第六章 燃烧设备和煤粉燃烧新技术

1、第六章燃烧设备和煤粉燃烧新技术第六章燃烧设备和煤粉燃烧新技术 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 直流煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器 第三节第三节 旋流式煤粉燃烧器旋流式煤粉燃烧器 第四节第四节 煤粉炉炉膛煤粉炉炉膛 第五节第五节 煤粉气流的燃烧煤粉气流的燃烧 第六节第六节 低负荷稳燃及低低负荷稳燃及低Nox煤粉燃烧技术煤粉燃烧技术 第七节第七节 超临界参数锅炉燃烧器及配风技术超临界参数锅炉燃烧器及配风技术 第八节第八节 W型火焰燃烧技术型火焰燃烧技术 第九节第九节 油燃烧器与点火器油燃烧器与点火器 第十节第十节 等离子电话原理及煤粉点火燃烧器等离子电话原理及煤粉点火燃烧器主要内容主要内容第一节第

2、一节 概述概述本书中我们主要讲解煤粉锅炉本书中我们主要讲解煤粉锅炉一、一、 煤粉炉的炉膛煤粉炉的炉膛 炉膛是锅炉最重要的部件之一。炉膛是锅炉最重要的部件之一。 因为：因为： 是燃烧的场所，也是热交换是燃烧的场所，也是热交换( (主要是辐射热交换主要是辐射热交换) )的场所。的场所。 锅炉炉内的燃烧过程是由燃烧设备实现的，锅炉炉内的燃烧过程是由燃烧设备实现的，燃烧设备包括炉膛和燃烧器燃烧设备包括炉膛和燃烧器要求：要求： ( (a) a) 合理布置燃烧器，确保合理布置燃烧器，确保燃烧良好燃烧良好。 ( (b) b) 足够的容积和高度，确保足够的容积和高度，确保燃尽度燃尽度。 ( (c) c) 能布

3、置合适量的受热面，满足能布置合适量的受热面，满足容量容量需要；确需要；确保的对流受热面保的对流受热面安全安全。 ( (d) d) 确保可靠的确保可靠的水动力特性水动力特性。 ( (e) e) 结构结构紧凑紧凑；便于制造、安装、检修和运行。；便于制造、安装、检修和运行。 炉膛的截面形状：多为炉膛的截面形状：多为矩形矩形。二二. . 燃烧器燃烧器 燃烧器是煤粉锅炉的燃烧器是煤粉锅炉的主要燃烧设备主要燃烧设备。作用：作用：（1 1）向锅炉炉膛内输送燃料和空气。）向锅炉炉膛内输送燃料和空气。（2 2）保证燃料和燃烧用空气在进入炉膛时能充分）保证燃料和燃烧用空气在进入炉膛时能充分混合、及时着火和稳定燃烧

4、。混合、及时着火和稳定燃烧。（3 3）空气，一般不集中送入，按对着火、燃烧有）空气，一般不集中送入，按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入的。利而合理组织、分批送入的。 按作用，一次风、二次风。按作用，一次风、二次风。 对煤粉炉燃烧器基本要求：对煤粉炉燃烧器基本要求：(1) (1) 能使煤粉气流稳定地着火；能使煤粉气流稳定地着火；(2) (2) 着火以后，一、二次风能着火以后，一、二次风能及时合理及时合理混合，确保较混合，确保较高的燃烧效率；高的燃烧效率；(3) (3) 火焰在炉内的充满程度好，且不会冲墙贴壁，避火焰在炉内的充满程度好，且不会冲墙贴壁，避免结渣；免结渣；(4) (4) 有较好的

5、燃料适应性和负荷调节范围；有较好的燃料适应性和负荷调节范围；(5) (5) 阻力较小；阻力较小；(6) (6) 能减少能减少NONOx x的生成，减少对环境的污染。的生成，减少对环境的污染。 三、三、 与炉内燃烧过程相关的问题与炉内燃烧过程相关的问题第二节第二节 直流煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器一、煤粉燃烧器的作用一、煤粉燃烧器的作用（1 1）向锅炉炉膛内输送燃料和空气）向锅炉炉膛内输送燃料和空气（2 2）组织燃料和空气及时、充分的混合）组织燃料和空气及时、充分的混合（3 3）保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火，）保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火， 迅速完全的燃烧迅速完全的燃烧直流式煤粉燃烧器的

