煤粉燃烧及设备

1、煤粉燃烧及设备,1.电力用煤的分类 分类主要是根据煤的挥发分多少来确定,并参考煤的水分和灰分含量。 无烟煤：干燥无灰基挥发分含量不大于1O%，含碳量高，含杂质少，发热量较高。 贫煤：贫煤是烟煤中挥发分较少的一种煤,其挥发分含量为10%20%, 它的性质介于无烟煤和烟煤之间。 烟煤：干燥无灰基挥发分含量约为2040%,水分和灰分含量较少,发热量较高。烟煤容易着火燃烧,对于挥发分含量超过25%的烟煤,要防止贮存时发生自燃,制粉系统要有防爆措施。 褐煤。挥发分含量大于40%,易于着火,水分和灰分含量较大,发热量较低,一.锅炉燃料及特性,2.煤的组成及各种成分： 元素分析和工业分析 元素分析只能确定元

2、素含量的质量百分比，它不能表明煤中所含的是何种化合物，因而也不能充分确定煤的性质。但是，元素组成与其他特性相结合可以帮助我们判断煤的化学性质。 元素分析比较繁杂。 电厂一般只作工业分析，它能了解煤在燃烧时的主要特性,煤的元素分析： 煤的元素分析成分，即煤的化学组成成分。 煤的成分包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种主要元素以及水分（W）和灰分（A）。 煤的工业成分分析： 工业分析主要测定煤中的水分、挥发分、固定碳和灰分含量，用以表明煤的主要燃烧特性。根据工业分析测定的项目，煤的组成可用水分、挥发分、固定碳和灰分来表示,煤的分析常用的基准： 收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无

3、灰基四种 收到基： 以收到状态的煤为基准来表示煤中各组成成分的百分比。用下标ar表示，它计入了煤的灰分和全水分。 空气干燥基 ：在分析时把煤进行自然风干，使它失去外部水分，以这种状态为基准进行分析得出的成分称为空气干燥基，以下角码ad表示,干燥基：以无水状态的煤为基准来表达煤中各组成成分，以下角码d表示。 干燥无灰基：除灰分和水分后煤的成分，这是一种假想的无水无灰状态，以此为基准的成分组成，以下角码daf表示。 规定：把收到基低位发热量Qar, net=29270KJ/kg（7000kcal/kg）的煤叫做标准煤,北疆电厂设计煤种,灰的性质 灰的性质主要指它的熔化性和烧结性。熔化性影响炉内的运

4、行工况，烧结性是指灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力。灰的烧结性与灰分的熔化性并没有直接的关系。 灰的熔融性是指当它受热时,由固体逐渐向液体转化没有明显的界限温度的特性。灰的熔融性常用灰的变形温度DT，软化温度ST，熔化温度FT来表示，它们是固液相共存的三个温度，而不是固相向液相转化的界限温度，仅表示煤灰形态变化过程中的温度间隔,温度间隔值在200400时，意味着固相和液相共存的温度区间较宽，煤灰的粘度随温度变化慢，冷却时可在较长时间保持一定粘度，在炉膛中易于结大渣，这样的灰渣称为长渣。当温度间隔值在100200时为短渣。 如果灰熔点温度很高(ST1350)，管壁上积灰层和附近烟气的

5、温度很难超过灰的软化温度一般认为此时不会发生结渣,如果灰熔点较低(ST1200),灰粒子很容易达到软化状态,就容易发生结渣,影响煤灰熔融性的因素是煤灰的化学组成和煤灰周围高温的介质的特性,煤灰的化学组成可分为酸性氧化物(SiO2，Al2O3，TiO2)和碱性氧化物(Fe2O3，CaO，MgONa2O，K2O),酸性氧化物增加灰的粘滞性，不易结渣，而碱性氧化物则提高灰的流动性，易结渣。但煤灰是多种复合化合物的混合物，燃烧时将可以结合为熔点更低的共晶体。 煤灰高温介质的性质常有两种：一是氧化性介质，常发生在燃烧器出口一段距离以及炉膛出口；二是弱还原性介质。由于介质的性质不同，灰渣中的Fe具有不同的

