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1、第六章 燃烧设备和煤粉燃烧新技术,能源与动力工程学院,华北电力大学,第一节 锅炉燃烧设备概述,一、不同的煤燃烧方式火床炉，煤粉炉，循环流化床锅炉二、煤粉锅炉燃烧设备的组成炉膛+燃烧器+供风设备+制粉设备三、煤粉燃烧器的作用与类型 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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,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。煤粉锅炉炉型：型炉最多，分为四角燃烧、墙式燃烧；W型火焰炉，塔式炉，旋风炉等五、与炉内燃烧过程相关的问题(1)受热面积灰、结渣；(2)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；(
2、4)氧化氮等污染物的生成；(5)火焰在炉膛容积中的充满程度。,能源与动力工程学院,华北电力大学,燃烧器的作用,作用：将燃料和空气送入炉膛；并组织一定的炉内气流结构；促使煤粉气流稳定着火；使煤粉和空气强烈混合，以达到燃烧完全；减少NOx形成，实现清洁燃烧。分类：直流燃烧器旋流燃烧器,能源与动力工程学院,华北电力大学,一次风：携带煤粉进入燃烧器的空气；二次风：煤粉气流着火后送入炉膛的空气；三次风：中储仓式制粉系统热风送粉时，磨煤机干燥原煤后排出的乏气，含有10%15%的细小煤粉；,能源与动力工程学院,华北电力大学,第二节 直流式煤粉燃烧器,一、直流式煤粉燃烧器的特性1不旋转，射流扩展角小，卷吸能力
3、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；3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）。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,二、直流燃烧器的类型,1均等配风一次风喷口和二次风喷口相间布置;相邻两个喷口的中心间距较小，使得一次风和二次风接触早;适用于挥发分比较高的烟煤、褐煤。,能源与动力工程学院,华北电力大学,2.分级配风,一次风喷口相对集中布置，二次风喷口分级布置;一、二次风喷口中心间距较大二次风逐渐分级地和一次风混合;适用于挥发分比较低的无烟煤、贫煤。,能源与动力工程学院,
4、华北电力大学,(1)目的：在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉既能稳定着火、又能完全燃烧。(2)特点 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，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，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力加强。,能源与动力工程学院,华北电力大学,(3)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，延缓燃烧进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,三、四角布置直流燃烧器的工作原理,1、工作原理主要表现为几个
5、过程：(1)煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；(2)射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；(3)煤粉气流的着火过程；(4)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；焦碳的燃尽过程。,能源与动力工程学院,华北电力大学,卷吸：射流由于带动周围介质随着射流一起流动，从而射流质量逐渐增加，这个过程叫做卷吸。,由于射流的“卷吸”作用，将高温烟气的热量 进入炉内的新煤粉气流 煤粉气流升温 当煤粉气流吸收足够的热量并达到着火温度后，便首先从气流的外边缘开始着火，然后火焰迅速向气流深层传播，达到稳定着火状态。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,能
6、源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,工作原理:煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流。,能源与动力工程学院,华北电力大学,着火热 把一次风煤粉气流加热到着火温度所需要的热量叫着火热。包括：加热煤粉和空气所需要的热量；燃料中水分蒸发和过热所需要的热量；挥发分热解所需要的热量。,能源与动力工程学院,华北电力大学,“自点燃”作用,能源与动力工程学院,华北电力大学,四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径,1、气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：（1）邻角气流
7、的撞击是气流偏斜的主要原因。（2）射流偏斜还受射流两侧“补气”条件的影响。（3）燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大。（4）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，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810倍。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,2、切圆直径过大问题,优点：上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近，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，有利于煤粉的燃尽。问题：(1)火焰容易贴墙，引起结渣；(2)着火过于
