锅炉燃烧设备和煤粉燃烧新技术

1、锅炉燃烧设备和煤粉燃烧新技术 煤粉燃烧器 燃烧器的作用 直流燃烧器 旋流燃烧器 W型火焰燃烧技术 W型火焰炉膛结构 W型火焰燃烧技术的特点 煤粉炉炉膛 炉膛的要求 评价炉膛结构的参数 低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术 低负荷稳燃技术 低NOx煤粉燃烧技术2 燃烧器的作用是将燃料与燃烧所需空气按一定的比例、速度和混合方式经喷口送入炉膛其主要作用为： 向锅炉炉膛内输送燃料和空气； 组织燃料和空气及时、充分地混合； 保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火，迅速、完全地燃尽。煤粉燃烧器燃烧器的作用 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

2、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煤粉燃烧器通过燃烧器的空气4 直流射流的主要特点： 沿流动方向的速度衰减比较慢 具有比较稳定的射流核心区 一次风和二次风的后期混合比较强直流燃烧器直流燃烧器 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

3、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（80-160mm），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 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 直流燃烧器均等配风直流燃烧器 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(160-350mm)，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直流燃烧器分级配风直流燃烧器 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

4、温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧 分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质烟煤，常称为无烟煤、贫煤型配风方式 直流燃烧器分级配风直流燃烧器 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，风量较大直流燃烧器直流燃烧器各层二次风的作用 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，实现富氧燃烧，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

5、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，适应煤质的变化直流燃烧器直流燃烧器各层二次风的作用 夹心风 位于一次风喷口的中间，风速高于一次风。补充火焰中心氧气；提高一次风射流刚性，防止偏斜，增强扰动；减小扩展角，减轻贴壁，防止结渣；变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一 十字风 燃烧褐煤，作用类似于夹心风直流燃烧器直流燃烧器各层二次风的作用 四角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。直流燃烧器直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式 切圆燃烧方式的特点 煤粉气流着

6、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，着火条件好直流燃烧器直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式 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 风粉管布置复杂直流燃烧器直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式直流燃烧器直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式 正四角布置：中小容量煤粉炉常采用。燃烧器喷口的几何轴线和炉膛两侧墙的夹角接近相等，射流两侧的补气条件差异很小，气流向壁面的偏斜较小，因而煤粉火炬的充满程度较好，热负荷较均匀。（a）正四角布置（b）正八角布置（c）大切角正四角布置直流燃烧器切圆燃烧方式直流燃烧器的布置（a）

7、正四角布置（b）正八角布置（c）大切角正四角布置 大切角正四角布置：大容量锅炉常采用。除具有正四角布置的特点外，还可形成切角形水冷壁。既可增大燃烧器喷口两侧的空间，使两侧补气条件差异更小，射流不易偏斜；切角水冷壁形成燃烧器的水冷套，保护喷口不易被烧坏。直流燃烧器切圆燃烧方式直流燃烧器的布置 采用同向大小双切圆方式，可改变气流偏斜，防止实际切圆的椭圆度过大；采用正反双切圆方式，两股气流反切，可减少实际切圆的椭圆度；采用两角相切，两角对冲方式，可减少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，但却使燃烧后期的混合扰动变差。 （d）同向大小双切圆（e）正反双切圆（f）两角相切

8、，两角对冲置直流燃烧器19 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冲墙贴壁。造成炉膛水冷壁结渣 邻角气流的撞击（主要原因） 撞击点愈接近喷口，射流偏斜就愈大；撞击动量愈大，气流偏斜就愈严重。直流燃烧器一次风煤粉气流的偏斜 射流两侧“补气”条件的影响 燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，向火侧受到上游邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；背火侧补气条件差，压力较低，射流两侧因此形成压差，迫使射流偏向压力低的一侧，甚至迫使气流贴墙，引起结渣。 直流燃烧器一次风煤粉气流的偏斜 燃烧器的高宽比（hr/b）对射流弯曲变形影响较大 高宽比愈大，射流形状愈宽而薄

9、；其“刚性”就愈差，因而，射流愈容易弯曲变形。直流燃烧器一次风煤粉气流的偏斜 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。直流燃烧器一次风煤粉气流的偏斜 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。 旋流燃烧器是一组圆形喷口。 旋流燃烧器旋流射流的特点 旋流射流具有比直流射流大得多的扩展角

10、，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 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，后期扰动较弱旋流燃烧器旋流射流的特点 表征旋转射流旋转程度的特征参数，随着n的不同，旋流燃烧器形成三种不同的火焰形状 封闭式火焰 n 较小，在火焰根部卷吸高温烟气，形成回流区；可卷吸火焰自身燃烧放出的热量，具有一定的自稳定着火能力。但回流量小，不适合燃烧难燃的煤。旋流燃烧器旋流强度n 开放式火焰 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，其着火稳定性主要依赖于炉内烟气温度 飞边火焰

