数 炉膛结构着火稳定性参数 燃烧器区域的壁面热负荷 燃烧器区域单位壁面上单位时间内燃料的释热热量 用符号qr表示 qr 火焰越集中 燃烧器区域温度水平越高 利于煤粉的着火与燃烧 但易造成燃烧器区域避免的结渣 推荐值 无烟煤 贫煤qr 1 4 2 1MW m2 烟煤qr 1 28 1 40MW m2 褐煤qr 0 93 1 96MW m2 43 3 评价炉膛结构的参数 炉膛结构燃尽性参数 炉膛容积热负荷 单位时间内 单位炉膛容积内 燃料燃烧放出的热量 用符号qv表示 qv Vf Hf 炉内停留时间变短 q3 q4 增大 使 b减小 炉内水冷壁面积小 炉膛出口烟温太高 出口处易结渣 推荐值 无烟煤qv 110 140kW m3 烟煤qv 140 200kW m3 贫煤qv 120 165kW m3 褐煤qv 90 150kW m3 44 3 评价炉膛结构的参数 炉膛结构燃尽性参数 燃料在炉内的停留时间 燃料在炉膛内的停留时间 炉内停留时间越长 燃料燃烧越充分 45 五 煤粉炉的结渣 定义 燃烧形成的熔融灰渣 粘结在受热面聚集成坚硬的灰渣层 图4 33炉内结渣 46 1 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高 过热蒸