工业锅炉的燃烧设备概论

1第五章工业锅炉的燃烧设备5.1燃料的燃烧过程5.2固定炉排炉5.4链条炉排炉5.5往复炉排炉5.6抛煤机炉5.7流化床锅炉5.8煤粉炉5.9燃油锅炉5.10燃气锅炉5.11工业锅炉燃烧设备的热力特性2§5-1燃料的燃烧过程燃烧设备的分类层燃炉（火床炉）—燃料在炉排上燃烧。室燃炉—燃料随空气进入炉膛，悬浮燃烧，如煤粉炉、油炉、燃气炉。流化床炉—燃料在床内呈沸腾状态燃烧，如鼓泡流化床炉和循环流化床炉。3燃烧设备应满足的基本要求燃料能及时、连续、稳定地着火燃烧；具有高的热效率、热负荷；运行安全可靠、故障少、使用寿命长、调节灵活；燃料适应性广、负荷调节幅度大；燃烧排放物对环境的污染小；噪声小；机械化、自动化程度高等。4一、煤的燃烧过程煤在空气中的燃烧？过程主要经历以下四阶段：

1．煤的加热与干燥煤粒被加热，t↑，当t=100℃左右时，煤中的水分逐渐蒸发，煤被干燥。2．挥发分析出与焦炭的形成煤粒被继续加热，当温度升高到一定值时，煤粒析出挥发分。不同煤开始析出挥发分的温度也不同，褐煤130~170℃，烟煤170~260℃，贫煤＞350℃，无烟煤380~400℃。煤中挥发分析出后，形成多孔焦炭。53．挥发分着火与焦炭燃烧随着温度的继续升高，挥发分与氧的反应速度加快。当达到一定温度时，挥发分开始着火。此时的温度称煤的着火温度。下表5-1给出不同煤在空气中的着火温度。挥发着火后，在焦炭周围形成火膜，当温度继续升高后，焦炭开始着火燃烧。焦炭燃烧发热量多，燃烧速度是煤燃烧的关键阶段。

6表5-1煤在空气中的着火温度74．燃尽阶段焦炭燃烧后，在焦炭表面形成一层灰壳，致使空气中的氧气难以扩散到焦炭表面。后期的燃烧速度更慢，称为燃尽阶段。实际上煤的挥发分析出，焦炭的燃烧与燃尽并不是按上述各阶段机械的串联进行，而是相互重叠，挥发分的析出几乎伴随煤的整个燃烧过程。8强化燃烧的途径⑴着火阶段：合理的组织炉内空气动力场，保证供给足够的热量。⑵燃烧阶段：↓煤粒、↑炉膛温度、加强空气与燃料的混合。⑶燃尽阶段：此阶段与燃烧阶段无本质差别，只是可燃成分少，燃烧速度慢。燃烧阶段的措施都可采用，另外，要有足够的炉排面积和炉膛容积。9二、燃料油的燃烧过程燃料油的燃烧方式：预蒸发燃烧、喷雾燃烧。在燃油锅炉中，油的燃烧一般采用喷雾燃烧方式（“油气”燃烧）。1．燃料油的喷雾燃烧过程⑴雾化阶段（油喷嘴）⑵蒸发阶段（沸点）⑶“油气”与空气的混合阶段（加强混合）⑷着火燃烧阶段（着火热）102．影响燃料油着火和稳定燃烧的主要因素(1)回流区的大小回流区愈大，回流的烟气量愈多，在回流区内燃烧就愈充分，回流区后的烟气温度也就愈高，着火和燃烧愈稳定。(2)混合物的初始温度混合物的初始温愈高，加热到着火温度所需要的热量愈少，着火速度愈快，燃烧愈稳定。提高混合物的初始温度的方法：采用预热空气。11(3)燃烧烧器区区域的的烟气温温度燃烧器器区域域的烟烟气温温度愈愈高，，油雾雾蒸发发着火火愈迅迅速，，有利利于油油雾的的燃烧烧与燃燃尽。。(4)燃料油油性质质燃料油油的化化学反反应能能力越越强，，燃烧烧愈强强烈，，炉膛膛温度度愈高高，回回流的的烟气气温度度也就就愈高高，促促进着着火与与燃烧烧。12三、气气体燃燃料的的燃烧烧过程程气体燃燃料是是最清洁的燃料料。气体燃燃料的的燃烧烧过程程分两两个阶阶段：：第一阶阶段：可燃燃气体体和空空气的的混合（物理理性接接触））；第二阶阶段：燃气气的着火与与燃烧烧（化学学反应应）。。对于气气体燃燃料而而言，，不同同的燃燃烧方方式其其燃料料燃烧烧过程程各异异。13（1）扩散式式燃烧烧燃烧起起喷口口喷出出的单单一燃燃气，，即一次空空气系系数为0（混混合、、化学学反应应）。。（2））部分预预混式式燃烧烧燃气与与部分分空气气在喷喷口之之前预预先混混合，，一次空空气系系数为0.45~0.75，喷喷口外外与其其余二二次空空气混混合燃燃烧（（混合合、化化学反反应））。。（3））完全预预混式式燃烧烧气体燃燃料与与全部部空气气在燃燃烧器器内混混合，，过量量空气气系数数为1.05~1.10（（化学学反应应）。。14§5-2固固定炉炉排炉炉固定炉炉排炉炉是最最简单单的一一种层层燃炉炉。它它的加煤、拨火和除灰渣渣等操作作均由由人工工完成成，故故又称称手烧炉炉。因此此，炉炉膛的的深度度和宽宽度都都受到到操作作的限限制，，不能能太大大，锅锅炉的的容量量则均均在1t/h以以下。。15人工加加入的的新煤煤，一方面面接受来来自上上方高高温烟烟气及及耐火火砖衬衬的辐辐射热热，另一方方面接受自自下而而上经经灰渣渣、燃燃料层层的热热空气气及烟烟气的的对流热热，还有有与高高温焦焦炭层层的接触导导热。新煤煤层在在这样样优越越的条条件下下完成成燃烧烧的各各个阶阶段，，燃料料层厚厚度不不断减减薄，，直至至形成成灰渣渣，落落入灰灰坑。。燃烧层层结构构（自自下而而上））：炉排、灰渣层层、氧化层层、还原层层、新燃料料、火焰。