鍋爐原理浙大課件能源轉(zhuǎn)化

1、第四章燃燒本章的主要內(nèi)容：1、燃燒（燃燒器、爐膛）的工作原理；2、燃燒對著火、燃燒、燃盡的影響；3、燃燒的整體布置。第一節(jié) 電站鍋爐的燃燒燃燒主要是：燃燒器爐膛對燃燒1、的要求：（書p.69）著火及時、；2、燃燒完全；3、爐膛不結(jié)渣（液態(tài)排渣除外）；4、對煤種和負荷變化的適應性好；5、NOx生成量低；6、爐膛出口煙溫合適。燃燒器的作用與要求燃燒器的作用是將與燃燒所需空氣按一定的比例、速度和混合噴口送入爐膛Ø 保證與空氣充分混合、及時著火、燃燒和燃盡，燃燒效率較高Ø且能形成良爐內(nèi)空氣動力場，火焰在爐內(nèi)的充滿程度好，沖墻貼壁，避免結(jié)渣Ø有較適應性和負荷調(diào)節(jié)范圍

2、6;能減少NOX的生成，減少對環(huán)境的污染Ø結(jié)構(gòu)簡單，阻力較小通過燃燒器的空氣進入煤粉爐燃燒器的空氣不是一次集中送進的，按對著火、 燃燒有利而合理組織、分批送入，按作用不同，可分為三種一次風攜帶煤粉送入燃燒器的空氣。主要作用是輸送煤粉和滿足燃燒初期對氧氣的需要二次風待煤粉氣流著火后再送入的空氣。二次風補充煤粉繼續(xù)燃燒所需要的空氣，并起氣流的擾動和混合的作用三次風對中間式熱風送粉系統(tǒng)，為充分利用細粉分離器排出的含有10%15%細粉的乏氣，由單獨的噴口送入爐膛燃燒，這股乏氣稱為三次風直流燃燒器旋流燃燒器導流筒m煤粉+一次風三次風二次風左側(cè)墻A B C煤粉濃縮器D右側(cè)墻導流環(huán)燃盡風口燃燒器Y

3、XZX ：離前墻的距離Y ：離爐膛底部的距離Z ：離左側(cè)墻的距離燃燒器的：按燃燒器出口氣流的特征，可分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩大類。直流燃燒器：出口氣流為直流射流或直流射流組的 燃燒器。旋流燃燒器：出口氣流可以是幾個同軸旋轉(zhuǎn)射流的 組合，也可以是旋轉(zhuǎn)射流和直流射流的組合，但主 流為旋轉(zhuǎn)射流的燃燒器。氣流有切動速度分量一次旋流一次直流+二次旋流一次直流+二次旋流+三次旋流一次旋流+二次旋流+三次旋流氣流沒有切動速度分量回流型燃燒器濃淡燃燒器 直流燃燒器 旋流燃燒器煤粉燃燒器種類第二節(jié)直流射流和直流煤粉燃燒器射流特點燃燒器的作用（1）向爐膛提供和空氣；地著火、燃燒。（2）使迅速、燃燒器的： （按

4、射流形式）（1） 直流燃燒器（2） 旋流燃燒器直流燃燒器: 出口氣流為直流射流或直流射流組。直流射流空氣動力特性直流燃燒器的類型直流燃燒器的布置直流燃燒器v 直流燃燒器及其布置直流燃燒器是由一組圓形或矩形的噴口組成，一、 二次風從各自噴口以直流射流形式噴進爐膛。一、直流射流的空氣動力學特性：射流初速度W0，T0，煤粉初始濃度C0。煙氣速度Wamb=0，環(huán)境內(nèi)煤粉濃度Camb=0，環(huán)境溫度Tamb>T0。直流射流過程：直流燃燒器的單個噴口噴出的氣流是最簡單的圓形或平面紊流直流射流。煤粉氣流以較高的初速（Re105）和一定的濃度，射入很大的爐膛空間，爐膛內(nèi)充滿高溫靜止煙氣，爐內(nèi)煤粉濃度為零。

5、紊流射流除沿著軸線方向作整體外，流體還具有紊流脈動，與周圍介質(zhì)發(fā)生物質(zhì)、動量、熱量交換，將周圍部分高溫靜止煙氣卷吸到射流中來，并隨射流一起。沿射流方向：射流橫斷面不斷擴展，流量Q增加，煤粉濃度C下降， 溫度T升高，軸向速度W減慢，最后射流的能量完全消失在空間介質(zhì)中。射流區(qū)：射流中心尚未被周圍氣體混入，保持初速W0的區(qū)域。紊流邊界層：區(qū)維持初速W0的邊界稱為內(nèi)邊界；射流與周圍氣體的分界稱為外邊界。內(nèi)、外邊界間區(qū)域為紊流邊界層，其內(nèi)為射流本身流體以及卷吸進來的周圍氣體。擴展角：射流外邊界線的交點稱為源點，其交角即擴展角。轉(zhuǎn)折截面：區(qū)消失，只在射流軸線保持初速0的某點對應的截面。在轉(zhuǎn)折截面前的射流段