6、特性直流式煤粉燃烧器的特性1一喷口；一喷口；2一射流等速核心区；一射流等速核心区；3一射流边界层；一射流边界层；4一射流的外边一射流的外边界；界；5一射流内边界；一射流内边界；6一射流源点；一射流源点；7一扩展角；一扩展角；8一速度分布一速度分布从喷口喷出来的从喷口喷出来的直流射流，是湍直流射流，是湍流自由射流。流自由射流。1一喷口；一喷口；2一射流等速核心区；一射流等速核心区；3一射流边界层；一射流边界层；4一射流的外边一射流的外边界；界；5一射流内边界；一射流内边界；6一射流源一射流源点；点；7一扩展角；一扩展角；8一速度分布一速度分布 煤粉燃烧时，为了减少着火所需要的热量，使煤粉燃烧时，

7、为了减少着火所需要的热量，使煤粉迅速加热到着火温度，一般将煤粉需要的空气煤粉迅速加热到着火温度，一般将煤粉需要的空气量分一二次风送入。量分一二次风送入。 一次风的作用一次风的作用是将煤粉送入炉膛，并供给煤粉是将煤粉送入炉膛，并供给煤粉着火间段中挥发分燃烧所需要的氧量。着火间段中挥发分燃烧所需要的氧量。 二次风的作用二次风的作用是供给煤中焦炭和残留挥发分燃是供给煤中焦炭和残留挥发分燃烧所需要的氧量。烧所需要的氧量。 直流燃烧器通常由一系列矩形或圆形喷口组成。直流燃烧器通常由一系列矩形或圆形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射入后，形成直流射流。煤粉气流和热空气从喷口射入后，形成直流射流。燃烧器布置

8、图燃烧器布置图二、直流煤粉燃烧器的类型二、直流煤粉燃烧器的类型 根据直流煤粉燃烧器一二次风口的布置根据直流煤粉燃烧器一二次风口的布置方式不同大致可分为：方式不同大致可分为：1 1、均等配风直流燃烧器、均等配风直流燃烧器2 2、一次集中布置的分级配风直流燃烧器、一次集中布置的分级配风直流燃烧器 一次风集中布置的问题一次风集中布置的问题 n 在一次风口上加装在一次风口上加装夹心风和周界风夹心风和周界风三、四角布置直流燃烧器的工作原理三、四角布置直流燃烧器的工作原理 炉内四角切圆燃烧火焰炉内四角切圆燃烧火焰直流燃烧器及其布置直流燃烧器及其布置 布置在炉膛的四个角，出口气流的几何轴线均切于炉膛布置在炉

9、膛的四个角，出口气流的几何轴线均切于炉膛中心的假想圆。中心的假想圆。 四角射流着火后相交，四角射流着火后相交，相互点燃，利于稳定着相互点燃，利于稳定着火；火； 相切于假想圆后，相切于假想圆后，使气流在炉内强烈旋转，使气流在炉内强烈旋转，利于燃料与空气的扰动利于燃料与空气的扰动混合；火焰在炉内的充混合；火焰在炉内的充满程度较好。满程度较好。工作原理主要表现为几个过程：工作原理主要表现为几个过程：(1) (1) 煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；(2) (2) 射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；衡过程；(3)

10、(3) 煤粉气流的着火过程；煤粉气流的着火过程；(4) (4) 煤粉与二次风空气的混合过程；煤粉与二次风空气的混合过程；(5) (5) 四股气流形成的切圆旋转过程；四股气流形成的切圆旋转过程；(6) (6) 焦炭的燃尽过程。焦炭的燃尽过程。n2 2、“自点燃自点燃”作用作用 四股气流相互撞击，相互点燃。四股气流相互撞击，相互点燃。煤粉气流向火的一侧，煤粉气流向火的一侧，受到上游邻角，高温火受到上游邻角，高温火焰的直接撞击而被点燃焰的直接撞击而被点燃着火的主要条件着火的主要条件背火的一侧也卷吸炉墙背火的一侧也卷吸炉墙附近的热烟气，但量少附近的热烟气，但量少一、二次风的一、二次风的少量过早混合少量