16燃烧特特点：：着火条条件优优越，燃烧烧效率率低；；燃烧时间充充足；周期性性冒黑黑烟???，污染染环境境，结结构简简单；；操作方方便，，基本本上能能燃烧烧各种煤煤种。17为了改改善手手烧炉炉的燃燃烧，，克服服冒黑黑烟的的缺点点，在在对手手烧炉炉技术术的改改造中中，发发展形形成了了具有有双层炉炉排的燃烧烧设备备。双双层炉炉排炉炉的煤煤层阻阻力较较大，，一般般需要要引风机机来增强强炉内内的烟烟气流流通。。如果果采用用自然通通风，则要要求减小炉炉排面面积热热负荷荷和增加烟烟囱高高度。炉排常常用铸铁制造，，有板状炉炉排和条状炉炉排两种。。18§5-4链链条炉炉排炉炉一、链链条炉炉的构构造及及工作作原理理1.构构造（（下图5-9）2.工工作原原理（（图5-9d）煤闸门门的作用用：可可以上上、下下升降降，用用以调调节煤煤层厚厚度。。除渣板板（老老鹰铁铁）的作用用：主主要作作用是是铲除除灰渣渣；可可延长长灰渣渣在炉炉内的的停留留时间间；可可减少少炉排排后端端的漏漏风。。19203.链条炉炉排的的结构构型式式国产链链条炉炉排：：链带式式、横梁式式和鳞片式式。⑴链带带式链链条炉炉排属轻型型结构构，适适用小小容量量供热热锅炉炉，见下图图5-10。炉排片片的形形状似似链节节，这这些“链节”串联形形成一一个宽宽阔的的环形链链带。主动炉炉排片片：组组成主主动链链环，，直接接与固固定在在主动动轴上上的主主动链链轮啮啮合，，担负负传递递整个个炉排排运动动的拉拉力。。主动动轴由由电动动机通通过变变速箱箱驱动动，图5-10d。2122从动炉炉排片片：不承受受拉力力，分为为四种种形式式：薄片型型炉排片片大块型型炉排片片活络芯芯片型型炉排片片拔柏葛葛炉排片23⑵横梁梁式链链条炉炉排下图5-15所示，，采用用横梁作作支架架，炉排排片嵌嵌于支支架(横梁梁)的的槽内内，横横梁搁搁置在在链条条的大大链环环上，，横梁与与传动动链条条固结结在一一起，当主主动轴轴上的的链轮轮带动动链条条转动动时，，横梁梁及其其上的的整付付炉排排便随随之移移动。。2425横梁式式链条条炉排排的形形式很很多，，最常常用的的是Coxe型型链条条炉排排，如如图5-16所示。。26⑶鳞片片式链链条炉炉排由多组链链条和炉排片片组成，，如下图图5-17所示。。炉排片片(鳞片片)嵌嵌在炉炉排夹夹板之之间，，炉排排夹板板用销销钉固固定在在链条条上。。拉杆穿过节节距套套筒(其上上套有有铸铁铁滚筒筒)，，把平平行工工作的的各组组链条条和炉炉排片片串联联起来来，组组成链链状软软性结结构，，图5-17d。2728二、链链条炉炉的燃燃烧过过程1．特特点单面引引火，着火火条件件差。。无周期期性，整个个燃烧烧过程程沿炉炉排长长度由由前至至后，，连续顺顺序地完成成。燃烧过过程的的区段性性，沿炉炉排长长度方方向，，燃烧烧层被被划分分为四四个区区域，，图5-18d。29302．燃燃烧过过程Ⅰ新煤煤区：煤在此此区段段内预预热干干燥，，从O1k线所所示的的斜面面开始始析出出挥发发分。。Ⅱ挥发发分析析出和和燃烧烧区：O2H为挥挥发分分析出出殆尽尽线，，煤在在O1k至O2H曲线线相距距不远远，也也就是是说，，挥发发分在在沿O1k线析析出的的同时时，挥挥发分分就开开始着着火。。31Ⅲ焦炭炭燃烧烧区：从O2H线焦焦炭开开始着着火，，该区区段是是煤的的主要要燃烧烧区段段。该该区分分为氧氧化区区Ⅲa和还还原区区Ⅲb。Ⅲa区区：在在该区区氧气气被迅迅速耗耗尽；；Ⅲb区区：在在该区区燃烧烧产物物中的的CO2、、H2O（（气））被灼灼热的的焦炭炭所还还原。。32Ⅳ燃尽尽阶段段：单面面引火火，最最上层层的煤煤首先先着火火，因因此灰灰渣也也先在在表面面形成成；空空气由由下进进入，，最底底层的的煤燃燃尽也也快，，较早早形成成灰渣渣。由由此可可见，，在炉炉排末末端未未燃尽尽的焦焦炭处处于上上、下下灰渣渣之间间。O5点为燃燃尽点点，随随煤质质特性性的变变化O5点前后后移动动。333.烟气成成分变变化规规律在O1点以前前，煤煤层预预热干干燥，，通过过煤层层空气气中的的O2浓度基基本不不变，，容积积成分分约为为21%。从O1以后，，挥发发分开开始析析出并并着火火燃烧烧，CO2浓度↑↑，O2的浓度度↓。。在O2点以后后，焦焦炭开开始着着火燃燃烧，，O2↓，CO2↑；在在O3点，α=1，CO2浓度出出现第第一个个峰值值。34在O3点后，，开始始还原原反应应，CO↑↑，CO2↓，，同时时H2↑。。在严严重缺缺氧情情况下下，CH4↑。。在O4点，CO↑↑，H2↑↑到最最大值值，CO2↓到到最小小后，，燃烧烧层部部分燃燃尽成成灰，，还原原层渐渐薄，，CO↓和和H2↓，，CO2↑↑。当达到到O5时，还原原区消消失，，CO2↑达达一个个新的的峰值值，此后后，灰灰渣↑↑，焦焦炭层层↓，，O2↑↑，在在炉排排末端端，O2↑↑→几几乎21%。