燃烧设备和煤粉燃烧新技术实用教案

1、第一节第一节 锅炉燃烧设备锅炉燃烧设备(shbi)(shbi)概述概述一、不同的煤燃烧一、不同的煤燃烧(rnsho)方式：火床炉，煤粉炉，循环流化床锅炉方式：火床炉，煤粉炉，循环流化床锅炉二、煤粉锅炉燃烧二、煤粉锅炉燃烧(rnsho)设备的组成：炉膛设备的组成：炉膛+燃烧燃烧(rnsho)器器+供风设备供风设备+制粉制粉设备设备三、煤粉燃烧三、煤粉燃烧(rnsho)器的作用与类型器的作用与类型 燃烧燃烧(rnsho)器输送煤粉和一次空气，组织煤粉气流的着火、稳定和低污染燃烧器输送煤粉和一次空气，组织煤粉气流的着火、稳定和低污染燃烧(rnsho)。 可分为直流与旋流两大类可分为直流与旋流两大类第

2、1页/共181页第一页，共181页。四、炉膛的作用与类型四、炉膛的作用与类型炉膛的作用：经济、安全地组织和完成燃烧过程和传热过程。炉膛的作用：经济、安全地组织和完成燃烧过程和传热过程。煤粉锅炉煤粉锅炉(gul)炉型：炉型：型炉最多，分为四角燃烧、墙式燃烧；型炉最多，分为四角燃烧、墙式燃烧；W型火焰炉，塔式炉，旋风炉等型火焰炉，塔式炉，旋风炉等五、锅炉五、锅炉(gul)燃烧设备的发展方向燃烧设备的发展方向高效、低污染的燃烧技术和设备。高效、低污染的燃烧技术和设备。六、六、 与炉内燃烧过程相关的问题与炉内燃烧过程相关的问题(1) 受热面积灰、结渣；受热面积灰、结渣；(2) 受热面金属表面的高温腐蚀

3、；受热面金属表面的高温腐蚀；(3) 蒸发受热面中水动力的安全性；蒸发受热面中水动力的安全性；(4) 氧化氮等污染物的生成；氧化氮等污染物的生成；(5) 火焰在炉膛容积中的充满程度。火焰在炉膛容积中的充满程度。 第2页/共181页第二页，共181页。* *燃烧器的作用燃烧器的作用(zuyng)(zuyng)与类型与类型 燃烧器是指将燃料与燃烧所需空气按一定比例、速度和混合方式送入炉膛并正确组织燃料在炉膛内着火、燃烧和燃尽的装置。 作用：将煤粉与空气混合气流按有利(yul)的方式送入炉膛，造成有利(yul)的空气动力场，保证煤粉气流及时着火、强烈燃烧、洁净燃烧、良好燃尽。 分类：直流燃烧器；旋流燃

4、烧器第3页/共181页第三页，共181页。第二节第二节 直流式煤粉燃烧器直流式煤粉燃烧器一、直流式煤粉燃烧器的特性一、直流式煤粉燃烧器的特性(txng)1不旋转，射流扩展角小，卷吸能力小，单只燃烧器的着火性能差，炉膛充满度差；不旋转，射流扩展角小，卷吸能力小，单只燃烧器的着火性能差，炉膛充满度差；2射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽；射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽；3采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火好，混合强烈；采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火好，混合强烈；4多层布置（不少于三层）。多层布置（不少于三层）。第4页/共181页第四页，共181页。1-1

5、-喷口；喷口；2-2-核心区；核心区；3-3-边界层；边界层；4-4-外边界；外边界；5-5-内边界；内边界；6-6-源点；源点；7-7-扩展角；扩展角；8-8-速度分布速度分布等温自由射流的结构特等温自由射流的结构特性及速度分布性及速度分布W WH H=0=0，C CH H=0=0，T TH HTT0 0 直流射流是燃烧器各喷口直流射流是燃烧器各喷口(pn ku)以较高的初速和一定的浓度，射入以较高的初速和一定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间（炉膛内充满高温、静止介质（烟气），煤粉浓度尺寸很大的炉膛空间（炉膛内充满高温、静止介质（烟气），煤粉浓度为零）的煤粉气流为零）的煤粉气流 直流射流除了整

6、体运动外，流体微团还具有纵向和横向脉动，后者对直流射流除了整体运动外，流体微团还具有纵向和横向脉动，后者对热、质交换起着重要作用热、质交换起着重要作用W W0 0C C0 0T T0 0第5页/共181页第五页，共181页。 射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体微团不断与周围介质发向运动，其边界上的流体微团不断与周围介质发生热、质和动量交换，将部分周围高温生热、质和动量交换，将部分周围高温(gown)、静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动 射流横断面不断扩展，流量射流横断面不断扩展，流

