LY电站锅原Slides(上课)

1,电站锅炉原理BoilerPrincipleforThermalPowerStation任课教师：李瑛吕国强昆明理工大学电力学院,2,电站锅炉原理,前言第一章绪论第二章锅炉燃料第三章燃烧过程的物质平衡和锅炉热平衡第四章煤粉制备第五章燃烧过程的基本理论第六章煤粉炉及燃烧设备第七章锅炉受热面及工作特点,第八章锅炉受热面烟气侧运行问题第九章锅炉水动力特性与传热第十章汽包及蒸汽净化第十一章电站锅炉本体的布置和设计第十二章锅炉传热计算第十三章对流受热面计算,3,前言,学时安排：48hr参考资料锅炉原理上、下册陈学进、陈听宽主编锅炉原理范丛振主编锅炉原理樊泉桂主编,4,前言,一、专业课学习方法专业课的重要性专业课是一线知识。通过专业课的学习，可对工程问题进行分析和解决。基础理论是通过专业知识来体现。本专业与其它专业的区别就在于专业课的不同,5,前言,二、专业课的特点实践性综合性复杂性专业课三多三少（1）结构多，数据多，符号多（2）理论少，定义少，数学推导少,6,前言,三、电力工业概况（一）世界电力工业状况煤发电占44.0%油发电占10.0%气发电占8.5%水力发电占20.0%核电占17.0%其它能源占0.5%,7,前言,（二）全国电力工业状况装机容量（至2004年底）总装机容量4亿KW（至2005年底）总装机容量5.08亿KW；年发电量2415TWh其中：火电装机容量占75%；火电发电量占82%到2020年全国装机容量约11亿KW，火电约为7亿KW（煤电6亿KW，气电0.6亿KW），仍占总装机容量的65%以上。,8,前言,(三)云南省电力工业状况1、水能、煤炭资源水能资源经济可开发装机容量约9570万KW煤炭保有储量275亿吨2、装机容量1）至1998年底，总装机容量456.1万KW火电198.2万KW水电257.9万KW,9,前言,2）至2005年底总装机容量1824.81万KW3）2006年火电装机超过500万KW；水电装机达到496.2万MW4）2006年，全省新增装机容量达593万KW，（是现有发电总装机容量的48%。）,10,前言,四、工业锅炉状况全省各行各业拥有大量工业锅炉，耗用大量的煤。工业锅炉存在的问题：1、设备配套差；2、设备与煤种不相适应；3、运行、维护管理水平差；4、运行效率低。,11,锅炉的作用及类型电站煤粉锅炉机组的构成锅炉机组的工作过程锅炉参数及技术、经济性指标电厂锅炉发展趋势,第一章绪论,12,锅炉的作用,锅炉是利用燃料的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下叙过程：,电站锅炉是火力发电厂三大主机之一，又称为蒸汽发生器。火力发电厂能量转换的基本过程：,13,锅炉的作用,水在锅炉中的汽化过程四个阶段预热汽化过热再过热（省煤器）（蒸发受热面：（过热器）（再热器）水冷壁等）,14,锅炉的类型,锅炉的分类根据不同的标准，可有多种分类方法，如表所示：,15,锅炉的类型,16,锅炉类型,锅炉用途电站锅炉、工业锅炉（热水锅炉）,锅炉参数低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力、超超临界压力锅炉,层燃炉室燃炉流化床炉,锅炉燃烧方式,17,锅炉类型,锅炉蒸发受热面中工质流动方式,自然循环汽包锅炉具有汽包，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环,强制循环具有汽包和循环泵，利用循环回路中工质密度差和循环泵压头工质循环,18,锅炉类型,直流锅炉无汽包，给水靠给水泵压头一次通过各受热面产生蒸汽,低倍率循环锅炉无汽包，具有汽水分离器和再循环泵，主要靠再循环泵实现工质再循环,19,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组框图,20,21,亚临界参数自然循环燃煤锅炉,1-汽包；2-下降管；3-分隔屏；4-后屏；5-高温过热器；6-高温再热器；7-水冷壁；8-燃烧器；9-燃烧带；10-空气预热器；11-省煤器进口集箱；12-省煤器；13-低温再热器；14-低温过热器；15-折焰角；16-排渣装置,22,冷空气烟气烟气烟气烟囱引风机除尘器空气预热器细微灰粒飞灰（二次风）灰渣沟原煤排粉风机（一次风）烟气烟气给煤机磨煤机燃烧器炉膛水平烟道尾部烟道原煤风、粉风、粉未燃煤粒灰渣灰渣灰渣灰渣沟排渣装置冷灰斗未燃煤粒未燃煤粒,煤、风、烟系统,1/2,23,汽机主凝结水水水汽水混合物给水泵省煤器汽包汽水分离器化学补充水汽水混合物下降管下联箱水冷壁上联箱导汽管水水水汽水混合物汽水混合物饱和蒸汽过热蒸汽过热器汽轮机调节级,汽、水系统,2/2,24,锅炉的容量和参数,额定蒸发量在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为t/h（或kg/s）,1/5,最大连续蒸发量（大型锅炉）在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为t/h（或kg/s）,蒸汽锅炉额定蒸汽参数在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数，额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），单位是Mpa；额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位是0C。