《锅炉燃烧设备》PPT课件.ppt

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1、第二章 锅炉结构及原理,第三节 锅炉燃烧设备火床燃烧设备火室燃烧设备流化床燃烧旋风燃烧炉,第三节 锅炉燃烧设备 学习要求,1.了解不同的燃烧设备的基本结构和工作原理;2.燃料燃烧过程和基本特性;3.锅炉设计的基本控制参数,第三节 锅炉燃烧设备,火床燃烧设备 火床燃烧是指燃料主要在火床(炉排)上完成燃烧全过程的一种燃烧方式.火床的种类:如图2-8，图2-9，图2-10所示 固定炉排炉排：链条炉排炉：抛煤机翻转炉炉排：抛煤机倒转链条炉、振动炉炉排等.,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,（一）链条炉排炉 链条炉排炉是一种层燃炉,具有燃烧效率高、环

2、境污染小及机械化程度较高等特点.在容量为(D=135t/h)使用十分普遍.1 链条炉的基本结构和工作原理基本结构 如图2-8所示.工作原理:燃料进入炉排后，在高温火焰和前后拱的辐射传热作用下经干燥、水分蒸发、挥发分析出、着火燃烧和燃尽，然后进入 灰渣(灰斗)燃烧所需的空气经空气预热器加热到一定温度后，由各个风室从炉排下方分别送入，经过炉排穿入煤层参加燃烧，燃烧生成的烟气通过炉膛的辐射换热和对流管束、省煤器、空气预热器后降到150180，由引风机送入烟囱排入大气.,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,2.链条炉排的燃烧过程及其基本特性 链条炉的燃烧过程从理论上分析共有四个区段,如图2-1

3、1所示.,第三节 锅炉燃烧设备,链条炉的燃烧特性(1)着火特性 燃料着火所需的着火热能是来自炉膛中高温烟气的对流传热与炉拱的热辐射.对于链条炉来说,合理地设计前后炉拱结构,良好地组织炉内燃烧空气动力工况是十分重要的.图2-12示出火床炉炉拱结构及流动图谱,其中图2-12a为常规的“L”形火焰燃烧炉拱;图2-12b为“”形火焰燃烧的炉拱,它是根据后炉拱出口动量流率与前拱区上升动量流率的矢量合成来进行理论计算设计的.目的是前后拱合理搭配,使炉内气流在前拱区形成大回流,以利于新燃料的加热和烟气中焦炭颗粒的分离,改善着火条件,提高锅炉效率.图2-12 c为常规炉拱设计的结构和基本尺寸.,第三节 锅炉燃

4、烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,2.气体成分分布特性 图2-13a中可以看到链条炉排上气体成分分布特性;,第三节 锅炉燃烧设备,在燃料的预热干燥阶段和燃尽阶段,O2浓度过剩;在焦炭旺盛燃烧区,O2浓度不足.为了满足燃烧的需要,应按图2-13b中曲线5组织分级配风,分四段送风.,第三节 锅炉燃烧设备,(二）抛煤机炉 抛煤机炉如图2-9所示，其采用悬浮燃烧与火床燃烧同时并进，即大颗粒在炉床上作火床燃烧，细小颗粒被烟气流托起，在炉膛空间作悬浮燃烧。抛煤机炉分类：风力抛煤机，机械抛煤机，机械 风力抛煤机,第三节 锅炉燃烧设备,抛煤机的工作原理如图2-14所示：,第三节 锅炉燃烧设备,火床炉设计的两个控制

5、参数:(1).炉排面积热负荷qR 炉排单位面积在单位时间内燃料燃烧所放出的热量.即(2-56)式中:qR 为炉排面积热负荷(kW/);B 为燃料消耗量(kg/s);Q 为燃料的收到基低位发热量(kJ/kg);R 为炉排有效面积(),第三节 锅炉燃烧设备,(2).炉膛容积热负荷qV 炉膛单位容积在单位时间内燃料燃烧所放出热量,即(2-57)式中:qV 为炉膛容积热负荷(kW/m3);V 为炉膛容积(m3).,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,二.火室燃烧设备火室燃烧的定义:指燃烧在炉膛空间中以悬浮状态完成燃烧全过程的一种燃烧方式.通常,燃用液体和气体的炉子均为火室炉.燃用固体燃料的火室

6、炉称之为煤粉炉.燃煤的电站锅炉均为煤粉炉居多.原煤必须经制粉系统研磨成很细的煤粉,煤粉颗粒直径一般在100m以下,磨成细分以后,煤的表面积会增大上千倍,有利于燃烧.,第三节 锅炉燃烧设备,火室燃烧的燃烧器由一、二、三次风口的有机组合，分为直流式和旋流式两大类型，并由炉膛、制粉系统和燃烧器组成燃烧设备。如图2-15，2-16所示。用于输送煤粉的空气称为煤粉燃烧的一次风,其对应的喷口称为一次风口.燃烧所需总空气量的其余部分是二次风,其对应的喷口称为二次风口.制粉系统的排气(乏气)送入炉内燃烧时,称为三次风,对应喷口称为三次风口.,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,（