7、量Q增加；煤粉浓度增加；煤粉浓度C下降；温度下降；温度T升高；轴向速度升高；轴向速度W逐渐减慢，最后射逐渐减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中流的能量完全消失在空间介质中第6页/共181页第六页，共181页。 射流核心区射流核心区 射流中心尚未被周围气体混入，保持射流中心尚未被周围气体混入，保持初速初速w w0 0的区域。的区域。 湍流边界层湍流边界层 核心区维持初速核心区维持初速w w0 0的边界称为的边界称为内边界；内边界；射流与周围气体的分界称为射流与周围气体的分界称为外边界。外边界。内、外边界间内、外边界间区域为区域为湍流边界层，湍流边界层，其内为射流本身的流体以及卷其内为射流本身

8、的流体以及卷吸进来的周围气体。吸进来的周围气体。 转折截面转折截面 核心区消失，只在射流轴线保持初速核心区消失，只在射流轴线保持初速w w0 0的某点对应的截面。在转折截面前的射流段称为的某点对应的截面。在转折截面前的射流段称为初始初始段，段，在转折截面后的射流称为在转折截面后的射流称为基本段。基本段。 扩展角扩展角 射流外边界线的交点称为源点，其交角称射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角。为扩展角。第7页/共181页第七页，共181页。 卷吸量卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量外边界卷吸的高温烟气量 圆形喷口的卷吸量大于矩形喷口；圆形喷口的卷吸量大于矩形喷口； 一个喷口分成总面积相等

9、的若干个小喷口，一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的；卷吸量是增加的； 直流直流Q漩流漩流Q；直流射流适用于无烟煤，；直流射流适用于无烟煤，后期后期(huq)混合好。混合好。第8页/共181页第八页，共181页。 射程 L L 射流轴向速度wmwm与射流初始速度w0w0的比值降低到某一不为零的数值（如0.050.05）时的截面与喷口间的距离。射程反映轴向速度wmwm沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气体的穿透能力(nngl) (nngl) 。直流射程LL漩流射程L L。 显然，射流卷吸周围气体越多，衰减显然，射流卷吸周围气体越多，衰减(shui jin)较快。直流湍流自由射

10、流较快。直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射流的衰减的卷吸量相对较小，而射流的衰减(shui jin)较慢。较慢。第9页/共181页第九页，共181页。 扩展角扩展角 可决定可决定(judng)(judng)射流的形状及两相射流的形状及两相邻射流开始混合点，其位置对邻射流开始混合点，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，直流湍流自补充有很大影响，直流湍流自由射流的由射流的相对较小。相对较小。射流组的流动(lidng)(lidng)过程第10页/共181页第十页，共181页。 射流的刚度 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

11、移到炉墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其正常工作(gngzu)(gngzu)。 射流的初始动量越大，刚度越大。 第11页/共181页第十一页，共181页。二、直流燃烧器的类型二、直流燃烧器的类型(lixng)1 1均等均等(jndng)(jndng)配风配风一、二次风喷口间隔一、二次风喷口间隔布置，混合较快，适布置，混合较快，适用于挥发分较高的煤用于挥发分较高的煤种。种。第12页/共181页第十二页，共181页。2. 2. 分级分级(fn j)(fn j)配风配风(1)(1)目的：目的：在燃烧过程不同时期的各个阶段，在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉既按需要送入适

12、量空气，保证煤粉既能稳定着火、又能完全燃烧。能稳定着火、又能完全燃烧。(2)(2)特点特点 使着火区保持比较高的煤粉浓度，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，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，适用使着火区保持高温燃烧状态，适用于难燃煤；煤粉气流刚性增强，不于难燃煤；煤粉气流刚性增强，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力加强。的能力加强。第13页/共181页第十三页，共181页。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(rnsho)(rnsho)进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变

13、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。第14页/共181页第十四页，共181页。三、四角布置直流燃烧器的工作三、四角布置直流燃烧器的工作(gngzu)原理原理 1、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) 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) 射流的相互射流的相互(xingh)撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；(3) 煤粉气流的着火过程；煤粉气流的着火过程；(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) 四股气流形成的切圆旋转过程；四股气流形

14、成的切圆旋转过程；(6) 焦炭的燃尽过程。焦炭的燃尽过程。第15页/共181页第十五页，共181页。第16页/共181页第十六页，共181页。第17页/共181页第十七页，共181页。第18页/共181页第十八页，共181页。 2、“自点燃(din rn)”作用 四股气流相互撞击四股气流相互撞击(zhungj)，相，相互点燃。卷吸热量，互点燃。卷吸热量，但少。但少。第19页/共181页第十九页，共181页。四、四角切圆燃烧四、四角切圆燃烧(rnsho)的气的气流偏斜及切圆直径流偏斜及切圆直径1、气流偏斜问题、气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：（

