现代电站锅炉,五星.ppt

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1、现代电站锅炉,现代电站锅炉,第一章 绪论 第三章 燃烧过程的 基本理论 第五章 蒸发设备与 水冷壁 第七章 省煤器与 空气预热器,第二章 燃料、制粉设 备及系统 第四章 煤粉炉 燃烧设备 第六章 过热器、再热 器及蒸汽系统 第八章 锅炉本体的 设计与布置,电站煤粉锅炉机组的构成 锅炉机组的工作过程 锅炉参数及类型 锅炉技术、经济性指标 电厂锅炉发展趋势 思考题,第一章 绪论,锅炉的作用,锅炉是利用燃料的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下叙过程,电站锅炉是火力发电厂三大主机之一，又称为蒸汽发生器。火力发电厂能量转换的基本过程,1/4,锅,炉,锅炉本体,辅

2、助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组组成,2/4,电站煤粉锅炉的构成,1-原煤斗;2-给煤机;3-磨煤机;4-汽包;5-高温过热器;6-屏式过热器;7-下降管;8-炉膛水冷壁;9-燃烧器;10-下联箱;11-低温过热器;12-再热器;13-再热蒸汽出口;14-再热蒸汽入口;15-省煤器;16-给水;17-空气预热器18-排粉风机;19-排渣装置;20-送风机;21-除尘器;22-引风机;23-烟囱,3/4,电站煤粉锅炉的构成,4/4,煤、风、烟系统,1/2,汽、水 系 统,2/2,锅 炉 参 数,额定蒸发量 在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为t/h（或

3、kg/s）,1/5,最大连续蒸发量（大型锅炉）在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为t/h（或kg/s）,蒸汽锅炉额定蒸汽参数 在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数，额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），单位是Mpa；额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位是0C。,我国电站锅炉参数、容量系列,2/5,锅 炉 类 型,锅炉用途 电站锅炉、工业锅炉（热水锅炉）,锅炉参数 低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力、超超临界压力锅炉,层燃炉 室燃炉 硫化床炉,锅炉燃烧方式,3/5,锅 炉 类 型,锅炉蒸发受热面中工质流动方

4、式,自然循环汽包锅炉 具有汽包，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环,强制循环 具有汽包和循环泵，利用循环回路中工质密度差和循环泵压头工质循环,4/5,锅 炉 类 型,直流锅炉 无汽包，给水靠给水泵压头一次通过各受热面产生蒸汽,低倍率循环锅炉 无汽包，具有汽水分离器和再循环泵，主要靠再循环泵实现工质 再循环,5/5,锅炉机组经济性指标,1/3,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；锅炉机组自身所需的热量，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，%,

5、锅炉连续运行小时数（5000）锅炉在两次检修之间的运行小时数,2/3,锅炉可用率（约90%）（总运行小时数+总备用小时数）/统计期间总小时数（一年）,锅炉的事故率（约1%）锅炉总事故停炉小时数/（总运行小时数+事故停炉小时数）,锅炉机组安全性指标,火力发电厂锅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）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,3/3,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,1/1,强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技

6、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 锅炉的可靠性涉及到设计、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,同时考虑因燃用劣质煤带来的不利影响（结渣、积灰、磨损、腐蚀），提高锅炉煤种的适应性。提高机组的监控水平,思 考 题,锅炉的受热面及作用锅炉的主要系统按锅炉燃烧方式及蒸发受热面中工貭的流动方式来分，锅炉的类型锅炉的额定蒸发量及最大连续蒸发量锅炉的热效率及安全性指标,1/1,煤的常规特性及 对锅炉工作的影响 煤的分类 煤粉特性 制粉设备

7、与系统 思考题,第二章 燃料、制粉设备及系统,煤的工业分析成分 水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)、固定碳(FC),煤的组成特性,煤的元素分析成分 碳(C)、氢(H)、硫(S)、氧(0)、氮(N),可燃元素 C（固定碳和挥发分中的C）、H、S（可燃硫 和硫 酸盐硫）不可燃元素（内部杂质）O、N 不可燃成分（外部杂质）M（内、外）、A 可燃气体挥发份 煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解,形成气体挥发出来,1/12,煤的成分基准,收到基（ar）（原应用基y）以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准 空气干燥基（ad）（原分析基f）以风干状态煤（除外部水分）为基准 干燥基（d）（原