7、一）煤粉的燃烧过程煤粉颗粒进入炉膛后,燃烧步骤:受到炉内火焰、高温烟气的加热,温度升高,开始把水分蒸发掉;温度再上升,煤中的挥发物则开始析出,并在煤粒周围燃烧,使煤粒进一 步加热;在析出挥发物后,煤粉颗粒就变成了高温的焦炭颗粒,并进一步燃烧,直至燃尽为止.煤粉在炉内的停留一般为23s,燃尽后形成的灰渣大部分作为飞灰随气流排出.,第三节 锅炉燃烧设备,煤的着火温度:煤粉的着火温度与煤粉受热后挥发分开始析出的温度有关,与挥发分含量的高低有关,通常挥发分含量高的煤,其挥发分开始析出的温度低,容易着火.见表2-10.(在试验条件下测定值),第三节 锅炉燃烧设备,煤粉气流的着火与一、二次风 煤粉气流中的

8、煤粉着火温度要高于在试验条件下的煤粉着火温度.表2-11示出煤粉气流的着火温度.煤粉、空气流着火的首要条件是有足够高的温度,一次风喷入炉膛后,煤粉和空气流升温所需的热量,来自两方面:卷吸炉内的高温烟气,通过湍流混合使煤粉空气流升温,煤粉气流着火所需吸热量的70%90%来源于卷吸高温烟气的对流换热;另一方面受到炉内高温火焰的强烈辐射而加热升温,约10%30%来源于炉内高温火焰的热辐射.,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,合理布置燃烧器，使燃料能及时着火、稳定燃烧、充分燃尽。良好的炉内空气动力场，炉膛设计要有足够的容积和高度，保证燃料在炉内有足够的停留时间，以利燃尽。,第三节 锅炉燃烧设

9、备,(二)旋流燃烧器结构布置及其特性 旋流燃烧器是一种出口气流绕燃烧器轴线而旋转的燃烧器.结构形式:配有一次风、二次风和三次风的通道;布置位置:可以分别布置前墙或后墙,也可以在前后墙对冲布置.如图2-15所示.旋流形式:双蜗壳旋流;一次风直流,二次风旋转的轴向可调叶轮式旋流;切向可调叶片式旋流;分级送风低NOx。,第三节 锅炉燃烧设备,旋转射流的特点：其流线形成辐射状的环状气流，如图2-16所示：,第三节 锅炉燃烧设备,旋转射流的特点：1）旋转射流不但具有轴向速度，而且还有较大的切向速度；2）切向速度的旋转半径不断增大；3）旋转射流离开喷口后，最大轴向速度衰减得很快，出现轴向速度为负值，射流中

10、心产生回流区，有利于煤粉着火。着火的热来自回流区的高温烟气和旋转射流从射流外界卷入的高温烟气。4）旋转射流的扩展角较大。,第三节 锅炉燃烧设备,旋转燃烧器的空气动力参数 旋转强烈强度的特征参数：旋流强度n 定义：气流相对于轴线的旋转动量矩M（/S2）与气流的轴向动量K（/S2）及定性尺寸L（m)乘积的比值。如果取定性尺寸L=d/2=r 时，n就是切向速度与轴向速度的比值。,第三节 锅炉燃烧设备,旋流燃烧器的设计参数 旋流燃烧器的性能与燃烧器的形式和结构特性有关，还与燃烧器的设计和运行参数有关。主要的设计和运行参数：一次风率及一次风速，二次风速及二次风速，一、二次风速比和热风温度等，可参照表2-

11、12表2-14选取。,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,（三）直流燃烧器 直流燃烧器由一组矩形或圆形的喷口组成，喷出的一、二次风都是不旋转的直流射流。布置位置：炉膛四角；炉膛顶部或炉膛中部的拱形部位；燃烧方式：切圆燃烧方式，W型火焰燃烧方式，U形火焰燃烧方式。我国的燃煤电站锅炉一般应用四角布置切圆燃烧方式。直流燃烧器的结构和布置形式如图2-17所示：,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,直流射流的基本特性 直流燃烧器各个喷口的射流具有较高的初速度，雷诺数Re 106,射流的结构特性及速度分布如图2-18所示：,第三节 锅炉燃烧设备,直流燃烧器的设计布置原则设计时控制的主要参数

12、：喷口结构尺寸，燃烧器总高度，一、二、三风率和风速以及与组织燃烧有关的炉膛横断面和假想切圆直径；运行中控制的主要参数：一、二、三风速和煤粉浓度。直流燃烧器的布置与煤种、制粉系统、送粉方式等有关。如图2-19所示：直流燃烧器的高宽比：h/b 一般为67m。表2-15为一、二、三次风速和风率的设计推荐值。反映气流抗偏转能力的重要结构特征参数。直流燃烧器的高度h和喷口宽度b越大，则抗偏转能力越差，容易偏斜。,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,（四）煤粉的燃尽及锅炉设计的热力特性参数合理选取炉膛容积热负荷是满足燃烧和传热两方面的必要条件.煤粉的燃尽煤粉气流一般喷入炉膛0

