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1、第五章 燃烧设备,直流燃烧器及其布置 旋流燃烧器及其布置 煤粉火焰的稳燃技术 燃烧污染物控制方法 煤粉锅炉炉膛,电站锅炉的燃烧设备主要包括煤粉燃烧器和炉膛等。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以射流形式送入炉膛，保证燃料在炉膛内与空气充分混合、及时着火、稳定燃烧和燃尽。燃烧器的性能对燃烧的稳定性和经济性有很大影响。,对于煤粉锅炉燃烧器的基本要求是：保证燃料与空气充分混合、及时着火、稳定燃烧和燃尽，燃烧效率较高。能形成良好的炉内空气动力场，火焰在炉内的充满程度好，且不会冲墙贴壁，避免结渣。有较好的燃料适应性和负荷调节范围。能减少NOX的生成，减少对环境的污染。结
2、构简单，流动阻力较小。,送入燃烧器的空气是按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入的。按送入的空气作用不同，可将送入的空气分成三种：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挥发分燃烧对氧气的需要，一次风数量一般较少。二次风：待煤粉气流着火后再送入的空气，主要作用是补充煤粉继续燃烧所需要的空气，并起着组织炉内气流扰动和混合的作用。三次风：当制粉系统采用中储式热风送粉，将磨煤乏气通过单独的喷口送入炉膛燃烧。,燃烧器的分类：按燃烧器出口气流的特征，可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。直流燃烧器：出口气流为直流射流或直流射流组的燃烧器。旋流燃烧器：出口气流可以是几个同轴旋转射流
3、的组合，也可以是旋转射流和直流射流的组合，但主流为旋转射流的燃烧器。,直流燃烧器及其布置,直流燃烧器是由一组圆形或矩形的喷口组成，一、二次风从各自喷口以直流射流形式喷进炉膛。一、直流射流的空气动力学特性：,射流初速度W0，初温T0，煤粉初始浓度C0。烟气速度Wamb=0，环境内煤粉浓度Camb=0，环境温度TambT0。,直流射流过程：直流燃烧器的单个喷口喷出的气流是最简单的圆形或平面紊流直流射流。煤粉气流以较高的初速（Re105）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烟气，炉内煤粉浓度为零。自由紊流射流除沿着轴线方向作整体运动外，流体微团还具有紊流脉动，与周围介质发生物质、
4、动量、热量交换，将周围部分高温静止烟气卷吸到射流中来，并随射流一起运动。,沿射流流动方向：射流横断面不断扩展，流量Q增加，煤粉浓度C下降，温度T升高，轴向速度W减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中。,射流核心区：射流中心尚未被周围气体混入，保持初速W0的区域。紊流边界层：核心区维持初速W0的边界称为内边界；射流与周围气体的分界称为外边界。内、外边界间区域为紊流边界层，其内为射流本身流体以及卷吸进来的周围气体。扩展角：射流外边界线的交点称为源点，其交角即扩展角。,转折截面：核心区消失，只在射流轴线保持初速0的某点对应的截面。在转折截面前的射流段称为初始段，在转折截面后的射流段称为基本段。,卷
5、吸：由射流外侧边界带动周围烟气随射流一起流动，使射流质量逐渐增加，并发生热量交换，最终射流横截面扩大，速度降低，煤粉浓度降低，温度升高。即卷吸过程。煤粉气流卷吸高温烟气是着火热量的主要来源。喷口尺寸，卷吸量，因此可将一个大喷口分成几个小喷口，可增加射流卷吸能力。矩形喷口面积不变，h0/b0，喷口周界，卷吸能力。速度，卷吸能力。直流射流卷吸能力 旋流射流卷吸能力。,射程L：射流轴向速度Wm与射流初始速度W0的比值降低到0.05时的截面与喷口间的距离。射程反映轴向速度Wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流在烟气介质中的贯穿能力。喷口面积一定，速度，射程L。速度一定，喷口面积，射程L。（小喷口L）射流