8、干燥基g）以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（daf）（原可燃基r）以去掉全部水分及灰分煤为基准,2/12,煤成分基准间的换算,3/12,煤的成分基准换算系数,表2-1,4/12,煤的发热量,煤的发热量（kJ/kg)单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量,低位发热量（Qnet）烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量,高位发热量(Qgr)煤的理论发热量，由实验测得的弹筒发热量（Qb）减去校正值确定（式2-10）,5/12,干燥基高、低位发热量之间的换算 式中 r水的

9、汽化潜热，通常取r=2510 kJ/kg,收到基高、低位发热量之间的换算,高、低发热量间的换算,6/12,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),7/12,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,8/12,煤的灰分特性 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定 灰的变形温

10、度 DT（原t1）灰的软化温度 ST（原t2）灰的流动温度 FT（原t3）,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,9/12,煤的灰熔点越低，越容易结渣,煤中V对锅炉工作的影响,挥发分 V 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，煤中的气体挥发越少 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,

11、10/12,煤中M、A对锅炉工作的影响,水分M、灰分A 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，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M、A 高，煤粉制备困难或增加能耗 A 高，造成大气和环境的污染,11/12,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，ST 1350 可能结渣,含碳量 C C 高，

12、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；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,12/12,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 其中低（劣）质煤单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，或煤中有害杂质含量高的煤，

13、可分为五小类,1/5,电厂锅炉用煤分类,2/5,电厂锅炉用煤分类,3/5,煤的类型,4/5,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；挥发分含量较高，约10

14、 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,5/5,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,1/4,煤粉细度 Rx,2/4,煤粉均匀性系数n

15、,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。,3/4,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,4/4,用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度,制粉设备与系统,磨煤机 低速磨(1625r/min)中速磨(50300r/min)高速磨(5001500r/min),制粉系统 中间储仓式系统 直吹式系统,1/1,低速

16、磨（钢球磨）,普通筒式钢球磨的圆筒由电动机带动低速转动，燃料和干燥剂（热空气）从磨一端的空心轴进入圆筒，在圆筒内煤被干燥、并经筒内装有的大量钢球打碎、研磨成粉，随后被干燥剂从磨的另一端带出,1/4,低速磨主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨,双进双出钢球磨,轴颈内带热风空心管双进双出筒式钢球磨 圆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,2/4,钢球磨特性,钢球磨结构简单，对煤种适应性强

17、，出力大，运行可靠；但初投资大，对锅炉负荷适应性差；单位电耗大，噪音大,3/4,双进双出钢球磨的特点,扩大了钢球磨的负荷调节范围,4/4,响应锅炉负荷变化的时间短，有利于低挥发分煤的稳燃 出力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，且煤粉细度降低,设有微动装置 磨煤机在停机或维修操作时以额定转速的1100转速旋转，可使筒内存煤及时散热防止自燃。故短时间停机时不必将筒内的剩煤排空,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,中 速 磨,原煤经落煤管

18、进入两组相对运动碾磨件之间，在压紧力的作用下被挤压、研磨成粉。热风经四周风环进入磨煤机，对被甩至此处的煤粉进行干燥并将煤粉带入粗粉分离器进行分离，不合格的煤粉返回磨煤机重磨，细粉则送出磨外,1/1,中速磨有盘式磨（辊-盘式）、碗式磨(辊-碗式HR、HP)、环式磨(辊-环式MPS、球-环式E),中速磨布置紧凑，初投资小，单位电耗小，适应变负荷运行；但结构复杂，不易磨水分太大和太硬的燃料,高 速 磨(风扇磨),高速磨由叶轮、带有护甲的蜗壳和粗粉分离器组成，装有冲击板的叶轮由电机带动高速旋转。原煤和干燥剂一起被吸入磨煤机内，煤被转动的冲击板打碎，甩到护甲上再次被撞击成煤粉，煤粉借助风扇产生的压头由干