15、1）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。（2）射流偏斜还受射流两侧）射流偏斜还受射流两侧“补气补气(b q)”条件的条件的影响。影响。（3）燃烧器的高宽比）燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响对射流弯曲变形影响较大。较大。（4）当燃烧器多层布置时，上层气流不断的被卷）当燃烧器多层布置时，上层气流不断的被卷吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响，吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响，使气流容积流量增大，旋涡直径相应增大，一使气流容积流量增大，旋涡直径相应增大，一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的810倍。倍

16、。第20页/共181页第二十页，共181页。第21页/共181页第二十一页，共181页。2、切圆直径、切圆直径(zhjng)过大问题过大问题 优点：优点： 上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部(n b)靠近，靠近，煤粉的着火条件较好。这时炉内气流旋转强烈，气流扰煤粉的着火条件较好。这时炉内气流旋转强烈，气流扰动大，使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强，有动大，使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。利于煤粉的燃尽。 问题：问题： (1) 火焰容易贴墙，引起结渣；火焰容易贴墙，引起结渣； (2) 着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；着火过于靠近喷口，容

17、易烧坏喷口； (3) 火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温火焰的粘度很大，到达炉膛出处，残余旋转较大，高温火焰的粘度很大，到达炉膛出处，残余旋转较大，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，因而既容易这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，因而既容易引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣或超温。引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣或超温。第22页/共181页第二十二页，共181页。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。一次风量应该既能满足煤粉

18、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如果同时满足这两个(lin )(lin )条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。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。一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。第23页/共181页第二十三页，共181页。2、一次风速、一次风速(fn s) 一次风速不但决定着火(zho hu)(zho hu)燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。 第24页/共181页第二十四页，共181页。3、一次风温、一次风温 提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。提高热

19、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。根据煤质挥发分含量的大小(dxio)(dxio)，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。 第25页/共181页第二十五页，共181页。4、二次风量、二次风量(fngling)和风速和风速 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(bx)(bx)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和混合，故通常二次风速比一次风速提高一倍以上。 第26页/共181页第二十六页，共181页。 下二次风下二次风 防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致防止煤粉离

20、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。过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小。 中二次风中二次风 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，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。风量较大。 上二次风上二次风 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。的主要风源，风量较大。 燃尽风燃尽风 喷口位于整组燃烧器的最上部，送入剩余喷口位于整组燃烧器的最上部，送入剩余15%15%左右的空气，实现富燃左右的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃

21、烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内NOXNOX生成量，有生成量，有利于燃料的燃尽。利于燃料的燃尽。 周界风周界风 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。防止喷口烧坏，适应煤质的变化。 此外，可布置此外，可布置(bzh)(bzh)的二次风还有侧二次风、中心十字二次风和夹心风等。的二次风还有侧二次风、中心十字二次风和夹心风等。 第27页/共181页第二十七页，共181页。5、二次风温、二次风温 从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强

22、化燃烧，并能在低负荷(fh)(fh)运行时增强着火的稳定性。 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。 第28页/共181页第二十八页，共181页。六、三次六、三次(sn c)风、周界风、夹心风风、周界风、夹心风 1 1、三次风、三次风 概念：概念：在中储式制粉系统中，细粉分离器将煤粉和输送煤粉的空分离后，形成乏气。乏气中在中储式制粉系统中，细粉分离器将煤粉和输送煤粉的空分离后，形成乏气。乏气中带有带有10%10%左右的细煤粉。这部分乏气一般送入炉膛燃烧，形成三次风。三次风的特点左右的细煤粉。这部分乏气一般送入炉

23、膛燃烧，形成三次风。三次风的特点是温度低，水分是温度低，水分(shufn)(shufn)大，煤粉细。旋流燃烧器的外二次风或燃尽风也称为三大，煤粉细。旋流燃烧器的外二次风或燃尽风也称为三次风，和此处的概念不同。次风，和此处的概念不同。第29页/共181页第二十九页，共181页。 三次风对燃烧及汽温调节的不利影响： (1) 使火焰(huyn)温度降低，燃烧不稳定； (2) 火焰(huyn)拖长，炉膛出口烟温升高，使过热汽温与再热汽温偏高，汽温调节幅度增大。同时增大过热器热偏差； (3) 三次风高速射入，使火焰(huyn)残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加； (4) 三次风量较大时，风速也增大，易扰乱

24、炉正常的空气流动，引起火焰(huyn)贴墙结渣。第30页/共181页第三十页，共181页。2、周界风、周界风 周界风的作用是：(1) 冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形；(2) 少量热空气与煤粉火焰及时混合； (3) 周界风的速度(sd)比煤粉气流的速度(sd)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； (4) 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。 第31页/共181页第三十一页，共181页。3 3、夹心、夹心(jixn)(jixn)风风 夹心风的作用： (1) 补充(bchng)火焰中心的氧气，同时也