6、卷吸周围气体越多，衰减，射程L。直流射流射程L 旋流射流射程L。,射流刚性：在有限空间内，射流抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。刚度不够，射流偏移到炉墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其他射流的正常工作。射流初始动量，射流刚性。（与射程L相同）二、直流燃烧器配风方式：燃煤特性决定了燃烧器的结构。对于低挥发分的无烟煤、贫煤，燃烧器必须首先保证煤粉稳定着火；对于挥发分较高的烟煤、褐煤，着火相对比较容易，燃烧器要保证燃烧时的空气补给。,根据燃煤特性不同，直流燃烧器一、二次风喷口的排列方式也不同，可分为均等配风和分级配风。,均等配风：一、二次风相间布置的配风方式。即在两个一次风口之间均等布置一个或
7、两个二次风口，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，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。因此适用于燃用高挥发分煤种，如烟煤、褐煤。,分级配风：一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器的下部，二次风喷口分层布置，且一、二次风口间距较大。分级配风是把二次风分级分阶段的送入。分级配风一次风集中布置，气流刚性，煤粉浓度，燃烧放热集中，火焰中心温度，利于着火。一二次风口间距大，一、二次风的混合晚，保证一次风粉良好的着火条件，后期扰动好，有利于燃尽。适用于低挥发分的无烟煤、贫煤。,由于分级配风方式多用于无烟煤、贫煤，因此为了保证煤粉
8、稳定着火，中储式制粉系统都采用热风送粉。此时磨煤乏气通过单独的三次风口送入炉膛。三次风口布置不当，可能会影响煤粉气流着火（使炉膛温度降低，着火推迟，燃烧不稳定等），使燃尽条件恶化，导致q4，火焰中心上移，炉膛出口烟温，炉膛出口附近结渣，过热器超温等事故。一般三次风口布置在燃烧器最上方，与二次风口保持一定间距，并有一定下倾角（压火）。,直流燃烧器各层二次风作用：上二次风：补充氧气，保证燃尽，强化燃尽阶段的混合。中二次风：保证燃烧所需氧气，强化湍流扰动。下二次风：托住大颗粒煤粉和火焰，延长煤粉炉内停留时间，防止未燃煤粉直接落入冷灰斗，降低q4，降低炉膛下部温度，防止结渣。燃尽风OFA：在大型锅炉燃
9、烧器最上部，三次风口之上，设置有两个燃尽风口。通过燃尽风口送入剩余15%的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，可实现空气分级燃烧，降低NOX生成量。周界风：装在一次风喷口的四周，风层薄、风量小、风速较高。可防止喷口烧坏，加强卷吸，防止煤粉离析，增强一次风刚性，减少偏斜，并适应煤质变化。,三、直流燃烧器的布置：直流燃烧器通常布置在炉膛四角，每个角的燃烧器出口气流的几何轴线均切于炉膛中心的假想圆，使气流在炉内强烈旋转，称为四角切圆燃烧方式。,四角切圆燃烧方式的特点：着火：煤粉气流着火所需热量，除依靠边界卷吸高温烟气和接受炉膛辐射热，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
