锅炉设备第四讲煤粉燃烧及燃烧器.ppt

1、锅炉设备,第四讲 煤粉燃烧及燃烧设备,第一部分 燃料,一、煤的成分及分析基准,一般通过 元素分析和工业分析 来确定煤中各组成成分的含量,一）煤的元素分析成分,1）碳（C）碳是煤中含量最多的可燃元素，也是煤的基本成分，其含量约为 4585。 1kg碳完全燃烧约可放出32866kJ的热量。含碳量越高的煤，着火和燃烧就越困难。 （2）氢（H）氢是煤中单位质量发热量最高的可燃元素。氢在煤中的含量较少，约为36，地质年龄越长的煤，其含量越少。1kg氢完全燃烧时可放出120103kJ的热量，比碳的发热量高 35倍。氢的含量越高，煤就越容易着火和燃烧,一）煤的元素分析成分,3）硫（S）硫的含量一般不超过2，

2、个别煤种含量高达310。 1kg硫完全燃烧时可放出约 9040kJ的热量。硫是煤中有害的可燃元素。 （4）氧（O）和氮（N） （5）水分（M）各煤种的水分含量差别很大，少的仅2左右，多的可达5060。水分的含量一般随煤的地质年代的延长而减小，同时也受开采方法、运输和储存条件的影响。 （6）灰分（A）灰分是煤燃烧后剩余的不可燃矿物杂质，它与燃烧前煤中的矿物质在成分和数量上有较大区别。灰分的含量在各煤种中的变化很大，少的只有45，多的高达 60 70。从燃烧的稳定性和运行的安全性考虑，燃煤的灰分不宜超过40,二）煤的工业分析,通过干燥、加热、燃烧） （1）水分（M） 全水分测定方法是： 将煤样置于

3、105110（褐煤相应的温度约为145）的烘箱内约2h，使之干燥到恒重，其所失去的质量占原煤样质量的百分数为该煤的水分值。 （2）挥发分（V） 将失去水分的煤样放火带盖的坩埚中。置于900高温电炉内隔绝空气加热约7min后，试样所失去的质量占原煤试样质量的百分数即为原煤的挥发分值。 煤中挥发分含量越高，煤越容易着火，越容易燃尽,二）煤的工业分析,3）固定碳（FC）和灰分（A） 原煤试样除掉水分，析出挥发分后，剩余部分就是焦炭，焦炭由固定碳和灰分组成。 测定方法是： 将焦炭放入箱形电炉内；在 815 10的温度下灼烧2h，固定碳基本烧尽，取出冷却至室温，这时焦炭所失去的质量就是固定碳的质量，剩余

4、部分则是灰分的质量。而这两个质量各占原煤试样质量的百分数，就分别是煤样的固定碳和灰分的含量,3煤的成分分析基准,煤中的成分是以质量百分数表示的。由于煤中的水分和灰分含量常随开采、运输、储存等因素的变化而变化，即使同一种煤，由于水分和灰分的变化，其他成分的含量也就随之变化，因此在给出煤中的成分含量时，应注明其分析基准才有实际意义。常用的分析基准有收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基四种，相应的表示方法是在各成分符号右下角加角标ar、ad、d、daf,3煤的成分分析基准,二、煤的主要特性,1煤的发热量 发热量是煤的重要特性之一，单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量，称为煤的发热量，包括高位和低位发

5、热量；用Q表示，以kJ/kg为单位。 Qar,net 标准煤 ： Qar,net = 29270KJkg 的煤称标准煤。 2灰的熔融性 用灰的变形温度DT、软化温度ST和液化温度FT来表示,二、煤的主要特性,变形温度DT灰锥顶端变圆或开始弯曲时的温度， ； 软化温度ST灰锥弯曲并触及托板或整个灰锥变成半球形时的温度， ； 液化温度FT灰锥完全溶化成液态并能在托板上流动时的温度，。 为防止炉膛出口附近的受热面上结渣，应使炉膛出口烟气温度比灰的软化温度ST低50100,三、动力煤的分类,用Vdaf作为分类依据） 1无烟煤 无烟煤Vdaf10 。 表面有明显的光泽，机械强度高，密度较大，不易碾磨。无