25、降低了着火区的温度，而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响； (2) 高速的夹心风提高了一次风射流的刚度，能防止气流偏斜，而且增强了煤粉气流内部的扰动，这对加速外缘火焰向中心的传播是有利的； (3) 夹心风速度较大时，一次风射流扩展角减小，煤粉气流扩散减弱，这对于减轻和避免煤粉气流贴壁，防止结渣有一定作用； (4) 可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一。第32页/共181页第三十二页，共181页。第33页/共181页第三十三页，共181页。七、摆动七、摆动(bidng)式燃烧器式燃烧器 摆动式燃烧器的各喷口一般(ybn)(ybn)可同步上、下摆动20302030度，用来改变火焰中心

26、位置的高度，调节再热蒸汽温度。并便于在启动和运行中进行燃烧调节，控制炉膛出口烟温，避免炉膛内受热面结渣。 摆动式燃烧器运行中容易出现的问题是：因喷口受热变形，使摆动机构卡死，或摆动不灵活。摆动机构上的传动销磨损或受热太大时，容易被剪断。第34页/共181页第三十四页，共181页。第35页/共181页第三十五页，共181页。八、大容量锅炉的典型八、大容量锅炉的典型(dinxng)燃烧燃烧器结构器结构 第36页/共181页第三十六页，共181页。九、直流式燃烧器布置九、直流式燃烧器布置(bzh)方式方式第37页/共181页第三十七页，共181页。 我国不少电厂对四角切圆燃烧方式进行了改进，其主要特

27、点为： (1) 一、二次风不等切圆布置。这种方法是将一、二次喷口(pn ku)按不同角度组织切圆，二次风靠炉墙一侧，一次风靠内侧布置。这种布置方式既保持了邻角相互点燃的优势，又使炉内气流流动稳定，火焰不贴炉墙，因而防止了结渣。但容易引起煤粉气流与二次风的混合不良，可燃物的燃烧不充分。一次风喷口(pn ku)以小切圆方式布置，二次风喷口(pn ku)射出的气流与一次风气流偏转一个角度，即称为偏转二次风，如图6-12所示。这种方法的特点是在燃料着火后，及时供应二次风，将火焰与炉墙“隔开”，形成一层“气幕”，在水冷壁附近区域造成氧化性气氛，可提高灰熔点温度，减轻水冷壁的结渣。还可以降低NOx的生成量

28、。适用于燃用烟煤及挥发分较高的贫煤。第38页/共181页第三十八页，共181页。第39页/共181页第三十九页，共181页。第40页/共181页第四十页，共181页。 (2) (2) 一次风正切圆、二次风反切圆布置。这种布置方法可减弱炉膛出口的残余旋转，从而减小了过热器的热偏差，并能防止结渣。 (3) (3) 一次风对冲、二次风切圆布置。这种方法减小了炉内一次风气(fngq)(fngq)流的实际切圆直径，使煤粉气流不易贴壁，因而能防止结渣，而且能减弱气流的残余旋转。 第41页/共181页第四十一页，共181页。十、四角切圆燃烧锅炉的残余十、四角切圆燃烧锅炉的残余(cny)旋转旋转 第42页/共

29、181页第四十二页，共181页。 第三节 旋流(xun li)式燃烧器 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(qin li)混合。混合。 第43页/共181页第四十三页，共181页。第44页/共181页第四十四页，共181页。第45页/共181页第四十五页，共181页。二、分类二、分类(fn li) 1 1， 可动叶片可动叶片

30、(ypin)(ypin)双调风旋流燃烧器双调风旋流燃烧器 第46页/共181页第四十六页，共181页。2 2， 双调风燃烧器双调风燃烧器 第47页/共181页第四十七页，共181页。第48页/共181页第四十八页，共181页。3 3，蜗壳，蜗壳(w k)(w k)式燃烧器式燃烧器第49页/共181页第四十九页，共181页。三、旋流式燃烧器的布置三、旋流式燃烧器的布置(bzh)与供风与供风方式方式 旋流式燃烧器通常布置(bzh)(bzh)在炉膛的前、后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。第50页/共181页第五十页，共181页。第51页/共181页第五十一页，共181页。第52页/共

31、181页第五十二页，共181页。第53页/共181页第五十三页，共181页。四、单只燃烧器的热功率四、单只燃烧器的热功率(gngl) (gngl) 单只燃烧器功率过大，会带来以下几个问题：(1) 炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。(2) 炉膛受热面局部热负荷过高，易引起水冷壁的传热恶化和直流锅炉的水动力多值性。(3) 切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响(yngxing)较大。(4) 切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温的影响(yngxing)较大，影响(yngxing)过热器的安全性和汽温调节。(5) 一、二次风的气流太厚，不利风粉混合。(6) 燃烧调节不太灵活。第54页/共181页第五十