10、。,燃烧：气流在炉内形成强烈的旋转，火焰在炉内充满度较好，炉内热负荷分布均匀，燃烧后期气流扰动较强，有利于加速燃烧，煤种适应性强。,燃尽：气流在炉膛内呈螺旋形上升，延长了煤粉在炉内的停留时间利于燃尽。,1-无风区 2-强风区 3-弱风区无风区太小，不利于着火。强风区太靠近水冷壁易结渣。,直流煤粉燃烧器切圆燃烧布置方式,单切圆 双切圆 六角或八角布置 双炉膛切圆,影响一次风粉射流偏斜的因素：邻角气流的横向推力：一次风射流动量（刚性）是维持气流不偏斜的内在因素。二次风射流动量增加，则中心旋转强度增大，横向推力也增大，导致一次风射流偏斜加剧。因此增加一次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风的偏斜。但
11、一次风速受着火条件限制，不能过分提高，二次风速受加强扰动的限制，也不能过分降低。,气流偏斜：四角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贴壁冲墙，造成炉膛水冷壁结渣。,假想切圆直径：较大的dim可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部，有利于煤粉气流着火，并且气流旋转强度大，扰动更强烈，利于燃尽；但dim过大，一次风射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口的残余旋转较大，会引起烟温和过热汽温偏差。,燃烧器结构特性：燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，内侧有上游邻角气流横扫过来，补气条件充裕；外侧需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气，补
12、气条件很差，因此形成外低内高的静压分布。在高度方向上，射流中部气流偏斜更严重。四角切圆炉膛截面尺寸D/W或W/D小于1.2。,四角切圆燃烧方式的主要热力参数：1.一次风口层数：300MW 5-7层随着锅炉容量增大，若只增大单个一次风喷口热负荷，会导致局部热负荷过高，引起结渣、NOX增加。2.一次风量：要满足挥发分着火所需氧量，及制粉系统要求。一次风量，着火热，着火推迟，炉内停留时间，q4。挥发分大的煤一次风率高。3.一次风速：决定着火稳定性，及一次风气流刚度。过高：推迟着火，燃烧不稳定，灭火，冲墙结渣。过低：刚性，偏斜贴壁结渣；切圆组织不好，扰动，卷吸，着火延迟，燃烧缓慢；回火，烧坏喷口；煤粉
13、空气分离，引起煤粉沉积、堵管等现象。,4.一次风温：一次风温，着火热，利于着火，但要同时满足制粉系统安全性要求。5.二次风量和风速：高温火焰粘度很大，二次风必须具有很强的穿透力，增强空气与焦炭粒子表面的接触。因此二次风速必须很高。6.二次风温：二次风温，利于稳定燃烧，但受空预器传热面积限制。一般煤质较差时，设计较高的热风温度。,四角布置燃烧器配风风速推荐值,旋流燃烧器及其布置,旋流燃烧器出口截面都是圆形，也称圆形燃烧器。一次风射流可以是直流或旋转射流，二次风射流都是围绕燃烧器轴线旋转的射流。,一、旋转射流的动力学特性：燃烧器中装有旋流器，煤粉气流和热空气通过旋流器时发生旋转，从喷口射出后即形成
14、旋转射流。,旋转射流的空气动力学特点：具有三个速度分量：轴向Wa，径向Wr，切向Wt。向前冲 扩展 旋转,从燃烧器喷出的气流一般为多股气流的共轴射流，且具有较大的切向和轴向速度，因此初期扰动强烈；但轴向速度衰减较快，射流射程较短，后期扰动较弱。适用于Vdaf较高的煤种。,形成内回流区：由于旋转，在射流中心产生低压区，造成在燃烧器出口附近形成与主气流流向相反的回流运动，即旋转气流内部的内回流区。,旋转射流从两方面卷吸高温烟气，一方面靠内回流区的反向气流，另一方面靠射流外边界的卷吸，有利于稳定着火燃烧。内回流区的回流高温烟气加热煤粉气流根部，才是稳定着火的关键。,比直流燃烧器扩展角大，旋转强度，扩