6、形态：氧化介质中铁呈Fe2O3，熔点高。在弱还原性介质中，铁呈FeO状态，容易导致结渣,北疆电厂煤灰的成分,二.燃烧理论,煤粉的燃烧主要包括着火、燃烧和燃尽三个阶段，其中关键是燃烧阶段。在燃烧阶段中，焦碳的燃烧是主要的，这是因为：一方面焦碳的燃烧时间很长；另一方面焦碳中的碳又是煤中可燃质的主要成分，因而是热量的主要来源，并决定其他阶段的强烈程度。因此在整个燃烧过程中，关键在于组织好焦碳中碳的燃烧。 燃烧区域划分主要包括着火区、燃烧区和燃尽区，燃烧器出口附近的区域是着火区；与燃烧器出口处于同一水平的炉膛中部以及稍高的区域是燃烧区；高于燃烧区直至炉膛出口的区域是燃烬区。其中着火区很短，燃烧区也不长

7、，而燃烬区则较长,1.影响煤粉气流着火与燃烧的因素 燃料性质： 燃料中的挥发分、水分和灰分对燃料的燃烧均有影响。挥发分低的煤着火温度高。煤粉进入炉膛后加热到着火温度所需的热量较多，达到着火的时间也较长，着火点离开燃烧器喷口也较远，挥发分高的煤着火则较容易。水分大的煤，着火需要的热量就多，同时水分的蒸发吸热还会使炉内的烟温降低，对着火和完全燃烧不利。灰分多的煤，着火速度慢，对着火稳定不利，而且燃烧时，灰会对焦碳核的燃烬起到阻碍作用,煤粉着火温度与Vdaf的关系,煤粉的细度： 煤粉越细，着火就越容易。在同样的煤粉质量浓度下，煤粉越细，进行燃烧的表面积越大，而煤粉本身的热阻却越小，因而加热煤粉至着火

8、温度所需要的时间就越短，燃烧也越完全。 炉膛温度： 炉膛温度高，供给煤粉气流的着火热就大，可使着火时间提前，同时也使燃烧迅速且完全。但是，炉膛温度过高，则容易造成炉内结渣。 空气量： 空气量过大，会使炉膛温度降低，对着火和燃烧不利。空气量过小则燃烧不完全,一次风温： 合理的一次风温，可以提高煤粉气流的初温，减少了煤粉气流达到着火温度所需要的着火热，从而缩短了着火时间。 一次风与二次风的配合（燃烧器的结构）： 一次风量以满足挥发分的燃烧为原则。一次风量增大，相应增加了着火热，对着火不利；一次风量过低，则影响挥发分的着火燃烧，从而阻碍着火的继续扩展,一次风速对着火过程也有影响。一次风速过高，会使着

9、火推迟，致使着火距离拉长而影响整个燃烧过程；一次风速过低，会造成一次风管堵塞，而且由于着火提前，还可能烧坏燃烧器。 二次风混入一次风的时间要合适。混入早，等于加大了一次风量，使着火推迟；过迟混入，则使煤粉气流着火燃烧后缺氧，所以二次风应着火后及时混入。二次风混入一次风的量也要适当。混入量过多，会使火焰温度降低，影响燃烧速度。因此，既要保证燃烧不缺氧，又不降低火焰温度，合理地送入二次风，才能使煤粉迅速而完全燃烧。 二次风速一般应大于一次风速，才能使空气与煤粉充分混合。但是二次风速过高，会使一、二次风提前混合，影响着火,燃烧时间： 燃烧时间的长短，对燃烧完全的影响很大，它与炉膛容积的大小和火焰的充

10、满度有关。 锅炉负荷： 锅炉负荷的变化将会引起炉膛温度的变化，从而影响煤粉的着火和着火的稳定性。锅炉负荷降低时，致使炉膛平均烟温降低，燃烧器区域的烟温也将降低，对煤粉气流的着火是不利的。当锅炉负荷降到一定程度时，就将危及着火的稳定性，甚至引起熄火。因此，着火稳定性条件常常限制了煤粉锅炉负荷的调节范围,2.燃烧完全的条件 要组织良好的燃烧过程，保证炉内不结渣的情况下燃烧速度快，而且燃烧完全，得到最高的燃烧效率。着火阶段是整个燃烧过程的关键，要使燃烧能在较短时间内完成，必须强化着火过程，即保证着火过程能稳定而迅速地进行。 合适的空气量：供应足够而又适量的空气是燃烧完全的必要条件 。 适当的炉温：根

