《电站锅炉原理》PPT课件.ppt

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1、第一章 绪论,亚临界自然循环燃煤锅炉,1-汽包；2-下降管；3-分隔屏；4-后屏；5-高温过热器；6-高温再热器；7-水冷壁；8-燃烧器；9-燃烧带；10-空气预热器；11-省煤器进口集箱；12-省煤器；13-低温再热器；14-低温过热器；15-折焰角；16-排渣装置,我国电站锅炉参数、容量系列,锅炉机组经济性指标,热效率（90%）净效率 燃烧效率 式中 Q 1 锅炉有效利用热，kJ/kg；Q r 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg；锅炉机组自身所消耗的热量，kJ/kg；锅炉机组自身电耗对应的热量，kJ/kg；、锅炉化学、机械未完全燃烧热损失，%,锅炉机组安全性指标,火力发电厂锅

2、炉烟尘及有害气体最高允许排放浓度,本标准实用于：第三时段（2004.1.1起新建火电厂）两控区（SO2排放大或酸雨严重地区）及入炉煤Q12550的火电厂,电站锅炉发展趋势,加快发展大容量、高参数机组 大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基建投资、设备和运行费用降低,可用率较高,强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术 燃煤的燃气-蒸汽联合循环(燃煤硫化床燃烧联合循环及整体煤气化联合循环）和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求,提高运行可靠性和灵活性 可靠性涉及到设计、设备制造、运行维护和生产管理等各个方面 运行灵活性要求大力发展中间负荷机组，适应电网调峰需要,同时考虑因燃

3、用劣质煤带来的不利影响（结渣、积灰、磨损、腐蚀），提高锅炉对煤种的适应性。提高机组的监控水平,第二章 锅炉燃料及热力辅助计算,煤的组成特性及基准,1/8,煤的发热量及换算,发热量各基准间的换算,高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用上述换算系数,低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行已知基准的 Qnet 已知基准的 Qgr(式2-12等)已知基准的 Qgr 所求基准的 Qgr(采用上述换算系数)所求基准的 Qgr 所求基准的 Qnet(式2-12等),发热量相关值,标准煤 收到基低位发热量为29270 kJ/kg的燃料为标准煤 标准煤耗量 式中、分别为标准煤耗量与实际煤耗量,折算成分

4、相对于每4182 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分,煤的灰分特性,灰分特性影响因素 煤灰的化学组成 煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低 煤灰周围高温介质的性质 氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低,煤的灰分特性 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定：DT，ST，FT,煤中V对锅炉工作的影响,V的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅 V含量越多（C含量越少），V中含O量亦多，其中的可燃成分相应减少，这时，V的热值低 V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧 V 多，V挥发使煤的孔隙多，反应表面

5、积大，反应速度加快 V 多，煤中难燃的固定碳含量便少，煤易于燃尽 V 多，V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧,煤中M、A对锅炉工作的影响,M、A 高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低 M、A 高，M 蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低 M、A 高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧与燃尽困难；M、A 高，q2、q3、q4、q6 增加，效率下降 M、A 高，过热器易超温 M、A 高，受面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M、A 高，煤粉制备困难或增加能耗,煤中C、S、ST对锅炉工作的影响,灰熔点（ST）灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行的安全性和经济性。对于固态排渣炉，S

6、T 1350 可能结渣,含碳量 C C 高，热值高；但不易着火、燃烧,硫分 S 可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响 易造成受热面的堵灰；高、低温腐蚀 形成酸雨，污染环境 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损,煤的分类,我国煤的主要分类指标 干燥无灰基挥发分Vdaf含量 可分为三大类：褐煤（Vdaf含量37%）、烟煤（Vdaf含量10%）、无烟煤（Vdaf含量10%）,为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以收到基低位发热量Qar,net、收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及灰的熔融特性DT、ST、FT作为参考指标，分为五大类和十小类(表2-6)其中低（劣）质煤单独燃烧有困难，或燃烧