11、过早混合 煤粉气流一般在煤粉气流一般在距离喷口距离喷口0.3-0.5m0.3-0.5m处处开始着火；开始着火； 1-2m 1-2m的范围内，煤的范围内，煤粉中大部分挥发分析粉中大部分挥发分析出并烧完；出并烧完； 焦炭和剩余挥发焦炭和剩余挥发分的燃烧需要分的燃烧需要10-20m,10-20m,甚至更长的距离。到甚至更长的距离。到达炉膛出口处燃料中达炉膛出口处燃料中98%98%以上的可燃物完以上的可燃物完全燃尽全燃尽四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径2、切圆直径、切圆直径五、一次风与二次风五、一次风与二次风1 1、一次风量、一次风量n一次风量主要取决于煤质的挥

12、发分含量和挥发分的发热量。一次风量主要取决于煤质的挥发分含量和挥发分的发热量。n煤质一定时，一次风量是影响煤粉气流着火速度和着火稳定性的煤质一定时，一次风量是影响煤粉气流着火速度和着火稳定性的主要因素主要因素n一次风量应该既能满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，又能一次风量应该既能满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，又能满足输送煤粉的需要。如果同时满足这两个条件有矛盾，则应首满足输送煤粉的需要。如果同时满足这两个条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。先考虑输送煤粉的需要。n一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。一次风率。2、一次

13、风速、一次风速n 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。气流的刚度。n 一次风速过高：一次风速过高：会推迟着火，引起燃烧不稳定。当一次风速会推迟着火，引起燃烧不稳定。当一次风速大于火焰传播速度时，就会吹面火焰，或者将火焰吹到对面炉墙。大于火焰传播速度时，就会吹面火焰，或者将火焰吹到对面炉墙。n 一次风速过小：一次风速过小：对稳定燃烧和防止结渣不利。对稳定燃烧和防止结渣不利。（1 1）煤粉气流刚性减弱，易弯曲变形，偏斜贴墙，切圆组织不好，扰动）煤粉气流刚性减弱，易弯曲变形，偏斜贴墙，切圆组织不好，扰动不强烈，燃烧缓慢。

14、不强烈，燃烧缓慢。（2 2）煤粉气流的席卷能力减弱，加热速度缓慢，着火延迟。）煤粉气流的席卷能力减弱，加热速度缓慢，着火延迟。（3 3）气流速度小于火焰传播速度时，可能产生）气流速度小于火焰传播速度时，可能产生“回火回火”或因着火位置里或因着火位置里燃烧器太近，将喷口烧坏。燃烧器太近，将喷口烧坏。（4 4）易发生空气、煤粉分层，甚至引起煤粉沉积、堵管现象。）易发生空气、煤粉分层，甚至引起煤粉沉积、堵管现象。n 四角布置燃烧器配风风速的推荐值（四角布置燃烧器配风风速的推荐值（m/sm/s）3、一次风温、一次风温n 提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。提高一次风温，可降低着火热，使着火位置

15、提前。n 提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一。措施之一。n 根据煤质挥发分含量的大小，一次风温既应满足使煤粉根据煤质挥发分含量的大小，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。的安全性。 4、二次、二次风量和风速风量和风速 5、二次风温、二次风温n从燃烧角度看，二次风温愈高，越能强化燃烧，从燃烧角度看，二次风温愈高，越能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。n但是二次风温的提高受到空气预热器传