6、稱為初始段，在轉(zhuǎn)折截面后的射流段稱為基本段。直流燃燒器圖片與四角布置直流燃燒器四角布置一、直流射流射流對燃燒過程的影響：（1） 卷吸能力（2） 射程著火；燃盡、爐膛結(jié)渣。（1）直流射流的卷吸能力1）卷吸的定義： (書p.69末)由于帶動周圍介質(zhì)隨射流一起，從而使射流質(zhì)量逐漸增加，這個過程就叫做卷吸 。2）對卷吸的主要影響因素 （書p.70）a、射流與周圍氣體的速度差、密度差； b、射流和周圍氣體的紊流度；c、射流形狀。1. 卷吸：由射流外側(cè)邊界帶動周圍煙氣隨射流一起，使射流質(zhì)量逐漸增加，并發(fā)生熱量交換， 最終射流橫截面擴大，速度降低，煤粉濃度降低， 溫度升高。即卷吸過程。煤粉氣流卷吸高溫煙氣是

7、著火熱量的主要來源。，卷吸量，因此可將一個大噴口分成噴口幾個小噴口，可增加射流卷吸能力。矩形噴口面積不變，h0/b0，噴口周界，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。（2） 直流射流的射程1） 射程的定義： (書p.70)射流軸線上的速度下降到某個值時， 該位置離噴口的距離。2） 對射程的主要影響因素 (書p.71)a、流體密度b、噴口c、初速d、卷吸能力初始動量 （式4-1）2. 射程L：射流軸向速度Wm與射流初始速度W0的比值降低到0.05時的截面與噴口間的距離。射程反映軸向速度Wm沿射流方向衰減的程度，即射流在煙氣介質(zhì)中的貫穿能力。噴口面積一定，速度，射

8、程L。速度一定，噴口面積，射程L。（小噴口L） 射流卷吸周圍氣體越多，衰減，射程L 。直流射流射程L > 旋流射流射程L。直流射流空氣動力特性射流是直流燃燒器各噴口以較高的初速（Re105）和一湍流定的濃度，射入很大的爐膛空間（爐膛內(nèi)充滿高溫、靜止介質(zhì)（煙氣），煤粉濃度為零）的煤粉氣流湍流射流除了做整體外，流體還具有縱向脈動和橫向脈動，后者對對熱質(zhì)交換起著重要作用1-噴口；2-區(qū)；W03-邊界層；4-外邊界；5-內(nèi)邊界；6-源點；7-擴展角；8-速度分布C0T0等射流的結(jié)構(gòu)特性及速度分布WH=0，CH=0，TH>T0直流射流空氣動力特性射流（煤粉氣流）自噴口噴出后，沿著軸線方向，其

9、邊界上的流體不斷與周圍介質(zhì)發(fā)生熱質(zhì)交換和動量交換，將部分周圍高溫、靜止介質(zhì)卷吸到射流中來，并隨射流一起射流橫斷面不斷擴展，流量Q增加；煤粉濃度C下降；溫度T升高；軸向速度W逐漸減慢，最后射流的能量完全消失在空間介質(zhì)中1-噴口；2-區(qū)；3-邊界層；4-外邊界；5-內(nèi)邊界；6-源點；7-擴展角；8-速度分布WH=0，CH=0，TH>T0直流射流空氣動力特性區(qū) 射流中心尚未被周圍氣體混入，保持初速w0的區(qū)域射流區(qū)維持初速w0的邊界稱為內(nèi)邊界；射流與周圍氣體的湍流邊界層分界稱為外邊界。內(nèi)、外邊界間區(qū)域為湍流邊界層，其內(nèi)為射流本身的流 體以及卷吸進來的周圍氣體區(qū)消失，只在射流軸線保持初速w0的某點

10、對應的截面。轉(zhuǎn)折截面在轉(zhuǎn)折截面前的射流段稱為初始段，在轉(zhuǎn)折截面后的射流稱為基本段擴展角射流外邊界線的交點稱為源點，其交角稱為擴展角1-噴口；2-區(qū)；3-邊界層；4-外邊界；5-內(nèi)邊界；6-源點；7-擴展角；8-速度分布WH=0，CH=0，TH>T0直流射流空氣動力特性外邊界卷吸的高溫煙氣量卷吸量 QØ圓形噴口的卷吸量大于矩形噴口；Ø一個噴口分成總面積相等的若干個小噴口，卷吸量是增加的Ø直流Q漩流Q；直流射流適用于無，后期混合好射流軸向速度wm與射流初始速度w0的比值降低到某一不為射程 L零的數(shù)值（如0.05）時的截面與噴口間的距離射程反映軸向速度wm沿射流方