11、据阿累尼乌斯定律，燃烧反应速度与温度成指数关系。因此炉温对燃烧反应速度有着极其显著的影响。炉温高，着火快，燃烧过程也进行得快，燃烧过程也容易趋于完全燃烧。但炉温不能过分地提高，因为过高的炉温会引起炉膛水冷壁的结渣和膜态沸腾,空气和煤粉的良好混合：煤粉燃烧是多相燃烧，其燃烧反应主要在煤粉表面进行。要做到完全燃烧，除保证足够高的炉温和供应合适的空气量外，还必须使煤粉和空气充分扰动、混合，及时提供煤粉燃烧所需要的空气。要做到煤粉和空气良好扰动混合，就要求燃烧器结构特性及其一、二次的良好配合，以及有良好的空气动力场。加强混合扰动，可增加煤粉和空气的接触机会，有利于燃烧趋向完全。 足够的燃烧时间：煤粉在

12、炉内停留的时间，是从煤粉从燃烧器出口一直到炉膛出口这段行程所经历的时间。在这段行程中煤粉完成从着火、燃烧至燃尽，才能燃烧完全,3.煤粉燃烧的过程 煤粉在炉内的燃烧过程分为三个阶段，即着火前的准备阶段(干燥，挥发阶段)、燃烧阶段和燃烬阶段，煤粉在炉膛内，必须在短短的两秒钟左右的时间里，经过这三个阶段，将可燃质基本烧完。着火是燃烧的准备阶段，而燃烧又给着火提供必要的热量来源，这两个阶段是相辅相成的。对应于煤粉燃烧的三个阶段，可以在炉膛中划出三个区，即着火区、燃烧区与燃烬区。大致可以认为：喷燃器出口附近是着火区，炉膛中部与燃烧器同一水平以及稍高的区域是燃烧区，高于燃烧区直至炉膛出口的区域都是燃烬区。

13、其中燃烬区却比较长,二.燃烧设备,直流燃烧器锅炉和旋流燃烧器锅炉是国外电站锅炉二大主要制造厂商前CE(曾为ABB-CE，现为Alstom Power Inc.的一个部门)与B&W公司的制造传统。 北疆电厂采用直流燃烧器 ，燃烧方式采用从美国阿尔斯通能源公司引进的低NOx切向燃烧系统（LNTFS-III），并采用单炉膛双切圆燃烧 。 旋流燃烧器：燃烧器射流在喷入炉膛时依靠射流旋转时产生的中心回流来稳定燃烧,直流燃烧方式的燃烧器射流在喷入炉膛时本身无旋转，燃烧器通常布置在炉膛的4个角上，依靠上下游射流的相互点火作用稳定燃烧；直流燃烧器通常分为携带煤粉的一次风和起助燃作用的二次风，燃烧器喷口布置于炉

14、膛燃烧器区域的4个角上，燃烧器的布置形式随煤种而变。为随着锅炉容量的增大，燃烧器的数目增多，燃烧器组的高度相应增加。 直流燃烧器锅炉从各个角上喷出的射流在炉膛中形成大的旋转火球。整个炉膛相当于一个大的燃烧器。锅炉着火性能优越。炉内混合强烈，炉膛四壁的热负荷分布比较均匀。煤粉在炉内停留时间较长，易于燃尽。其优势在于充分利用各个燃烧器之间相互配合的强大作用,切圆燃烧方式的缺点：炉内强烈旋转气流至炉膛出口仍有较大的旋转惯性,造成两侧烟气温度场和速度场分布不均,从而导致过热器和再热器的汽温和壁温偏差。锅炉容量越大,其偏差也越大,单炉膛双切圆燃烧锅炉解决烟温偏差的理论构思,烟气残余旋转引起的炉膛出口左右

15、烟温偏差 600MW及以上机组四角切圆锅炉存在的主要问题,残余旋转,水平烟道 后向运动,左右不对称的 速度场分布,炉膛出口烟气侧热偏差的主要特征,对流热偏差： -不对称速度场导致不对称传热场,辐射热偏差： -受热面下部区域内高外低的火焰温度分布导致内高外低的辐射热流场,单炉膛过、再热器热偏差的综合特性： -左右不对称的对流热负荷分布与内高外低辐射热负荷的简单迭加,偏差互补型单炉膛双切圆燃烧锅炉 两个相对独立的切圆燃烧流动系统的对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差的合理搭配,总体热偏差大大降低 型布置超大容量切圆燃烧锅炉是解决烟温偏差的最佳途径,CFD模拟结果,炉膛出口烟温分布,炉膛出口