11、 n 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，气流离开燃烧器后，贴墙运动，引起结渣。旋流燃烧器旋流强度n 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、可动叶轮式、可动叶片式。旋流燃烧器旋流燃烧器的类型 双蜗壳式 直流蜗壳式 蜗壳叶片式 29 直流蜗壳式和双蜗壳式燃烧器结构简单。缺点是：调节性能较差，流动阻力较大，旋流器出口，沿圆周气流速度分布不均，易引起煤粉浓度分布不均。我国小型煤粉炉常采用。旋流燃烧器 双蜗壳式 直流蜗壳式 蜗壳叶片式 30 可动叶片双调风旋流燃烧器：一次风直流射流，一次风管内装有混合器，消除煤粉浓度不均；二次风通道分为内环形通道和

12、外环形通道，内、外二次风分级配风。内二次风通过调节可动旋流叶片的角度，来改变其旋流强度，并由单独的风门控制风量；外二次风量由可动叶片控制。旋流燃烧器 旋流燃烧器通常前后墙布置 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旋流燃烧器旋流燃烧器的布置与供风方式 旋流燃烧器的供风方式 大风箱供风 分隔风箱供风旋流燃烧器常用的旋流燃烧器旋流燃烧器的布置 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

13、烧技术的较矮的下炉膛中才应用旋流燃烧器单只燃烧器的热功率 大功率燃烧器带来的问题 功率太大，易引起结渣； 局部热负荷太高，使水循环恶化； 切换或启停燃烧器对炉内火焰稳定性影响大 切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温影响较大 一、二次风气流太厚，不利于风粉混合 燃烧调节不太灵活。旋流燃烧器单只燃烧器的热功率 为了提高燃烧调节的灵活性和避免水冷壁及燃烧器喷口结渣，趋向于采用小功率燃烧器炉膛是燃料燃烧和热交换（主要是辐射热交换）的场所 有利于着火、稳燃，并使燃料燃烧完全； ST-100,所有受热面不结渣;水冷壁不发生传热恶化;降低NOx生成量;对煤质和负荷变化有较好的适应性。煤粉炉炉膛燃烧煤粉对炉膛的要求

14、37 过大，水冷壁少，火焰温度高，有利于稳定着火，易引起结渣； 炉膛截面热负荷 表示单位时间、燃烧器区域炉膛单位横截面上，燃料燃烧释热的热量。 煤粉炉炉膛炉膛结构着火稳定性参数 过小，水冷壁多，火焰温度低，不利于稳定着火，减轻结渣，减少污染物生成。38 式中 HR燃烧器区域高度，一般取上层一次风喷口上方1.5m处和下层一次风喷口下方1m处的距离 燃烧器区域壁面热负荷 表示单位时间、燃烧器区域单位炉壁面积上，燃料燃烧释热的热量。 煤粉炉炉膛炉膛结构着火稳定性参数 qR愈大，说明火焰愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，对燃料的稳定着火有利，但易造成燃烧器区域的壁面结渣 39 过大 过小，Hf 过小

15、，锅炉达不到出力; 炉膛及炉膛出口烟气温度 偏高，易结渣； 偏高，q2 增大；煤粉炉炉膛炉膛结构燃尽性参数 炉膛容积热负荷qV 表示单位时间、单位炉膛容积内，燃料燃烧释热的热量。 40 过大 煤粉气流在炉膛停留的时间过小，（q3、q4）增大，均使 减小煤粉炉炉膛炉膛结构燃尽性参数 过小 过大， 偏低，着火困难，燃烧不稳定；造价高 41煤粉炉炉膛炉膛结构燃尽性参数 燃料在炉内的停留时间 关键是上排一次风喷口中心至炉膛出口（大屏下端）的距离。 42煤粉炉炉膛锅炉容量增加，qA与qV值的变化趋势如下图所示43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

16、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煤粉炉的炉膛煤粉炉炉膛型式低负荷稳燃技术低负荷稳燃技术 提高一次风中煤粉浓度 减少一次风量，可减少着火热； 提高挥发分浓度，提高火焰传播速度； 燃烧放热相对集中，使着火区保持高温状态。 煤粉浓度过高，着火区严重缺氧，影响挥发分的充分燃烧，热量不能充分释放，从而影响颗粒温度的升高，延缓着火；或者挥发分燃烧缺氧，使火焰不能正常传播，引起着火不稳定。低负荷稳燃技术低负荷稳燃技术 最佳煤粉浓度：如右图，与煤种有关，挥发分大的烟煤低于挥发分小的贫煤。低负荷稳燃技术低负荷稳燃技术 提高煤粉气流的初温 可减少着火热，并提高炉