32、四页，共181页。五、旋转火焰五、旋转火焰(huyn)(huyn)的特性的特性 根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成的火焰形状(xngzhun)(xngzhun)可能有三种：封闭式火焰、开放式火焰、飞边火焰。 第55页/共181页第五十五页，共181页。第四节第四节 煤粉炉炉膛煤粉炉炉膛(ltng) (ltng) 一、燃烧煤粉对炉膛的要求一、燃烧煤粉对炉膛的要求 (1) 创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；(2) 将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有的受热将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有的受热(shu

33、 r)面不结渣；面不结渣；(3) 布置足够的蒸发受热布置足够的蒸发受热(shu r)面，并不发生传热恶化；面，并不发生传热恶化；(4) 尽可能减少污染物的生成量；尽可能减少污染物的生成量；(5) 对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性。对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性。 第56页/共181页第五十六页，共181页。炉膛及燃烧器布置方式型炉切向燃烧半开式型炉切向燃烧型炉对冲（交错）燃烧型炉前墙燃烧W型炉W燃烧 炉膛 型式 排渣方式固态液态固态固态固态燃烧器型式直流式直流式旋流式旋流式旋流式直流式第57页/共181页第五十七页，共181页。二、评价炉膛二、评价炉膛

34、(ltng)(ltng)结构的参数结构的参数 1、炉膛结构着火、炉膛结构着火(zho hu)稳定性参数稳定性参数A、炉膛截面热负荷、炉膛截面热负荷qA A-炉膛横截面积，炉膛横截面积，m2。通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。B-燃煤量，燃煤量，kg/s。Q-燃料的收到基低位发热量，燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。ABQqnetarA.第58页/共181页第五十八页，共181页。第59页/共181页第五十九页，共181页。B、燃烧器区域的壁面热负荷、燃烧器区域的壁面热负荷qR a、b炉膛深度、宽度炉膛深度、宽度(kund)； HR燃烧器区域高度，

35、一般取上层一次风喷口上方燃烧器区域高度，一般取上层一次风喷口上方1.5米处和下层一次风喷口下米处和下层一次风喷口下方方1米处的距离；米处的距离；围燃带面积修正系数；围燃带面积修正系数；RnetarRHbaBQq)( 2.第60页/共181页第六十页，共181页。、炉膛、炉膛(ltng)(ltng)结构燃尽性参数结构燃尽性参数 A、 炉膛容积热负荷炉膛容积热负荷qv VL炉膛容积，炉膛容积，m3。炉膛容积热负荷炉膛容积热负荷qv的意义是指在单位时间内、单位炉膛容积内，燃料的意义是指在单位时间内、单位炉膛容积内，燃料(rnlio)燃烧放燃烧放出的热量出的热量 LnetarVVBQq.第61页/共1

36、81页第六十一页，共181页。第62页/共181页第六十二页，共181页。B、燃料在炉内的停留时间、燃料在炉内的停留时间 燃料在炉内的停留时间可用下述关系表示：燃料在炉内的停留时间可用下述关系表示： L燃烧器上一次风中心至屏下端距离，燃烧器上一次风中心至屏下端距离，m; Wy烟气在炉内的平均烟气在炉内的平均(pngjn)上升速度，上升速度， m/s; yWLmin第63页/共181页第六十三页，共181页。第64页/共181页第六十四页，共181页。3 3、炉膛、炉膛(ltng)(ltng)结构结渣性参数结构结渣性参数 与着火稳定(wndng)因素相同，用Jz表示： JZ= qA + qR 第

37、65页/共181页第六十五页，共181页。三、炉膛受热面结渣的影响三、炉膛受热面结渣的影响(yngxing)(yngxing)因素因素 1 1、受热、受热(shu r)(shu r)面结渣的形成过程面结渣的形成过程 当熔融的灰渣接近受热当熔融的灰渣接近受热(shu r)(shu r)面时，若未被冷却凝固，并与受热面时，若未被冷却凝固，并与受热(shu (shu r)r)面相碰，大块渣积聚在受热面相碰，大块渣积聚在受热(shu r)(shu r)面外壁上，便形成了面外壁上，便形成了“结渣结渣”现现象。象。第66页/共181页第六十六页，共181页。2 2、受热面积、受热面积(min j)(min

38、 j)灰或结渣的危害灰或结渣的危害 (1) 使炉内传热变差，加剧结渣过程。 (2) 炉膛出口的受热面超温。 (3) 水冷壁积灰、结渣较多时，多数并发高温(gown)腐蚀。 (4) 使锅炉效率降低。 (5) 水冷壁尤其是过热器结渣严重时，大块渣落下，可能扑灭火焰或砸坏炉底水冷壁，造成恶性事故。 第67页/共181页第六十七页，共181页。3 3、影响受热面结渣的主要、影响受热面结渣的主要(zhyo)(zhyo)因素因素 (1) 煤灰特性和化学组成(2) 炉膛温度水平 (3) 火焰(huyn)贴墙 (4) 过量空气系数 (5) 煤粉细度 (6) 吹灰 (7) 燃用混煤 第68页/共181页第六十八