11、向衰減的程度，即射流對周圍氣體的穿透能力 。直流射程L>漩流射程L顯然，射流卷吸周圍氣體越多，衰減較快。直流湍流射流的卷吸量相對較小，而射流的衰減較慢直流射流空氣動力特性擴展角可決定射流的形狀及兩相鄰射流開始混合點，其位置對煤粉氣流著火和氧化劑的及時補充有很大影響，直流湍流相對較小射流的射流的剛度射流組的過程射流在有限空間內(nèi)，抵抗外界干擾不發(fā)生偏離軸線的能力。剛度不夠，射流偏移到爐墻，可能引起結(jié)渣；偏向其他射流，會干擾其正常工作射流的初始動量越大，剛度越大3. 射流剛性：在有限空間流抵抗外界干擾不發(fā)生偏離軸線的能力。剛度不夠，射流偏移到爐墻，可能引起結(jié)渣；偏向其他射流，會干擾其他 射流的

12、正常工作。射流初始動量，射流剛性。（與射程L相同）二、直流燃燒器配風方式：燃煤特性決定了燃燒器的結(jié)構(gòu)。對于低揮發(fā)分的無、貧煤，燃燒器必須首先保證煤粉著火；對于揮發(fā)分較高的、褐煤，著火相對比較容易，燃燒器要保證燃燒時的空氣補給。二、直流煤粉燃燒器的配風方式1、直流煤粉燃燒器：由一組直流射流的噴嘴組成 ；布置在爐膛的四角，形成切圓燃燒。單個噴嘴的（按流過的介質(zhì) ）：（1） 一次風噴嘴（2） 二次風噴嘴（3） 三次風噴嘴直流燃燒器噴口（1）一次風噴嘴1）流過的介質(zhì)：煤粉 + 空氣（一次風）2）一次風： （書p.71末）輸送煤粉；提供燃燒初期所需氧量的空氣。3）比：0.40.6kg煤/1kg空氣4）

13、一次5） 風速：（書p.81）：1430%（書p.82表4-3）1530 m/s（書p. 8182，表4-3）（2）二次風噴嘴1）二次中、后期燃燒提供所需氧量的空氣 。2）二次：7086%（書p.82表4-3）3）風速：4055 m/s（書p.82表4-3）（3）三次風噴嘴（書p.74）1）流過的介質(zhì)：乏氣 + 所含的少量煤粉2）三次風：來粉系統(tǒng)的乏氣。（熱風送粉）4）三次：1030%5）風速：5060 m/s6）位置：燃燒器最上層2、直流煤粉燃燒器的布置（配風方式）直流燃燒器直流燃燒器直流燃燒器的、三次別由垂直布置的一組圓形或矩形的噴口以直流湍流式噴入爐膛，根據(jù)燃煤特性不同，射流的形次風噴口

14、的排列方式可分為均等配分級配風。直流射流的主要特點：ØØØ沿方向的速度衰減比較慢具有比較的射流區(qū)一次二次風的后期混合比較強根據(jù)燃煤特性不同，直流燃燒器的排列方式也不同，可分為均等配1. 均等配風：次風噴口分級配風。次風相間布置的配風方式。即在兩個一次風口之間均等布置一個或兩個二次風口，各二次風噴口的風量分配較均勻。均等配風燃燒器次風口間距較小，有利于次風的較早混合，使一次粉氣流著火后能迅速獲得足夠的空氣，達到完全燃燒。因此適用于燃用高揮發(fā)分煤種，如、褐煤。2. 分級配風：一次風噴口相對集中布置，并靠近燃燒器的下部，二次風噴口分層布置，且次風口間距較大。分級配分級配

15、把二次級分階段的送入。風集中布置，氣流剛性，煤粉濃度，燃燒放熱集中，火焰中心溫度，利于著火。次風口間距大，次著火條風的混合晚，保證一次良件，后期擾動好，有利于燃盡。適用于低揮發(fā)分的無、貧煤。由于分級配風方式多用于無、貧煤，因此為了保證煤粉著火，中儲式制粉系統(tǒng)用熱風送粉。此時磨煤乏氣通過單獨的三次風口送入爐膛。三次風口布置不當，可能會影響煤粉氣流著火（使爐膛溫度降低，著火推遲，燃燒不等），使燃盡條件惡化，導致q4，火焰中心上移，爐膛出口煙溫，爐膛出口附近結(jié)渣， 過熱器超溫等事故。三次風口布置在燃燒器最上方，與二次風口保持一定間距，并有一定下傾角（壓火）。3.直流燃燒器各層二次風作用：上二次風：補

