第6煤粉炉与燃烧设备修改稿ppt课件.ppt

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1、第六章燃烧设备和煤粉燃烧新技术,2,煤粉炉的炉膛 炉膛的作用与型式 煤粉燃烧器 燃烧器的作用与要求 燃烧器的类型与布置 煤粉火炬的稳燃技术 W型火焰燃烧方式 W型火焰炉膛结构 W型火焰燃烧方式的特点 燃烧污染物的控制方法 N0X、S0X的控制技术,内容提要,3,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。,4,四、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

2、燃烧、墙式燃烧；W型火焰炉，塔式炉，旋风炉等五、锅炉燃烧设备的发展方向高效、低污染的燃烧技术和设备。,5,六、 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；(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。,6,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,第二节 燃烧器的类型与布置,7,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

3、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,8,1-喷口；2-核心区；3-边界层；4-外边界；5-内边界；6-源点；7-扩展角；8-速度分布等温自由射流的结构特性及速度分布,湍流自由射流是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）的煤粉气流湍流自由射流除了做整体运动外，流体微团还具有纵向脉动和横向脉动，后者对热质交换起着重要作用,W0C0T0,直流射流空气动力特性,9,1-喷口；2

4、-核心区；3-边界层；4-外边界；5-内边界；6-源点；7-扩展角；8-速度分布,射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，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；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,直流射流空气动力特性,10,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,湍流边界层 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,

5、1-喷口；2-核心区；3-边界层；4-外边界；5-内边界；6-源点；7-扩展角；8-速度分布,直流射流空气动力特性,11,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-源点；7-扩展角；8-速度分布,直流射流空气动力特性,12,射流的扩展角决定了射流的外边界线，也就是决定了射流的形状。直流射流的扩展角用下列公式计算：,13,卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量 圆形喷口的卷吸量大于矩形喷口； 一个喷口

6、分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的 直流Q旋流Q；直流射流适用于无烟煤，后期混合好,直流射流空气动力特性,14,显然，射流卷吸周围气体越多，衰减较快。,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 。直流射程 L 旋流射程L,直流射流空气动力特性,15,射流的刚度 射流组的流动过程 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 可决定射

7、流的形状及两相邻射流开始混合点，其位置对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充有很大影响，直流射流的相对较小。,直流射流空气动力特性,16,四角切圆燃烧方式直流燃烧器及其布置 直流燃烧器布置在炉膛四角，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，故称四角布置切圆燃烧方式。 由于四角射流着火后相交，相互点燃，有利于稳定着火； 四股气流相切于假想圆后，使气流在炉内强烈旋转，有利于燃料与空气的扰动混合；而且火焰在炉内的充满程度较好。,17,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,直流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布

8、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、二次风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风,直流燃烧器均等配风,18,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.,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,直流燃烧器均等配风,19,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。,直流燃烧器分级配风,20,2. 分级配

9、风,(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。,21,分级配风一次风处于高温、风速较低，喷口易烧坏。为了冷却，可采用夹心风或周界风。适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，称为无烟煤和贫煤配风方式。,(3) 一次风集中布置的问题 着火区煤粉高度集中，易造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；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。,

10、22,周界风 （属于二次风）,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。,23,夹心风 （属于二次风）,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，对加速外缘火焰向中

11、心的传播是有利的；(3) 夹心风速度较大时，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，可防止结渣；(4) 可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一。,24,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，形成旋转燃烧火焰。,三、直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式,25,三、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；

12、(5) 四股气流形成的切圆旋转过程；(6) 焦碳的燃尽过程。,26,从燃烧器喷口射出的气流仍然保持着高速流动。 气流的紊流扩散，带动周围的热烟气一道向前流动，形成“卷吸”。 射流质量不断扩大，速度不断衰减。高温烟气将热量不断送给新煤粉气流，煤粉气流不断升温，而从汽流的外边缘着火，然后火焰迅速向气流深层传播，达到稳定着火状态。,着火过程：,27,2、“自点燃”作用 煤粉气流向火的一侧受到上游邻角高温火焰的直接撞击被点燃，这是着火的主要条件。背火的一侧也卷吸炉墙附近的热烟气，但量较少。 正常燃烧时，一般在距离喷口0.30.5m处开始着火，在离开喷口1-2m的范围内，大部分挥发分析出并烧完。此后是焦