7、不稳定，或燃烧经济性差，或煤中有害杂质含量高的煤，可分为五小类,电厂锅炉用煤分类,电厂锅炉用煤分类,煤的类型,无烟煤 碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发热量很高,约为2500032500 kJ/kg；挥发份很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高，着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃,褐煤 碳化程度低，含碳量低，约为4050%，水分及灰分很高，发热量低,约1000021000 kJ/kg；挥发分含量高，约4050%，甚至60%，挥发分的析出温度低，着火及燃烧均较容易,烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为4060%,杂质少，发热量较高,约为2000030000 kJ/kg；挥发

8、分含量较高，约10 45%，着火及燃烧均较容易 贫煤 挥发分含量1020%的烟煤 挥发份较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；劣质烟煤 挥发份2030%；但水分高，灰分更高的烟煤 发热量低，为1100012500 kJ/kg 这两种烟煤着火及燃烧均较困难,煤的类型,煤的燃烧反应,煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括 Kg的碳、kg的氢、kg的硫,碳完全燃烧反应方程式 C+O2 CO2 12 kg C+22.41 Nm3 O2 22.41 Nm3 CO2,1kg C+1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 1kg H+5.56 Nm3

9、O2 11.1 Nm3 H2O 1kg S+0.7 Nm3 O2 0.7 Nm3 SO2,燃烧所需要的空气量,理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量(无剩余氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得,实际空气量 V 式中、分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数,过剩空气系数与漏风系数,各受热面处烟气侧漏风系数，查表2-7确定；V为烟道漏风量 为炉膛出口处过剩空气系数，在推荐值范围内选取,过剩空气系数与漏风系数,为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数 分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数，查表2-7确定,烟 气 容 积,理论烟气容积=1、完全燃烧：O2=0

10、；CO=0,烟 气 容 积,实际烟气容积 1、完全燃烧：O2 0；CO=0,实际烟气容积 1、不完全燃烧：O2 0；CO0,烟气的焓值,烟气焓 1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从0（）加热到（）时所需要的热量,烟气的焓值 取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度,焓 温 表,由（、）查焓温表可很快确定烟气温度；由（、）查表可很快确定烟气焓,焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计算出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓，制成的烟气（）表,烟气分析成分,烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积Vgy为基础，采用奥氏分析仪进行的 烟气分析可得到 在干烟气Vgy中所占

11、的容积百分比,判断燃烧状况,=1、且完全燃烧：CO=0，O2=0,完全燃烧方程式：l、且完全燃烧：CO=0,锅炉常用燃料的值和 RO2max 值见表2-8。为保持炉内良好的燃烧工况,运行中应监测并维持炉内一定的 RO2，使其尽量靠近 RO2max,判断燃烧状况,运行中及Vy的确定,烟气容积,干烟气容积,锅炉热平衡方程式,锅炉输入热量 Qr,对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分满足则,锅炉有效利用热 Q1,式中 Q 工质总吸热量，kJ/s B 燃料消耗量，kg/s Dgr、Dzr、DPw 过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/s、h g s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水

12、焓，kJ/kg、再热蒸汽出口和进口焓，kJ/kg,空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量循环，锅炉热平衡中不予考虑,固体未完全燃烧热损失 q4 q4 取决于燃料种类、燃烧方式、炉膛型式与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况 Vdaf小；（Mar、Aar）大，q4 大；R90大，q4 大；过大或过小，q4 大 煤粉在炉膛停留时间过小，q4 大,未完全燃烧热损失q4,设计时,q4、按推荐数据选取（表2-10）对固态排渣煤粉炉取 q4=0.55%,未完全燃烧热损失包括 q4、q3,未被完全利用热损失q2,排烟热损失 q2式中-排烟焓,取决于 与，kJ/kg-进入锅炉的冷空气焓,kJ/