,25,我国电站锅炉参数、容量系列,2/5,26,锅炉机组经济性指标,3/5,热效率（90%）净效率燃烧效率式中Q1锅炉有效利用热，kJ/kg；Qr锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg；锅炉机组自身所需的热量，kJ/kg；锅炉机组自身电耗对应的热量，kJ/kg；、锅炉化学、机械未完全燃烧热损失，%,27,锅炉连续运行小时数（5000）锅炉在两次检修之间的运行小时数,4/5,锅炉可用率（约90%）（总运行小时数+总备用小时数）/统计期间总小时数（一年）,锅炉的事故率（约1%）锅炉总事故停炉小时数/（总运行小时数+事故停炉小时数）,锅炉机组安全性指标,28,烟尘及有害气体排放标准,5/5,29,电站锅炉发展趋势,加快发展大容量、高参数机组大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基建投资、设备和运行费用降低；但大机组可用率相对较低，综合考虑，单机容量稳定在500800MW,强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术燃煤的燃气-蒸汽联合循环(燃煤流化床燃烧联合循环及整体煤气化联合循环）和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求,提高运行可靠性和灵活性锅炉的可靠性涉及到设计、设备制造及安装、运行维护和生产管理等各个方面；运行灵活性要求大力发展中间负荷机组，适应电网调峰需要（低负荷，两班制运行）；提高机组的监控水平,30,煤的常规特性煤的常规特性对锅炉工作的影响煤的分类燃料的燃烧计算烟气分析锅炉热平衡习题,第二章锅炉燃料,31,煤的工业分析成分水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)、固定碳(FC),一、煤的组成特性,煤的元素分析成分碳(C)、氢(H)、硫(S)、氧(0)、氮(N),可燃元素C（固定碳和挥发分中的C）、H、S（可燃硫和硫酸盐硫）不可燃元素（内部杂质）O、N不可燃成分（外部杂质）M（内、外）、A可燃气体挥发份煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解,形成气体挥发出来,1/8,32,煤的成分基准,收到基（ar）（原应用基y）以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准空气干燥基（ad）（原分析基f）以风干状态煤（除外部水分）为基准干燥基（d）（原干燥基g）以去掉全部水分煤为基准干燥无灰基（daf）（原可燃基r）以去掉全部水分及灰分煤为基准,2/8,33,煤成分基准间的换算,3/8,34,二、煤的发热量,煤的发热量（kJ/kg)单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量。,低位发热量（Qnet）烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量。,高位发热量(Qgr)煤的理论发热量，由实验测得的弹筒发热量（Qb）减去校正值确定书上p57，（式3-8）。,4/8,35,干燥基高、低位发热量之间的换算式中r水的汽化潜热，通常取r=2510kJ/kg,收到基高、低位发热量之间的换算,高、低发热量间的换算,5/8,36,发热量各基准间的换算,高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用表（21）换算系数,低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行已知基准的Qnet已知基准的Qgr(式2-12等)已知基准的Qgr所求基准的Qgr(采用上述换算系数)所求基准的Qgr所求基准的Qnet(式2-12等),6/8,37,发热量相关值,标准煤收到基低位发热量为29270kJ/kg的燃料为标准煤标准煤耗量式中、分别为标准煤耗量与实际煤耗量,折算成分相对于每4182kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分,7/8,38,三、高温下煤灰的熔融性,2、灰分特性影响因素（1）煤灰的化学组成煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低。（2）煤灰周围高温介质的性质氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低。,1、煤的灰分特性用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定灰的变形温度DT（原t1）灰的软化温度ST（原t2）灰的流动温度FT（原t3）,8/8,39,四、焦炭的特性,焦炭的外型特征与煤种有关，可作为煤碳分类的一项参考指标。一般把焦炭特征分为8类，用来初步鉴定煤的熔融性、粘结性和膨胀性。（1）粉状。（2）粘着状。（3）弱黏结。（4）不熔融黏结。（5）不膨胀熔融黏结。（6）微膨胀熔融黏结。（7）膨胀熔融黏结。（8）强膨胀熔融黏结。,40,2-2煤的常规特性对锅炉工作的影响,挥发分VV的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅,V含量越多。V含量越多（C含量越少），V中含O量亦多，其中的可燃成分相应减少，这时，V的热值低V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧V多，V挥发使煤的孔隙多，反应表面积大，反应速度加快V多，煤中难燃的固定碳含量便少，煤易于燃尽V多，V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧,1/3,41,2-2煤的常规特性对锅炉工作的影响,水分M、灰分AM、A高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低M、A高，M蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低M、A高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧与燃尽困难；M、A高，q2、q3、q4、q6增加，效率下降M、A高，过热器易超温M、A高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重M、A高，煤粉制备困难或增加能耗,2/3,42,2-2煤的常规特性对锅炉工作的影响,灰熔点（ST）灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行的安全性和经济性。