15、展角。旋转强度n：用于表征旋转射流旋转程度的特征参数。,M：旋转动量矩 M，nK：轴向动量 K，nL：喷口尺寸 L，n,随着n的不同，旋转射流有三种不同的流动状态：,（a）封闭气流（b）开放气流（c）全扩散气流,（a）封闭气流：当出口气流旋转强度n小于一定数值时，中心不产生内回流区，此时整个旋转射流呈封闭状态，其流动特性接近直流射流。,（a）封闭气流（b）开放气流（c）全扩散气流,（b）开放气流：当旋转强度n增大到一定数值以后，靠近射流出口的中心区形成内回流区，这种流动状态称为开放式旋转射流。内回流区的尺寸和回流流量都随n的增大而增大。,（a）封闭气流（b）开放气流（c）全扩散气流,（c）全扩
16、散气流：当n继续增大，射流外边界卷吸能力强烈，补气条件不好，会使外边界压力小于中心压力，整个射流向外全部张开，形成全扩散式旋转射流。俗称“飞边”，会使火焰贴墙，造成炉墙或水冷壁结渣。,旋转强度n的影响：回流区长度和回流量：在开放式气流区间内：n过小：长度和回流量均小，只能卷吸少量低温烟气。n过大：回流量，但气流混合过早，不利于着火。目标：回流大量高温烟气到气流根部，加速着火燃烧。扩散角：n，扩散角，外边界面，卷吸，有利着火。射程L：n，L。n过小：则射程L过大，易造成火焰冲墙结渣。n过大：则射程L过小，易造成炉膛火焰充满度差。,二、旋流燃烧器的类型：根据旋流器的结构不同分为 蜗壳式旋流燃烧器
17、叶片式旋流燃烧器,旋流燃烧器分类：,特点：一次风不旋转，二次风旋转。调节扩流锥可调回流区大小。一次风阻力小，初期扰动弱，混合较晚，可燃用较差的煤。,特点：一、二次风转向相同，混合早且强烈，适用于烟煤、褐煤。一次风阻力大，不宜用于直吹式制粉系统。易出现局部火焰冲墙结渣。这两种目前使用较少。,特点：一次风可旋转或不旋转，二次风通过轴向叶片导向形成旋转。叶轮前后移动可调节旋转强度n。中心回流区较小，射程远，适用于高挥发分煤。,特点：一次风为直流或弱旋转射流，二次风通过切向叶片导向形成旋转。适用于高挥发分煤。,旋流燃烧器在结构上分带中心风管和不带中心风管两大类。中心风管可安放点火油枪，用于燃烧器煤粉的
18、点燃。在正常运行时，中心风管中流过的二次风称中心风，也是一股调节风。带中心风管的旋流燃烧器从内到外有中心风、一次风、内二次风、外二次风四个环形通道。不带中心风管的无中心风，从内到外有三个环形通道。一次风可为直流或旋转射流。内外二次风均为旋转射流，且旋向相同。内二次风射流直接靠近一次风粉气流，其旋转强度直接影响回流区的生成及大小，以及对煤粉颗粒的卷吸。内二次风旋转强度过大，虽可扩大回流区，但过早与一次风混合，影响稳定着火。因此内二次风风量风速均小于外二次风。,三、旋流燃烧器的布置：旋流燃烧主要是靠自身射流旋转产生的内回流区卷吸高温烟气对一次风粉进行加热的，并且一、二次风是通过同一圆形燃烧器按被圆
19、环分隔的内外通道分别进入炉内的，所以旋流燃烧器的射流为多股组成的共轴射流。炉内火焰不存在整体旋流，火焰充满度和流场均匀性好。因此旋流燃烧器应单独布置，使每个燃烧器的火焰能自由发展，相邻燃烧器之间保持一定距离，互不干扰。相邻燃烧器出口射流旋向一般相反，或从整个炉膛气流均匀性角度去考虑每个燃烧器射流的旋向。并注意布置时避免火焰冲墙结渣。,旋流燃烧器的布置方式,a.前墙布置 b.前后墙布置 c.炉底布置 d.炉顶布置,b1.交错布置,b2.对冲布置,a.前墙布置：火焰充满度差，在上下均存在较大的死滞区，煤粉停留时间短，燃烧集中，NOX生成多，不能用于大型锅炉。,旋流燃烧器的布置方式,a.前墙布置 b
20、.前后墙布置,b.前后墙布置：火焰充满度好，炉内火焰不旋转，可减轻炉内热偏差。对冲布置时，对冲两方火矩在炉膛中部产生撞击，大部分气流向上运动，小部分下冲到冷灰斗，死区小。交错布置时，火炬相互穿插，提高了火焰混合和充满程度。但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。,b2.对冲布置,b1.交错布置,c.炉底布置 d.炉顶布置,c.炉底布置：仅用于少数燃油或燃气锅炉。d.炉顶布置：形成U型或W型火焰，延长火焰行程，利于稳定着火和完全燃烧。并且炉内火焰充满度好。,总之，旋流燃烧器的布置不像直流燃烧器的布置讲究总体的效果及相互配合，采用旋流燃烧器的锅炉的燃烧主要取决于燃烧器