13、炭和剩余挥发分的燃烧，需要延续10-20m的距离。到炉膛出口，燃料中的98%的可燃物基本可以燃尽。,一、二次的过早混合,28,切圆燃烧方式的特点 煤粉气流着火所需热量，除依靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐射热以外，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 火焰在炉内充满度较好，燃烧后期气流扰动较强，有利于燃尽，煤种适应性强缺点：风粉管布置复杂,直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式,29,为什么切圆燃烧方式直流燃烧器的一次风喷口是多层布置？1、随着锅炉容量的增大，单个一次风喷口的热负荷不成正比增加，否则会导致炉膛局部热负荷过高而引起结渣;2、燃烧中心温度过高，致使有害气体NOx的

14、产量增加;,切圆燃烧直流燃烧器主要热力参数,30,四、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。,31,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。,邻角气流的横向推力 大小取决于四

15、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）则是维持气流不偏斜的内在因素 。,一次风煤粉气流的偏斜,32,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。但一次风速受着火条件限制，不能相应提高；而为加强炉内气流的扰动，二次风速也不宜降低。一、二次风速推荐值见下表,一次风煤粉气流的偏斜,33,一次风煤粉气流的偏斜,过小的djx则会使炉内高温火焰集中的炉膛中央，炉膛四周温度水平较低也不利于煤粉气流的着火。,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，有利于煤粉气流着火、燃尽； 但dJX过大，射流偏斜增大，容易

16、引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差。,34,炉膛和燃烧器的结构特性 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，补气条件充裕；面向炉墙的一侧（外侧）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，补气条件很差，射流两侧因此出现压差，迫使射流偏向压力低的一侧,一次风煤粉气流的偏斜,35,燃烧器的结构特性 直流燃烧器的狭长形喷口喷出来的扁薄射流，刚性较差，一次风射流因着火需求，刚性更差，更易偏斜。因此为增加刚性，燃烧器的高宽比不能过大，一般小于68。但是高宽比大会使出口气流与炉内高温烟气接触大而对着火和燃烧有利。,一次风煤

17、粉气流的偏斜,燃烧器的多层布置会使得实际切圆直径远大于假想切圆直径，导致气流贴墙。,36,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,燃尽风 喷口位于整组燃烧器的最上部（三次风喷口之上），送入剩余15%的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内NOX生成量，有利于燃料的燃尽。,37,五、一次风与二次风,1 一次风量一次

18、风量取决于煤质的挥发分含量和挥发分的发热量。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。一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。根据推荐值进行选取。见表6-1,38,固态排渣煤粉炉采用直流燃烧器时的风速风率选择： 一次风速1：不但影响着火燃烧的稳定性，同时影响一次风气流的刚度。过高会推迟着火，大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰或引起“脱火” 过低可能造成汽流刚性减弱，气流变形，煤粉气流的卷吸能力减弱，着火延迟。造成“回火”或发生空气、煤粉分层，引起煤粉沉积、堵管等现象。,切圆燃烧直流燃烧器主要热力参

19、数,39,二次风速2：主要考虑气流的射程，以保证煤粉空气在燃烧后期混合良好并使之完全燃烧。,切圆燃烧直流燃烧器主要热力参数,40,固态排渣煤粉炉采用直流燃烧器时的风速风率选择：三次风速3：一般比较高，要用较大的穿透深度，能较好地和火焰混合，以利其中的少量煤粉燃尽。三次风喷口一般位于燃烧器的最上层，向下倾斜5-15，对低挥发分煤，其倾角较小，甚至不向下倾斜。,切圆燃烧直流燃烧器主要热力参数,41,表6-2是固态排渣煤粉炉采用直流燃烧器时的一、二、三次风速的推荐值。,42,3 一次风温 提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前，还可在低负荷时稳定燃烧。提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的

20、必要措施之一。我国电厂在燃用无烟煤时，为了使煤粉气流的初温尽可能接近300，热空气温度提高到。 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。,43,5、 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。,44,六、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气分离后，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

21、的特点是温度低，水分大，煤粉细。,45,三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，易扰乱炉膛正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。 为减小三次风对燃烧的不利影响，一般将三次风分两段，上三次风和下三次风。为了保证三次风穿透火焰，三次风速达5060m/s.,46,七、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2030，用来改变火焰中心位置的高度，调节再热蒸汽温度。并便