对于固态排渣炉，ST1、完全（不完全）燃烧：O20；CO=0（CO0）,1/7,53,烟气分析成分,2/7,烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为基础，采用奥氏分析仪进行的烟气分析可得到在干烟气Vgy中所占的容积百分比,54,判断燃烧状况,3/7,55,=1、且完全燃烧：CO=0，O2=0,完全燃烧方程式：l、且完全燃烧：CO=0,锅炉常用燃料的值和RO2max值见表4-1。为保持炉内良好的燃烧工况,运行中应监测并维持炉内一定的RO2，使其尽量靠近RO2max,判断燃烧状况,4/7,56,运行中过剩空气系数及烟气容积的确定,5/7,烟气容积,干烟气容积,57,过剩空气系数与漏风系数,6/7,各受热面处烟气侧漏风系数，查表4-2确定；V为烟道漏风量为炉膛出口处过剩空气系数，表征炉内燃烧状况的重要物理量，在推荐值范围内选取,58,过剩空气系数与漏风系数,为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数，查表4-3确定,7/7,59,空气的焓值,空气焓1kg燃料燃烧所需的空气量在定压下从0（）加热到（）时所需要的热量,1/3,60,烟气的焓值,2/3,烟气焓1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从0（）加热到（）时所需要的热量,61,焓温表,3/3,烟气的焓值取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度,由（、）查焓温表可很快确定烟气温度；由（、）查表可很快确定烟气焓,焓温表对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计算出该受热面对应烟气温度范围内的烟气焓，制成的烟气（）表,62,锅炉热平衡,热平衡基本概念:锅炉热平衡在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。热平衡是以1kg固体或液体燃料，或0、0.1MPa的1m2气体燃料为基础进行计算的。通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉效率和燃料消耗量。,1/10,63,锅炉热平衡方程式,2/10,64,锅炉输入热量Qr,对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分满足则,3/10,65,锅炉有效利用热Q1,4/10,式中Q工质总吸热量，kJ/sB燃料消耗量，kg/sDgr、Dzr、DPw过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/s、hgs过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓，kJ/kg、再热蒸汽出口和进口焓，kJ/kg,空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量循环，锅炉热平衡中不予考虑,66,固体未完全燃烧热损失q4这是燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。q4锅炉主要热损之一，取决于燃料种类、燃烧方式、炉膛型式与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况。Vdaf小；（Mar、Aar）大，q4大；R90大，q4大；过大或过小，q4大；煤粉在炉膛停留时间过小，q4大。,固体未完全燃烧热损失q4,5/10,设计时,q4按推荐数据选取。对固态排渣煤粉炉取q4=0.55%。,67,可燃气体未完全燃烧热损失q3这是由于CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就岁烟气离开锅炉而造成的热损失，也称化学不完全燃烧损失。正常燃烧时，q3值很小。取决于燃料的挥发分、炉膛过量空气系数、燃烧器结构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工况等。,可燃气体不完全燃烧热损失q3,6/10,设计时,q3值可按燃料种类和燃烧方式选取：煤粉炉q3=0，燃油和燃气炉q3=0.5%，火床炉q3=（0.51.0）%。,68,未被完全利用热损失q2,排烟热损失q2式中-排烟焓,取决于与，kJ/kg-进入锅炉的冷空气焓,kJ/kg-排烟处过剩空气系数,由q2、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。电站锅炉约在110160之间。取决于及烟道漏风，后者同时影响,7/10,对大中型锅炉q2约为48%,未被完全利用热损失包括q2、q5、q6,69,未被完全利用热损失q5,图4-3额定容量下锅炉的散热损失,散热损失q5额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅炉尾部受热面的布置查图4-3确定,8/10,70,未被完全利用热损失q6,9/10,其他热损失q6锅炉的其他热损失q6主要是灰渣物理显热损失q6hz，另外，在大容量锅炉中，由于某些部件（如尾部受热面的支撑梁等）要用水或空气冷却，而用水或空气所吸收的热量又不能送回锅炉系统中应用时，就造成冷却热损失q6lq。故q6=q6hz+q6lq。对固态排渣煤粉炉，只有当燃料中灰分满足AarQar,net/418时才需计算q6hz。灰渣物理显热损失q6hz用下式计算：式中（c）hz1kg灰渣在温度为时的焓，可查表4-4；hz排灰渣量占入炉燃料总灰分的质量份额。