16、热面积的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。加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置。热风温度的热风温度的 6、燃尽风、燃尽风 喷口位于整组燃烧喷口位于整组燃烧器的最上部（三次风喷口器的最上部（三次风喷口之上），送入剩余之上），送入剩余15%15%的的空气，实现富氧燃烧，抑空气，实现富氧燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有利于燃料级燃烧目的，有利于燃料的燃尽。的燃尽。六、三次风、周界风、夹心风六、三次风、周界风、夹心风 n三次风对燃烧

17、及汽温调节的不利影响：三次风对燃烧及汽温调节的不利影响：15-20mm七、摆动式燃烧器七、摆动式燃烧器 n 摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动2030度，度，用来用来改变火焰中心位置的高度改变火焰中心位置的高度，调节再热蒸汽温度（调节再热蒸汽温度（40-50）。并便于在启动和运行中。并便于在启动和运行中进行燃烧调节进行燃烧调节，控制炉膛控制炉膛出口烟温出口烟温，避免炉膛内受热面结渣。，避免炉膛内受热面结渣。n 摆动式燃烧器运摆动式燃烧器运行中容易出现的问题行中容易出现的问题是：是：因喷口受热变形，因喷口受热变形，使摆动机构卡死，或使摆动机构卡死，或

18、摆动不灵活。摆动机摆动不灵活。摆动机构上的传动销磨损或构上的传动销磨损或受热太大时，容易被受热太大时，容易被剪断。剪断。摆动式燃烧器一般适用于燃烧烟煤，也可燃烧较易着火的贫摆动式燃烧器一般适用于燃烧烟煤，也可燃烧较易着火的贫煤，不适用于难着火的无烟煤、贫煤、劣质烟煤。煤，不适用于难着火的无烟煤、贫煤、劣质烟煤。八、大容量锅炉的典型燃烧器结构八、大容量锅炉的典型燃烧器结构 九、直流式燃烧器布置方式九、直流式燃烧器布置方式大容量锅炉常采用。大容量锅炉常采用。采用采用同向大小双切圆同向大小双切圆方式，方式，可改变气流偏斜，防止实际可改变气流偏斜，防止实际切圆的椭圆度过大；切圆的椭圆度过大；采用采用正

19、反双切圆方式正反双切圆方式，两股气流反切，可减少两股气流反切，可减少实际切圆的椭圆度实际切圆的椭圆度；采用采用两角相切，两角对冲方式两角相切，两角对冲方式，可减少，可减少气流相切时实际假想圆的直径，减低气气流相切时实际假想圆的直径，减低气流的旋转强度，防止气流的过分偏斜，流的旋转强度，防止气流的过分偏斜，但却使燃烧后期的混合扰动变差。但却使燃烧后期的混合扰动变差。十、四角切圆燃烧锅炉的残余旋转十、四角切圆燃烧锅炉的残余旋转 第三节第三节 旋流式煤粉燃烧器旋流式煤粉燃烧器一、旋流式燃烧器的工作原理一、旋流式燃烧器的工作原理 旋转射流特点：旋转射流特点：切向速度沿射流运动方向衰减很快；轴向速度切向

20、速度沿射流运动方向衰减很快；轴向速度衰减比切向速度慢些，但远比直流射流快。在衰减比切向速度慢些，但远比直流射流快。在同样初始射流动量下，旋转射流的射程要比直同样初始射流动量下，旋转射流的射程要比直流短。流短。旋转射流扩展角一般比直流大，且随着旋转强旋转射流扩展角一般比直流大，且随着旋转强度增大而增大。度增大而增大。二、二、可动叶片双调风旋流燃烧器可动叶片双调风旋流燃烧器 2、 双调风燃烧器燃烧过程双调风燃烧器燃烧过程温度型3 3、蜗壳式燃烧器、蜗壳式燃烧器三、旋流式燃烧器的布置与供风方式三、旋流式燃烧器的布置与供风方式 n旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、后墙上，旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、