13、kg-排烟处过剩空气系数,由q2、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。电站锅炉 约在110160之间。取决于 及烟道漏风，后者同时影响,对大中型锅炉 q2 约为48%,未被完全利用热损失 包括 q2、q5、q6,未被完全利用热损失q5,图2-8 额定容量下锅炉的散热损失,散热损失 q5额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅炉尾部受热面的布置查图2-8确定,热效率gl与燃料消耗量 B,热效率 正平衡 反平衡,燃料消耗量,计算燃料消耗量,第三章 煤 粉 制 备,煤的自燃性与爆炸性,煤粉的自燃 煤粉在氧化性介质中，当煤粉散热不良或周围介质温度升高时，会发生自燃 煤粉的爆炸 发生自燃的煤粉遇到明火

14、会发生爆炸,影响煤粉爆炸的因素主要有：煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉的浓度和温度、煤粉的水分,制粉系统需采用一定的防爆措施，如设置防爆门等,煤粉细度 Rx,煤粉均匀性系数n,R200 R90，n为正值当R90一定时，n值越大，则R200越小，说明煤粉中过粗的煤粉较少 当R200一定时，n值越大，则R90越大，说明煤粉中过细的煤粉较少n值越大，煤粉中过粗和过细的煤粉均较少，即煤粉粒度分布较均匀n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式，一般取n=0.81.2,煤的可磨性系数,哈氏可磨性指数 HGI HGI86 为易磨煤,与 HGI之间关系,双进双出钢球磨(低速磨),轴颈内带热风空心管双进双出筒式钢球磨 圆

15、筒两端的空心轴内有一空心圆管，圆管外装有螺旋输送装置。两端的空心轴既是热风和原煤的进口，又是煤粉气流混合物的出口。从而形成两个相互对称又彼此独立的磨煤回路两个回路 两个回路同时使用时磨煤机出力最大；也可以单独使用一个，这时可使磨煤出力降至50以下,n 过小，筒内钢球与煤靠与筒壁的摩擦力带上去，形成一个斜面，然后沿斜面滑落,钢球磨筒体最佳转速 nzj,n 处于上述两者之间，钢球被带到一定高度，沿抛物线落下，钢球对筒底的煤发生强烈撞击作用，辅以研磨 磨煤作用最大时的转速称为最佳工作转速nzj 经验表明：nzj=（0.75-0.78）nlj,没有撞击作用，磨煤效果差，煤粉磨得过细，出力降低，电耗大,

16、n 影响磨煤出力和电耗,n 过大，离心力很大，球与煤随筒壁一同旋转，产生这种状态的最低转速称为临界转速nlj,钢球磨最佳通风量,Vtf 过小 筒内风速过小，出口端钢球能量没有被充分利用，只能带出的少量的细煤粉，磨煤出力下降，单位磨煤电耗大,Vtf 过大 筒内风速过大，磨煤机出口煤粉过粗，粗粉分离器回粉量增大，通风电耗增大,最佳通风量 磨煤和通风电耗之和最小时的通风量，的大小与煤的种类、煤粉细度、筒体容积及钢球充满系数等有关。,Vtf 直接影响燃料沿筒体长度的分布和磨煤出力,钢球磨出力,磨煤出力Bm 在电耗一定并保证所需的煤粉细度的条件下，磨煤机在单位时间磨制的煤粉量。由磨煤机的结构尺寸、被研磨

17、的燃料特性以及磨煤机的运行状况确定,干燥出力Bg 在单位时间内将煤由原有水分干燥到所要求的煤粉水分对应的煤粉量。由磨煤机的干燥条件确定对高水分和较软的煤，BmBg，而对于干和硬的煤，则Bg Bm,磨煤机的运行出力（具有一定细度和干燥程度的煤粉流量Bm=Bg）可以通过调节进入磨煤机的干燥剂流量和温度来实现,钢球磨特性,单进单出磨煤机对负荷适应性差，其单位电耗Em,磨煤机筒体和钢球的质量比其中的燃料大许多倍，Ndw 主要消耗在 转动筒体和升举钢球上，与磨煤出力Bm 几乎无关。Em 随出力Bm 的 降低而增高，在低负荷下运行不经济,双进双出钢球磨可扩大钢球磨的负荷调节范围 双进双出钢球磨煤机响应锅炉