,71,热效率gr与燃料消耗量B,热效率正平衡反平衡,燃料消耗量,计算燃料消耗量,10/10,72,燃烧效率r及国外热损失的其他计算方法,燃烧效率r反映燃烧的完全程度。r=100-（q3+q4），%（4-88）美国CE公司的计算方法：（参看p92）日本三菱公司的计算方法：（参看p92p93）,73,锅炉热效率试验,锅炉热效率试验作为锅炉性能试验的一部分，又称为热平衡试验。目的是测定锅炉的效率和各项热损失。锅炉热效率的两种求取方法：（1）输入输出热量法。即直接测量锅炉输入和输出热量，求得热效率。又称正平衡法。,74,锅炉热效率试验,（2）热损失法。即由确定各项热量损失求得热效率，又称反平衡法。热平衡关系见图4-4。规定用热损失法测定热效率，输入输出热量法得出的热效率可作为参考。,75,习题,1.某锅炉燃用煤种的收到基成分为：Car=59.6%；Har=2.0%；Sar=0.5%；Oar=0.8%；Nar=0.8%；Aar=26.3%；Mar=10.0%；Q=22186kJ/kg烟气中的飞灰份额afh=95%计算：1）V02）及=1.45时的Vy3）=1.45，=300时的Hy2.某锅炉燃用无烟煤，计算得到完全燃烧所需理论空气量V0为5.81Nm3/kg，实测得到炉膛出口过剩氧量O2为4.846（%），如果炉膛的漏风系数为0.05，此时供给炉膛的实际空气量是多少？,76,第四章煤粉制备,煤粉特性磨煤机制粉系统,77,煤粉特性,煤粉的一般特性煤粉具有良好的流动性。煤粉具有自燃和爆炸的特性。煤粉的水分对其流动性与爆炸性有较大的影响。,78,煤粉细度Rx,1/3,79,煤粉均匀性系数n,R200Bg，而对于干和硬的煤，则BgBm,磨煤机的运行出力（具有一定细度和干燥程度的煤粉流量Bm=Bg）可以通过调节进入磨煤机的干燥剂流量和温度来实现,86,钢球磨特性,钢球磨特性：结构简单，对煤种适应性强，出力大，运行可靠；但初投资大，对锅炉负荷适应性差；单位电耗大，噪音大,6/9,87,双进双出钢球磨的特点,双进双出钢球磨可扩大钢球磨的负荷调节范围双进双出钢球磨煤机响应锅炉负荷变化的时间非常短，有利于低挥发分煤的稳燃其出力不是靠调整给煤机来控制，而是靠调整一次风量控制。加大一次风阀门的开度，风量及带出的煤粉流量同时增加，因此，在任何负荷下，煤粉浓度变化不大，且煤粉细度降低双进双出钢球磨煤机设有微动装置磨煤机在停机或维修操作时以额定转速的1100转速旋转，可使筒内存煤及时散热防止自燃。故短时间停机时不必将筒内的剩煤排空双进双出钢球磨煤机应用检测制粉噪声或进出口差压的方法来控制筒内的存煤量双进双出钢球磨煤机保持了钢球磨煤种适应性广等所有优点，同时大大缩小了体积，降低了磨煤机的能耗，增强了适应锅炉负荷变化的能力,7/9,88,中速磨,原煤经落煤管进入两组相对运动的碾磨件之间，在压紧力的作用下被挤压、研磨成粉，被甩至四周风环处。,8/9,中速磨主要有盘式中速磨（辊-盘式）、碗式中速磨(辊-碗式RP、HP型)、环式中速磨(辊-环式MPS型、球-环式E型),热风经风环进入磨煤机，对煤粉进行干燥并将煤粉带入粗粉分离器进行分离，不合格的煤粉返回磨煤机重磨，细粉则送出磨外。,中速磨布置紧凑，投资省，单位电耗小，适宜变负荷运行；但结构复杂,不宜磨水分太大及太硬的煤种,89,高速磨(风扇磨),高速磨由叶轮、带护甲的蜗壳和粗粉分离器组成，装有冲击板的叶轮由电动机带动高速旋转。原煤和干燥剂一起被吸入磨煤机内，煤被转动的冲击板打碎，甩到护甲上再次被撞击成煤粉，在风机压头的作用下由干燥剂携带经粗粉分离器带出。高速磨结构简单，金属耗量小，负荷适应能力强，特别适宜磨水分高的煤种；但部件磨损大，不宜磨制较硬的煤种,9/9,90,钢球磨中储式制粉系统有热风送粉和乏气送粉两种,1/8,钢球磨中储式热风送粉系统,空气经送风机空预器一次风机一次风箱混合器（热气与煤粉）一次风喷口乏气经细粉分离器排粉机乏气风箱三次风喷口适用无烟煤、贫煤及劣质煤,1-原煤仓；4-给煤机；7-钢球磨；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；14-空预器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器；24-乏气风箱；25-三次风喷口；28-一次风机；31-再循环管,91,钢球磨中储式乏气送粉系统,2/8,1-原煤仓；4-给煤机；7-钢球磨；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；14-空预器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器；28-一次风机；31-再循环管,乏气经细粉分离器排粉机一次风箱混合器（乏气与煤粉）一次风喷口适用于烟煤等挥发分含量高的煤种,92,钢球磨中储式系统再循环管,再循环管将部分磨煤乏气从排粉风机后返回到磨煤机，然后再回到排粉风机进行循环再循环风温度低，既可以调节磨煤机入口干燥剂的温度，又能增加磨煤的通风量，并能兼顾燃烧所需一次风的要求，从而协调磨煤、干燥和燃烧三方面所需的风量,燃用挥发分高而水分不大的烟煤要求磨煤通风量大，但干燥风量小或干燥剂温度低，出现磨煤、干燥和燃烧所需风量的矛盾运用再循环风，既可降低磨煤机入口干燥剂的温度，增加磨煤通风量，又能兼顾燃烧所需一次风的需要,3/8,93,中速磨直吹式负压系统,排粉风机装在磨煤机出口，整个系统在负压下运行煤粉不会向外泄漏，对环境污染小漏风大，排粉风机磨损严重，效率低，电耗大，系统可靠性差。,4-磨煤机；6-次风箱；10-送风机；12-空预器；15-排粉风机,4/8,中速磨直吹式制粉系统有正压和负压系统；正压系统又有热一次风和冷一次风系统,94,中速磨直吹式正压热一次风系统,正压系统：一次风机布置在磨煤机之前，系统处于正压状态下工作无漏风；叶片磨损小煤粉易外泄，系统需设专门的密封风机热一次风系统：配置二分仓回转式空预器。