当出现现还原原反应应时，，表明明氧量量不足足，表表示αα＜1，在在还原原区段段前、、后，，氧量量过剩剩，表表示αα＞1。354.链链条炉炉的燃燃烧调调节链条炉炉的燃燃烧调调节：：主要要是风量与给煤量量调节。。因燃烧烧层温温度很很高，，化学学反应应速度度快，，燃烧烧速度度主要要取决决于氧向焦焦炭的的扩散散速度度和供供给量量。↑风风量，，锅炉炉出力力↑，，反之之出力力↓。。当锅炉负负荷变变动时，先先调节节风量，然后后调节节给煤量量，即调调整炉炉排速速度与与之匹匹配，，协同跟跟踪负荷的的变化化。煤层厚厚度通通过煤闸门门人工调调节。。一般般100～150mm左右右。煤煤层厚厚度通通过试试验确确定。。36三、改改善链链条炉炉燃烧烧的措措施1．合合理配配风⑴分段配配风链条炉炉的燃燃烧过过程是是分区段段的，沿沿炉排排长度度方向向燃烧烧所需需的空空气量量各不不相同同。一般都都采用用“两端少少，中中间多多”的分段段配风风方式式，即即把炉炉排下下的统统仓风风室沿沿长度度方向向分成成几段段，互互相隔隔开做做成多多个独独立的的小风风室。。每个个小风风室装装设调调节风风门，，可按按燃烧烧需要要进行行调节节和分分配风风量，，如下图5-19中虚线线所示示。3738⑵均匀匀送风风均匀送送风是是指沿沿链条条炉排排宽度方方向的送风风而言言。实实验结结论表表明，，风仓仓横向向配风风的均均匀性性与进风口结构构、小风仓仓的宽高比、风室内内空气的的轴向气流流和风仓密封性等多种因因素有关关，其中中以进风风口尺寸寸的影响响最为显显著。随风口与与风室的的截面比的的增大而更趋于于均匀。。单侧进风风的链条炉炉：设置导风风板或采用风仓节流流挡板装装置。炉排宽度度较大的链条炉炉：采取取双侧相相对进风风方式。。392.炉拱(1)作用（图5-20d）可改变自自燃料层层上升的的气流流动动方向，使可燃燃气体与与空气良良好混合合，为可可燃气体体的燃尽尽创造条条件；加速新入炉煤煤着火燃燃烧的作作用。(2)炉拱的设设置炉拱的形形状、尺尺寸与燃燃料的性性质密切切相关。。通常前前、后拱拱同时布布置，各各自伸入入炉膛形形成“喉口”，对炉内内气体有有强烈的扰扰动作用用，如下图5-20所示。40①前拱拱要有一定定的敞开开度，保保证有较较好热辐射条条件。如图5-20所示。41②引燃拱前拱下部部紧靠煤煤闸门处处的炉拱拱，称为为引燃拱。如上图图所示。。引燃拱的的作用：：再辐射引燃新进进入炉内内的煤；；保护煤闸闸门。42③后拱拱与前拱形形成喉口。把炉排后后端灼热热过量氧氧的高温温烟气，，导向燃烧烧中心，使可燃燃气体在在炉膛空空间进一一步燃烧烧。被导向前前端的灼灼热高温温烟气及及被它所所夹带的的发红的的炭粒在在气流转转弯向上上时被分离下来，落落在刚进进煤闸门门的新煤煤上，将将有利于于着火燃燃烧。43燃用低挥挥发分的的无烟煤煤时，采采用低而长的的后拱，如下图图所示。。44燃用烟煤煤和褐煤煤时，一一般采用用高而短的的前拱，后拱也不不大长（如下图图所示）），但组组成的喉喉口应有有较大的的扰动。。也有在在喉口处处加投二次次风的。453.二次风⑴二次风风的作用用不在于补补给空气气，主要在在于加强强对烟气气的扰动动与混合合。二次风可可以是空气、蒸蒸汽或烟烟气。二次风必必须具有一定定的风量量和风速速。二次风风为总风风量的5～15%。以以获得在在炉膛应应有的穿穿透深度度。风速速50～～80m/s，，风压2000～4000Pa。46⑵二次风风的布置置对小容量量锅炉二次风常常布置在在前墙或后后墙。布置在前墙，喷嘴轴轴线向下下倾斜10～25°。对无烟煤煤，二次次风易布布置在后墙鼻尖尖处。对大容量量锅炉二次风可可采用前、、后墙布布置（错开布布置），，以形成成切圆旋旋转气流流，提高高二次风风的功能能。上述分区区送风，，炉拱和和二次风风等措施施，不仅仅适用于于链条炉炉，也适适用于类类似燃烧烧的其他他炉型。。47四、链条条炉的分分层燃烧烧技术1．给煤方式式对链条炉炉排炉燃燃烧的影影响（不利）炉排上的的煤密实实，透气气性差，，通风阻力力大，送风机机电耗大大；炉排排上通风不均均匀，易形成成“火口”，使炉膛膛内过量量空气系系数增加加，漏煤煤量增加加。煤经过输输煤装置置卸入原原煤斗时时，块状状煤易向向两侧滚滚动，两侧块煤煤多，中间细煤煤多。两侧块煤多，，通风阻力力小，易漏入入冷空气气，使炉炉膛过量量空气系系数增加加，炉膛膛温度降降低，影影响煤的的燃烧、、燃尽。。另外链条条炉排炉炉中，煤煤在炉排排上的位位置不动动，一旦旦出现异异常情况况，炉排排本身无无法弥补补，为了了防止出出现以上上问题，，一般采采用分层燃烧烧技术。482．分层层燃烧技技术保证炉排排面上煤煤的颗粒粒度分布布均匀，，并使块煤位于煤层层最下面面，即紧紧贴炉排排面；中、小颗颗粒位于煤层层中间；；细煤位于煤层层的最上上面；煤末悬浮在炉炉膛空间间燃烧，，这就是是分层燃燃烧技术术。它有有利于煤煤的燃烧烧、燃尽尽和提高高锅炉燃燃烧热效效率。