6、烟煤埋藏年代长，碳化程度最深，其含碳量最高（一般 C 50，最高可达95）。由于挥发分含量少，且挥发分析出温度较高，故不易着火，也不易燃尽，但其发热量高，且燃烧时焦炭无黏结性，储存过程中不易风化,三、动力煤的分类,2贫煤 贫煤10 Vdaf 20 碳化程度较无烟煤低，含碳量高 ， 挥发分较低，故一般不易点燃，但其发热量不低 (18.5 103 kJkg)，且燃烧时火焰较短，不易结焦。对 Vdaf低的贫煤，在燃烧性能方面与无烟煤相近。 3烟煤 Vdaf= 2040。 烟煤外表呈灰黑色，有光泽，质地松软，一般碳的含量Car=4070。灰分含量Aar=730，水分含量Mar=318。由于烟煤的挥发分

7、含量较高，着火及燃烧都比较容易，火焰也长，且发热量较高。但燃烧时大多数烟煤有弱焦结性,三、动力煤的分类,4褐煤 褐煤 Vdaf40(最高可达60） 外表多呈褐色或黑褐色，质软易碎。褐煤碳化程度很浅，含碳量Mar4050，水分含量Mar2040，灰分含量Aar 640，水分、灰分含量较高，因而发热量较低。由于挥发分含量高，且析出温度较低，故着火和燃烧都比较容易，也很容易风化和自燃，不宜远途输送和长时间储存,第二部分 燃烧原理,一、煤粉气流燃烧过程,煤粉的燃烧过程可由下述过程粗略地描写： 煤粉受热，水分析出继续受热，绝大部分挥发分析出，挥发分首先着火引燃焦碳，并继续析出残余的部分挥发分，挥发分与焦

8、碳一道燃尽形成灰渣,一、煤粉气流燃烧过程,1）着火前的准备阶段,特点：水分蒸发、挥发分析出,2）燃烧阶段,特点：挥发分燃烧、碳燃烧,3）燃尽阶段,特点：残碳继续燃烧,一、煤粉气流燃烧过程,大部分挥发分着火，燃尽时间仅占整个燃烧过程的10，约为0.20.5秒；而焦碳燃尽程度达到98的过程所占的时间很长，约为90，燃尽时间为12.8秒。从燃烧放热量来看，焦碳占煤粉总放热量的 6095。着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的大小，而燃尽过程主要取决于焦碳的燃烧速度。根据实际经验，一般着火时间长的燃料，所需的燃尽时间也相应地比较长,煤燃烧的主要阶段： 挥发份释放及大部分烧掉所占时间约为总燃烧时间的十分之

9、一，绝大部分时间为焦碳的燃烧。 一般认为是串联，也有交叉过程,二、煤粉迅速完全燃烧的条件,l） 相当高的炉内温度 （2）供应充足而又合适的空气量 （3）燃料和空气的充分混合 （4） 足够的炉内停留时间,三、煤粉气流的燃烧,1、影响煤粉气流着火的因素,2、风量变化对燃烧的影响,1）一次风与二次风,一次风量,三、煤粉气流的燃烧,主要取决于煤的挥发分含量。 满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，满足输送煤粉的需要,一次风速：一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度,一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。原因在于： (1)煤粉气流刚性减弱，易弯曲变形，偏斜贴墙，切圆组织不好