一次风机布置在空预器与磨煤机之间，输送的是热空气空气温度高，比容大，风机体积大，电耗高，易发生高温侵蚀，运行效率及可靠性低,4-磨煤机；6-次风箱；10-送风机；11-热一次风机；12-空预器；19-密封风机,5/8,95,中速磨直吹式正压冷一次风系统,冷一次风系统：配置三分仓回转式空预器。一、二次风各自由单独风机输送，风机处于空预器之前，输送的是干净的冷空气空气温度低，比容小，风机体积小，电耗低，效率高；高压头冷一次风机可兼作密封风机，简化系统；热风温度不受一次风机的限制，可满足磨制较高水分煤种的要求。,6/8,4-磨煤机；6-次风箱；10-一次风机；10-二次风机；12-空预器,96,高速磨直吹式系统,（a）热风干燥；（b）热风-炉烟干燥l-原煤仓；3-给煤机；4-下行干燥管；5-磨煤机；6-煤粉分离器；7-燃烧器；8-二次风箱；9-空预器；10-送风机；12-抽烟口；13-混合器,7/8,磨制烟煤和水分不高的褐煤采用热风作为干燥剂磨制高水分的褐煤采用热风掺炉烟作为干燥剂,97,两种制粉系统的比较,直吹式系统系统简单、设备部件少，管路短、阻力小，初投资和系统的建筑尺寸小，输粉电耗较小；但磨煤机的工作直接影响锅炉的运行，锅炉机组的可靠性相对低些,8/8,储仓式系统设有煤粉仓，磨煤机可一直维持在经济工况下运行，磨煤机的工作对锅炉影响较小，系统的可靠性高；但系统复杂、设备部件多，初投资及运行费用高,锅炉负荷变动时储仓式系统调节给粉机转数改变煤粉量，既方便又灵敏；直吹式系统从改变给煤量开始，经过整个系统才能改变煤粉量，惰性较大,98,第五章燃烧过程的理论基础,化学反应速度化学反应速度固体燃料的燃烧煤燃烧的四个阶段煤和煤粉的燃烧特点煤粉气流的着火与燃烧着火与熄火的热力条件煤粉气流的着火及影响因素,影响反应速度的因素焦碳的燃烧煤粉气流着火热源完全燃烧的条件,99,化学反应速度在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度的变化率，单位是mol/（cm3s）对于反应式ABGH反应速度为CA、CB、CG、CH分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm3、分别为相应的化学计量系数,燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程均相燃烧燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧多相燃烧燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧,化学反应速度,1/1,100,均相反应质量作用定律,质量作用定律反映浓度对化学反应速度的影响对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比，各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数,1/4,对反应ABGH质量作用定律可用下式表示式中：k为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度,在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞机会越多，化学反应速度就越快。,101,多相反应质量作用定律,2/4,102,阿累尼乌斯定律,阿氏定律反映温度对化学反应速度的影响,反应物浓度不变时，反应速度常数k随温度变化的关系式中k0频率因子，近似为一常数R、T、E通用气体常数、热力学温度、活化能,3/4,活化能E能够破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能的分子为活化分子。活化能E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大在一定的温度下，活化能E越大，则反应速度常数k值越小，反应速率越小；而在一定的活化能E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越大,103,压力对反应速度的影响,在反应容积不变的情况下，反应系统压力增高，就意味着反应物浓度增加，化学反应速度增加,4/4,104,煤燃烧过程的四个阶段,预热干燥煤被加热至100左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热,1/1,挥发份析出并着火温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热,燃烧挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热,燃尽残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热,上述各阶段实际是交叉进行的；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽放热是目的,105,焦碳的燃烧反应,附加反应C及CO与空气中的水蒸汽产生的反应C+H2OCO+H2C+2H2OCO2+2H2CO+H2OCO2+H2,1/6,一次反应在一定温度下，碳和氧的化学反应可能有两种C+O2CO2C+O2CO,二次反应一次反应的生成物CO2、CO与初始反应物碳和氧再次发生反应C+CO22COCO+O2CO2,106,焦碳燃烧的动力学特性,2/6,氧气从外界扩散到炭粒周围，氧气通过灰壳的阻力，到达炭粒的表面；氧气吸附在炭粒表面；高温下，炭粒和氧进行化学反应，生成CO2和CO，同时不可燃物生成灰渣（灰壳的一部分）；,焦碳燃烧按下述程序进行,燃烧产物（CO2和CO）从炭粒表面上解吸析；燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散，其中CO2直接扩散在周围空气中，CO在扩散过程中遇氧气又变成CO2，然后再向远处空气中扩散,107,焦碳燃烧