16、充氧氣，保證燃盡，強化燃盡階段的混合。 中二次風：保證燃燒所需氧氣，強化湍流擾動。下二次風：托住大顆粒煤粉和火焰，延長煤粉爐內(nèi)停留時間， 防止未燃煤粉直接落入冷灰斗，降低q4，降低爐膛下部溫度， 防止結(jié)渣。燃盡風OFA：在大型鍋爐燃燒器最上部，三次風口之上，設 置有兩個燃盡風口。通過燃盡風口送入剩余15%的空氣，實現(xiàn)富燃燒，抑制燃燒區(qū)段溫度，可實現(xiàn)空氣分級燃燒，降低NOX生成量。周界風：裝在一次風噴口的四周，風層薄、風量小、風速較 高?？煞乐箛娍跓龎?，加強卷吸，防止煤粉離析，增強一次 風剛性，減少偏斜，并適應煤質(zhì)變化。直流燃燒器直流燃燒器各層二次風的作用夾心風位于一次風噴口的中間，風速高于一次

17、風。補充火焰中心氧氣；提高一次流剛性，防止偏斜，增強擾動；減小擴展角，減輕貼壁，防止結(jié)渣；變煤種、變負荷時燃燒調(diào)整的之一十字風燃燒褐煤，作用類似于夾心風三、直流煤粉燃燒器的射流特性1、四角布置切園燃燒射流直流燃燒器的布置：直流燃燒器通常布置在爐膛四角，每個角的燃燒器 出口氣流的幾何軸線均切于爐膛中心的假想圓，使 氣流在爐內(nèi)強烈旋轉(zhuǎn)，稱為四角切圓燃燒方式。四角切圓燃燒方式的特點：著火：煤粉氣流著火所需熱量，除依靠邊界卷吸高溫煙氣和接受爐膛輻射熱，主要是靠來自上游鄰角正在劇烈燃燒的火焰的沖擊和加熱，著火條件好。燃燒：氣流在爐內(nèi)形成強烈的旋轉(zhuǎn)，火焰在爐內(nèi)充滿度較好，爐內(nèi)熱負荷分布均勻，燃燒后期氣流擾

18、動較強，有利于燃燒，煤種適應性強。燃盡：氣流在爐膛內(nèi)呈螺旋形上升，延長了煤粉在爐內(nèi)的停留時間利于燃盡。1-無風區(qū) 2-強風區(qū) 3-弱風區(qū)無風區(qū)太小，不利于著火。強風區(qū)太靠近水冷壁渣。直流燃燒器切圓燃燒的特點（書p.7475）（與旋流燃燒器比）優(yōu)點：a bc有來自鄰角高溫煙氣的熱量，對著火有利；射流穿透力強，火焰充滿程度好，有利于燃盡； 次風混合可調(diào)整，煤種適應性好。缺點：ab爐膛出口左右側(cè)流速、溫度偏差；一次流偏斜引起結(jié)渣。2、氣流偏斜與殘余旋轉(zhuǎn)影響一次風偏斜的因素 （書p.7576）（1）鄰角氣流的橫向推力；（次風動量）（2）切圓直徑；（3）燃燒器高寬比（單個、整組）；（4）爐膛截面形狀（寬

19、深比）。（圖4-4）氣流偏斜：四角切圓燃燒方式實際氣流并不能完全沿軸線方向前進，會出現(xiàn)一定的偏斜，嚴重時會導致燃燒器出流貼壁沖墻，造成爐膛水冷壁結(jié)渣。影響一次射流偏斜的因素：鄰角氣流的橫向推力：一次不偏斜的內(nèi)在因素。二次大，橫向推力也增大，導致一次量（剛性）是維持氣流量增加，則中心旋轉(zhuǎn)強度增流偏斜加劇。因此增加一次風動量或減少二次風動量，可減輕一次風的偏斜。但一次風速受著火條件限制，不能過分提高，二次風速受加強擾動的限 制，也不能過分降低。假想切圓直徑：較大的dim可使鄰角火炬的高溫煙氣更易達到下角射流的根部，有利于煤粉氣流著火，并且氣流旋轉(zhuǎn)強度大，擾動更強烈，利于燃盡； 但dim過大，一次流