煤的分层层燃烧：：机械分层层和风压分层层。49⑴分层燃燃烧装置置的工作作原理使落煤疏疏松和控控制加煤煤量，并并取消煤闸闸板；通过筛板或气力的作用，，将煤按按粒度分分开，使使炉排上上的煤层层按不同的粒粒径范围围有序地分分成二层层或三层层，有的的还将煤末送入炉膛膛内燃烧烧。⑵滚动给给煤机分分离装置置最常用的的机械分分层设备备，主要要部件有有：滚筒筒、双层层筛、振振动装置置，如下图5-21所示。5051五、煤的的性质对对链条炉炉燃烧的的影响1.水分分当Mar过过高时，煤的的着火阶阶段延长长，O1点后后移，燃燃烧、燃燃尽段缩缩短，易易q4↑↑；当Mar过过低时，煤中中的细粒粒被吹飞飞或由炉炉排漏煤煤，，，可可适当掺掺水，减减少飞灰灰和漏煤煤损失。。2．灰分分当Aar过过高时，O5点后后移，q4↑；；当Aar过过低时，灰渣渣层过薄薄，炉排排易过热热烧坏。。523.挥发发分当挥发分过过低时，如无无烟煤和和贫煤，，挥发分分析出温温度高，，着火困困难，即即Q1k线后移移。燃烧烧及燃尽尽时间缩缩短，无无烟煤和和贫煤固固定碳多多，。。对挥发分高高的煤，着着火容易易，且易易完全燃燃烧。但但当炉膛膛容积热热负荷较较高，即即炉膛容容积小时时，q3↑。534.煤的的粘结性性粘结性强强的煤，高高温下易易在表面面板结，，影响通通风，不不得不加加强通风风，使燃燃烧不够够稳定。。贫煤、无无烟煤一一类弱粘结和和不粘结结煤受热时易易形成细细屑碎末末，。。545.煤的的颗粒度度颗粒度大小不均均，碎屑细细末嵌填填于块煤煤之间，，水蒸汽汽不易散散逸，着着火和燃燃烧过程程延长；；粒度大小过于于悬殊，易引起起在煤斗斗中的机机械分离离，颗粒粒大块跑跑边，细细粒碎末末居中，，影响着着火燃烧烧，同时时。。通风阻力力大，细细末多的的地方易易形成“火口”；55利用炉排排往复运动动来实现给煤、除渣、拨火机械化的的燃烧设设备，称称为往复复炉排炉炉。一、结构构1．倾斜斜往复炉炉排炉结构为倾倾斜阶梯梯形，并并具有15~20°左左右的倾倾角，炉炉排由间间隔布置置的活动炉排排片和固定炉排排片组成，如如下图5-22所示。§5-5往往复炉排排炉56572．水平平往复炉炉排炉结构与倾倾斜往复复炉排炉炉相似，，如图5-23所示。。58二、燃烧烧过程及及特点1.工作作原理如图5-22d，图5-23d所示。煤从煤斗斗加入，，借活动动炉排的的往复推饲饲作用，由由前向后后缓缓移移动，最最后落在在水平燃尽尽炉排上，灰渣渣燃尽后后，排出出炉外。。采用分室供风风，以解决决空气的的供需矛矛盾。592.燃烧烧过程煤的燃烧烧过程按按预热干燥燥、燃烧和燃尽等阶段，，由前而而后顺序序进行。。活动炉排排往复运运动，推煤运动时，，把部分分新煤推推到下一一层已燃燃着的炽炽热煤层层上；返回时，又把把部分燃燃着的煤煤带回到到未燃的的煤层下下面，使使之成为为底层着着火的火火源。炉排往复复运动的的耙拨作作用，可可改善燃烧烧层的透透气性，捣碎焦焦块，使使包裹在在煤外的的灰衣脱脱落，有有利于燃燃尽。603．特点点优点：结构简单单，制造造方便，，金属耗耗量低，，着火条条件好。。实现加煤煤、除渣渣、拨火火三项机械化操操作。能燃用低低质煤，，具有较较好的消消烟效果果。缺点：活动炉排片易易烧坏，漏煤漏风严重重。61分类：§5-6抛抛煤机炉62一、抛煤机风力抛煤机：借助于高速气流来播撒燃煤，，所抛煤层，，沿炉排长度度方向的粒度度分布是前部粒度较粗粗。机械抛煤机：借助于机械(旋转叶片)运动的能量来播撒撒燃煤，所抛抛煤层，沿炉炉排长度方向向的粒度分布布是前细后粗。机械—风力抛煤机：以机械抛撒撒燃煤为主，，风力抛撒为为辅，所抛撒撒的煤层，综综合两种播煤煤方式的特点点，粒度分布布比较均匀，，但因其是以以机械抛煤为为主，所以煤煤层特点依然然是炉排前部较细，炉炉排后部较粗粗。目前，国内普普遍采用的是是机械—风力抛煤机。。631.机械-风风力抛煤机的的构造由给煤部件和和抛煤部件组组成，如下图5-24所示。给煤部件：由推煤活塞塞和调节平板板组成。抛煤部件：由机械抛煤煤和风力抛煤煤。机械抛煤部分分：由击煤叶片片及转子组成成；风力抛煤部分分：由播煤风槽槽，侧风管及及冷却风喷口口组成。64652.机械风力力抛煤机的工工作原理机械抛煤，如如图5-24d所示。机械抛煤：煤自煤斗1下滑，经推推煤活塞2的的往复推饲，，顺调节平板板4下落被抛抛煤转子的叶叶片6抛撒于于炉中。辅助风力抛煤煤：由播煤风槽槽9斜面上的一一排喷口喷出出的气流来完完成。66冷却风：（冷却以及部分分播煤作用）在转子外围围的壳体内设设有冷却风道道8，冷却风从从风口5喷出出，也起着部部分的播煤作作用。侧面风：（扰动混合作用用）风管10中喷出的的气流，很大大程度上起着着扰动混合作作用。风力抛煤：抛抛煤,起二次风的作作用。给煤量的调节节：改变滑块的的往复频率或或行程实现。。抛煤的远与近近的控制：改变转子的的转速和调节节板的伸、缩缩以改变转子子叶片的出煤煤角度来控制制。