18、负荷变化的时间短 其出力不是靠调整给煤机来控制，而是靠调整一次风量控制。加大一次风阀门的开度，风量及带出的煤粉流量同时增加，因此，在任何负荷下，煤粉浓度变化不大，低负荷下煤粉细度降低，有利于低挥发分煤的稳燃 双进双出钢球磨煤机保持了钢球磨煤种适应性广等所有优点，同时大大缩小了体积，降低了磨煤机的能耗，增强了适应锅炉负荷变化的能力,钢球磨中储式制粉系统有热风送粉和乏气送粉两种,钢球磨中储式热风送粉系统,空气经送风机空预器一次风机一次风箱混合器（热气与煤粉）一次风喷口 乏气排粉机乏气风箱三次风喷口 适用无烟煤、贫煤及劣质煤,钢球磨中储式乏气送粉系统,乏气排粉机一次风箱混合器（乏气与煤粉）一次风喷口

19、 适用于烟煤等挥发分含量高的煤种,钢球磨中储式系统再循环管,再循环管31 将部分磨煤乏气从排粉风机后返回到磨煤机，然后再回到排粉风机进行循环 再循环风温度低，既可以调节磨煤机入口干燥剂的温度，又能增加磨煤的通风量，并能兼顾燃烧所需一次风的要求，从而协调磨煤、干燥和燃烧三方面所需的风量,中速磨直吹式负压系统,排粉风机装在磨煤机出口，整个系统在负压下运行 煤粉不会向外泄漏，对环境污染小 漏风大，排粉风机磨损严重，效率低，电耗大，系统可靠性差。,中速磨直吹式制粉系统有正压和负压系统；正压系统又有热一次风和冷一次风系统,中速磨直吹式正压热一次风系统,正压系统：一次风机布置在磨煤机之前，系统处于正压状态

20、下工作 无漏风；叶片磨损小 煤粉易外泄，系统需设专门的密封风机 热一次风系统：配置二分仓回转式空预器。一次风机布置在空预器与磨煤机之间，输送的是热空气 风机体积大，电耗高，易发生高温侵蚀，运行效率及可靠性低,中速磨直吹式正压冷一次风系统,配置三分仓回转式空预器。一、二次风各自由单独风机输送，风机处于空预器之前，输送的是干净的冷空气 风机体积小，电耗低，效率高；高压头冷一次风机可兼作密封风机，简化系统；热风温度不受一次风机的限制，可满足磨制较高水分煤种要求,高速磨直吹式系统,（a）热风干燥；（b）热风-炉烟干燥,磨制烟煤和水分不高的褐煤 采用热风作为干燥剂 磨制高水分的褐煤 采用热风掺炉烟作为干

21、燥剂,两种制粉系统的比较,直吹式系统 系统简单、设备部件少，管路短、阻力小，初投资和系统的建筑尺寸小，输粉电耗较小；但磨煤机的工作直接影响锅炉的运行，锅炉机组的可靠性相对低些,8/8,储仓式系统 设有煤粉仓，磨煤机可一直维持在经济工况下运行，磨煤机的工作对锅炉影响较小，系统的可靠性高；但系统复杂、设备部件多，初投资及运行费用高,锅炉负荷变动时 储仓式系统 调节给粉机转数改变煤粉量，既方便又灵敏；直吹式系统 从改变给煤量开始，经过整个系统才能改变煤粉量，惰性较大,第四章 燃烧过程的理论基础,化学反应速度 在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度的变化率，单位是mol/（cm3s）对于反应式

22、AB GH 反应速度为 CA、CB、CG、CH 分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm3、分别为相应的化学计量系数,燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程 均相燃烧 燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧 多相燃烧 燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧,化学反应速度,均相反应质量作用定律,质量作用定律 反映浓度对化学反应速度的影响 对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比，各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数,对反应 AB GH 质量作用定律可用下式表示 式中：k 为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速