20、偏斜增大，容易引起水冷壁結(jié)渣；爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)較大，會引起煙溫和過熱汽溫偏差。燃燒器結(jié)構(gòu)特性：燃燒器射流兩側(cè)卷吸煙氣形成負壓，內(nèi)側(cè) 有上游鄰角氣流橫掃過來，補氣條件充裕；外側(cè)需從射流較遠 處回流煙氣或由射流上下兩端來補氣，補氣條件很差，因此形成外低內(nèi)高的靜壓分布。在高度方向上，射流中部氣流偏斜更嚴重。四角切圓爐膛截面D/W或W/D小于1.2。直流燃燒器直流燃燒器四角布置切圓燃燒方式直流燃燒器切圓燃燒方式直流燃燒器的布置（a）正四角布置（c）大切角正四角布置（b）正八角布置正四角布置：中小容量煤粉爐常采用。燃燒器噴口的幾何軸線和爐膛兩側(cè)墻的夾角接近相等，射流兩側(cè)的補氣條件差異很小，氣流向壁面的

21、偏斜較小，因而 煤粉火炬的充滿程度較好，熱負荷較均勻。直流燃燒器切圓燃燒方式直流燃燒器的布置（a）正四角布置（c）大切角正四角布置（b）正八角布置大切角正四角布置：大容量鍋爐常采用。除具有正四角布置的特點外，還可形成切角形水冷壁。既 可增大燃燒器噴口兩側(cè)的空間，使兩側(cè)補氣條件差 異更小，射流不易偏斜；切角水冷壁形成燃燒器的 水冷套，保護噴口不易被燒壞。直流燃燒器（d）同向大小雙切圓（f）兩角相切， 兩角對沖置（e）正反雙切圓采用同向大小雙切圓方式，可改變氣流偏斜，防止實際切圓的橢圓度過大；采用正反雙切圓方式， 兩股氣流反切，可減少實際切圓的橢圓度；采用兩 角相切，兩角對沖方式，可減少氣流相切時

22、實際假 想圓的直徑，減低氣流的旋轉(zhuǎn)強度，防止氣流的過 分偏斜，但卻使燃燒后期的混合擾動變差。四角切圓燃燒方式的主要熱力參數(shù)：1. 一次風口層數(shù)：300MW5-7層隨著鍋爐容量增大，若只增大單個一次風噴口熱負荷，會導致局部熱負荷過高，引起結(jié)渣、NOX增加。2. 一次風量：要滿足揮發(fā)分著火所需氧量，及制粉系統(tǒng)要求。一次風量，著火熱，著火推遲，爐內(nèi)停留時間，q4。揮發(fā)分大的煤一次高。3. 一次風速：決定著火過高：推遲著火，燃燒不性，及一次風氣流剛度。，滅火，沖墻結(jié)渣。過低：剛性，偏斜貼壁結(jié)渣；切圓組織不好，擾動，卷吸，著火延遲，燃燒緩慢；回火，燒壞噴口；煤粉空氣分離，引起煤粉沉積、等現(xiàn)象。4. 一次

23、，著火熱，利于著火，但要同時滿：一次足制粉系統(tǒng)安全性要求。5. 二次風量和風速：高溫火焰粘度很大，二次風必須具有很強的穿透力，增強空氣與焦炭粒子表面的接觸。因此二次風 速必須很高。6. 二次積限制。，利于：二次燃燒，但受空預器傳熱面煤質(zhì)較差時，設計較高的熱度。四角布置燃燒器配風風速推薦值第三節(jié)旋轉(zhuǎn)射流和旋流煤粉燃燒器射流特點一、旋轉(zhuǎn)射流和旋1、旋轉(zhuǎn)射流生（1）旋轉(zhuǎn)射流的特點（與直流射流相比，書p.76）1）具有內(nèi)回流區(qū)2）射程短、卷吸能力大3）擴展角大，且可調(diào)節(jié)4）阻力大外回流內(nèi)回流主流區(qū)旋流燃燒器流場示意2、旋生的1）蝸殼式2）切向葉片式3）軸向葉片式旋流射流空氣動力特性*旋流燃燒器:出口氣

24、流包含繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)射流。*次不同燃燒器連接，燃燒器內(nèi)次風通道隔開。*二次流為旋轉(zhuǎn)射流,一次流可以是旋轉(zhuǎn)射流,也可以是直流。旋流射流具有比直流射流大得多的擴展角，射流中心形成回流區(qū)，射流內(nèi)、外同時卷吸爐內(nèi)高溫煙氣，卷吸量大從燃燒器噴出的氣流具有很高的切向速度和足夠大的軸向速度，早期湍動混合強烈軸向速度衰減較快，射程短，后期擾動弱旋流燃燒器適用于含揮發(fā)分較高的煤種旋轉(zhuǎn)射流的空氣動力學特點：具有三個速度分量：軸向Wa，徑向Wr，切向Wt。向前沖擴展旋轉(zhuǎn)從燃燒器噴出的氣流一般為多股氣流的共軸射流，且具有較大的切向和軸向速度，因此初期擾動強烈；但軸向速度衰減較快，射流射程較短，后期擾動較弱。適