22、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。,这种燃烧器适用于燃烧烟煤，也可适用于容易着火的贫煤，不适用于烧烧无烟煤、贫煤、劣质烟煤。主要是因为燃烧器喷口向上摆时，会减弱上游火焰对邻角煤粉气流的引燃作用，使燃烧变的不稳定，燃烧效率降低，炉膛上部受热面结渣。,47,八、大容量锅炉的典型燃烧器结构,48,切圆燃烧直流燃烧器主要布置形式p109,49,(1) 一、二次风不等切圆布置。二次风靠炉墙一侧，一次风靠内侧布置。这种布置方式既保持了邻角相

23、互点燃的优势，又使炉内气流流动稳定，火焰不贴炉墙，因而防止了结渣。但容易引起煤粉气流与二次风的混合不良，可燃物的燃烧不充分。一次风喷口以小切圆方式布置，二次风喷口射出的气流与一次风气流偏转一个角度，即称为偏转二次风，如图6-12所示。,这种方法的特点是在燃料着火后，及时供应二次风，将火焰与炉墙“隔开”，形成一层“气幕”，在水冷壁附近区域造成氧化性气氛，可提高灰熔点温度，减轻水冷壁的结渣。还可以降低x的生成量。适用于燃用烟煤及挥发分较高的贫煤。,我国不少电厂对四角切圆燃烧方式进行了改进，其主要特点为：,50,(2) 一次风正切圆、二次风反切圆布置。这种布置方法可减弱炉膛出口的残余旋转，从而减小了

24、过热器的热偏差，并能防止结渣。(3) 一次风对冲、二次风切圆布置。这种方法减小了炉内一次风气流的实际切圆直径，使煤粉气流不易贴壁，因而能防止结渣，而且能减弱气流的残余旋转。,51,切圆燃烧直流燃烧器主要布置形式,中小型煤粉炉常用正四角布置。 现代大容量锅炉常采用大切角正四角布置（图c),将炉膛的四角切去，在四个切角上安装燃烧器。 可形成切角形水冷壁，可以增大燃烧器喷口两侧的空间，使补气条件差异减小，射流不易偏斜;同时燃烧器可与切角处的水冷壁连在一起，形成燃烧器的水冷套，以保护燃烧器喷口不易烧坏。,52,切圆燃烧直流燃烧器主要布置形式,同向大小切圆方式（图d）适用于宽深比较大的炉膛或由于炉膛四角

25、有柱子，而不能做正四角布置，燃烧器只能布置在两侧墙靠角的位置。,此时燃烧器喷口中的几何轴线和两侧墙间的夹角差异很大，射流的补气条件也有较大的差异，布置成大小切圆方式，可以改变气流的偏斜。,53,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 一、二次风用不同管道与燃烧器连接，在燃烧器内一、二次风通道隔开。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,第三节旋流射流空气动力特性,54,旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种,从燃烧器喷出的气流具有很高的切向速度和足够大的轴向速

26、度，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,55,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,旋流射流空气动力特性,56,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(不希望出现，会引起火焰贴墙

27、),旋流射流空气动力特性,57,旋流燃烧器 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,58,59,在内环形通道中装有旋流叶片，通过传动装置可使叶片同步转动，调节叶片的旋转角度可改变二次风的旋流强度，叶片全部打开时，旋转强度减小，气流拉长，内回流区消失。当叶片逐渐关闭时，气流旋转强度变大，气流缩短，内回流区逐渐变大。调节燃烧器出口处气流的回流区大小，可使燃烧保持稳定。,可动叶片双调风旋流燃烧器,60,外二次风风量是由二次风道中的动叶片控制的，叶片全开时，外二次风量达到最大，这时外二次风大致是直流射流。在外二次风

28、的影响下，从燃烧器射出的整个射流的旋转强度减小，气流拉长，内回流区变小。当叶片逐渐关闭时，外二次风量逐渐减小，使整个射流的旋转强度增加，气流缩短，内回流区逐渐变大。,可动叶片双调风旋流燃烧器,61,内套筒可以向前或向后移动，改变一次风的风速，控制一次风与二次风的混合状态，改变内回流区的位置和大小。可控制火焰形状，调节着火点位置，控制NOx生成量。,62,煤粉气流切向进入一次风环形通道，并产生弱旋转，利用外套筒的混合器使粉分布均匀。煤粉通过椭圆形通道时，被分隔成四束气流，有利于扩大煤粉气流与热烟气的接触面，使煤中挥发物尽快析出，形成还原性气氛，以减少NOx的生成量。,63,二次风为分级配风，二次