23、度,在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞机会越多，化学反应速度就越快。,多相反应质量作用定律,阿累尼乌斯定律,阿氏定律 反映温度对化学反应速度的影响,反应物浓度不变时，反应速度常数k 随温度变化的关系 式中 k0频率因子，近似为一常数 R、T、E 通用气体常数、热力学温度、活化能,活化能 E 破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能的分子为活化分子。活化能 E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大 在一定的温度下，活化能 E越大，则反应速度常数 k值越小，反应速率越小；而在一定的活化能 E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越大,煤燃烧过程的四个阶段,预

24、热干燥 煤被加热至100左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热,挥发份析出并着火 温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热,燃烧 挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热,燃尽 残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热,上述各阶段实际是交叉进行的；着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽是目的,焦碳的燃烧反应,附加反应 C 及 C O 与

25、空气中的水蒸汽产生的反应 C+H2 O C O+H2 C+2 H2 O C O2+2 H2 CO+H2O C O2+H2,一次反应 在一定温度下，碳和氧的化学反应可能有两种 C+O2 C O2 C+O2 C O,二次反应 一次反应的生成物CO2、CO与初始反应物碳和氧 再次发生反应 C+C O2 2 C O C O+O2 C O2,碳的燃烧反应速度,焦碳的燃烧反应速度取决于温度、焦碳颗粒尺寸、氧气浓度、环境压力和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等 式中：mp焦碳颗粒质量 p焦碳颗粒密度 P 压力 02氧气浓度 d 焦碳颗粒的直径 k 焦碳颗粒的反应速度常数,焦碳燃烧的动力学特性,氧气从外界扩散到炭

26、粒周围，氧气通过灰壳的阻力，到达炭粒的表面 氧气吸附在炭粒表面 高温下，炭粒和氧进行化学反应，生成CO2和CO，同时不可燃物生成灰渣 燃烧产物（CO2和CO）从炭粒表面上解吸析,焦碳燃烧按下述程序进行,燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散，其中CO2直接扩散在周围空气中，CO在扩散过程中遇氧气又变成CO2，然后再向远处空气中扩散,焦碳燃烧的动力学特性,焦碳的燃烧反应速度的影响因素可以是化学的（反应物的吸附作用、化学反应本身、或生成物的脱附作用）；也可以是物理扩散的（反应物或生成物的扩散过程）,焦碳的燃烧反应速度取决于上述连续过程中最慢的某一个阶段，氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应,碳的燃烧反

27、应速度,式中 A 为反应前置系数；d 为碳粒直径；D 为氧气扩散系数；为化学当量因子。若主要产物是CO2，则等于1；若主要产物 是CO，则等于2；TP、Ta 分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度,燃烧反应区域,动力区 燃烧反应的温度不高，kCkD，焦碳燃烧处于化学动力控制下，反应速率常数k=kC 燃烧反应速度w 取决于碳粒表面的化学反应速度,随温度的升高按指数增大。强化燃烧的措施是提高反应系统的温度,扩散区 燃烧反应温度较高，kC kD，焦碳燃烧处于扩散控制下，反应速率常数k=kD 燃烧反应速度w 取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。强化燃烧的措施是强化扰动，减小煤粉颗粒,过渡区 动力区与扩散区之

28、间区域，强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度,根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域,煤的燃烧特点,煤中含有水分 煤的燃烧过程中，水蒸气很易和C及燃烧产物CO作用，生成CO2和H2，H2再与CO或CO2反应。这种催化作用，使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度,煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；另一方面，挥发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面的扩散阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降,煤中含有矿物杂质 在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减少，使燃烧难以进行，燃尽困难,煤是一种多孔性物质 它受热时产生的水蒸气