671.构造由机械-风力力抛煤机、炉炉膛和炉排组组成，如下图5-25所示。2.工作过程程如图5-25d所示。3.特点⑴加煤方式与与手烧炉相仿仿;⑵双面引火，对燃料的适适应性广;⑶煤层厚度、、通风强弱可可以控制和调调节。二、机械-风力抛煤机机炉6869一、流化床的的型式与结构构流化床燃烧？？是一种燃烧烧化石燃料、、废物和各种种生物质燃料料的燃烧技术术。基本原理：床床料在流化状状态下进行燃燃烧。早期为为鼓泡床沸腾炉炉，为提高燃料料效率和脱硫硫效率，现又又研究开发了了新一代的循环流化床锅锅炉（CFB锅炉）。目前最大容量量的循环流化化床锅炉配300MW的汽轮轮发电机组。。我国循环流流化床锅炉6，10，20，35，，75，130，220，410，，450，465t/h循环流化床床锅炉。§5-7流流化床炉70设有一圆筒形形容器，底部部装有多孔板板(筛板或气体体分布板)，，多孔板上堆堆放一层颗粒粒物料(即床床层)。如果果气体通过颗颗粒层，该床床层随着气体流速的变变化会呈现出不同同的流动状态态，如上图所示。711.固定床（（图a）当气流速度较较低时，气体体仅是在静止止颗粒的缝隙隙中流过，颗粒间保持接接触，床层高度Lm不变，称为固定床床。2.临界流化化床（如图b）当气流速度增增大到一定值值时，所有颗颗粒都被上升升气流悬浮起起来。此时，，颗粒间的位位置稍有串动动，但仍保持持接触，只是床层变松略有有膨胀，床层高度增增至Lmf。这时床层处于于初始或临界界流化状态，，称为临界流流化床。此时时空塔速度称称为临界流化速度度（实验方法测测得）。气体体对颗粒的作作用力与颗粒粒的重力相平平衡。723．鼓泡流化化床（如图c）当气流速度大大于临界速度度时（3.5~4.5倍），一一般会出现气气体的鼓泡现象（除了非非常均匀的颗颗粒床会均匀匀膨胀外），，具有明显的的不稳定性。。粒群在床层中中松散开，床床层增高，每每个颗粒均浮浮动于气流之之中，但有明显的上界面面，这种床层称称为鼓泡流化床。734．柱塞流化化床（如图d）当气流速度继继续增大时，，气泡在上升升过程中会发发生合并和长大，气泡甚至会会大的几乎充充满床层的整整个截面。对于小颗粒床，颗粒围绕着着上升气流空空隙沿壁面向向下流动，称称为轴向柱塞流。对于大颗粒床，在气泡上面面的那部分床床层就像活塞塞一样被推向向上部，然后后颗粒从柱塞塞的顶部向下下降落，最后后柱塞消失。。这时，另一一个柱塞又形形成，重复上上述过程。这这种不稳定的的脉动流动称称为柱塞流动。745．湍流床（（如图e）当流化速度较较高时，柱塞塞状态结束，，床层的上表表面消失，夹带变得相当明显显。炉内形成成上部颗粒浓浓度小的稀相相区和下部颗颗粒浓度较大大的浓相区，，此状态为湍流床。6．稀相流化化床（如图f）当气体速度大大于颗粒的带带出速度（6~7倍临界界速度）时，，颗粒被气体体带出床层，，这种状态称称为颗粒气体体输送的稀相流化床（（快速床状态态）。上下部颗粒粒浓度差别减减少，中心为气固两相流流垂直向上流流动，四周环形区气固向下反流流，床内颗粒粒内循环倍率很很高。75为了维持快速速床状态，这这些颗粒必须须用分离器从从气流中分离离下来，然后后再送回床层层循环燃烧。。这样的床层层称为循环流化床。采用这种燃燃烧技术的锅锅炉称为循环流化床锅锅炉。循环倍率（单位时间内内循环颗粒的的质量与燃料料消耗量的比比值）是循环环流化床锅炉炉的一个重要要参数。如果流化速度进一一步提高，炉膛所有的的颗粒均被带带出，不存在在颗粒内循环环状态，即气力输送。煤粉在煤粉粉炉内燃烧就就属于这种状状态。76二、循环流化化床锅炉（CFBB）循环流化床锅锅炉是近年来来国际上发展展起来的新一一代高效、低低污染、洁净净煤燃烧技术术。燃料以及脱硫硫剂在床内多多次循环，反反复进行低温燃烧和脱脱硫反应，在炉内能达达到90%的脱硫硫效率，低温温燃烧抑制了了NOx的生生成。在国际际上得到迅速速的发展。771.基本原原理循环流化床炉炉是由鼓泡流化床发展而来的，，两者的主要要区别：循环流化床流流化速度高（（3~10m/s；1~3m/s）存在气固分离离器（循环倍倍率高达50），燃烧效率率可达99%或更高高。原理：一般粗颗粒在燃烧室的下下部燃烧，细颗粒在燃烧室的上上部燃烧，被被烟气夹带出燃燃烧室的细颗颗粒采用各种分离离装置收集下下来，再送回回床内循环燃燃烧。782.循环流化化床燃烧过程程及特点由流化床燃烧室室、气固分离装置置和飞灰回送装置置组成，如下图5-31所示（图5-31d）。（1）燃烧区区域的划分从燃烧的观点点考虑，循环环流化床锅炉炉可以划分为为三个不同的的燃烧区域，，即炉膛下部部密相区、炉膛上部稀相区和高温气固分离离区。798081①炉膛下部密密相区一次风将床料料和加入的煤煤粒流化。新鲜燃料和从高温分离离器收集下来来的未燃尽的焦炭炭被送入床内。。燃料中挥发分析出和一部分燃烧在该区域进行行。