29、风由切向进入多孔均流板和外调挡板，通过双调风通道从两个独立的环形喷口射出。内二次风通道中装有可调挡板，用来调节内二次风的旋转强度。内外二次风量的比例可由均流孔板外部的可移动套筒挡板控制。,64,内外二次风,65,66,外二次风叶片,67,外二次风叶片调整机构,68,三、双调风燃烧器燃烧过程,属于低氧燃烧过程，开始着火阶段1。燃烧器出口附近首先形成煤粉浓度密集的火焰核心区。向火焰核心区送入少量空气，即内二次风，用于补充着火初期所需的氧量，形成富燃料区。火焰继续向前发展，外二次风送入，将火焰围住，形成富氧区，维持燃烧持续燃烧,优点：空气分级送入，可以有效控制温度型NOx，又能限制燃烧型NOx。燃烧

30、调节灵活，有利于稳定燃烧，对煤质有较宽的适用范围。,69,蜗壳式燃烧器,70,旋流燃烧器的类型,直流蜗壳式,初期扰动不如双蜗壳旋流燃烧器强，但后期扰动比双蜗壳燃烧器好，对煤种适应强。,71,旋流燃烧器的类型,一次风不旋转的轴向可动叶轮旋流燃烧器,沿轴向移动拉杆便可调节叶轮在二次风道中的位置。叶轮退出，叶轮和二次风的圆锥形通道间便出现间隙，部分二次风通过间隙绕过叶轮直接从半旁路流出，因而它不带旋转，是直流二次风。,72,旋流燃烧器的类型,一次风不旋转的轴向可动叶轮旋流燃烧器,直流二次风和旋转二次风混合形成的旋流强度随其比例不同而变化。因而通过调节叶轮在二次风道中的位置就可以调节二次风的旋流强度，

31、调节灵活，但是这种燃烧器中心回流区较小、较长，因此只适用于易着火的高挥发分燃料。无燃用贫煤和无烟煤的经验。,73,74,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,旋流燃烧器炉顶布置只在采用W火焰燃烧技术的较矮的炉膛中才应用,五旋流燃烧器的布置,75,旋流燃烧器前墙布置 不受炉膛截面宽、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,五

32、旋流燃烧器的布置,76,五、旋流式燃烧器的布置与供风方式,旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。 采用大风箱送风时，风道系统简单，但不能准确调节单个燃烧器的风煤比，也不利于控制NOX，因此趋向于采用分隔风箱配风。,77,78,六、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：(1)炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。(2)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。(3)切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响较大。(4)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。(5) 一、二

33、次风的气流太厚，不利风粉混合。(6) 燃烧调节不太灵活。,79,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 炉膛结构紧凑，金属耗量少；制造、安装、检修方便,影响炉膛设计的主要因素燃料特性、燃烧方式和排渣方式,第四节煤粉炉炉膛,80,(1) 炉膛截面热负荷qA（炉膛结构着火稳定性参数） 按燃烧器区域炉膛单位截面来计算，单位时间送入炉膛的平均热量称为炉膛截面热

34、负荷 .,如果qa值选得过高，说明炉膛截面积小，炉膛横截面周界也小，炉膛呈瘦高形，燃料在燃烧器区域放出的热量，周围没有足够的水冷壁受热面去吸收它，而使温度过高，当然对着火有利，但却容易引起燃烧器附近的受热面结渣。对于亚临界压力锅炉，还可能使水冷壁发生膜态沸腾，使水冷壁管子过热烧坏。,二、评价炉膛结构的参数,81,炉膛截面热负荷qAqA如果选得过低，炉膛呈矮胖形，则烟气不能充分利用炉膛容积，烟气在离开炉膛时还未得到足够的冷却，会使炉膛出口以后的受热面结渣；同时qa过低，燃烧器区域的温度降低，虽然不会结渣，但对着火是不利的。qa的选取与燃料性质、燃烧方式和排渣方式有关。qa对于100MW以上机组的

35、固态排渣煤粉炉，炉膛截面热负荷值可在34.5MWm2之间，而多层燃烧器中各层燃烧器的截面热负荷qa值可在0.93l.74MWm2之间。,锅炉的热负荷,82,83,(2) 燃烧器区域壁面热负荷qR大容量锅炉为了减少NOx的排放量，趋向于采用单个热功率较小的燃烧器，同时燃烧器采用多层布置。单纯用炉膛截面热负荷来判断煤粉着火的稳定性和结渣的可能性已经不够严格。 按照燃烧器区域炉膛单位炉壁面积来计算，单位时间送入炉膛的平均热量称为燃烧器区域炉壁热负荷 。,84,85,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