29、和挥发分，不但向煤粒表面四周的空间扩散，而且还会向煤粒的内部空隙扩散,煤粉的燃烧特点,锅炉燃用煤粉的颗粒很小（30100m），炉膛温度又很高，煤粉在炉膛中的加热速度可以达到（104/s或更高）,煤粉快速加热时，煤中挥发分的含量和成分都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同,煤粉快速加热时，挥发分析出、着火和碳的着火燃烧几乎是同时的，其中极小的煤粉甚至可能先着火燃烧,煤粉快速加热时，焦碳在孔隙结构方面与慢速加热有很大差别,煤粉火焰中挥发分的析出曲线,煤粉气流的着火 由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程转变时的瞬间温度称为着火温度,着火和熄火的热力条件,煤粉气流的着火温度,放热曲线Q1是一条

30、指数曲线，散热曲线Q2接近于直线,点2对应的温度即为着火温度Tzh,Tb=Tb1（很低），散热线 与 Q1 交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态,Tb=Tb2，散热线 与 Q1 交点2为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度，Q1 Q2，反应将自动加速过渡到点3高温稳定平衡点，此时，只要保证煤粉和空气的不断供应，最后将稳定在高温燃烧状态。即在一定的放热和散热条件下，只要系统温度T Tzh，燃烧反应就会自动进行,煤粉气流的熄火温度,Tzh、Txh是在一定测试条件下的相对特征值，Txh大于Tzh。强化着火的措施 在散热条件不变的情况下，增加可燃混合物的初温、浓度和压力，加强放热 在放热条件不变

31、时，增加燃烧室的保温，减少放热,Tb=Tb2、强化散热，散热线 与 Q1 交点4为不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低，Q1 Q2，反应系统温度急剧下降过渡到点5低温稳定平衡点，此时，煤粉只能产生缓慢地氧化，而不能着火和燃烧，从而使燃烧过程中止（熄火）。即 在一定的放热和散热条件下，只要系统温度T Txh，燃烧反应就会自动中断 点4对应的温度即为熄火温度Txh,煤粉气流的着火热源,煤粉气流着火热源 煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射,煤粉气流的着火热源,细煤粉温升比粗煤粉快得多；煤粉气流的着火主要是靠高温回流烟气的加热,煤粉气流由初温T0加热到着火温度 Tz 所需时间z 分别

32、为,辐射为主要热源（曲线2）,高温回流烟气对流为主要热源（曲线1）,煤粉气流着火热,式中 Br每台燃烧器的燃料消耗量，kg/h r燃烧器送入炉内的空气所对应的过量空气系数 rl一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比；c1K、Cq、cd 一次风、蒸汽及煤的比热，J/Nm3K）Mar、Mmf 煤的收到基水分，%、煤粉的水分，%Tzh着火温度，K T0煤粉一次风气流初温，K,煤粉气流的着火热为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量对于热风送粉，煤粉气流的着火热为,第一项为加热煤粉和一次风所需热量 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量,煤粉气流着火热,影响煤粉气流着火的因素,燃料的性质 挥发分含量Vdaf

33、小；水分、灰分含量高；煤粉细度大，则煤粉气流着火温度提高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离增大,炉内散热条件 减少炉内散热，有利于着火。敷设卫燃带是稳定低挥发分煤着火的有效措施，但需预防结渣,煤粉气流的初温 提高初温T0 可减少着火热。燃用低挥发分煤时应采用热风送粉制粉系统，提高预热空气温度,影响煤粉气流着火的因素,一次风量V1（V0 r 1）V1过大，着火热增加，着火延迟 V1过低，燃烧初期由于缺氧，化学反应速度减慢，阻碍着火继续扩展 V1在最佳值范围内选取（P80表5-4和P88表5-7）,一次风速w1 w1过高，通过单位截面积的流量增大，降低煤粉气流的加热速度，着火