39、页，共181页。第69页/共181页第六十九页，共181页。4 4、防止受热、防止受热(shu r)(shu r)面结渣的基本条件面结渣的基本条件 一是炉内应布置足够的受热面来冷却烟气，使烟气贴近受热面时，烟气温度降低到灰的熔点温度以下，即保证灰渣贴近受热面时被凝固； 二是组织一、二次风形成良好的气流结构(jigu)，保证火焰不直接冲刷受热面。第70页/共181页第七十页，共181页。四、火焰四、火焰(huyn)(huyn)充满度充满度 因为死滞漩涡区的存在会给锅炉运行带来下述问题(wnt)： (1) 炉膛容积利用不好。 (2) 造成热偏差。 第71页/共181页第七十一页，共181页。五、炉

40、膛五、炉膛(ltng)(ltng)负压负压 1、煤粉炉的正常炉膛负压、煤粉炉的正常炉膛负压 炉内压力比外界大气压力低炉内压力比外界大气压力低26mm水柱（水柱（2060Pa）。维持正常的炉膛负压，不仅）。维持正常的炉膛负压，不仅对锅炉经济运行作用对锅炉经济运行作用(zuyng)很大，而且对运行调节十分有益。很大，而且对运行调节十分有益。第72页/共181页第七十二页，共181页。 2 2、炉膛负压、炉膛负压(f y)(f y)太大的危害太大的危害 (1)炉膛负压太大，说明引风机抽吸力过大。此时，炉内气流明显向上翘，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，引起汽温升高或过热器结渣。(2)气流上翘，火焰行

41、程缩短，导致不完全燃烧。(3)对于四角燃烧炉，由于气流上翘，使四股气流的相互作用变差，甚至切圆形成不好，煤粉气流相互点燃的作用变弱，燃烧变得不稳定。如果煤质着火性能变差时，还可能引起灭火。(4)漏风增大，使烟气体积(tj)增加，这时排烟损失增加；受热面磨损加剧；汽温升高；炉膛温度降低，影响燃烧稳定性；一部分燃料未来得及完全燃烧就被排出炉外，因而造成不完全损失增大等一系列不良影响。第73页/共181页第七十三页，共181页。 (5)炉膛负压急剧升高时，还可能发生炉膛内爆事故。内爆会造成水冷壁损坏或人身事故。内爆产生的原因一是：引风机运行不正常，静压头过高或挡板运行不良；二是因灭火而切断燃料供应时

42、，炉膛负压急剧升高。因此，在切断燃料的同时，应适当关小引风机挡板，以免负压剧增。 (6)炉膛负压波动时，也可能是炉内压力波变化造成的。此时表明燃烧处于不稳定状态。燃烧脉动时，负压也随着脉动。所以，炉膛负压是燃烧调整和锅炉保护的重要参数。 (7)炉膛负压由负压值极高突变正压，此过程发生的时间极短，只有12秒，正压值极高。这种情况下，极可能发生炉膛爆炸。对于自动化程度比较(bjio)高的锅炉，炉膛负压超限时，控制系统会自动发出报警或保护动作。第74页/共181页第七十四页，共181页。六、炉膛六、炉膛(ltng)(ltng)内的爆炸性内的爆炸性燃烧燃烧 炉膛爆炸的原因是数量过多的燃料和空气在炉膛内

43、未能及时着火燃烧，而以极高的速度进行化学反应(huxu fnyng)，当具有足够的着火热源时，在瞬间形成可燃性气体，气体容积急剧增加，炉内压力和温度急剧升高。第75页/共181页第七十五页，共181页。第五节第五节 煤粉气流煤粉气流(qli)(qli)的着火燃烧的着火燃烧 一、一、 影响煤粉气流着火的因素影响煤粉气流着火的因素 挥发分挥发分 燃料品质燃料品质水分水分 燃料燃料 灰分灰分 发热量发热量 煤粉细度及煤粉颗粒分布煤粉细度及煤粉颗粒分布 一次风量、一次风温、一次风速一次风量、一次风温、一次风速 燃烧器燃烧器 二次风速，二次风温，二次风速，二次风温， 结构结构 配风方式及燃烧器结构型式配