36、处的距离；围燃带面积修正系数；,86,对于旋流式燃烧器，拔伯葛公司建议，以最上排燃烧器以上1.52m和最下排燃烧器以下1.52m之间的距离为燃烧器区域的高。,87,qA与qr对燃烧器区域的热强度共同作用。由于炉膛周界受燃烧稳定性和蒸发受热面布置的限制无法调整时，如需燃用结渣性强的煤，可适当降低qr值。可以将燃烧器沿炉膛高度方向拉长，或增大燃烧器喷口的间距，即可降低燃烧器区域的壁面热负荷。,（2）燃烧器区域的壁面热负荷,88,(1) 炉膛容积热负荷：单位时间送入炉膛单位容积中的平均热量(以燃料的收到基低位发热量计算).,2、炉膛结构燃尽性参数,89,同时炉膛容积相对较小，布置足够的水冷壁有困难，

37、不但难以满足锅炉容量的要求，而且会使燃烧区域及炉膛出口的烟气温度升高，从而导致炉内及炉膛出口后的对流受热面结渣。,2、炉膛结构燃尽性参数,90,qv过小，则会使炉膛容积过大，不但造价高，同时会使炉内温度水平降低，燃烧不完全，着火也困难，甚至可能熄火。,2、炉膛结构燃尽性参数,91,qv过小，则会使炉膛容积过大，不但造价高，同时会使炉内温度水平降低，燃烧不完全，着火也困难，甚至可能熄火。 qv的选取除与锅炉容量有关外，还与燃烧方式、燃料特性有关。对于固态排渣煤粉炉，当燃用无烟煤时，取110140kWm3；贫煤取120165kWm3，烟煤取140200kWm3；褐煤取90150kWm3。大容量锅炉

38、的要比中、小容量锅炉选得小一些。,2、炉膛结构燃尽性参数,92,（2）燃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;,93,当采用摆式燃烧器时，为了避免下倾火焰冲刷冷灰斗引起结渣，对于300MW机组，X取5m略多一些。,94,(4) 炉膛壁面热负荷qf单位时间内单位炉膛壁面吸收的平均热量，也称炉壁热流密度 。,锅炉的热负荷,95,炉膛壁面热负荷qf,锅炉的热负荷,96,三、炉膛受热面结渣的影响因素,1、受热面结渣的形成过程 在锅炉正常运行状态下，熔融的灰在贴近水冷壁时，被冷却而形成固态的灰粒或灰渣。

39、细灰粒可能吸附在受热面上，形成积灰。大块渣从炉底冷灰斗落下，形成固态排渣。 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。,97,2、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。 (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。,98,3、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（形成还原性气

40、氛） (5) 煤粉细度 （粗煤粉多易导致受热面结渣）(6) 吹灰 (7) 燃用混煤 （混煤会导致灰渣特性改变，结渣性强的煤和结渣性弱的煤混合燃烧时，结渣性低于结渣性强的煤）,99,4、防止受热面结渣的基本条件,一是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； 二是组织一、二次风形成良好的气流结构，保证火焰不直接冲刷受热面。,四、火焰充满度,因为死滞漩涡区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。,100,水冷壁大面积结焦事故案例,101,水冷壁大面积结焦事故案例,102,水冷壁大面积

41、结焦事故案例,103,水冷壁大面积结焦事故案例,104,五、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)。维持正常的炉膛负压，不仅对锅炉经济运行作用很大，而且对运行调节十分有益。 正常的炉膛负压值是依靠调节送风机和引风机的挡板开度实现的，主要是靠调节引风机的挡板开度来控制。,105,2、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

42、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，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。,106,(5) 炉膛负压急剧升高时，可能发生炉膛内爆事故,造成水冷壁损坏或人身事故。内爆的原因一是：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

43、装置。(6) 炉膛负压波动时，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。(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。,107,六、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。 破坏