的动力学特性,焦碳的燃烧反应速度的影响因素可以是化学的（反应物的吸附作用、化学反应本身、或生成物的脱附作用）；也可以是物理扩散的（反应物或生成物向容积气相或颗粒气孔内的气相的扩散）,焦碳的燃烧反应速度取决于上述连续过程中最慢的某一个阶段:氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应,3/6,108,碳的燃烧反应速度,焦碳的燃烧反应速度取决于温度、焦碳颗粒尺寸、氧气浓度、环境压力和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等式中：mp焦碳颗粒质量；p焦碳粒颗密度；P压力；02氧气浓度；d焦碳颗粒的直径；k焦碳颗粒的反应速率常数,4/6,109,碳的燃烧反应速度,5/6,式中A为反应前置系数；R为通用气体常数d为碳粒直径；D为氧气扩散系数；为化学当量因子。若主要产物是CO2，则等于1；若主要产物是CO，则等于2；TP、Ta分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度,110,燃烧反应区域,6/6,动力区燃烧反应的温度不高，kC很小，kD非常大，焦碳燃烧处于化学动力控制下，反应速率常数k=kC燃烧反应速度w取决于碳粒表面的化学反应速度,是随温度的升高按指数增大。强化燃烧的措施是提高反应系统的温度,扩散区燃烧反应温度较高，kC非常大，kD很小，焦碳燃烧处于扩散控制下，反应速率常数k=kD燃烧反应速度w取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。强化燃烧的措施是强化扰动，减小煤粉颗粒,过渡区动力区与扩散区之间区域，强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度,根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域,111,煤的燃烧特点,煤中含有水分煤的燃烧过程中，水蒸气很易和C及燃烧产物CO作用，生成CO2和H2，H2再与CO或CO2反应。这种催化作用，使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度,1/2,煤中含有挥发分挥发分对煤的着火燃烧有利；但另一方面，挥发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面的扩散阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降,煤中含有矿物杂质在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减少，使燃烧难以进行，燃尽困难,煤是一种多孔性物质它受热时产生的水蒸气和挥发分，不但向煤粒表面四周的空间扩散，而且还会向煤粒的内部空隙扩散,112,煤粉的燃烧特点,锅炉燃用煤粉的颗粒很小（30100m），炉膛温度又很高，煤粉在炉膛中的加热速度可以达到（104/s或更高），总的挥发分释放时间小于1秒，而且挥发分很快地由炭粒表面逸出,2/2,煤粉快速加热时，煤中挥发分的含量和成分都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同,煤粉快速加热时，挥发分析出、着火和碳的着火燃烧几乎是同时的，其中极小的煤粉甚至可能先着火燃烧煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过程几乎延续到燃烧的最后阶段,煤粉快速加热时，焦碳在孔隙结构方面与慢速加热有很大差别,煤粉火焰中挥发分的析出曲线,113,煤粉气流的着火由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程称为着火，转变时的瞬间温度称为着火温度,着火和熄火的热力条件,1/3,114,煤粉气流的着火温度,放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线,2/3,点2对应的温度即为着火温度Tzh,Tb=Tb1（很低），散热线与Q1交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态,Tb=Tb2，散热线与Q1交点2为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度，Q1Q2，反应将自动加速过渡到点3高温稳定平衡点，此时，只要保证煤粉和空气的不断供应，最后将稳定在高温燃烧状态,115,煤粉气流的熄火温度,Tzh、Txh是在一定测试条件下的相对特征值，Txh大于Tzh。强化着火的措施在散热条件不变的情况下，增加可燃混合物的初温、浓度和压力，加强放热在放热条件不变时，提高燃烧室的保温，减少放热,3/3,Tb=Tb2、强化散热，散热线与Q1交点4为不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低，Q1漩流射程L,136,射流的刚度射流组的流动过程射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。刚度不够，射流偏移到炉墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其正常工作。