21、本身的结构和参数。,煤粉火焰的稳燃技术,煤粉火焰的稳燃技术，主要可分为炉内高温烟气回流稳燃型技术和煤粉浓淡燃烧型技术。高温烟气回流稳燃法：利用燃烧器的结构，使煤粉气流中形成局部烟气的回流，增强对煤粉气流的供热能力。浓淡燃烧法：将煤粉气流送入炉膛前进行浓淡分离，使浓相处于向火面，利于着火燃烧；淡相处于背火面，利于减轻水冷壁的磨损和高温腐蚀。,浓淡燃烧法：浓相（0.8 1.2kg煤粉/kg空气）处于炉膛内的向火面，有利于着火和燃烧，淡相（0.20.4kg煤粉/kg空气）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。,浓相强化着火过程的原因：减少了煤粉气流的着火热，降低了着火温度；浓
22、度提高，加快了煤粉化学反应速度；缩短了着火时间和着火距离，有利于燃尽；强化了辐射吸热（提高了炉内火焰黑度）在还原性气氛下降低了NOX的生成。,向火面,背火面,几种常见的浓淡分离装置,钝体燃烧器钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口1出口处安装一个三角形的非流线形物体2，称为钝体。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，在回流区边缘附近集聚，形成一个高煤粉浓度区。,在钝体的导流下，一次风射流的扩散角显著增大，射流外边界卷吸高温烟气的能力有所增加。,2.稳燃腔煤粉燃烧器：由稳燃腔腔体、钝体和三角滑块组成。钝体：置于稳燃腔腔体中，
23、煤粉气流流经钝体后形成一个回流区，卷吸炉内高温烟气加热煤粉气流，强化着火燃烧。稳燃腔腔体：腔体使钝体后回流区封闭，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。,三角形滑块：一次风直管段中的三角形滑块可进行煤粉的浓淡分离，在燃烧器出口得到所需的煤粉浓相和淡相进入炉膛燃烧。,3.双通道煤粉燃烧器：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。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，稳定煤粉的着火和燃烧。两侧壁腰部布置腰部二次风。腰部风全开，可屏蔽一次风形
24、成的高温烟气回流，用于调节煤粉着火点位置。,下一次风口两侧各装1个直径为6-8mm的高速蒸汽射流管。流速可在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生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据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。适用于极难燃煤种。,双通道煤粉燃烧器是通过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。,4.水平浓淡煤粉燃烧器：燃烧器一次风管内采用百叶窗式浓缩器，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。燃烧器
25、出口设置钝体和侧面风。钝体用来形成一定的烟气回流起稳燃作用，侧面风可保护水冷壁避免高温腐蚀和结渣。,浓,淡,侧面风,5.WR燃烧器（宽调节比燃烧器）：,WR燃烧器又称直流式宽调节比燃烧器，采用一次风和二次风相间的均等配风方式。由下至上配有A-F六层一次风喷口。二次风喷口共九层。AA为下二次风。FF为上二次风，OA和OB为燃尽风，其余为中间二次风。燃尽风可以实现空气分级燃烧，减少NOX生成。燃尽风分两层，负荷低于50%不使用燃尽风，高于50%之后逐渐开启下层燃尽风，高于75%之后再开启上层燃尽风。,WR燃烧器一次风喷嘴,煤粉气流通过管道弯头时，受离心力作用分成上浓下淡两股。喷嘴中间的水平隔板将保