44、性炉膛爆炸发生之前的先导性事件：燃料的着火性能变差或点火装置的能量不足以及未及时投入点火装置。,108,第五节 煤粉气流的着火燃烧,一、 影响煤粉气流着火的因素,109,煤粉火炬的稳燃措施 煤粉炉运行的经济性和安全性都与煤粉火炬的稳定性有密切的关系。煤粉火炬的稳定性，首先要稳定地着火。 但煤粉空气混合物较难着火是煤粉燃烧的特点之一。特别是燃用低挥发分的无烟煤、贫煤以及其他劣质煤，或者在低负荷运行时，稳定着火更是锅炉运行中的突出问题。 为了提高这些低挥发分煤的着火稳定性和低负荷运行时着火、燃烧的稳定性，过去常用的办法就是投油助燃。由此耗费大量宝贵的燃油。 因此，研究和发展各种稳定煤粉火炬的方法，

45、是国内外锅炉工作者当前和今后的重要任务。,第六节 低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术,110,对于低挥发分煤的煤粉火炬的稳定着火，国内外已经采用了许多行之有效的措施；例如敷设燃烧带来提高燃烧器区域的温度；采用热风送粉系统和较高的热风温度；采用较低的一次风率和一次风速；减小煤粉颗粒细度；控制锅炉最低运行负荷以及采用性能良好的燃烧器等。,111,第六节 低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术,一、 低负荷稳燃技术 1、提高一次风气流中的煤粉浓度,提高一次风气流的煤粉浓度，减少一次风量，可减少着火热；同时又提高了煤粉气流中挥发分的浓度，使火焰传播速度集中，加上燃烧放热相对集中，使着火区保持高温状态。,112

46、,2、提高煤粉气流初温,提高煤粉气流初温，可减少煤粉气流着火热，并提高炉内温度水平，使着火提前。图示表示：热风温度升高，烟温升高很快，煤粉着火提前。,113,3、提高煤粉颗粒细度,煤粉颗粒越细，单位质量的煤粉表面积越大，火焰传播速度越快。燃烧放热速度越快，煤粉颗粒就越容易被加热，燃烧越稳定。,114,4、在难燃煤中加入易燃燃料 当锅炉负荷很低或煤质很差时，可投入助燃用雾化燃油或气体燃料，混入燃烧器出口的煤粉气流中，来改善煤粉的燃烧特性，维持着火的稳定性。也可混入挥发分较大的煤粉，以提高着火的稳定性。,115,除此之外，现代理论和实践表明： 要使煤粉火炬稳定地着火，重要的是在一次风喷口出口附近形

47、成局部高温、高煤粉浓度和适当高的氧浓度的所谓“三高区”。 煤粉颗粒在局部的三高区内被迅速加热、升温，很快析出挥发分并着火燃烧，煤粉火炬就得以稳定。 要形成局部的三高区，国内外锅炉工作者大都致力于燃烧器的改进以及改善燃烧器出口附近的炉内气流结构等。 在燃烧器出口附近增大回流区和回流量，获得较强的高温烟气的回流，这是形成局部高温区的有效措施。回流高温烟气直接送到煤粉火炬的根部，对煤粉火炬的稳定着火极为有利。,116,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

48、/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,煤粉气流着火热,117,采用浓淡分离的高浓度煤粉燃烧器，则是提高燃烧器出口局部的煤粉浓度的有效方法。 高浓度煤粉燃烧器对煤粉火炬的稳燃的积极作用如下： (a)能使一次风煤粉气流的着火热减小，根据着火热的计算公式，局部的煤粉浓度提高了，相对便降低了此局部地区的一次风量，便使着火热降低，加快了煤粉气流的着火。 (b)煤粉浓度的提高，将加速着火前后煤粉的化学反应速度，放热量增加，故促进了煤粉气流的着火

49、，并使着火稳定。,118,(c)煤粉浓度提高，可使一次风煤粉气流的着火温度降低。(d)由于提高了煤粉浓度，煤粉气流的着火热和着火温度均降低，从而缩短了着火时间和着火距离，不但对着火有利，而且也有利于煤粉的燃尽。(e)煤粉浓度提高，增加了炉内火焰的黑度和辐射吸热量，促进了着火，并提高了火焰传播速度。,119,此外，提高煤粉浓度，还可以降低NOx的生成量。这是因为煤粉浓度提高了，煤粉气流中的含氧量便相对降低，在氧供应不足的情况下，游离的N2转化为NOx的机会减小，而且试验证明，燃料中的Nar生成NOx的生成量也与氧浓度平方成正比。 因此，提高煤粉浓度，即相对降低一次风量，对降低NOx的生成量是有利

50、的。,120,利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力 用钝体产生回流，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；,煤粉火炬的稳燃技术,121,采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离，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,煤粉火炬的稳燃技术,122,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