10、，扰动不强烈，燃烧缓慢； (2)煤粉气流的卷吸能力减弱，加热速度缓慢，着火延迟； (3)气流速度小于火焰传播速度时，可能发生“回火”现象，或因着火位置距离喷口太近，将喷口烧坏； (4)易发生空气、煤粉分层，甚至引起煤粉沉积、堵管现象,三、煤粉气流的燃烧,一次风温 ：一次风温既应满足使煤粉尽快着火，稳定燃烧的要求，又应保证煤粉输送系统工作的安全性,二次风量和风速：二次风量、风速、风温和投入位置对着火稳定性和燃尽过程起着重要作用。对于大容量锅炉尤其要注意二次风穿透火焰的能力。 二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温火焰的粘度很大，二次风必须以很高的速度才能穿透火焰，以增强空气与焦碳粒子表面的接触

11、和混合，故通常二次风速比一次风速提高一倍以上,三、煤粉气流的燃烧,三、煤粉气流的燃烧,二次风温：从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。但是二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制，传热面积愈大，金属耗量就愈多，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置,2）三次风、周界风、夹心风,三次风：三次风对燃烧有明显的不利影响,A)使火焰温度降低，燃烧不稳定。 (B)火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热器与再热器超温，汽温调节幅度增大。 (C)三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加。 (D)三次风量较大时，风速也增大，易扰乱炉正常的空气流动，引

12、起火焰贴墙结渣,三、煤粉气流的燃烧,A)冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形。 (B) 就起着补氧作用。 (C)周界风的速度比煤粉气流的速度要高，能增加一次风气流的刚度，防止气流偏斜；并能托住煤粉，防止煤粉从主气流中分离出来而引起不完全燃烧。 (D)高速周界风有利于卷吸高温烟气，促进着火，并加速一、二次风的混合过程。 周界风的风量一般为二次风量的10或略多一些，风速为3040ms，风层厚度为1525mm,周界风 ：周界风的作用,三、煤粉气流的燃烧,夹心风：夹心风的作用： (A)补充火焰中心的氧气，同时也降低了着火区的温度。 (B)高速的夹心风提高了一次风射流的刚度。 (C)夹心风速度较大时，一次

13、风射流扩展角减小，煤粉气流扩散减弱，对于减轻和避免煤粉气流贴壁，防止结渣有一定作用。 (D)可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一,三、煤粉气流的燃烧,四、煤粉气流着火、燃烧、燃尽及强化,1煤粉气流的着火与强化,1）组织强烈的煤粉与高温烟气的混合。（2）提高一次风温、采用合适的一次风量和风速。 （3）采用较细较均匀和敷设卫燃带。煤粉气流的燃烧与强化,2煤粉气流的燃烧与强化,1）合理的送入二次风。 （2）较高的二次风温和风速； （3）合理组织炉内空气动力工况。 （4）保持较高的炉温,四、煤粉气流着火、燃烧、燃尽及强化,3煤粉气流的燃尽与强化,1）保证煤粉在炉内停留的时间。 （2）强化着火和燃烧

14、区的燃烧。 （3）改善火焰在炉内的充满程度。 （4）保证煤粉细度，提高煤粉的均匀度。 （5）选择合适的炉膛出口过量空气系数,四、煤粉气流着火、燃烧、燃尽及强化,4 .低负荷稳燃技术,1）提高一次风气流的煤粉浓度,2）提高煤粉气流的初温,3）提高煤粉颗粒细度,4）在难燃煤中加入易燃燃料,四、煤粉气流着火、燃烧、燃尽及强化,第三部分 燃烧设备,煤粉炉的燃烧设备包括 燃烧器 点火装置 炉膛,一、煤粉燃烧器,煤粉燃烧器是燃煤锅炉燃烧设备的主要部件。其作用是： (1) 向炉内输送燃料和空气； (2) 组织燃料和空气及时、充分的混合； (3) 保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽,一、煤粉

15、燃烧器,进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的，按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入，按作用不同，可分为三种 一次风 携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需要 二次风 待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用。 三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的含有10%15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，这股乏气称为三次风,一、煤粉燃烧器,一）直流燃烧器,1直流射流的特性,2直流燃烧器布置及炉内燃烧工况,直流燃烧器通常由 一列矩形喷口组成。 煤粉气流和热空气 从喷口射出后，形 成直流射流,