8、靠近喷口，容易烧坏喷口；(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，因而既容易引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣或超温。,能源与动力工程学院,华北电力大学,五、一次风与二次风,1 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。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。一次风量，使着火热，着火过程愈慢。一次风量不能太小，否则着火初期得不到足够的氧气，化学反应速度减慢。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。,能源与动力工程学院,华北
9、电力大学,2一次风速,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。若一次风速，则通过单位截面气流流量，煤粉气流的加热程度，着火延迟。一次风速过低，又容易烧坏燃烧器喷口。煤中挥发分越高，火焰传播速度越快，相应一次风速可提高些。,能源与动力工程学院,华北电力大学,3 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，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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,4 二次风量和风速,二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温
10、火焰的粘度很大，二次风必须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，通常二次风速比一次风速提高一倍以上。,能源与动力工程学院,华北电力大学,5 二次风温,从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,六、三次风、周界风、夹心风,1、三次风 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。乏气中带有10%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
11、特点是温度低，水分大，煤粉细。,能源与动力工程学院,华北电力大学,三次风对燃烧及汽温调节的不利影响：(1)使火焰温度降低，燃烧不稳定。(2)火焰拖长，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，易扰乱炉正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。,能源与动力工程学院,华北电力大学,2、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)周界风的速度比煤粉气流的速度要高，能增加一次风气流的刚度，防止气流偏斜；并能托
12、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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,3、夹心风,夹心风的作用：(1)补充火焰中心的氧气，同时也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。,能源与动力工程学院,华
13、北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,七、摆动式燃烧器,摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动20-30度，用来改变火焰中心位置的高度，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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,九、直流式燃烧器布置方式,能源与动力工程学院,华北电力大学,第三节 旋流式燃烧器,一、旋流式燃烧器的工作原理旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。煤粉气流或热
14、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，并使气流强烈混合。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,二、可动叶片双调风旋流燃烧器,能源与动力工程学院,华北电力大学,三、双调风燃烧器的燃烧过程,能源与动力工程学院,华北电力大学,四、单只燃烧器的热功率,单只燃烧器功率过大，会带来以下几个问题：炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。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。切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影
15、响较大。切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温的影响较大，影响过热器的安全性和汽温调节。一、二次风的气流太厚，不利风粉混合。燃烧调节不太灵活。,能源与动力工程学院,华北电力大学,第四节 煤粉炉炉膛,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；(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面不结渣；(3)布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；(4)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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,二、评价炉膛结构的参数,1、炉膛结构着火稳定性参数 A、炉膛截面热负荷qA A-炉膛横截
16、面积，m2。通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。B-燃煤量，kg/s。-燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,B、燃烧器区域的壁面热负荷qR a、b炉膛深度、宽度；HR 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方1米处的距离；围燃带面积修正系数；,能源与动力工程学院,华北电力大学,、炉膛结构燃尽性参数,A、炉膛容积热负荷qv VL炉膛容积，m3。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，燃料燃烧放出的热量,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,B、燃