该区域通通常处于还原性气氛，为防止锅炉炉受热面腐蚀蚀，受热面用用耐火混凝土土覆盖。该区域充满灼灼热的物料，，为燃料的加加热、着火和和燃烧提供了一个稳稳定的热源。82②炉膛上部稀稀相区该区域处于富氧状态，被输送到该该区域的焦炭和部分挥挥发分大多数在这里里燃烧。焦炭颗粒在炉炉膛截面的中中心区向上运运动，在贴近近炉壁处沿炉炉壁向下移动动，或在中心心区随颗粒团团向下运动。。焦炭颗粒沿炉炉膛高度循环环运动，在炉内的停停留时间增长长，对焦炭颗颗粒的燃烧十十分有利。83③高温分离器器区由于焦炭颗粒粒在分离器内内的停留时间间很短，且该该处的氧浓度度又很低，所所以焦炭在旋风分离器器内的燃烧份份额很小。不不过，一氧化碳和挥挥发分常常在这里燃燃烧。84（2）特点低温燃烧，燃料效率和脱硫效率高。煤种适应性广。负荷调节范围围宽。与带烟气脱硫硫装置的煤粉粉炉相比，投资和运行费费用适中。磨损严重。85煤粉炉是把煤煤先磨成煤粉粉，然后用空空气把煤粉送送入炉膛，在在悬浮状态下着火燃烧。。如下图5-32所示为固态排排渣煤粉燃烧烧炉。煤粉的特点：：⑴煤粉与空气气的接触面积大，改善了着火火条件，强化化了燃烧。⑵煤种的适应性广，燃烧效率高高。⑶燃烧调节方便，适应负荷变变化快。适应范围：广广泛应用大型型电站锅炉。。§5-8煤煤粉炉868788一、炉膛煤粉炉的炉膛膛，既是供煤煤粉燃烧的空间，又是是锅炉换热的重要组成部部件，见下图。炉膛四周布满满水冷壁，底底部是冷灰斗。炉膛不仅要要有适当的容积，而且要有合理的几何形形状。1．炉膛容积积炉膛容积的大大小应满足两两个条件：⑴燃烧：保证煤粉在在炉膛内有足够的燃烧时时间。⑵传热：能布置足够够的受热面，，使炉膛出口温度度不致过高而而引起结渣。89902．炉膛出口口温度煤粉炉炉膛出出口温度受结结渣条件的限限制，在任何何情况下，不得超过灰的的变形温度t1，并留有裕度度。如t2-t1＜＜100℃，，≯≯t2-100；当缺缺乏灰熔点资资料时，＜＜1150℃。为保持炉膛内内有较高的温温度水平，保保证燃烧强烈烈，炉膛出口温度度也不宜过低低，对煤粉炉≮≮1000℃。。91二、煤粉燃烧烧器燃烧器是煤粉粉炉的主要燃燃烧设备，作用：将煤粉和空空气送入炉膛，并使煤粉在在炉膛中稳定地着火和和燃烧。燃烧器的分类类：92煤粉燃烧器有有一次风(热空气与煤煤粉的混合气气流)和二次风(热空气)，，有些锅炉还还有三次风。一次风：煤粉—空气混合气流流，一次风率率约占20％~30％。一次风风的作用：气气流输送煤粉，为煤粉中挥挥发分燃烧提供氧气。二次风：煤粉完全燃燃烧、燃尽提供足够的氧氧气，加强对煤粉粉气流的搅拌和混合作作用。二次风率约约占70％~80％。三次风：储仓式制粉系系统的乏气，乏气中带有有一定量很细细的煤粉，约约占总风量的的5％左右。931．单锅壳旋旋流式煤粉燃燃烧器⑴构造如下图5-33所示，由二次风蜗壳、一次风管、扩流锥和煤粉均流挡块块组成。⑵工作原理如图5-33d所示，一次风风煤粉气流由由一次风管经经扩流锥喷口口，形成扩散散的煤粉空气气混合气流送送入炉膛，二二次风经二次次风蜗壳，从从喷口射出后后形成旋转射射流。利用旋旋转射流，能能形成有利于于着火的高温温烟气回流区，并使气流强强烈混合。9495962．双蜗壳旋旋流式煤粉燃燃烧器⑴构造如下图所示，由大小小两个蜗壳和和套管组成。。(2)工作原原理一次风煤粉气气流经一次风蜗壳，二次风经二次风蜗壳，发生旋转，，从喷口射出出后形成旋转转射流。利用用旋转射流，，能形成有利利于着火的高高温烟气回流流区，并使气气流强烈混合合。如图5-34所示。979899三、煤粉制备备系统煤粉制备系统统简称制粉系统，是煤粉炉的的重要组成部部分，它与锅锅炉的安全、、经济运行密密切相关。制粉系统：储仓式制粉系系统和直吹式制粉系系统。工业锅炉常常采用直吹式式制粉系统。。煤粉是由各各种尺寸不同同和形状不规规划的颗粒组组成。煤粉基本特性性：易吸附空空气，具有流动性；能用气力输送；易氧化而自燃。100磨煤机是制粉系统中中最重要的设设备，其性能能对煤粉细度度、出力、磨磨煤电耗、金金属耗量有很很大影响。原煤→碎煤机破碎→磨煤机→煤粉，磨煤煤机的分类（（按转速）：：高速—风扇式磨煤机机，竖井式磨磨煤机；中速—平盘式、碗式式、球式中速速磨煤机；低速—球磨机在工业锅炉中中常用：竖井式磨煤机机和风扇式磨煤机机。1011．竖井式磨磨煤机①结构形式竖井式磨煤机机是一种快速锤击式磨磨煤机，如图所示。102②工作原理如图5-35d所示，经预先先除铁，破碎碎后的碎煤自自进煤口送入入；煤在锤子子的高速打击击和与外壳护护甲板的撞击击下被磨成细细末煤粉，细细煤粉被从两侧轴向进入入的热空气携带经竖井由由喷口进入炉炉膛燃烧。③特点：结构构简单，紧凑凑；煤粉细度度粗，磨损快快。适用于褐褐煤和较软的的烟煤。1032．风扇式磨磨煤机①结构形式（（如下图5-36所示）②工作原理煤随热空气轴轴向进入，受受装于叶片上上的冲击板的冲击击和与护板的撞击击，被打碎成细细粉。