旋风燃烧方式及其设备市公开课一等奖省赛课获奖课件

§5—5旋风燃烧方式及其设备——锅炉原理锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第1页本节内容一、旋风燃烧及其特点二、旋风炉分类三、旋风炉对燃料适应性锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第2页一、旋风燃烧及其特点旋风燃烧:空气带动燃料颗粒在圆筒内旋转.烧旋风炉:组织旋风燃烧方式设备。旋风筒:旋风炉中主要进行燃烧圆筒。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第3页一台旋风炉能够有一只或数只旋风筒。旋风炉中，高速二次风从切向进入筒内，而燃料则能够从切向，也能够从轴向进入。在筒内，二次风携带燃料颗粒旋转前进，大部分燃料颗粒在离心力作用下摔向筒壁。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第4页旋风筒内外壁上均敷设有保温层，方便在筒内保持高温。燃料在筒内受热后，快速着火、燃烧，直至燃尽而被排出筒外，而燃料在燃烧中所放出大量热量则反过来促进了筒内高温。多数旋风炉采取液态排渣。此时，旋风筒内壁上有液态渣膜存在，一层燃料贴附在熔渣膜上，使燃料颗粒受到阻力更大，从而旋转和前进速度大大减慢。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第5页旋风筒中燃烧所产生高温烟气，全部进入锅炉燃尽—冷却炉膛，进行深入燃尽和冷却。较细煤粉在圆柱形旋风筒中进行悬浮状燃烧。

渣因高温熔化而粘在筒壁上，形成液态渣膜。液态渣排出筒外，形成液态排渣。

旋风炉工作过程见图5—114锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第6页图5—114旋风炉工作示意图

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第7页旋风燃烧方式含有以下优点：(1)热强度高由于火焰在旋风筒内高速旋转，扰动极其强烈，传热、传质条件非常好，燃料颗粒完全处于扩散燃烧区。在高温作用下，燃料中灰分完全熔化成液态渣。因为扰动强烈，能够采取低氧燃烧，旋风筒内过量空气系数普通均小于1.1。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第8页(2)燃烧稳定

燃料进入旋风筒后粘附在熔渣膜上，所以，燃料在筒内有相当长滞留时间，燃烧室中蓄积相当多热量，这有利于维持燃烧过程连续性。蓄积一定热量灼热熔渣膜，是极其稳定燃烧场所。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第9页(3)燃烧经济性高

旋风炉含有高燃烧温度，优良传热和传质条件，充分确保了燃料完全燃烧。化学不完全燃烧损失、机械不完全燃烧热损失较小。

排渣中含碳量普通均小于0.2％，飞灰中含碳量远低于普通煤粉炉，飞灰份额也大大低于煤粉炉。因为过量空气系数较小，所以排烟热损失也较小，锅炉效率提升。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第10页(4)捕渣率高

旋风筒内高速旋转气流含有很高分离熔渣能力。立式旋风炉捕渣率普通在70％以上。(5)锅炉尺寸紧凑

因为捕渣率高，烟气中挟带飞灰量少，锅炉对流受热面烟速能够提升，而无须担心飞灰对受热面磨损。烟速提升使传热强化，飞灰量降低，使除尘器负担减轻，这些都将使锅炉设备布置紧凑。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第11页(6)燃烧效率高

旋风筒中燃烧既不存在火床燃烧中那种保持火床层稳定必要性，也没有悬浮燃烧中燃料颗粒与空气之间相对速度趋近于零、燃料颗粒在炉内停留时间很短缺点。应该认为，旋风燃烧是一个高热强度和高效率燃烧方式。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第12页旋风炉也含有以下缺点：(1)能量消耗高

旋风筒中高速旋转气流使流动阻力剧增。采取热风送粉，必须有高压风机，这么锅炉本身消耗电能就必定增高。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第13页(2)煤质适应能力差

对旋风炉炉型来说，能适应各种煤种。但对于某一特定旋风炉，因其对燃煤灰分熔融特征、灰渣流动能力极其敏感，尤其是锅炉负荷较低时，问题愈突出。对一台已投运旋风炉，因为受结构特征、容量大小、制粉系统型式等一系列详细条件限制，致使该炉对燃煤品种变动适应能力变弱。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第14页(3)锅炉可用率低