44、风方式及燃烧器结构型式 单只燃烧器的热功率单只燃烧器的热功率(gngl)(gngl) 炉膛炉膛 qAqA，qRqR，qVqV 散热强度和放热强度散热强度和放热强度 运行运行锅炉负荷锅炉负荷 调节方式调节方式第76页/共181页第七十六页，共181页。 着火热的影响 将煤粉气流由初温加热至着火温度所需要的热量(rling)。由煤粉、空气质量决定。（可参考式6-1）第77页/共181页第七十七页，共181页。二、混煤的燃烧(rnsho)特性1、混煤的着火特性非线性，偏高于相同挥发(huf)分的单一煤种。2、混煤的燃烧效率性能相差较多的煤混燃效果差，燃烧效率下降。第78页/共181页第七十八页，共1

45、81页。第六节第六节 低负荷稳燃及低低负荷稳燃及低NOxNOx煤粉燃烧煤粉燃烧(rnsho)(rnsho)技术技术 一、一、 低负荷稳燃技术低负荷稳燃技术 1 1， 提高提高(t go)(t go)一次风气流中的煤粉浓度一次风气流中的煤粉浓度 第79页/共181页第七十九页，共181页。2 2，提高，提高(t go)(t go)煤粉气流初温煤粉气流初温 第80页/共181页第八十页，共181页。3，提高，提高(t go)煤粉颗粒细度煤粉颗粒细度 第81页/共181页第八十一页，共181页。4，在难燃煤中加入易燃燃料，在难燃煤中加入易燃燃料 改善改善(gishn)燃烧特性燃烧特性第82页/共18

46、1页第八十二页，共181页。 利用燃烧器的各种结构利用燃烧器的各种结构(jigu)(jigu)产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力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；用叶片产生回流，如旋流预燃室； 采用采用(ciyng)(ciyng)各种方法使煤粉气流在进各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离，浓相入炉膛之前进行浓缩分离，浓相(0.8 (0.8 1.2kg1.2kg煤粉煤粉/kg/kg空气空气)

47、 )处于炉膛内的向火面，有处于炉膛内的向火面，有利于着火和燃烧，煤粉淡相利于着火和燃烧，煤粉淡相(0.2(0.20.4kg0.4kg煤粉煤粉/kg/kg空气空气) )处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受煤粉的冲刷磨损、高温腐蚀和结渣。煤粉的冲刷磨损、高温腐蚀和结渣。第83页/共181页第八十三页，共181页。 钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口1 1出口处安装一个三角形的出口处安装一个三角形的非流线形物体非流线形物体钝体钝体2 2 煤粉空气流经钝体后，在钝体后面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产生一个较大的

48、高温回流区3 3。 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，边缘附近集聚，形成一个高煤粉浓度区域。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。 第84页/共181页第八十四页，共181页。提高煤粉燃烧速度提高煤粉燃烧速度(sd)降低煤粉气流着火温度降低煤粉气流着火温度减少煤粉气流的着火热减少煤粉气流的着火热 增加辐射吸热量增加辐射吸热量 降低污染物降低污染物NOx的排放的排放第85页/共181页第八十五页，共181页。 三角形滑块三角形滑

49、块 一次风直管段中一次风直管段中的三角形滑块可进行煤粉的浓淡分离，的三角形滑块可进行煤粉的浓淡分离，在燃烧器出口得到在燃烧器出口得到(d do)(d do)所需的煤所需的煤粉浓相和淡相进入炉膛燃烧粉浓相和淡相进入炉膛燃烧 稳燃腔煤粉燃烧器稳燃腔煤粉燃烧器由稳燃腔由稳燃腔腔体、钝体腔体、钝体和煤粉浓淡分离和煤粉浓淡分离三角滑块三角滑块组成组成 稳燃腔腔体稳燃腔腔体 腔体使钝体后腔体使钝体后回流区封闭，回流区封闭，煤粉气流经钝体后一段距离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

50、渐扩段，相对减低了气流的速度，可避免前腔体有一渐扩段，相对减低了气流的速度，可避免钝体烧坏，减轻磨损钝体烧坏，减轻磨损 钝体钝体 置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后形成一个回流区形成一个回流区，卷，卷吸炉内的高温烟气加热煤粉气流，强化着火、燃烧吸炉内的高温烟气加热煤粉气流，强化着火、燃烧 第86页/共181页第八十六页，共181页。 原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，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，其间形

51、成高温烟气回流，稳稳定煤粉的着火和燃烧。定煤粉的着火和燃烧。 两个一次风喷口两侧壁腰部布置腰部二次风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，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用于调节煤粉着火点位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣。位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣。第87页/共181页第八十七页，共181页。 下一次风口两侧各装下一次风口两侧各装1 1个直径为个直径为668mm8mm的高速蒸汽射流管的高速蒸汽射流管 流速可在流速可在0 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音速之间调节。高速气流产生的强烈回流与一次

52、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；根据生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据(gnj)(gnj)不同煤种对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。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。适用于极难燃煤种。 双通道煤粉燃烧器是通过双通道煤粉燃烧器是通过(tnggu)改变腰部二次风风量和高速射流蒸汽压力来控制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煤粉着火，达到低负荷稳燃和适应煤种变化的目的第88页/共181页第八十八页，共181页。 一次风管内采