16、一）直流燃烧器,直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。 （1）均等配风直流燃烧器。 （2）分级配风直流燃烧器,1、均等配风直流燃烧器,适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。 因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速地和相邻二次风喷口射出的热空气混合。这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。因而沿高度相间排列的二次风喷口的风量分配就接近均匀,1、均等配风直流燃烧器,1、均等配风直流燃烧器,2一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器,适用

17、于燃烧着火比较困难的煤，如贫煤、无烟煤或劣质煤。这种燃烧器的特点是：几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风喷口中心间距较大。 由于一次风中携带的煤粉着火比较困难，一、二次风的混合过早，会使火焰温度降低，引起着火不稳定。为了维持煤粉火焰的稳定着火，希望推迟煤粉气流与二次风的混合，所以进一步将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中，这种配风方式称为分级配风,适用于无烟煤、贫煤和劣质烟煤,2一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器,2一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器,1)一次风集中布置的特点 使着火区保持比较高的煤粉浓度，以减少着火热； 燃烧放热比较集中，使着火区保持高温燃烧状态，适用于难燃煤；

18、 煤粉气流刚性增强，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力加强。 (2) 一次风集中布置的问题 着火区煤粉高度集中，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，使喷嘴出口附近气流速度分布不均，容易出现空气、煤粉分层现象。为了消除这种现象，有时将一次风分割成多股小射流，使气流扰动增强，提高着火的稳定性。 一次风喷口附近处于高温，且一次风速较低，喷口易烧坏。为了冷却一次风喷口，可在一次风喷口上加装夹心风或周界风。当然，夹心风或周界风也可增强一次风气流卷吸高温烟气的能力,3.四角布置直流燃烧器的工作原理,直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射

19、流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流,直流喷燃器四角切圆燃烧,3.四角布置直流燃烧器的工作原理,煤粉气流在正常燃烧时，一般在距离喷口0.51.0米处开始着火，在离开喷口12米的范围内，煤粉中大部分挥发分析出并烧完，此后是焦炭和剩余挥发份的燃烧，需要延续1020米甚至更长的距离。当燃料到达炉膛出口处时，燃料中98以上的可燃物可以完全燃尽,直流喷燃器四角切圆燃烧,3.四角布置直流燃烧器的工作原理,直流燃烧器的工作过程： (1) 煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程； (2) 射流两侧的补气及压力平衡过程； (3) 煤粉气流的着

20、火过程； (4) 煤粉与二次风空气的混合过程； (5) 气流的切圆旋转过程； (6) 焦碳的燃尽过程,3.四角布置直流燃烧器的工作原理,从燃烧器喷口射出的气流仍然保持着高速流动。由于气流的紊流扩散，带动周围的热烟气一道向前流动，这种现象叫“卷吸”。 卷吸加热，约占总着火热源的6070,直流燃烧器切圆燃烧方式，由于着火条件较好，后期混合强烈，还能根据不同煤种的 燃烧要求，控制一、二次风混合时间，改善混合与燃尽程度，对煤种适应性较广。因此，在我国大型煤粉锅炉中，得到普遍应用,二）旋流燃烧器,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

21、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,1旋流式燃烧器的工作原理,二）旋流燃烧器,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,1旋流式燃烧器的工作原理,内回流区,外回流区,外回流区,二）旋流燃烧器,2旋流式燃烧器的类型 按照旋流器的结构，旋流式燃烧器可分为 蜗壳式 轴向叶片式 切向叶片式 三大类,双调风旋流式燃烧器,双调风式燃烧器是把燃烧器的二次风通道分为两部分，一部分二次风进入燃烧器的内环形通道，另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道,浓淡型煤粉燃烧器,在一次风入口部位连接一个弯头，作为煤粉浓缩器。一次风管内设置一块隔板，把一