旋风炉存在析铁、受热面烟气侧高温腐蚀、粒化冲渣系统轻易发生故障、过热器和高温段省煤器处轻易积灰等均能引发故障停炉，使旋风炉可利用率降低。

实践表明，旋风炉在投运早期事故率较高，经过对配煤探索，对不合理设计改造，其安全情况、运行周期和可靠程度大致上靠近固态排渣煤粉炉平均水平。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第15页(4)灰渣物理热损失高

旋风炉燃烧经济性较高，但高温灰渣送至渣沟排掉，尤其是燃用高灰分煤时，其灰渣物理热损失更大。假如考虑此项热量回收，会使旋风炉热效率大大地提升。(5)NOX排放量较高

旋风炉燃烧温度比普通煤粉炉高，氮在高温下生成氧化氮，烟气中NOX较高，对环境影响较大。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第16页(6)对流受热面易积灰

旋风炉捕渣率高，使进入对流受热面烟气中较粗飞灰颗粒降低，所以丧失了大颗粒飞灰冲刷对流管束积灰作用，使锅炉出口对流受热面积灰严重。(7)制造费用高

旋风炉结构复杂，销钉焊接工作量大，因而制造费用要比同容量煤粉炉高。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第17页(8)旋风燃烧方式只强化了燃烧，而未能强化传热。

即使旋风炉有以上缺点，但在综合利用方面是其它炉型无法比拟。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第18页旋风炉两种类型:

1.立式旋风炉2.卧式旋风炉二、旋风炉分类锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第19页1.立式旋风炉

按照旋风筒与主炉膛布置方式，又有前置式和下置式之分。

图5—115所表示为前置式立式旋风炉锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第20页前置式旋风筒体由上下两个环形集箱和沿圆周密布水冷壁管连接而成。管子向火面焊有销钉，敷有耐火材料。筒下端有冷却管圈形成出渣口。炉膛也称二次室，下部敷满耐火材料区域称为燃尽室，上部则为冷却炉膛。由旋风筒至炉膛烟道称为过渡烟道。过渡烟道由旋风筒水冷壁管围成，内壁亦敷满耐火材料。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第21页燃尽室前墙水冷壁管在过渡烟道内拉稀成4～6排捕渣管束，以捕除20％～25％液态灰渣。二次室后墙有折烟角，其作用在于改进燃尽室内流开工况，减轻燃尽室炉底死角和流动死滞区内堆渣现象。

另外，这种折烟角也有利于提升燃尽室温度。旋风筒顶部装有叶片型煤粉燃烧器，其两根一次风道对冲引入，从一次风入口到出口旋流叶片之前保持有足够混合长度，以使煤粉分布均匀。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第22页整个燃烧器由内外套管组成，向火侧端部采取耐热合金钢。固定在出口处旋流叶片使坏状一次风煤粉气流在喷入筒体时呈伞形旋转气流，其内外两侧均能卷吸高温烟气以帮助着火。二次风喷口布置在筒体上部，二次风道切向引入。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第23页1一筒体；2一燃尽室；3一冷却炉膛；4一叶片型燃烧器；5一一次风管道；6一叶片；7一冷却管圈；8一二次风喷口图5—115前置式立式旋风炉锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第24页

前置式立式旋风炉燃用粗煤粉。制粉系统依据不一样煤种可用仓储式或直吹式。对于热风送粉系统，乏气作三次风喷口可布置在燃尽室侧墙上。

煤粉从顶部叶片式燃烧器送入，二次风从二次风喷口切向引入，烟气由旋风筒下部出口经捕渣管束进入燃尽室，熔渣则从旋风筒底部渣口排出。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第25页旋风筒内燃烧过程与空气动力场有亲密关系。

分析和测定表明，筒内各点气流切向速度和轴向速度分布形态如图5—116所表示。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第26页图5—116立式旋风筒内冷态空气动力场

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第27页从切向速度图可知，靠近筒壁外圈气流靠近于势位流动，而靠近中央内圈气流经过动量交换和物质交换被外圈气流所带动，也跟着旋转。因为流体有粘性，内圈气流运动靠近于刚体旋转。在距中心0.7～0.9半径处，切向速度有一最大值，在那里气流旋转最为强烈。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第28页沿旋风筒身不一样横截面上，切向速度分布图形以及最大切向速度分量绝对值大小都有所不一样。这是因为有摩擦损耗存在，气流愈往下，旋转强度愈弱，但基本形态是类似。热态运行时，因为筒壁上存在熔渣膜，气流中含有大量固体颗粒，以及因为高温下气体粘性增大，各点切向速度绝对值下降更加快一些。当筒身长度到达4倍直径时，在下端出口附近，气流旋转强度已大为减弱。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第29页