26、持浓淡偏差煤粉流。若采用水平方向浓淡分离则效果更佳。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，有利于煤粉气流的加热和着火。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先混合，还可调节一次风煤粉浓度，适应煤种变化。,燃烧污染物控制方法,本小节主要介绍燃烧污染物NOX和SOX的控制。一、NOX的生成机理：热力NOX：约20%生成机理：由空气中的N2在高温下氧化生成。2.快速NOX：约5%生成机理：由燃料中的CmHn与空气中的N2预混燃烧生成的。3.燃料NOX：约75%生成机理：由燃料中的氮燃烧氧化生成。,二、影响NOX生成的主要因素：温度：温度越高，生成的NO
27、X量越大。过量空气系数：=1.11.2，NOX生成量最大。燃煤性质：煤中N元素含量越高，NOX生成量越大。三、脱硝技术的分类：可分为燃烧前、燃烧中、燃烧后处理。但燃烧前脱氮研究较少。燃烧中主要是指低NOX燃烧技术。燃烧后是指烟气脱硝技术，主要有选择性催化还原（SCR）技术和选择性非催化还原（SNCR）技术。四、低NOX燃烧技术：主要包括：分级燃烧、再燃烧法、浓淡偏差燃烧、低氧燃烧和烟气再循环等。,分级燃烧：将燃烧所需的空气分两阶段从燃烧器送入。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；第二级：以二次风形式送入剩余空气，使燃料在
28、空气过剩区域燃尽，此时空气量虽多，但火焰温度较低，生成的NOx也较少。因此总的NOx生成量降低。,空气分级燃烧可分为：燃烧室中的分级燃烧和单个燃烧器的分级燃烧。燃烧室中的分级燃烧：主燃烧器上部设燃尽风OFA喷口。主燃烧器送入约80%的空气量，燃烧器区处于富燃状态；OFA 喷口送入剩余空气，使燃料燃尽。燃烧室沿高度分成富燃区和燃尽区。,单个燃烧器分级燃烧：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，在火焰根部形成富燃区；剩余的二次风稍迟送入，形成燃尽区，促进煤粉燃尽。,2.再燃烧法：本质是燃料分级燃烧。燃烧分成三个区域。主燃烧区：8085%的燃料以正常过量空气系数配置空气进行燃烧。气
29、氛为氧化或稍还原性气氛。再燃烧区：剩余的燃料以再燃燃料的形式被喷入，形成富燃区。在还原性气氛下，主燃烧区内生成的NOX 经反应被还原为N2。燃尽区：送入二次风，保证燃料燃尽。,3.浓淡偏差燃烧：使部分燃料在空气不足条件下进行燃烧，即燃料过浓燃烧；另一部分在空气过剩下燃烧，即燃料过淡燃烧。无论哪种情况，都偏离1.11.2的范围。燃料过浓部分，氧气不足，燃烧温度不高；燃料过淡部分，空气量大，燃烧温度低，都可抑制NOX生成。4.低氧燃烧：使燃料在炉内总体过量空气系数较低工况下燃烧。会造成q4增大，燃烧效率低，因此已很少采用。5.烟气再循环：将部分低温烟气混合一、二次风送入炉内，烟气吸热并稀释氧浓度，
30、使燃烧速度和炉内温度降低。但对燃煤锅炉效果不显著，并且加剧受热面磨损。使用较少。,五、低NOX燃烧器：1.PM燃烧器：用于四角切圆燃烧锅炉的直流燃烧器。一次风喷口由一个分叉煤粉管弯头和上浓下淡两个煤粉喷口组成。可实现煤粉浓淡偏差燃烧，抑制NOX。,PM型直流煤粉燃烧器原理图,2.DRB双调风旋流燃烧器：不设中心风管。中心通道内的一次风为直流射流。内二次风促使内回流区形成，并引燃煤粉。燃烧中心是处于低氧富燃条件下，NOX生成量减少。外二次风补充燃烧所需空气，促进燃尽。此时燃烧温度已经不高，虽然空气量大，但NOX生成也较少。DRB燃烧器实现空气的分级燃烧，抑制NOX生成。,六、烟气脱硝技术：1.选