射流的初始动量越大，刚度越大,扩展角可决定射流的形状及两相邻射流开始混合点，其位置对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充有很大影响，直流湍流自由射流的相对较小,直流射流空气动力特性,5/5,137,直流燃烧器均等配风,均等配风燃烧器一、二次风喷口相间布置，即在二个一次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷口，各二次风喷口的风量分配较均匀均等配风燃烧器一、二次风口间距较小，有利于一、二次风的较早混合，使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧,1/3,直流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛，根据燃煤特性不同，一、二次风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风,均等配风适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟煤、褐煤型配风方式,138,分级配风燃烧器一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器的下部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保持较大的距离，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中，强化气流的后期混合，促使燃料燃烧与燃尽分级配风燃烧器一次风喷口高宽比大，卷吸量大；煤粉气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧,直流燃烧器分级配风,2/3,分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式,139,下二次风防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小中二次风是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要风源，风量较大上二次风提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃烧和燃尽的主要风源，风量较大燃尽风喷口位于整组燃烧器的最上部（三次风喷口之上），送入剩余15%的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内NOX生成量，有利于燃料的燃尽周界风位于一次风喷口的四周，周界风的风层薄；风量小；风速较高。可防止喷口烧坏，适应煤质的变化此外，可布置的二次风还有侧二次风、中心十字二次风和夹心风等,直流燃烧器各层二次风的作用,3/3,140,直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式,切圆燃烧方式直流燃烧器的布置炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转。,1/3,切圆燃烧方式的特点煤粉气流着火所需热量，除依靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐射热以外，主要是靠来自上游邻角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热，着火条件好。火焰在炉内充满度较好，燃烧后期气流扰动较强，有利于燃尽，煤种适应性强。风粉管布置复杂。,141,一次风煤粉气流的偏斜,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。,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。,2/3,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。一、二次风速推荐值见p153表7-6。,142,假想切圆直径dJX较大的dJX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dJX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。假想切圆直径dJX推荐值见p155表7-7。,一次风煤粉气流的偏斜,3/3,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。,143,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。,旋流射流空气动力特性,1/2,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。,旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种。,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。,144,旋流射流空气动力特性,旋流强度n表征旋转射流旋转程度的特征参数，随着n的不同，旋转射流有三种不同的流动状态封闭气流n较小，弱旋或不旋，中心没有回流区或回流区较小，回流区负压小，主射流受到压缩，旋转射流呈封闭状态，其特性接近直流射流,开放气流n较大，射流内、外侧的压力差逐渐接近，射流中心形成较大回流区，延长到速度很低处才封闭，形成开放式的结构,2/2,全扩散气流n和扩展角很大，射流外卷吸作用强烈，使外侧压力小于中心压力，整个射流向外全部张开，外侧回流区全部消失,145,旋流燃烧器的类型,旋流燃烧器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,1/4,146,旋流燃烧器的类型,直流蜗壳式双蜗壳式轴向可动叶轮式,2/4,147,旋流燃烧器的布置,旋流燃烧器前墙布置不受炉膛截面宽、深比限制，布置方便，与磨煤机联接煤粉管道短主气流上下两端形成明显的停滞旋涡区，炉膛火焰的充满程度较差，炉内火焰的扰动较差，不利于燃烧后期的扰动和混合,3/4,148,旋流燃烧器的布置,燃烧器前后墙或两侧墙布置两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动性也较强若