从图5—116中轴向速度分布图形可看出，旋风筒中央有向上回流。但热态运行时，因为煤粉气流燃烧时产生气体体积膨胀，以及旋转强度比冷态时有较快减弱，向上回流只有在着火段内才有一定程度存在。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第30页

前置式立式旋风炉煤种适应范围很广，可燃用褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤。对于煤种限制主要是煤灰熔点，这与液态排渣炉相同。这种旋风炉在我国还成功地用于综合利用方面，其中附烧钙镁磷肥含有较高经济效益，因为此时锅炉不但生产蒸汽，而且还烧制磷肥。另外，此时还因为加入熔剂会降低灰分熔化温度，因而煤灰熔点就不再是限制原因了。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第31页

前置式立式旋风炉，因为其燃烧得到强化，因而容积热负荷为普通煤粉炉十几倍。在燃用烟煤时约为2.2MW／m3，燃用无烟煤时约为1.25MW／m3。为了确保有较高燃尽程度和捕渣率，旋风筒呈细长形，长径比L／D约为3.5～4.5。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第32页这种旋风炉几乎等于零，可小于1%。所以，即使比固态排渣炉高些，但锅炉效率仍可到达92%。这种炉子捕渣率通常为60%～70%。旋风筒出口过量空气系数普通为1.05，煤粉细度控制在等于或略高于煤可燃基挥发分数值。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第33页图5—117所表示为下置式立式旋风炉这种旋风炉主要用在德国。旋风燃烧室置于冷却炉膛之下，二次风和煤粉沿旋风室割向引入，烟气由旋风室上部出口排入冷却炉膛。

冷却炉膛与普通煤粉炉一样为矩形截面，在冷却炉膛和旋筒交界处，一部分水冷壁拉下形成圆柱形旋风筒体。

这种旋风室直径大、二次风速低，所以容积热负荷较低，约为1.2～1.4MW／m3。可燃用≥12%、=15%～45%煤粉。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第34页1一出渣口；2一旋风室(圆柱形旋风筒体)；3一切向布置燃烧器；4一矩形冷却炉膛图5—117下置式立式旋风炉锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第35页2.卧式旋风炉

按照燃料进入方式不一样分为两种轴向进煤切(割)向进煤轴向进煤卧式旋风炉在美国得到了较广泛应用，如图5—118所表示。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第36页1一二次风喷口；2一蜗壳一次风进口；3一中心风管；4一出口尾锥；5一旋风筒流渣口；6一燃尽室；7一总流渣口；8一捕渣管束；9一冷却炉膛

图5—118轴向进煤卧式旋风炉锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第37页这种旋风炉旋风筒由水冷壁管弯制拼装而成。

燃料经旋流式燃烧器沿轴向送入旋风筒，二次风以高速(约150m／s)切向喷入筒内，烟气从后环室喉口进入燃尽室，再经捕渣管束进入冷却炉膛，熔渣则从后环室下部一次渣口流到燃尽室底部，再经二次渣口排出炉子。这种旋风炉可燃用≥15％、粒度小于5mm煤屑。其容积热负荷在几个旋风炉中最高，可达3.5～7.0MW／m3。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第38页切(割)向进煤卧式旋风炉主要用于联邦德国。

它与轴向进煤卧式旋风炉不一样之处仅在于燃料是在二次风口下以切(或割)向送入旋风筒。

能够燃用着火困难低挥发分燃料，普通燃用>10%粗煤粉(=40%～70%)。因为燃料切向引入，能够预防大量细粉沿旋风筒轴线涌出，防止机械不完全燃烧损失增大。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第39页

卧式旋风筒内燃烧强度之所以比立式旋风筒还要高，是因为后锥(也称喇叭口)存在使空气动力场和燃烧过程含有独特征。图5—119所表示为冷态试验中筒内气流轴向运动规律。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第40页图5—119卧式旋风筒内气流轴向运动规律锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第41页在靠近筒壁处，气流一面旋转一面向筒后端行进，在进入后环室之后又退出来。这股退出来环形旋转气流碰到近中心另一股向后运动气流时，就分成两股，一股经后锥流出旋风筒，另一股又回向后环室而形成循环气流。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第42页在筒中央，一股圆柱形中心回流由简外流进来，这是旋转气流中心负压所造成(图5—118中蜗壳型燃烧器中心风只能使中心回流缩短行程，但筒内流动结构基本形态不变)。