13、.30.5m处开始着火,到12m处大部分挥发分已析出燃尽,余下的焦炭粒却往往到1020m处燃烧完全或接近燃尽.在锅炉容量和所燃烧的燃料决定以后,炉膛容积的大小就取决于炉膛容积热负荷qv值的高低.,第三节 锅炉燃烧设备,qv值过高,就会使炉膛容积V过小,煤粉炉就要在每小时每立方米的炉膛里燃烧过多的煤粉,同时要更快地从炉膛出口排除掉,使燃料在炉内停留时间太短而来不及燃尽,造成较大的不完全燃烧热损失,锅炉经济性下降;qv值过高还可能出现炉内温度水平过高,引起结渣和高温腐蚀.qv值过小,则炉内温度水平低下,燃烧的稳定性和经济性都很差.,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,炉膛截面热负荷qF：炉

14、膛截面热负荷qF 燃烧器区域单位炉膛截面面积上燃料燃烧放热的热功率.式中:qF 为炉膛截面热负荷(kW/);F 为燃烧器区域的炉膛横截面().qF愈大，则燃烧器区域炉膛截面积相对较小，该区域的燃烧化学反应强烈，温度水平高。直接影响到燃烧火焰的稳定性和炉膛壁面的结渣状况。qF的统计值见表2-17,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,三.流化床燃烧 流化床燃烧是一种新型煤燃烧技术，煤一方面在炉膛呈强烈沸腾状态运动，另一方面进行燃烧。改变通过煤层的气流速度使煤层分别呈现：固定床：气流速度小于临界流化速度wlj 鼓泡流化床：气流速度等于于临界流化速度wlj 湍流流化床：当气流速度更大于临界流化

15、速度wlj，在床内形成湍流流动 快速流化床和气力输送：再更大的气流速度称之为输送速度，在此状态下炉膛内的气固两相流动工况从湍流床变为输送床。如果炉膛出口安装一个高效分离器，将气流带出炉膛的颗粒分离出来再送回至炉膛底部，称之为循环流化床。,第三节 锅炉燃烧设备,临界风速是气固两相流动的一个重要空气动力参数，是确定流化床的截面和运行风速的重要依据。式中:为颗粒直径(m);A 为阿基米德数,g 为颗粒的密度(kg/m3);a 为空气的密度(kg/m3);为空气的运动粘度(/s);0及分别为固定床和流化床的空隙率(即床层内气固两相中气相所占容积的百分数)z 为床料颗粒的真实密度(kg/m3);d 为床

16、层堆积密度(kg/m3).,第三节 锅炉燃烧设备,流化床燃烧是燃料煤在床内处于悬浮状态下燃烧.图2-20所示流化床燃烧工作原理的示意图:,第三节 锅炉燃烧设备,图2-21所示有立式埋管的流化床燃烧室结构示意图:,第三节 锅炉燃烧设备,流化床煤燃烧技术的优点:(1)燃料适应性广.它几乎能够有效地燃用各种固体燃料.(2)能够在燃烧过程中有效地控制NOX和SOX的产生和排放,是一种“清洁”的燃烧方式.(3)燃烧热强度大.其截面热负荷达1.5MW/（鼓泡床）和46 MW/，为链条炉的26倍,其炉膛容积热负荷为1.52 MW/，是煤粉炉的811倍.所以流化床锅炉的体积可以比一般锅炉小得多.(4)床内传热

17、能力强.气固两相混合物对床内埋管受热面的传热系数可达233326W/(K)，对水冷壁的传热系数在50450W/(K)，比煤粉炉炉膛内的辐射传热系数大的多，可以节省受热面的金属耗量,使受热面布置更为紧凑.循环流化床 不但具有流化床锅炉的全部优点,而且几乎可以解决鼓泡流化床的全部缺点.图2-22为循环流化床示意图.,第三节 锅炉燃烧设备,第三节 锅炉燃烧设备,旋风燃烧炉旋风燃烧是按照强旋涡的原理组织炉内旋风火焰燃烧的一种方式.旋风炉燃烧所需的大部分空气以100m/s速度沿旋风筒的切线方向喷入,由于气流湍动十分强烈,燃烧强度极高.适用于燃烧各种固体燃料,如煤、泥煤、垃圾等.燃料在炉内的停留时间也处在火室与火床燃烧之间.,第三节 锅炉燃烧设备,立式旋风炉由立式旋风筒、燃尽室和冷却炉膛组成。图2-27是旋风炉示意图.,第三节 锅炉燃烧设备,旋风炉的基本特点热强度高;旋风筒的断面热负荷可达4.617.5MW/，容积热负荷1.165.8MW/m3燃烧稳定,经济性高;炉渣中碳的质量分数小于0.2%，机械不完全燃烧热损失小于煤粉炉。捕渣率高,锅炉结构紧凑.不足之处：适应煤质变化的能力差；锅炉可用率低；灰渣物理热损失高；通风能耗高；NOx排放量较高；制造费用较高。,