34、距离加长，着火推迟 w1过低，煤粉管道堵塞，燃烧器喷口易烧坏 w1在最佳值范围内选取（P80表5-5和P88表5-7）,锅炉负荷D D降低，煤耗量 B 相应减少，水冷壁总的吸热量Q 也减少，但减少的幅度较小，故Q/B反而增加，炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温降低，当锅炉负荷降到一定程度时，会危及着火的稳定性，甚至可能引起熄火。一般在没有其他稳燃措施条件下，固态排渣煤粉炉只能在高于70%额定负荷下运行,影响煤粉气流着火的因素,燃料器特性 燃烧器特性优良，即一、二次风混合适时。过早混合，会造成着火热增大。尺寸较小的小功率燃烧器可缩短煤粉气流的着火距离，增大着火表面积，有利于着火,煤粉气流完全燃烧的条件

35、,值影响 q2、q3 和 q4,供应适量的空气 炉膛出口过剩空气系数 可代表空气量对燃烧过程的影响,煤粉气流完全燃烧的条件,保证足够的炉膛温度 炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧过程便进行得猛烈，燃烧也易于趋向完全 炉温过高，不但会引起炉内结渣，也会引起水冷壁的膜态沸腾 炉温在（10002000）范围内比较适宜,促进燃料与空气充分混合 煤粉完全燃烧应使煤粉和空气充分扰动混合。要求燃烧器的结构特性优良，一、二次风配合良好，炉内空气动力场均匀,保证足够的停留时间 煤粉在炉内的停留时间 煤粉自燃烧器出口至炉膛出口所经历的时间 过小，煤粉至炉膛出口处还没有烧完，炉膛出口后温度降低使燃烧基本停止，造成燃烧

36、热损失增大；局部再燃烧会引起过热器爆管和结渣。取决于炉膛容积热强度、炉膛截面热强度和锅炉运行负荷,煤粉气流完全燃烧的条件,第五章 煤粉炉与燃烧设备,炉膛是燃料燃烧和热交换（主要是辐射能交换）的场所 保证燃料燃烧完全（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,煤粉炉炉膛的作用,影响炉膛设计的主要因素 燃料特性、燃烧方式和排渣方式,煤粉锅炉炉膛型式,燃烧器的作用与要求,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

37、方式经喷口送入炉膛 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 结构简单，流动阻力较小,燃烧器的作用与要求,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,燃烧器

38、的类型与布置,直流燃烧器 直流射流 直流燃烧器的类型 直流燃烧器的布置 旋流燃烧器 旋流射流 旋流燃烧器的类型与布置,WH=0，CH=0，THT0,直流射流及空气动力特性,直流燃烧器各喷口以较高的初速（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、静止介质（烟气），煤粉浓度为零）的煤粉气流是一股湍流自由射流,W0C0T0,直流射流及空气动力特性,湍流自由射流除了做整体轴线方向运动外，流体微团还具有纵向脉动和横向脉动，其边界上的流体微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动 射流横断面不断扩展，流量Q增加；煤粉浓度C下降

39、；温度T升高；轴向速度W逐渐减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中,WH=0，CH=0，THT0,W0C0T0,直流射流及空气动力特性,射流核心区2 射流中心尚未被周围气体混入，保持初速w0的区域,湍流边界层3 核心区维持初速w0的边界称为内边界5；射流与周围气体的分界称为外边界4。内、外边界间区域为湍流边界层，其内为射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体,转折截面 核心区消失，只在射流轴线保持初速w0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称为基本段,扩展角 射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角,1-喷口；2-核心区；3-边界层；4-外边界；5-内边界；6

40、-源点；7-扩展角；8-速度分布,WH=0，CH=0，THT0,W0C0T0,直流射流及空气动力特性,卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量 卷吸量 Q大，有利于煤粉气流的着火,4/5,显然，射流卷吸周围气体越多，衰减较快 直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射流的衰减较慢,射程 L 射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到某一不为零的数值（如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，即射流对周围气体的穿透能力。射程 L大，煤粉气流后期扰动及卷吸加强，有利于燃尽,射流的刚度 射流在有限空间内，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