17、内温度水平，使着火提前。 直接办法是提高热风温度。如右图所示，热风温度升高，烟温升高很快，煤粉着火提前。低负荷稳燃技术低负荷稳燃技术 降低煤粉颗粒细度 煤粉颗粒越细，单位质量的煤粉表面积越大，火焰传播速度越快，如右图所示 燃烧放热速度越快，煤粉颗粒越容易被加热，从而越容易稳定着火。低负荷稳燃技术低负荷稳燃技术 在难燃的煤中混入易燃燃料 锅炉负荷很低或煤质很差时，投入助燃燃油或气体燃料，有时为节省燃油，混入挥发分较大的煤粉，提高着火的稳定性。 NOx生成机理 温度型（热力型）NOx：空气中的氮气在高温下（1500以上）氧化而生成，占NOx总量的10%-20%。 燃料型NOx：燃料中含有的氮化合物

18、（主要是挥发分中的氮化合物）在燃烧过程中热分解而又接着被氧化而生成，占NOx总量的80%-90%。 快速型NOx：燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成HCN和N，再进一步与氧作用，以极快的反应速率生成。占NOx总量的5%左右。低NOx煤粉燃烧技术低NOx煤粉燃烧技术50 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的生成量明显减少低NOx煤粉燃烧技术低NOx煤粉燃烧技术 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NOx煤粉燃烧器 PM型浓淡燃烧器 通过弯

19、头将煤粉气流分为浓、淡两股气流，弯头内侧有调节装置，用来调节煤粉浓度的大小低NOx煤粉燃烧技术 设置再循环烟气喷口（SGP喷口），推迟一、二次风以及浓、淡煤粉气流的混合，从而在浓煤粉气流喷口附近形成还原性气氛，并降低燃烧中心的温度，既可稳定燃烧，也抑制了NOx的生成。52低NOx煤粉燃烧技术低NOx煤粉燃烧器 A-PM燃烧器 将PM型浓、淡燃烧器改为A-PM型浓、淡、浓燃烧器。 将单个喷嘴的火焰形成同轴对称火焰，使局部过于集中的浓煤粉气流分解为火焰中心是淡煤粉气流，外围是浓煤粉气流。这样，不仅降低了局部高热强度，而且在火焰中心区形成NOx的还原反应，大幅度降低了NOx的生成量，同时外围的浓煤粉

20、气流区维持了火焰的稳定性。53低NOx煤粉燃烧技术低NOx煤粉燃烧器 WR燃烧器 又称宽调节比燃烧器，是一种高浓度煤粉燃烧器。主要性能是在低负荷下不投油仍能稳定燃烧。 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 煤粉喷嘴出口处的扩流锥，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定着火 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，以适应煤种变化低NOx煤粉燃烧技术低NOx煤粉燃烧器低NOx煤粉燃烧技术低NOx煤粉燃烧器

21、 新型低NOx旋流式燃烧器 在燃烧器一次风管中设置调节杆，可沿轴向移动，控制火焰位置；一次风管出口装有环形稳焰器，可确保着火区的高温烟气回流，促使煤粉快速、稳定着火；低NOx煤粉燃烧技术低NOx煤粉燃烧器 新型低NOx旋流式燃烧器 在环形二次风管内装有隔板，将二次风分成两股，从不同位置送入着火后的煤粉气流，实际上推迟了二次风与火焰的混合，以利于形成还原性气氛和宽广的还原区，促进NOx的还原。 第一级 送入理论空气量的80%左右，使燃料在缺氧、富燃条件下燃烧 ，燃烧速度和炉膛温度降低，抑制了NOx 的生成 分级（空气）燃烧：将燃烧所需的空气分两阶段从燃烧器送入低NOx煤粉燃烧技术炉内脱氮技术 第

22、二级 以二次风形式送入剩余空气，使燃料在空气过剩区域燃尽，空气量虽多，但火焰温度较低，生成的NOx也较少 总的NOx生成量降低低NOx煤粉燃烧技术炉内脱氮技术 燃烧室中的分级燃烧 主燃烧器上部设OFA空气喷口 主燃烧器送入约80%的空气量（ 1），使燃料燃尽 燃烧室沿高度分成富燃区和燃尽区 分级（空气）燃烧的类型低NOx煤粉燃烧技术炉内脱氮技术MACT（ Maximum Achievable Control Technology ）与A-MACT炉内脱氮技术低NOx煤粉燃烧技术炉内脱氮技术61 燃烧器分级燃烧 二次风分成两部分送入 一部分二次风在煤粉着火后及时送入( 1），形成了燃尽区，促进煤

23、粉燃尽 低NOx煤粉燃烧技术炉内脱氮技术 对于低挥发分煤，仅依靠燃烧器进行火焰内脱氮难以达到预期效果。 该技术核心是在主燃烧区与燃尽区之间留有较大的空间，并注入IAP供风，形成HCN,NH3,HC等还原性气氛，促使NOx还原。 扩大还原燃烧技术：与新型低NOx燃烧器及IAP（分级风）相配合，形成另一种风格的燃烧技术低NOx煤粉燃烧技术炉内脱氮技术 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%W型火焰燃烧技术W型火焰炉膛结构 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，在燃烧室下部与分级风相遇后，再1800