25、用于Vdaf較高的煤種。形成內(nèi)回流區(qū)：由于旋轉(zhuǎn)，在射流中心產(chǎn)生低壓區(qū)，造成在燃燒器出口附近形成與主氣流流向相反的回流，即旋轉(zhuǎn)氣流內(nèi)部的內(nèi)回流區(qū)。旋轉(zhuǎn)射流從兩方面卷吸高溫煙氣，一方面靠內(nèi)回流區(qū)的反向氣流，另一方面靠射流外邊界的卷吸，有利于 著火燃燒。內(nèi)回流區(qū)的回流高溫煙氣加熱煤粉氣流根部，才是 著火的關鍵。比直流燃燒器擴展角大，旋轉(zhuǎn)強度，擴展角。旋轉(zhuǎn)強度n：用于表征旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)程度的特征參數(shù)。M：旋轉(zhuǎn)動量矩K：軸向動量L：噴口M，nK，n L，nn = MKL隨著n的不同，旋轉(zhuǎn)射流有三種不同的狀態(tài)：（a） 封閉氣流（b）開放氣流（c）全擴散氣流（a）封閉氣流：當出口氣流旋轉(zhuǎn)強度n小于一定數(shù)值時，

26、中心不產(chǎn)生內(nèi)回流區(qū)，此時整個旋轉(zhuǎn)射流呈封閉狀態(tài)，其特性接近直流射流。（a） 封閉氣流（b）開放氣流（c）全擴散氣流（b）開放氣流：當旋轉(zhuǎn)強度n增大到一定數(shù)值以后，靠近射流出口的中心區(qū)形成內(nèi)回流區(qū)，這種狀態(tài)稱為開放式旋轉(zhuǎn)射流。內(nèi)回流區(qū)的隨n的增大而增大。和回流流量都（a） 封閉氣流（b）開放氣流（c）全擴散氣流（c）全擴散氣流：當n繼續(xù)增大，射流外邊界卷吸能力強烈，補氣條件不好，會使外邊界小于中心壓力，整個射流向外全部張開，形成全擴散式旋轉(zhuǎn)射流。俗稱“飛邊”，會使火焰貼墻，造成爐墻或水冷壁結(jié) 渣。旋轉(zhuǎn)強度n的影響：回流區(qū)長度和回流量：在開放式氣流區(qū)間內(nèi)：n過?。洪L度和回流量均小，只能卷吸少量低溫

27、煙氣。 n過大：回流量，但氣流混合過早，不利于著火。目標：回流大量高溫煙氣到氣流根部，著火燃燒。擴散角：n，擴散角，外邊界面，卷吸，有利著火。射程L：n，L。n過?。簞t射程L過大，n過大：則射程L過小，成火焰沖墻結(jié)渣。成爐膛火焰充滿度差。二、旋流燃燒器的類型：根據(jù)旋流器的結(jié)構(gòu)不同分為蝸殼式旋流燃燒器葉片式旋流燃燒器旋流燃燒器：特點：一次風不旋轉(zhuǎn)，二次風旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)擴流錐可調(diào)回流區(qū)大小。一次風阻力小，初期擾動弱，混合較晚，可燃用較差 的煤。特點：次風轉(zhuǎn)向相同，混合早且強烈，適用于、現(xiàn)局褐煤。一次風阻力大，不宜用于直吹式制粉系統(tǒng)。部火焰沖墻結(jié)渣。這兩種目前使用較少。特點：一次旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)，二次風通過

28、軸向葉片導向形成旋轉(zhuǎn)。葉輪前后移動可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)強度n。中心回流區(qū)較小，射程遠，適用于高揮發(fā)分煤。特點：一次直流或弱旋轉(zhuǎn)射流，二次風通過切向葉片導向形成旋轉(zhuǎn)。適用于高揮發(fā)分煤。旋流燃燒器在結(jié)構(gòu)上分帶中心風管和不帶中心風管兩大類。中心風管可安放點火油槍，用于燃燒器煤粉的點燃。在正常運行時，中心風管中流過的二次風稱中心 風，也是一股調(diào)節(jié)風。帶中心風管的旋流燃燒器從內(nèi)到外有中心風、內(nèi)二次風、外二次風四個環(huán)形通道。不帶中心風管 的無中心風，從內(nèi)到外有三個環(huán)形通道。一次為直流或旋轉(zhuǎn)射流。內(nèi)外二次風均為旋轉(zhuǎn)射流，且旋向相同。內(nèi)二次流直接靠近一次流，其旋轉(zhuǎn)強度直接影響回流區(qū)的生成及大小，以及對煤粉顆粒的卷吸。內(nèi)