41、能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其正常工作 射流的初始动量越大，刚度越大,扩展角 决定射流的形状及两相邻射流开始混合点，对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充影响很大 直流湍流自由射流的相对较小,直流射流及空气动力特性,直流燃烧器均等配风,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，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,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

42、喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风,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,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，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 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，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧,直流燃烧器分级配风,分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式,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

43、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,直流燃烧器各层二次风的作用,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,直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式,一次风煤粉气流的偏斜,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墙或冲墙。造成炉膛水冷壁结渣,邻角气流的横向推力 四角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动量矩起主要作用；一次风射流本身的动量（刚性

44、）则是维持气流不偏斜的内在因素 增加一次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风射流的偏斜 一次风速受着火条件限制；二次风速也不宜降低，否则减弱炉内气流的扰动 一、二次风速推荐值见P80表5-5,炉膛结构特性 燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压 内侧（向火侧）夹角1大，且有上游邻角气流横扫过来，补气条件好 外侧（背火侧）夹角2小，且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气，补气条件差 射流两侧因此出现压差，迫使射流偏向压力低的一侧,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。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造成烟温

45、和过热汽温偏差,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 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,旋流射流空气动力特性,旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种,卷吸量较大，扩展角较大 旋流射流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，具有比直流射流大得多的扩展角，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。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,旋流射流空气动力特性,旋流强度n 表征旋转射流旋转程度的特征参数，随着n的不同，旋转射流有三种不同的流动状态 封闭气流 n 较小，弱旋或不旋，中心没有回流区或

46、回流区较小，回流区负压小，主射流受到压缩，旋转射流呈封闭状态，其特性接近直流射流,开放气流 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，延长到速度很低处处才封闭，形成开放式的结构,全扩散气流 n 和扩展角很大，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，外侧回流区全部消失,旋流燃烧器的类型,旋流燃烧器的一、二次风通过旋流器形成旋转射流，根据旋流器的结构不同，旋流燃烧器分为 蜗壳式旋流燃烧器 采用蜗壳作旋流器 叶片式旋流燃烧器 采用叶片作旋流器,旋流燃烧器的类型,直流蜗壳式 双蜗壳式 轴向可动叶轮式,旋流燃烧器的布置,旋流燃烧器前墙布置 不受炉膛截面宽、

47、深比限制，布置方便，与磨煤机联接煤粉管道短 主气流上下两端形成明显的停滞旋涡区，炉膛火焰的充满程度较差，炉内火焰的扰动较差，不利于燃烧后期的扰动和混合,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,煤粉火炬的稳燃技术,利用燃烧器的各种结构产生局部烟气回流，增强对煤粉气流的供热能力 用饨体产生回流，如钝体燃烧器等 用速度差产生回流，如大速差同轴射流燃烧器 用叶片产生回流，如旋流预燃室,采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进

48、行浓缩分离 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 煤粉淡相(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,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钝体2 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域,在钝体的导流下，一次风射流的扩展角显著增大，射流外边界卷吸高温烟气的能力有所增加,高浓度煤粉的稳燃作用,提高煤粉化学反应速度 减少煤粉气流的着火热，降低着火

49、温度 增加辐射吸热量 降低污染物NOx的排放,稳燃腔煤粉燃烧器,稳燃腔煤粉燃烧器由稳燃腔腔体、钝体和煤粉浓淡分离三角滑块组成,稳燃腔腔体 腔体使钝体后回流区封闭，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,钝体 置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后形成一个回流区，卷吸炉内的高温烟气加热煤粉气流,WR燃烧器,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

50、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,双调风旋流燃烧器,燃烧器的二次风通道分为两部分，一部分二次风进入燃烧器的内环形通道，另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道,煤粉气流从下方经90的弯角进入燃烧器将煤粉气流浓谈分离,内二次风作引燃煤粉用 内二次风经轴向叶片形成内层二次风旋转射流，将炉膛内的高温烟气卷吸到煤粉着火区，使得煤粉得到点燃和稳定燃烧,双调节旋流燃及烧器,外二次风用来补充已燃烧煤粉所需的