21、后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。第四节第四节 煤粉炉炉膛煤粉炉炉膛 l 炉膛及燃炉膛及燃烧器烧器布置方式布置方式型炉型炉切向燃切向燃烧烧半开式半开式型炉型炉切向燃烧切向燃烧型炉型炉对冲（交错）对冲（交错）燃烧燃烧型炉型炉前墙燃前墙燃烧烧W型炉型炉W燃烧燃烧 炉膛炉膛 型式型式 排渣方式排渣方式固态固态液态液态固态固态固态固态固态固态燃烧器燃烧器型式型式直流式直流式直流式直流式旋流式旋流式旋流式旋流式旋流式旋流式直流式直流式二、评价炉膛结构的参数二、评价炉膛结构的参数 ABQq=ABQar,net的大小取决的大小取决于锅炉容量和参数于锅

22、炉容量和参数炉膛横截面积炉膛横截面积A的的选取主要取决于燃选取主要取决于燃料的结渣、着火特料的结渣、着火特性以及布置足够的性以及布置足够的水冷壁所需要的炉水冷壁所需要的炉膛周界。膛周界。AqAqAqu ,A ,B B、燃烧器区域的壁面热负荷、燃烧器区域的壁面热负荷qR n .RR2()ar netBQqa b H炉膛截面热负炉膛截面热负荷的补充指标荷的补充指标 n VL炉膛容积，炉膛容积，m3。.VLar netBQqV反映燃料及燃反映燃料及燃烧产物在炉膛烧产物在炉膛内停留的时间内停留的时间 qv过大过大 V VL L 炉膛的大小取决炉膛的大小取决于燃料在炉膛内于燃料在炉膛内的燃尽程度的燃尽程

23、度 LV锅炉容量增加，锅炉容量增加，qV值的变化趋势如下图所示值的变化趋势如下图所示: :B、燃料在炉内的停留时间、燃料在炉内的停留时间 nL。 LappjyyysmabBVsL 9 . 0 /,273273,min 内爆的原因内爆的原因一一 六、炉膛内的爆炸性燃烧六、炉膛内的爆炸性燃烧 一、一、 影响煤粉气流着火的因素影响煤粉气流着火的因素 目前，国内外都采用了新的燃烧技术，实现低负目前，国内外都采用了新的燃烧技术，实现低负荷下不投油或少投油的燃烧技术。荷下不投油或少投油的燃烧技术。二、混煤的燃烧特性二、混煤的燃烧特性1 1、混煤的着火特性、混煤的着火特性 混煤的着火温度不取决于混煤的平均挥

24、发分，偏高于混煤的着火温度不取决于混煤的平均挥发分，偏高于相同挥发分的单一煤种。相同挥发分的单一煤种。2 2、混煤的燃烧效率、混煤的燃烧效率 燃烧性能相近的煤混合时，燃烧效率不会受太大的影燃烧性能相近的煤混合时，燃烧效率不会受太大的影响；性能相差较多的煤混燃效果差，燃烧效率下降。响；性能相差较多的煤混燃效果差，燃烧效率下降。一、一、 低负荷稳燃技术低负荷稳燃技术 1 1 煤粉颗粒越细，单位煤粉颗粒越细，单位质量的煤粉表面积越大，火质量的煤粉表面积越大，火焰传播速度越快，如右图所焰传播速度越快，如右图所示：示： 燃烧放热速度越快，煤燃烧放热速度越快，煤粉颗粒越容易被加热，从而粉颗粒越容易被加热，从而越容易稳定着火越容易稳定着火。4 4、 二、低二、低NOx煤粉燃烧技术煤粉燃烧技术2、低、低NOx煤粉燃烧器（火焰内脱氮）煤粉燃烧器（火焰内脱氮）过量空气系数过量空气系数远大于远大于 1 1，降，降低温度型低温度型NOx过过量空气系数量空气系数远小于远小于 1 1，降降低燃料型低燃料型NOx 这种降低这种降低NOxNOx的方法是使浓煤粉气流在的方法是使浓煤粉气流在1 1的条件下燃的条件下燃烧，煤粉在高浓度燃烧时，由于缺氧产生的燃料型烧，煤粉在高浓度燃烧时，由于缺氧产生的燃料型NOxNOx减少；减少；而淡煤粉气流在而淡煤粉气流在1 1的条件下燃烧，煤粉低浓度燃烧时，