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣,旋流燃烧器炉顶布置只在采用W火焰燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用,4/4,149,煤粉火炬的稳燃技术,1/8,利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力用饨体产生回流，如钝体燃烧器等；用速度差产生回流，如大速差同轴射流燃烧器；用叶片产生回流，如旋流预燃室；,采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离，浓相(0.81.2kg煤粉/kg空气)处于炉膛内的向火面，有利于着火和燃烧，煤粉淡相(0.20.4kg煤粉/kg空气)处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受煤粉的冲刷磨损、高温腐蚀和结渣,150,钝体燃烧器,钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口1出口处安装一个三角形的非流线形物体钝体2煤粉空气流经钝体后，在钝体后面产生一个较大的高温回流区3,2/8,煤粉气流由喷口射出，遇到钝体后，由于煤粉颗粒惯性大，在回流区边缘附近集聚，形成一个高煤粉浓度区域,在钝体的导流下，一次风射流的扩展角显著增大，射流外边界卷吸高温烟气的能力有所增加,151,高浓度煤粉的稳燃作用,3/8,提高煤粉化学反应速度降低煤粉气流着火温度减少煤粉气流的着火热增加辐射吸热量降低污染物Nox的排放,152,稳燃腔煤粉燃烧器,稳燃腔煤粉燃烧器由稳燃腔腔体、钝体和煤粉浓淡分离三角滑块组成,稳燃腔腔体腔体使钝体后回流区封闭，煤粉气流经钝体后一段距离仍汇合成一股气流，不致改变炉内气体动力场；将钝体置于腔体内，钝体前腔体有一渐扩段，相对减低了气流的速度，可避免钝体烧坏，减轻磨损,三角形滑块一次风直管段中的三角形滑块可进行煤粉的浓淡分离，在燃烧器出口得到所需的煤粉浓相和淡相进入炉膛燃烧,钝体置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后形成一个回流区，卷吸炉内的高温烟气加热煤粉气流，强化着火、燃烧,4/8,153,双通道煤粉燃烧器,原燃烧器一次风喷口上、下侧各开一个一次风口，形成双一次风通道两股一次风以贴壁射流形式进入一突扩室，其间形成高温烟气回流，稳定煤粉的着火和燃烧,5/8,两个一次风喷口两侧壁腰部布置腰部二次风腰部风全开，可屏蔽一次风形成的高温烟气回流，用于调节煤粉着火点位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣,154,双通道煤粉燃烧器,下一次风口两侧各装1个直径为68mm的高速蒸汽射流管流速可在0音速之间调节。高速气流产生的强烈回流与一次风射流产生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据不同煤种对着火热的要求，通过改变高速蒸汽射流的压力可改变高温烟气回流量。适用于极难燃煤种。,6/8,双通道煤粉燃烧器是通过改变腰部二次风风量和高速射流蒸汽压力来控制煤粉着火，达到低负荷稳燃和适应煤种变化的目的,155,水平浓缩煤粉燃烧器,燃烧器一次风管内采用百叶窗式浓缩器百叶窗将一次风在水平方向上分成浓、淡两股气流，百叶窗的最后一级叶片可调，用来调节煤粉的浓缩比，以满足各种负荷和煤种变化的需要,7/8,燃烧器出口设置钝体和侧面风钝体用来形成一定的烟气回流起稳燃作用，侧面风可保护水冷壁避免高温腐蚀和结渣,156,WR燃烧器,煤粉气流通过管道弯头时，受离心力的作用分成浓淡两股，喷嘴中间的水平肋片将其保持到离开喷口以后的一段距离，形成煤粉浓淡偏差燃烧,8/8,煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，将高温烟气不断回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳着火,WR燃烧器又称直流式宽调节比摆动燃烧器，是一种高浓度煤粉燃烧器结构简单，由喷嘴前端板、波纹扩流锥及喷嘴整体套装而成,一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；由于周界风和一次风首先混合，还可调节一次风煤粉浓度，以适应煤种变化,157,W型火焰炉膛结构,1/1,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80120%,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，,158,W型火焰燃烧方式的特点,1/3,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,159,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,2/3,适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧,160,旋风分离式煤粉燃烧器,50的空气和少量（约占1020）煤粉组成的低浓度煤粉气流从旋风分离器上部的抽气管通过燃烧器乏气喷嘴送入炉膛（三次风）,3/3,50的空气和80%以上的煤粉形成的高浓度煤粉气流从旋风分离器下部流出，然后垂直向下通过主燃烧器进入炉膛（一次风）,调节乏气量是适应煤种变化的一种手段煤质变差，开大乏气调节挡板，抽出的乏气量增加，煤粉浓度随之增加，有利于煤粉气流的着火，燃烧,主燃烧器两侧有高速二次风气流同时喷入,161,N0X、S0X的控制技术,影响NOx生成的主要因素温度燃烧过程中，温度越高，生成的NOx量越大过剩空气系数=1.11.2范围内，NOx的生成量最大，偏离这个范围NOx的生成量明显减少燃煤性质燃煤中的含N量越高，燃烧过程中转化为NOx也就越多,低NO