19、燥剂携带经粗粉分离器带出,1/1,高速磨结构简单，相应的制粉系统简单，金属耗量小，对锅炉负荷适应性强，特别适应磨高水分煤种；但部件磨损大，不宜磨制较硬的煤种,1-煤斗；4-给煤机；7-磨煤机；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；13-二次风箱；14-空气预热器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器；24-乏气风箱；25-三次风（乏气）喷口；28-一次风机,钢球磨中储式制粉系统有热风送粉和乏气送粉两种,1/3,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

20、煤、贫煤及劣质煤,钢球磨中储式热风送粉系统,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,2/3,乏气排粉机一次风箱混合器（乏气与煤粉）一次风喷口 适用于烟煤等挥发分含量高的煤种,钢球磨中储式乏气送粉系统,3/3,1-煤斗；4-给煤机；7-磨煤机；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；13-二次风箱；14-空

21、气预热器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器,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,1-煤斗；3-给煤机；4-磨煤机；5-煤粉分离器；6-一次风箱；15-排粉机；8-燃烧器；10-送风机；11-高温一次风机（排粉机）；12-空气预热器；13-热风风道；14-冷风风道；15-排粉机；16-二次风箱；19-密封风机,中速磨直吹式负压系统,1/5,中速磨直吹式制粉系统有正压和负压系统,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

22、正压状态下工作 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 空气温度高，比容大，风机体积大，电耗高，易发生高温侵蚀，运行效率及可靠性低,2/5,1-煤斗；3-给煤机；4-磨煤机；5-煤粉分离器；6-一次风箱；15-排粉机；8-燃烧器；10-送风机；11-高温一次风机（排粉机）；12-空气预热器；13-热风风道；14-冷风风道；15-排粉机；16-二次风箱；19-密封风机,正压系统有热一次风和冷一次风系统,中速磨直吹式正压冷一次风系统,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

23、输送，风机处于空预器之前，输送的是干净的冷空气 空气温度低，比容小，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的要求,3/5,1-煤斗；3-给煤机；4-磨煤机；5-煤粉分离器；6-一次风箱；15-排粉机；8-燃烧器；10-送风机；11-高温一次风机（排粉机）；12-空气预热器；13-热风风道；14-冷风风道；15-排粉机；16-二次风箱；19-密封风机,高速磨直吹式系统,4/5,磨制烟煤和水分不高的褐煤 采用热风作为干燥剂 磨制高水分不高的褐煤 采用热风掺炉烟作为干燥剂,两种制粉系统的比较,直吹式系统 系统简单、设备

24、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,5/5,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,思 考 题,煤的元素分析与工业分析成分煤的成分基准及换算煤发热量的类型及换算V、M、A、C、S、ST对锅炉工作的影响无烟煤的特性及对锅炉运行的影响煤粉的细度、均匀性系数及煤的可磨性系数双

25、进双出钢球磨与中速磨工作原理中储式热风送粉与乏气送粉系统一、二、三次风直吹式负压与正压系统中速磨正压冷一次风系统,1/1,第三章 燃烧过程的理论基础,化学反应速度 化学反应速度及影响因素 固体燃料的燃烧 煤燃烧的四个阶段 焦碳的燃烧 煤和煤粉的燃烧特点 煤粉气流的着火与燃烧 着火与熄火的热力条件 煤粉气流的着火及影响因素 完全燃烧的条件 思考题,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 对于反应式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

26、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,1/4,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,2/4,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度,在温度不变的情况下，反应物的浓度（单位容积中分子数）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,3/4,阿累尼乌斯定律,阿氏定律

27、 反映温度对化学反应速度的影响,反应物浓度不变时，反应速度可用反应速度常数k来表示。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,4/4,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,1/1,挥发份析出并

28、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）。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,焦碳燃烧的动力学特性,1/4,氧气从外界扩散到炭粒周围，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

29、灰渣（灰壳的一部分）,发生在焦碳表面的多相燃烧反应包括下述几个过程,燃烧产物（CO2和CO）从炭粒表面上解吸析 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,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,2/4,碳的燃烧反应速度,3/4,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CO

30、2，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,4/4,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

31、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,1/2,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,

32、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）,2/2,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 煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过程几乎延续到燃烧的最后阶段,煤粉气流的着火是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,1/3,煤粉气流的着火温度,放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线,2/3,点2对应的温度即为着火温度Tzh,Tb=Tb1