31、择性催化还原（SCR）技术：还原剂为NH3，催化剂为TiO2，反应温度280420。2.选择性非催化还原（SNCR）技术：在合适的温度下无催化剂的条件下，利用还原剂把NOX转化为N2和H2O。反应温度一般为9001000。,七、脱硫技术：固体燃料中的硫以三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。前两种可燃，产物为SO2，硫酸盐硫表现为不可燃灰分。脱硫技术同样可分为燃烧前、燃烧中、燃烧后三类。1.炉内喷钙脱硫：属于燃烧中脱硫技术，适用中小型锅炉。将石灰石CaCO3作为钙基脱硫剂送入炉膛，受热分解生成CaO和CO2，CaO与炉内SO2 反应形成固体CaSO4，经除尘器脱除。炉内脱硫剂送入位置选择在
32、炉温为950 1200的范围，避免CaSO4在高温下分解。,炉内脱硫剂送入方式有两种，一种是从一次风或三次风口送入，脱硫剂在炉内停留时间较长，有充分的反应时间，但炉内高温区会使部分已形成的CaSO4分解。另一种是从炉膛出口附近送入，温度较适合CaO与SO2的反应，生成的CaSO4也不会分解，但反应时间短，反应不充分。存在的主要问题：烟气中含灰量增加，导致受热面沾污、结渣与磨损加重；当空预器壁温低于酸露点时，灰中的钙与酸液反应生成不溶于水的CaSO4，造成空预器堵塞。,2.湿法烟气脱硫（WFGD）：采用石灰石作为脱硫吸收剂，与烟气中的SO2反应，除去烟气中的SO2，并鼓入空气，生成副产品石膏。,
33、典型湿法脱硫系统工艺流程,煤粉锅炉炉膛,炉膛是燃料燃烧和热交换（主要是辐射能）的场所，也称燃烧室。煤粉在炉内的燃烧过程，不但与燃烧器及其布置有关，而且也与炉膛本身结构特性有关。我国锅炉炉膛多采用简单的矩形或正方形截面，烟气呈上升流动。炉膛的结构应能保证燃料完全燃烧，同时保证烟气在到达炉膛出口时已被冷却到对流受热面不结渣的温度。因此炉膛结构应满足以下要求：,保证燃料完全燃烧：使燃料在炉膛内有足够的停留时间。布置合适的受热面、合理组织炉内热交换：满足锅炉容量的要求；同时使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工作所允许的温度。炉膛出口的NOX和SOX等排放量应符合环保要求。炉膛结
34、构紧凑，金属耗量少；制造安装检修方便。,一、炉膛热力参数炉膛容积热负荷qV：单位时间、单位炉膛容积内，燃料燃烧所释放出的热量。反映煤粉气流在炉内的停留时间。qV过大：锅炉容量一定，则炉膛容积过小，造成煤粉气流在炉膛停留时间过小，造成不完全燃烧，q3、q4。炉膛容积，水冷壁面积，炉温和炉膛出口烟气温度，易结渣；排烟温度，q2。qV过小：炉膛容积，炉温，对着火和稳定燃烧不利；水冷壁面积，金属耗量，造价。,炉膛容积热负荷qV的选取：qV的大小应能保证燃料燃烧完全（即燃料在炉膛内有足够的停留时间）使烟气在炉膛内冷却到不使炉膛出口对流受热面结渣的程度（即炉膛内布置足够的受热面）。随着锅炉容量增大，炉膛壁
35、面面积的增加落后于容积的增加。为保证锅炉安全运行，避免受热面结渣，应按烟气的冷却条件来选取qV，故大容量锅炉的qV要比中、小容量锅炉选得小一些。高挥发分煤，燃烧速度快，qV可以取大一些。,2.炉膛截面热负荷qA：单位时间、炉膛单位截面上，燃料燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平。qA，A，炉膛截面周长，水冷壁面积，燃烧器区域温度，可能导致燃烧器区域结渣，NOX。qA，A，燃烧器区域温度，不利于着火。锅炉设计时，可根据选用的qV、qA确定炉膛容积和截面积，并由此决定炉膛宽度、深度及高度。燃用低挥发分煤，为了稳定着火，qA应该取大些；灰熔点较低的煤，为了避免结渣，qA应该取小些。比如，无烟煤