17、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：L燃烧器上一次风中心至屏下端距离，m;Wy烟气在炉内的平均上升速度，m/s;,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,3、炉膛结构结渣性参数,能源与动力工程学院,华北电力大学,三、炉膛受热面结渣的影响因素,1、受热面结渣的形成过程 当熔融的灰渣接近受热面时，若未被冷却凝固，并与受热面相碰，大块渣积聚在受热面外壁上，便形成了“结渣”现象。,能源与动力工程学院,华北电力大学,2、受热面积灰或结渣的危害,(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，多数并发高温腐蚀。
18、(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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,3、影响受热面结渣的主要因素,(1)煤灰特性和化学组成(2)炉膛温度水平(3)火焰贴墙(4)过量空气系数(5)煤粉细度(6)吹灰(7)燃用混煤,能源与动力工程学院,华北电力大学,4、防止受热面结渣的基本条件,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；组织一、二次风形成良好的气流结构，保证火焰不直接冲刷受热面。,能源与动力工程学院,华北电力大学,四、火焰充满度,因为死滞漩涡区
19、的存在会给锅炉运行带来下述问题：(1)炉膛容积利用不好。(2)造成热偏差。,能源与动力工程学院,华北电力大学,五、炉膛负压,1、煤粉炉的正常炉膛负压 炉内压力比外界大气压力低26Pa(mm水柱)。主要通过引风机挡板开度调节,能源与动力工程学院,华北电力大学,2、炉膛负压太大的危害,(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
20、，还可能引起灭火。(4)漏风增大，使烟气体积增加，烟气流速相应升高。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；火焰向上运动速度增大，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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,(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，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。此外，大型机组应设置炉内压力报警和安全保护装置。(6)炉膛负压波动时
21、，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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,(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或“打炮”。对于自动化程度比较高的锅炉，炉膛负压超限时，控制系统会自动发出报警或保护动作。但当控制系统处于手动状态时，则必须做出准确、迅速的判断和处理。,能源与动力工程学院,华北电力大学,六、炉膛内的爆炸性燃烧,炉膛爆炸的原因是数量过多的燃料和空气在炉膛内未能及时着火燃烧，而以极高的速度进行化学反应，当具有足够的着火
22、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。,能源与动力工程学院,华北电力大学,第五节 煤粉气流的着火燃烧,一、影响煤粉气流着火的因素 挥发分 燃料品质 水分燃料 灰分 发热量 煤粉细度及煤粉颗粒分布 一次风量、一次风温、一次风速 燃烧器 二次风速，二次风温，结构 配风方式及燃烧器结构型式 单只燃烧器的热功率 qA，qR，qV 炉膛 散热强度和放热强度 运行 锅炉负荷 调节方式,能源与动力工程学院,华北电力大学,燃料的性质：挥发分，着火温度；水分，着火温度；灰分，着火温度；煤粉细度 煤粉变细，容易着火。燃烧器特性 旋流燃烧器，旋转射流中心回流区越大，回流量越大，对着
23、火有利。对于挥发分少的煤，应该避免一、二次风过早混合，否则会增大煤粉气流的着火热。直流燃烧器着火是从射流边界传播到整个截面，气流截面尺寸过大对着火不利。,能源与动力工程学院,华北电力大学,二、减少机械未完全燃烧损失的措施：提高煤粉均匀程度保证煤粉细度，减少大颗粒粒煤粉的数量。合理组织炉内空气动力工况，改善火焰在炉内充满程度，加强燃烧后期的混合和扰动。恰当地选择炉膛容积，使炉膛容积负荷不致太高，保证煤粉在炉内有足够的停留时间。适当增大炉膛出口过量空气系数，增加燃烧后期的含氧量。合理安排三次风，确保三次风中煤粉迅速燃烧。,能源与动力工程学院,华北电力大学,第六节 低NOx煤粉燃烧技术,1、NOx的
24、生成机理 NOx的生成机理有三种：温度型NOx，燃料型NOx，快速温度型NOx。,能源与动力工程学院,华北电力大学,（1）温度型NOx，是指空气中的氮在超过1500摄氏度的高温下，发生氧化反应，温度越高NOx的生成量越多。（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在燃烧器出口处的火焰中心生成。（3）快速温度型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，然后快速与氧反应，生成NOx。这部分NOx占NOx总量的5%。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,2、低NO煤粉燃烧器,（1）、PM型燃烧器 PM型燃烧器是在燃烧器内将煤粉气流分为浓度气流和煤粉气流。浓煤粉气流在上，淡煤粉气流在下。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,第七节 型火焰燃烧技术,一、型火焰锅炉的炉膛形状,旋流燃烧器分别布置在前、后墙炉拱上。射流向下，而后汇合向上，形成w型火炬。在燃烧器的下方分别布置有三次风和二级燃烧空气。对低挥发分、低反应性能煤具有很好的适应性。,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,能源与动力工程学院,华北电力大学,