在磨煤煤机上部装有有分离器，符合细度要要求的煤粉经经燃烧器吹入入炉膛燃烧。。104105燃油炉(下图所示）的主要要燃烧设备是是油燃烧器。。油燃烧器主主要由油喷嘴和调风器两部分组成。。§5-9燃燃油锅炉106一、油喷嘴油喷嘴的型式式：机械雾化喷嘴嘴、蒸汽雾化喷嘴嘴。1.机械雾化化喷嘴最常用的是压力式雾化喷喷嘴、回油式压力雾雾化喷嘴与转转杯式雾化喷喷嘴。⑴压力式雾化化喷嘴①结构形式：：如图5-37d所示，主要由由分流片、旋流片和雾化片构成。107②雾化原理如下图5-37所示，经油泵泵升压的压力力油，由进油油管经分流片的小孔汇合到到环形槽中，，然后流经旋流片的切向槽切向向进入旋流片片中心的旋流室，从而获得高高速的旋转运运动，最后由由雾化片的喷孔孔喷出，在离心心力的作用下下，迅速被粉粉碎成细小的的油滴，同时时形成一个空心雾化锥。雾化角一般在在60～100°范围内，，油粒的平均均直径小于150μm。。108109油压越高，油的流速越越快，油雾化化后的颗粒就就愈细。油压压过低则雾化化质量不良，，但油压在2.0MPa以上，随着着油压的升高高，雾化质量量改善不良，，一般保证最低0.7MPa。可改变油压来来调节喷油量量，以适应不不同的工况。。但是负荷调节范围围较小（喷油量与油油压的平方根根成正比）。。110⑵回油式油喷喷嘴①结构形式如下图5-38所示。②雾化原理与简单压力式式雾化喷嘴基基本相同。不不同的是旋流流室前、后有有两个油通道道，一个喷向炉内，另一个则通通过回油管和回油油阀流回油箱箱。111112特点：回油量大，则喷出的油油量小，所以以调节范围广广（0~100%），且喷油油量减小，雾雾化质量有所所改善。回油进入油油箱，使其其温度升高高，可能影影响安全；；油泵的电耗耗量增加。113⑶转杯式油油喷嘴①结构型式式如下图5-39所示，由高速旋转的的转杯和输油空心轴轴组成。②雾化原理理如图5-39d所示，油通通过空心轴轴进至转杯杯根部，由由于高速旋旋转运动，，油沿转杯杯内壁向杯杯口方向流流动，随着着转杯直径径的增大，，内表面积积也越来越越大，迫使使油膜越来越薄，，最终在离心力的作用下甩甩离杯口，，化为油雾雾。1141152．蒸气雾雾化油喷嘴嘴（1）普通蒸蒸汽雾化喷喷嘴结构型式如下图5-40所示。雾化原理它是利用高压蒸汽的的喷射，将燃料油油雾化的油油喷嘴。如图5-40d所示，蒸汽汽由蒸汽引引入管进入入环形套管管，从头部部喷孔高速速喷出，将将中心油管管中的燃料料油引射带带出，并撞撞碎成细小小油滴。116117（2）Y型蒸蒸汽雾化喷喷嘴结构型式：：为减少蒸蒸汽用量，，大容量锅锅炉一般采采用如下图5-40+所示的Y型蒸汽雾雾化喷嘴。工作原理：：蒸汽通过过内管进入头部一一圈小孔——汽孔，而油则由由外管流入头部与与汽孔——相对应应的油孔。油和汽在在混合孔中相遇，相相互猛烈撞撞击喷入炉炉膛而将油油雾化，如如图5-40+所示。118119二、调风器器（配风器器）1．作用：：对燃油供供给适量的的空气，并并形成有利利的空气动力场场，使空气和和油雾密切混合，达到及时时着火，充充分燃尽。。2．分类：：旋流式和平流式。⑴旋流式调风风器结构形式：：如下图5-41所示。工作原理：：气流沿切切向通道流流入旋流调调风器，使使气流围绕绕轴呈螺旋线型旋旋转，离开火道道后，形成成旋转射流流。改变可动叶片角角度，可调节火焰形状。120121⑵平流式调风风器结构形式（（如下图5-42所示）工作原理空气由大风风箱经可调调圆筒形风风门，进入入调风器内内，一部分分空气（一次风），经过稳稳焰器产生生强烈旋转转，与从油油喷嘴喷出出的油雾混混合，在稳稳焰器后形形成旋转的雾化化锥，促进了油油雾与空气气的早期混混合，形成成回流区，，加速油雾雾的着火、、燃烧；未经过稳焰焰器的空气气（二次风）为直流，气流速度度衰减较慢慢，射程长长，后期扰扰动强烈，，使未燃烧烧的燃气与与空气混合合好，对燃燃油在炉膛膛内的燃烧烧、燃尽起起很大作用用。1221231．扩散式式燃气燃烧烧器扩散式燃气气燃烧器：：燃料燃烧烧所需的全全部空气是是在燃烧过过程中供给给的。根据据空气的供供给方式：：自然供风式式和鼓风式。⑴自然供风式式扩散燃气气燃烧器自然供风式式扩散燃气气燃烧器种种类很多。。它是依靠靠自然抽力或扩散供给空气，，与燃气混混合后燃烧烧，燃烧前前空气与燃燃气不预混混，即一次次空气系数数α1=0。§5-10燃气气锅炉124①结构形式式此型型燃燃烧烧器器有有多多种种形形式式，，下图图5-43所示示为为排管管燃燃烧烧器器。②工工作作原原理理低压压燃燃气气通通过过管管圈圈上上的的火火孔孔流流出出，，依依靠靠自然然扩扩散散供给给空空气气，，在在炉炉膛膛内内混混合合燃燃烧烧。。125126⑵鼓风风式式扩扩散散燃燃气气燃燃烧烧器器燃气气燃燃烧烧所所需需的的全全部部空空气气由由鼓风风机机一次次供供给给，，但但燃燃气气与与空空气气在在燃燃烧烧前前并并不不实实现现预预混混，，因因此此仍仍属属于于扩扩散散燃燃烧烧。。