16、烟速分布,双切圆燃烧炉膛热负荷分布特点： 1. 在满负荷时横向最高热负荷率位于炉膛中心线旁，最低热负荷靠近角部； 2. 同一断面上四面墙的吸热曲线都是一致的，沿炉膛高度的任何断面，水冷壁的吸热曲线也都是相似的，只是曲线的峰值有所变化,3. 吸热曲线的分布特征与燃料层的投运层数无关； 4. 在低负荷时，吸热量分布会变得稍为对称，不均匀性亦降低，在低于50%负荷时，吸热量的最大与最小值比平均值差+20%和-15%； 5. 在中间负荷50%80%BMCR时，上述两种分布情况都有可能,北疆电厂燃烧器的设置： 48只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角和中部，在炉膛中呈双切圆方式燃烧。 燃烧器布置型式：

17、典型的烟煤型布置方式。 、二次风(辅助风)相间布置,均匀配风,一次风周围有燃料风(周界风)通道,燃烧器上部布置燃尽风,风量根据负荷需要可实现自动控制,采用炉膛与风箱之间的差压控制方式,燃烧器布置： 下排燃烧器至冷灰斗上沿距离：7090mm。 上排燃烧器至屏底距离：23500mm。 上下一次风喷口距离：11520mm。 相邻层燃烧器喷口间距：2304mm,ALSTOM公司最新的燃烧器设计技术，其燃烧器设计改进主要如下： 1、采用CCOFA和SOFA实现对燃烧区域过量空气系数的多级控制； 2、采用可水平摆动调节的SOFA喷嘴设计，控制炉膛出口烟温偏差； 3、燃烧器摆动系统设计的改进； 4、采用强化

18、着火煤粉喷嘴设计； 5、带同心切圆燃烧方式（CFS）的多隔仓辅助风设计； 6、燃烧器采用不分组的型式,高燃烧效率，稳定的热力特性和低排放等关键参数都是阿尔斯通摆动式切向燃烧技术固有的特点。由于切向燃烧组成独特的空气动力结构，其主要热力特点如下： 1.着火稳定性强:燃料从喷嘴喷出，受上游高温烟气加热很快着火，激烈燃烧的射流末尾又冲撞下游邻角的燃料射流，四角射流相互碰撞加热，从而形成燃烧稳定的旋转上升火焰。下一层旋转上升火焰，促进上一层的燃烧强化和火焰稳定；上一层的旋转气流同时加强对下层火焰的扰动，这种角与角和层与层之间的相互掺混扰动，即炉膛内整体而不是局部的强烈的热量和质量交换，保证了煤粉的着火

19、稳定性。由此切向燃烧可认为“整个炉膛是一个燃烧器,2.燃烧效率高: 由于切向燃烧独特的空气动力结构，燃料进入炉内沿动态切向旋转上升，一般约经1.52.5圈后流出炉膛，炉膛烟气充满度高，能最高效利用炉膛容积，因此在炉内的停留时间较墙式燃烧方式长，为炭粒燃尽创造良好条件。同时火球的旋转使进入炉膛的煤粉和空气逐渐均匀地在整个炉膛中被彻底混合，有利于燃尽。另外切向燃烧的各股射流组合成一个旋转火球，混合强烈，能适应各股间风量分配的不均匀性，具有适度的抗干扰作用，因此对燃料和空气的精确分配没有过高的要求,3.防止结渣性能好 与相同尺寸的墙式燃烧炉膛相比，切向燃烧圆柱型旋转上升的“火球”居于炉膛中部，炉膛充

20、满度好，燃烧热力偏差影响较小，对水冷壁放热较均匀，烟气的尖峰热流及平均温度较低，这一点对燃用低灰熔点的煤特别有利于防止炉膛结渣。 LNTFS-III采用预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）设计,在燃烧区域及上部四周水冷壁附近形成富空气区，能有效防止炉内结渣和高温腐蚀,4.螺旋管圈水冷系统与燃烧方式的完美结合 燃烧系统：切园燃烧方式的独有特点就是其沿炉膛宽度方向的热负荷分布不随锅炉负荷的变化而变化，高度方向的热负荷分布也是基本一致的。而且每面墙（前墙，后墙，侧墙之间的热负荷分布是一致的，相互之间没有区别）。 水冷系统：由于采用螺旋管圈水冷系统，所以对于每一根管子，都是均匀地通过每一面墙。 由于每各