29、二次風旋轉(zhuǎn)強度過大，雖可擴大回流區(qū)，但過早與一次風混合，影響次風風量風速均小于外二次風。著火。因此內(nèi)二旋流燃燒器的結(jié)構(gòu)旋流燃燒器圖片旋流煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)旋流煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)旋流煤粉燃燒器旋流燃燒器的布置及特點1）單個噴嘴次（第七節(jié)中）別布置在內(nèi)、外圈。其中：a、一次風：旋流或直流；b、二次風：旋流。2）整體布置前墻、兩側(cè)墻、前后墻。3）特點（參見直流燃燒器的特點比較）三、旋流燃燒器的布置：旋流燃燒主要是靠自身射流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的內(nèi)回流區(qū)卷吸高溫煙氣對一次進行加熱的，并且一、二次通過同一圓形燃燒器按被圓環(huán)分隔的內(nèi)外通道分別進入爐內(nèi)的，所以旋流燃燒器的射流為多股組成的共軸射流。爐內(nèi)火焰不流，火焰充滿度和

30、流場均勻性好。整體旋因此旋流燃燒器應單獨布置，使每個燃燒器的火焰能發(fā)展，相鄰燃燒器之間保持一定距離，互不干擾。相鄰燃燒器出流旋般相反，或從整個爐膛氣流均勻性角度去考慮每個燃燒器射流的旋向。并注意布置時避免火焰沖墻結(jié)渣。旋流燃燒器的布置方式a.前墻布置b.前后墻布置c.爐底布置d.爐頂布置b1. 交錯布置b2.對沖布置a.前墻布置：火焰充滿度差，在上下均存在較大的死滯區(qū)，煤粉停留時間短，燃燒集中，NOX生成多，不能用于大型鍋爐。旋流燃燒器的布置方式a.前墻布置b.前后墻布置b1. 交錯布置b2.對沖布置b.前后墻布置：火焰充滿度好，爐內(nèi)火焰不旋轉(zhuǎn)，可減輕爐內(nèi)熱偏差。對沖布置時，對沖兩方火矩在爐膛

31、中部產(chǎn)生撞擊，大部分氣 流向上，小部分下沖到冷灰斗，死區(qū)小。交錯布置時，火炬相互穿插，提高了火焰混合和充滿程度。 但若對沖的兩個燃燒器負荷不相同，則爐內(nèi)高溫火焰將側(cè)偏移，造成結(jié)渣。c.爐底布置d.爐頂布置總之，旋流燃燒器的布置不像直流燃燒器的布置講究總體的效果及相互配合，采用旋流燃燒器的 鍋爐的燃燒主要取決于燃燒器本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。c.爐底布置：僅用于少數(shù)燃油或燃氣鍋爐。d.爐頂布置：形成U型或W型火焰，延長火焰行程，利于著火和完全燃燒。并且爐內(nèi)火焰充滿度好。煙氣后墻前墻燃燒器燒器Principles of Boiler燃前后墻對沖燃燒煤粉鍋爐旋流燃燒器常用的旋流燃燒器旋流燃燒器的布置燃燒器前

32、后墻或兩側(cè)墻布置兩面墻上燃燒器噴出的火炬在爐膛中央互相撞擊后，火焰大部分向爐膛上方，爐內(nèi)的火焰充滿程度較好，擾動性也較強若對沖的兩個燃燒器負荷不相同，則爐內(nèi)高溫火焰將側(cè)偏移，造成結(jié)渣旋流燃燒器爐頂布置只在采用W火焰燃燒技術的較矮的下爐膛中才應用二、旋流煤粉燃燒器的射流特性相鄰燃燒器旋轉(zhuǎn)方向：旋流燃燒器旋流燃燒器的布置與供風方式旋流燃燒器通常前后墻布置不受爐膛截面寬、深比限制，布置方便，與 磨煤機聯(lián)接煤粉管道短旋流燃燒器的供風方式大風箱供風 分隔風箱供風ØØ旋流燃燒器單只燃燒器的熱功率大功率燃燒器帶來的問題功率太大，易引起結(jié)渣；局部熱負荷太高，使水循環(huán)惡化；Ø