53、用百叶窗式浓缩器一次风管内采用百叶窗式浓缩器 百叶窗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 燃烧器出口设置钝体和侧面风燃烧器出口设置钝体和侧面风 钝体钝体用来形成一定的烟气回流起稳燃作用，用来形成一定的烟气回流起稳燃作用，侧面风侧面风可保护水冷壁避免高可保护水冷壁避免高温腐蚀和结渣温腐蚀和结渣第89页/共181页第八十九页，共181页。 煤粉气流通过管道弯头时，煤粉气流通过管道弯头时，受离心力

54、的作用分成浓淡两股，受离心力的作用分成浓淡两股，喷嘴中间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。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。 煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，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，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 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，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，其结构简单，由喷嘴前端板、

55、波纹扩流锥及喷嘴整体套装而成。其结构简单，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，一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；可避免一次风喷口烧坏；由于周界风和一次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。风首先混合，还可调节一次风煤粉浓度，以适应煤种变化。第90页/共181页第九十页，共181页。时间 地点 污染程度（24h平均值） 过度死亡 1930 年 12 月 马斯河谷 （比利时） SO2，氟化物，微粒 60-80 1948 年 10 月 27 日-31日 多偌拉（美） SO2 20 1948 年 11 月 26 日-12月 1 日

56、 伦敦（英） 微粒：2800 g/m3；SO2： 0.75*10-6容积浓度 700-800 1952 年 12 月 5-9 日 伦敦（英） 微粒：4500 g/m3 4000 1954 年 落山叽 SO2：1.34*10-6容积浓度，CO，Nox，O3，醛类 75%居民患眼病 1956 年 1 月 3-6 日 伦敦（英） 微粒：2400 g/m3；SO2： 0.55*10-6容积浓度 1000 1961 年 四日市（日） 烟尘和 SO2， 著名的 “四日市哮喘病” 患者 800 多人，死亡 10人 1962 年 12 月 5-10 日 伦敦（英） SO2： 1.98*10-6容积浓度 700

57、 1962 年 12 月 7-10 日 大阪（日） 60 1963 年 1 月 29 日-2 月12 日 纽约（美） SO2：0.5*10-6容积浓度 200-400 历史上与煤燃烧有关的污染(wrn)(wrn)事故 燃烧燃烧(rnsho)与污染与污染第91页/共181页第九十一页，共181页。全球(qunqi)(qunqi)地表温度年平均值的变化 第92页/共181页第九十二页，共181页。第93页/共181页第九十三页，共181页。第94页/共181页第九十四页，共181页。第95页/共181页第九十五页，共181页。第96页/共181页第九十六页，共181页。二、低二、低NOxNOx煤粉

58、燃烧煤粉燃烧(rnsho)(rnsho)技技术术1 1、NOxNOx的生成机理的生成机理 NOxNOx的生成机理有三种：的生成机理有三种：温度温度(wnd)(wnd)型型NOxNOx，燃料型燃料型NOxNOx，快速温度快速温度(wnd)(wnd)型型NOxNOx。第97页/共181页第九十七页，共181页。（1）温度型NOx，是指空气中的氮在超过1500的高温下，发生氧化反应，温度越高NOx的生成量越多。占NOx总量的1020%左右。（2）燃料型NOx ，是指燃料中的氮受热分解和氧化生成NOx。进一步说，主要指挥发份中的氮化合物生成NOx，其占NOx总量的8090%，这部分NOx在燃烧器出口处

59、的火焰中心生成。 （3）快速(kui s)温度型NOx，是指空气中的氮和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等，然后快速(kui s)与氧反应，生成NOx。这部分NOx占NOx总量的5%左右。第98页/共181页第九十八页，共181页。第99页/共181页第九十九页，共181页。2 2、低、低NOx煤粉燃烧器煤粉燃烧器（1）、）、PM型燃烧器型燃烧器 PM型燃烧器是在燃烧器内将煤粉气流型燃烧器是在燃烧器内将煤粉气流(qli)分为浓煤粉气流分为浓煤粉气流(qli)和淡煤粉和淡煤粉气流气流(qli)。浓煤粉气流。浓煤粉气流(qli)在上，淡煤粉气流在上，淡煤粉气流(qli)在下。在下

60、。第100页/共181页第一百页，共181页。第101页/共181页第一百零一页，共181页。第102页/共181页第一百零二页，共181页。（2） 宽调节比燃烧器宽调节比燃烧器 宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的主要性宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的主要性能能(xngnng)是在低负荷下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变是在低负荷下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变化时的燃烧调节范围比较宽。化时的燃烧调节范围比较宽。 第103页/共181页第一百零三页，共181页。第104页/共181页第一百零四页，共181页。（3） A-P