21、管子的任何一点与其它管子相比，其受热条件都是一致的，再加上其结构上的一致性，确保了其水冷壁出口汽温基本一致,5.具有独特的燃烧器摆动调温功能 对切向燃烧来说，它的燃料和空气喷嘴都能上下一致摆动，通过对“火球”位置的调节来影响炉膛吸热量，从而实现对蒸汽温度的控制，这是独一无二的。燃烧器摆动对“火球”位置的影响。实践表明带摆动火嘴的切圆燃烧技术对所有的中国烟煤，褐煤，以及部分贫煤都能适用,燃烧器摆动对炉膛吸热的影响,燃烧器摆动调温功能体现在以下几个方面： 摆动能自动调节，在整个负荷控制范围内保持再热汽温恒定。因此，再热汽温能在对电厂热耗影响最小的情况下得到控制。 在任何给定的负荷下，燃煤锅炉的摆动

22、能自动补偿炉墙积灰的影响。当炉墙积灰增大时，炉膛吸热下降，出口烟温上升，此时燃烧器自动下摆，提高下部炉膛吸热量。当上部炉墙吹灰后，出口烟温下降，此时燃烧器自动上摆，降低下部炉膛吸热量，保持过热、再热汽温的恒定,6. NOx排放量较低 LNTFS是这样的一个系统，使当挥发氮物质形成时、非常关键的早期燃烧阶段中O2降低，它把整个炉膛内分段燃烧和局部性空气分段燃烧时降低NOx的能力结合起来，在初始的富燃料条件下促使挥发氮物质转化成N2，因而达到总的NOx排放减少。 该燃烧系统主要采用以下技术措施,预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）： 由于在上下摆动空气喷嘴上预置一个水平方向偏角，这样形成了辅助空气射

23、流偏斜，由于一次风煤粉气流被偏转的二次风气流裹在炉膛中央，形成富燃料区，在燃烧区域及上部四周水冷壁附近则形成富空气区，局部性分段燃烧延迟燃料射流对该空气的卷吸，因而在挥发份析出和碳初始燃烧阶段降低燃烧化学当量配比。在燃烧阶段，可以保证燃烧的还原气氛，降低NOx生成,采用CCOFA和SOFA实现对燃烧区域过量空气系数的多级控制,燃烧设备结构,煤 粉 燃 烧 器 立 面 布 置 图,SOFA燃烧器立面布置图及运行方式,燃烧器摆动结构优化设计,采 用 强 化 着 火 煤 粉 喷 嘴 设 计,二次风喷嘴： 所有二次风喷嘴均采用横向和纵向加强肋片，将喷嘴断面分成若干小室，以加强喷嘴的刚性。中间二次风喷口

24、带油枪，在燃油期间，与油枪一起构成油燃烧器，在燃煤的时候，该喷口可以作为辅助风喷口,二次风喷嘴,三.微油点火装置,厂家：烟台海融电力技术有限公司 采用出力为10100kg/h（可调）小油枪，实现气化燃烧，用产生的高温火焰直接点燃35t/h的煤粉。 代替传统的大油枪，以煤代油实现发电锅炉的启、停及低负荷稳燃，从而达到节约燃油的目的。 解决锅炉启停不能投入电除尘问题，利于环保。 油系统的控制接入FSSS系统,1.点火原理：微油气化直接点火是利用介质雾化（压缩空气）与气化相结合的燃烧技术使燃油充分燃烧，很小的燃油量（根据燃用煤种不同，着火温度不同，燃油量可在10100kg/h之间调整）就可获得一个刚性较强、温度较高的稳定火炬，当煤粉通过火炬时很快受热，并使煤粉颗粒破裂粉碎，迅速被点燃。根据分级燃烧的原理，使煤粉在点火初期就尽可能充分燃烧，达到煤粉锅炉点火启动和低负荷稳燃的目的。压缩空气主要用于点火时实现燃油雾化、正常燃烧时加速燃油气化及补充前期燃烧需要的氧量；高压风主要用于补充后期加速燃烧所需的氧量,2.微油气化油燃烧器就是燃