36、为了燃尽qV值小，为了稳定着火qA值大，炉膛呈瘦高状。,3.燃烧器区域壁面热负荷qB：单位时间、燃烧区域单位炉壁面积上，燃料燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平及火焰集中情况。qB，火焰越集中，燃烧器区域温度，对着火和稳定燃烧有利，但可能导致燃烧器区域壁面结渣，NOX。4.炉膛壁面热负荷qf：也称炉膛辐射受热面的热流密度。可用于计算锅炉水动力工况及判断管壁温度高低。qf，炉膛单位壁面吸收的热量，炉内烟气温度，易造成水冷壁结渣。,二、炉膛的型式,几种常见炉膛的型式,根据排渣方式不同，炉膛型式可分为固态排渣炉膛和液态排渣炉膛。我国煤粉锅炉多采用固态排渣炉膛。固态排渣：燃料燃烧后生成的灰渣呈固
37、态排出。特点：炉膛烟温相对较低。灰分绝大部分以飞灰形式排出。有冷灰斗，折焰角结构。四角切圆布置时炉膛截面接近正方形。,型固态排渣炉膛,液态排渣：燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流出。特点：熔渣段炉膛烟温较高。灰渣呈熔化状态流入渣池。无论煤种均采用热风送粉。存在渣池析铁和炉膛高温腐蚀问题。存在临界负荷。液态排渣炉使用较少。,液态排渣炉膛,开式 半开式,1-冷却段 2-熔渣段 3-渣井 4-粒化水箱,三、W型火焰燃烧方式,1.炉膛结构：下部为拱形着火炉膛，室内敷设大量卫燃带，维持炉膛高温，利于着火燃烧。上部为辐射炉膛，也可充当燃尽室。顶拱上布置燃烧器，一次风粉气流和二次风从上向下喷射。下部二次风从
38、下向上喷射。,2.火焰行程：一次风粉气流和二次风从上向下喷射并着火。火焰到达炉膛下部，受到分级风的托起，向上转折流动，形成W型火焰。燃烧形成的高温烟气进入辐射炉膛。,3.W型火焰燃烧方式特点：炉膛温度高：拱形炉墙的辐射传热可提供部分着火热，着火区水冷壁敷设卫燃带。较低的NOX生成量：空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，分段燃烧。不但有利于稳定着火，而且可以抑制NOX生成。有利于燃尽：炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的停留时间。烟气中的飞灰含量少：火焰在下部着火炉膛底部转弯180向上流动时，可使烟气中部分飞灰分离出来。有良好的负荷调节性能：负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大，
39、有利于稳燃及调峰。有利于防止炉内结焦：火焰射向与水冷壁平行，冲刷炉墙现象较少，不易结焦。适用于低挥发分煤的燃烧。,旋风分离式燃烧器主要依靠提高煤粉浓度的方式来稳燃。在燃烧器前采用旋风分离器将煤粉空气混合物分为浓淡两股气流。,4.W型炉所使用的燃烧器：,50%的空气和少量（约1020）煤粉组成的低浓度煤粉气流从旋风分离器上部的抽气管转向后通过燃烧器乏气喷嘴送入炉膛（三次风）,50的空气和80%以上的煤粉形成的高浓度煤粉气流从旋风分离器下部流出，然后垂直向下通过主燃烧器进入炉膛（一次风）。调节乏气量是适应煤种变化的一种手段：煤质变差，开大乏气调节挡板，抽出的乏气量增加，煤粉浓度随之增加，有利于煤粉
40、气流的着火燃烧。,PAX燃烧器,1-一次风管 2-PAX弯头 3-偏心异径管 4-抽出风弯管头 5-增压风弯管头,原理：一次风粉气流通过燃烧器入口弯管时，在惯性力作用下，约90%的颗粒煤粉被浓缩到一次风管外侧，与增压风机送来的热风均匀混合后喷入炉膛；其余含10%煤粉的冷煤粉气流被抽出，从燃烧器下方以一定倾角射入炉膛，补充着火后期所需空气量。,作业：已知：某固态排渣煤粉炉，烧无烟煤，低位发热量Qar,net=24254kJ/kg，计算煤耗量Bcal=86.8t/h。已知炉膛容积热负荷qV=134.56kW/m3，截面热负荷qA=3.8986MW/m2，炉膛宽度W=12m。求：（1）炉膛容积Vf；（2）炉膛截面积A；（3）炉膛深度D和高度H。,Thank you!,