①结结构构形形式式套管管式式、旋流流式式、平流流式式。如下下图图5-44所示示为为套套管管式式扩扩散散燃燃气气燃燃烧烧器器。。②工工作作原原理理燃气气从从中中间间小小管管中中流流出出，，空空气气从从大大管管和和小小管管之之间间的的夹夹套套中中流流出出，，两两者者在在火火道道或或炉炉膛膛中中边边混混合合边边燃燃烧烧。。1271282．．部部分分预预混混式式燃燃气气燃燃烧烧器器燃气气与与燃燃烧烧所所需需的的部部分分空空气气在在燃燃烧烧器器内内预预先先混混合合，，喷喷出出喷喷嘴嘴后后再再与与其其余余二二次次空空气气边边混混合合、、边边燃燃烧烧。。根据据空空气气供供给给方方式式：：大气气式式燃燃气气燃燃烧烧器器和鼓风风式式部部分分预预混混式式燃燃气气燃燃烧烧器器。⑴大气气式式燃燃气气燃燃烧烧器器根据据用用途途：：多火火孔孔头头部部或单火火孔孔头头部部。多火火孔孔大大气气式式燃燃气气燃燃烧烧器器：：适适用用于于民民用用燃燃气气具具、、小小型型锅锅炉炉及及工工业业炉炉；；单火火孔孔大大气气式式燃燃气气燃燃烧烧器器：：适适用用于于中中、、小小型型工工业业锅锅炉炉。。129①结结构构形形式式由燃燃气气喷喷嘴嘴、、一一次次空空气气调调节节机机构构、、支支撑撑、、收收缩缩管管、、喉喉管管、、扩扩散散管管和和头头部部等等部部件件组组成成，，如下下图图5-45所示示。。②工工作作原原理理燃气气以以高高速速从从喷喷嘴嘴喷喷出出，，使使收缩缩管管形成成真真空空，，将将燃燃烧烧所所需需的的部部分分空空气气（（一一次次空空气气））吸吸入入，，燃燃气气与与空空气气在在喉管管内混混合合，，再再经经扩散散管管，使使动动压压转转化化为为静静压压，，混混合合气气体体以以一一定定速速度度从从头头部部火火孔孔喷喷入入炉炉膛膛，，进进行行燃燃烧烧。。130131⑵鼓风风式式部部分分预预混混燃燃气气燃燃烧烧器器①结结构构形形式式如下下图图5-46所示示，，由由配配风风器器、、燃燃气气分分流流器器和和火火道道组组成成。。②工工作作原原理理天然然气气由由管管子子送送入入燃燃烧烧器器的的内内环环套套，，经经内内筒筒中中部部和和端端部部的的两两排排小小孔孔，，从从内内筒筒外外面面喷喷向向内内部部，，并并与高高速速旋旋转转的的空空气气流流强强烈烈混混合合后后进入入火火道道燃燃烧烧。。132133供应应燃燃烧烧用用的的全全部部空空气气经经鼓风风机机加压压后后送送入入蜗蜗壳壳，，在在蜗蜗壳壳内内强强烈烈旋旋转转并并沿沿轴轴向向前前进进，，一一部部分分空空气气（（一次次风风）进进入入内内筒筒继继续续旋旋转转向向前前，，与与燃燃气气混混合合；；另另一一部部分分空空气气（（二次次风风）沿沿着着内内筒筒进进口口处处的的外外圆圆周周上上均均布布的的一一排排曲曲边边矩矩形形孔孔，，进进入入外外环环套套旋旋转转向向前前，，然然后后从从外外环环套套出出口口端端部部环环缝缝流流出出，，与与火火道道内内与与已已着着火火的的气气流流边边混混合合、、边边燃燃烧烧。。1343．．无无焰焰式式燃燃气气燃燃烧烧器器燃气气燃燃烧烧所所需需的的全全部部空空气气在在燃燃烧烧器器喷喷口口前前已已与与燃燃气气充分分混混合合，混混合合后后的的气气体体在在火火道道内内充充分分燃燃烧烧，，燃燃烧烧热热强强度度高高，，燃燃烧烧速速度度快快，，燃气气瞬瞬间间燃燃尽尽，燃燃烧烧时时几几乎乎看看不不见见火火焰焰。。下图图5-47所示示为为引射射式式无无焰焰燃燃气气燃燃烧烧器器，其其结结构构和和工工作作原原理理与与大大气气式式燃燃气气燃燃烧烧器器基基本本相相同同。。1351361．．炉排排面面积积热热负负荷荷qR定义：单位炉炉排面积，单单位时间内所所燃烧燃料放放热的热功率率，即qR是层燃炉炉最主要的热热力特性参数数，也是锅炉炉设计时，确确定层燃炉炉排有有效面积的唯唯一参数。§5-11工工业锅炉炉燃烧设备的的热力特性137qR=f(煤煤的燃烧特性性、煤灰熔融融性、燃烧设设备形式等)qR过大，则则R过小，燃燃烧反应强烈烈，温度过高，易烧坏炉排，煤层易结渣，燃料在炉排排上的停留时时间短，q4增大，ηηL降低；反反之qR过小小，则R过大大，锅炉体积增大，造价增加。1382．炉膛容积热负负荷qV定义：单位炉炉膛容积，单单位时间内所所燃烧燃料放放热的热功率率，即qV是锅炉设计和运行的重要的热力力特性参数。。139qV=f(燃燃料的燃烧特特性、燃烧方方式、锅炉容容量等)qV过大，则则V过小，炉炉内温度过高，导致炉内结渣，燃料在炉内内逗留时间过过短，q3、q4增增加，ηl降降低；反之qV过小，则则炉内温度下降，燃烧不稳定，q3、q4增增加，ηL降降低。而且V增加，投资增加。1403．炉膛断面热负负荷qF（对室燃炉））定义：燃烧器器区域单位炉炉膛截面积，，单位时间内内所燃烧燃料料放