33、（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 在放热条件不变时，增加燃烧室的保温，减少放热,3/3,Tb=Tb2、强化散热，散热线 与 Q1

34、 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,煤粉气流着火热,1/4,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,着火热大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离大，着火困难,影响煤粉气流着火的因素,燃料的性质 挥发分含量Vdaf 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

35、距离增大,2/4,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 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）,3/4,一次风速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，着火距离加长，着火推迟 w1过低，燃烧器喷口易烧坏，煤粉管道堵塞 w1在最佳值范围内选取（P80表5-5和P8

36、8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，对煤粉气流着火不利，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,影响煤粉气流着火的因素,4/4,着火稳定性条件限制了煤粉锅炉负荷的调节范围。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,煤粉气流完全燃烧的条件,1/3,值影响 q2、q3 和 q4 在一定范围内 减小，q2 降低，但q3、q4 会增加,供应适量的空气（V/V0）炉膛出口过剩空气系数 的大小可反映空气量对燃烧过程的影响,q2-排烟

37、损失；q3-化学不完全燃烧热损失；q4-机械不完全燃烧热损失；q5-散热损失；q6-其他热损失,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,2/3,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

38、燃烧热损失增大；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,3/3,思 考 题,燃烧化学反应速度及影响因素煤燃烧的四个阶段煤燃烧的动力反应区、扩散反应区及强化燃烧的措施着火温度与熄火温度着火热及影响煤粉气流着火的主要因素煤粉气流完全燃烧的条件强化无烟煤着火和燃烧的措施,1/1,第四章 煤粉炉及燃烧设备,煤粉燃烧设备 炉膛与燃烧器的作用 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 思考题,燃烧器的作用是将燃料与燃烧所需空气按一定

39、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,炉膛与燃烧器的作用,1/1,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,燃烧器的类型与

40、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 旋转射流 旋流燃烧器的类型与布置,1/1,WH=0，CH=0，THT0,直流射流空气动力特性,由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,1/4,W0C0T0,直流射流空气动力特性,2/4,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

41、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,WH=0，CH=0，THT0,W0C0T0,直流射流空气动力特性,卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量 卷吸量大，煤粉气流吸收的热量多，着火条件好,3/4,显然，射流卷吸周围气体越多，射流轴向速度衰减较快 直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射程较大,射程 L 射流轴向速度w 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w 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。射程大，煤粉气流后期混合好,W0C0T0,WH=0，CH=0，THT0,射流的刚度

42、 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 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,直流射流空气动力特性,4/4,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,1/2,直流燃烧器的一、二、三次风分

43、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,2/2,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,切

44、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,1/3,切圆燃烧方式的特点 煤粉气流吸热量大 依靠本身外边界卷吸烟气、炉膛辐射热及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,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；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差,邻角气流的横向推力 四角射流的旋转动量矩。其

45、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 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5-5,2/3,炉膛的结构特性 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，有利于煤粉气

46、流着火、燃尽 dJX过大，射流偏斜增大,一次风煤粉气流的偏斜,3/3,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,1/1,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,旋流强度n是表征射流旋转程度的特征参数，n越大，射流旋转程度越大,旋流燃烧器的类型,旋流燃烧器的一、二次风通过旋流器形

47、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,1/3,旋流燃烧器的布置,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,2/3,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,旋流燃烧器炉顶布置只在采用W火焰燃

48、烧技术的较矮的下炉膛中才应用,3/3,煤粉火炬的稳燃技术,1/6,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

49、较大的高温回流区3,2/6,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,3/6,提高煤粉化学反应速度 减少煤粉气流的着火热，降低煤粉气流着火温度 增加辐射吸热量 降低污染物NOx的排放,WR煤粉燃烧器,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，形成煤粉浓淡偏差燃烧,4/6,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,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

50、一部分二次风进入燃烧器的外环形通道,5/6,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空气，使之完全燃烧 外二次风经切向叶片形成外层二次风旋转射流,6/6,双调风燃烧器就是指内、外二次风的可调。调节内、外二次风的导向叶片，可改变内、外二次风的流量比、旋转强度、二次风间、二次风与煤粉气流间的混合，从而可调节着火和火焰形状，既保证了煤粉的燃尽，同时在炉膛内实现分级送风燃烧，可遏制NOx的生成,W型火焰炉膛结