二次风速愈高，上述各股气流分界愈显著。筒内各点切向速度分布和立式旋风筒相同。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第43页卧式旋风炉热效率与立式旋风炉大致相同，捕渣率为85％～90％，可达(3.5～7)MW／m3。但卧式旋风炉不宜烧无烟煤或劣质烟煤，不然燃烧不易稳定，太大。这是因为二次风混入早，着火条件比不上立式旋风炉缘故。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第44页

旋风炉在运行中所发生问题，不少与液态排渣相关。其它方面一个较普遍问题是二次风口结渣，即使采取割向进风也难以防止，常须在运行中使两组二次风口轮番停风，烧去所结之渣。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第45页三、旋风炉对燃料适应性旋风炉在参数、结构及排渣方式一定条件下，能否正常运行，到达连续排渣并提升运行周期，主要取决于燃料在炉内着火速度与燃烧温度。影响着火速度与燃烧温度原因主要有：挥发分（1）水分（2）灰分（3）发烧量锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第46页

（1）挥发分经过一次风将煤粉送入旋风筒后，要求快速着火，到达一定燃烧强度。

因为旋风筒容积较小，假如气粉混合物不能及时着火，就会降低煤粉在旋风室内燃尽度，同时轻易使前置炉不着火而进入二次室强烈燃烧。即所谓“跑火”，也有称为“脱火”，使前置炉温度水平显著下降。带来后果是主蒸汽温度急剧上升，前置炉渣口暂时不流渣，大量液态渣暂时停留在二次室炉底。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第47页旋风炉含有优越着火条件，如采取热风送粉，使一次风粉在进入旋风筒前就被加热，则有利于煤粉着火。

筒内敷设有碳化硅炉衬，蓄积大量热量，为燃用低挥发分贫煤、无烟煤提供了有利燃烧着火条件，这就使旋风炉对煤种变动适应能力较强。

经验表明，75t／h立式旋风炉燃用可燃基挥发分在15％～18％内比较适当。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第48页（2）水分燃料中所含水分会降低燃料低位发烧量。当烟气在离开锅炉尾部受热面时因为排烟温度在140℃以上，烟气中水蒸气没有被凝结，因而带走一定热量。燃料水分含量增加，锅炉一部分热量将消耗在加热水分使水分汽化及过热上，使锅炉燃烧温度下降，造成燃烧不稳，影响煤粉燃尽度，从而影响锅炉运行可靠性和经济性。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第49页若旋风炉选择中间储仓式制粉系统，旋风炉实际燃用是经球磨机磨制和热风干燥煤粉。其水分小于原煤固有水分，同时制粉系统乏气不排入旋风筒内而是排入二次室燃尽室，煤粉水分对旋风筒内燃烧工况无影响。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第50页

（3）灰分

旋风筒内涂有碳化硅，但在锅炉运行一段时间后，筒内极难看到碳化硅，而见到是熔渣膜，而熔渣膜厚度与燃料中灰分大小相关。

长久燃用发烧量较高、灰分较小煤种时，会使旋风筒渣膜变薄、烧漏，二次室炉底也轻易烧漏流渣。

锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第51页假如长久燃用灰分较大而发烧量又低燃料，会使旋风筒渣膜增厚，容积减小而造成正压，给运行安全造成极大威胁。

同时因为灰分大，发烧量低，燃料消耗量增加，所以给制粉系统运行带来影响，输送煤粉一次风管经常造成堵塞，给运行安全也造成影响。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第52页旋风炉对燃料品质改变非常敏感，所以应使入炉煤质基本保持稳定，假如运行中燃料灰熔点、挥发分、灰分、水分大幅度改变，会使旋风筒燃烧工况受到显著影响。

普通说来，旋风炉不宜经常改变煤种，当燃煤无法保持单一煤种时，为了防止煤质波动，将各品种煤都在储煤场按品种分别储放，在上煤时按试验好配比进行混合，使入炉煤质基本保持稳定。锅炉原理旋风燃烧方式及其设备第53页总而言之，旋风炉对燃料适应性，不但与燃料特征相关，还与旋风炉容量、结构、制粉系统型式、煤粉细度、热风温度及运行