33、16;ØØØØ切換或啟停燃燒器對爐內(nèi)火焰性影響大切換或啟停燃燒器對爐膛出口煙溫影響較大次風氣流太厚，不利于燃燒調(diào)節(jié)不太靈活?；旌闲魅紵鲉沃蝗紵鞯臒峁β蕿榱颂岣呷紵{(diào)節(jié)的靈活性和避免水冷壁及燃燒器噴口結(jié)渣，趨向于采用小功率燃燒器第四節(jié)煤粉氣流的著火一、著火熱源（書p.80）1、對高溫煙氣的卷吸；2、來自鄰角高溫煙氣的沖刷；3、高溫煙氣的熱輻射。二、著火熱：（書p.80）將加熱到著火溫度所需的熱量。（式4-5）100 - MarQ= æV c + c+ DMc ö(t- t )çv ÷ig1afig1è

34、100ø- DM ö4.19(100 - t )+ 2510 + c (t-100)+ æ MarkJ/kg（煤）ç 100÷1vigèø三、影響煤粉著火的主要因素（書p.8082）1、性質(zhì)（揮發(fā)分 、水分、灰分、細度）2、散熱條件（尤其是燃燒器區(qū)域）3、一次（著火熱）4、一次風量、風速 （著火熱、卷吸能力）5、運行負荷（溫度）6、燃燒器形式、整體布置（卷吸能力、煙溫、著火熱 ）第五節(jié) 低NOx燃燒一、 NOx生成機理1、熱力型2、快速型3、型二、低NOx燃燒技術：燃燒時的氧量、溫度。1、低過量空氣燃燒2、濃淡偏差3、空氣分

35、級電站鍋爐NOx排放要求OTC： Ozone Transport Commission由十幾個地面臭氧濃度過高的地區(qū)組成的組織NOx最高濃度(lbs/MBtu)0.80.70.70.60.60.50.450.40.30.20.20.150.101970197719901999（OTC)2003(OTC)我國的污染標準2004年火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2003火力發(fā)電鍋爐機組氮氧化物最高mg/m3排放濃度：時段第1時段第2時段第3時段實施時間2005年1月1日2005年1月1日2004年1月1日燃煤鍋爐V<10%15001300110010%V20%1100650650V&

36、gt; 20%450我國的污染標準2012年火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011火力發(fā)電鍋爐機組氮氧化物最高mg/m3排放濃度：實施時間2012年1月1日起燃煤鍋爐全部1002003年12月31日前建成投產(chǎn)或通過建設項目 報告書審批的火力發(fā)電鍋爐200NOX前驅(qū)物的生成機理）55（ 啶吡煤中主要的含氮化合物，分子的季氮的順序依次降低。性以吡啶，吡咯，C HN季 氮吡 咯吡啶低NOx煤粉燃燒技術低NOx煤粉燃燒技術NOx生成機理Ø溫度型（熱力型）NOx：空氣中的氮氣在高溫下（1500以上）氧化而生成，占NOx總量的10%-20%。Ø型NOx：中含有的氮化合物（主要

37、是揮發(fā)分中的氮化合物）在燃燒過程中熱分解而又接著被氧化而生成，占NOx總量的80%-90%。Ø快速型NOx：燃燒時空氣中的氮和中的碳氫離子團如CH等反應生成HCN和N，再進一步與氧作用，以極快的反應速率生成。占NOx總量的5%左右。低NOx煤粉燃燒技術低NOx煤粉燃燒技術影響NOx生成的主要因素Ø溫度燃燒過程中，溫度越高，生成的NOx量越大Ø過?？諝庀禂?shù)=1.1 1.2范圍內(nèi)，NOx 的生成量最大，偏離這個范圍NOx的生成量明顯減少Ø燃煤性質(zhì)燃煤中的含N量越高，燃燒過程中轉(zhuǎn)化為NOx也就越多110NOx形成機理圖示Mechanisms機理Nitrogen

38、 Sources氮的來源Products產(chǎn)物Fuel NOx型NOx氮分子含氮的混合物中間物Prompt NOx瞬時（快速）型 NOx熱力型NOXThermal NOx(Zel'Dovich Mechanism)空氣捷爾機理總NOXAirTotal NOxHydrocarbon Fragments烴基裂片Nitrogen含氮的Intermediates-HCN, CN-OCN, HNCO- NH3, NH2, HN, NFuelVolatile Matter Nitrogen揮發(fā)性氮化物Hetrocyclic Nitrogen CompoundsMolecular NitrogenCh

39、ar Nitrogen焦碳氮0100014001800TemperatureNOx生成方式與溫度之間的NOx(mg/m3)熱力型<20%型60%-80%快速型<5%型NOx生成機理在固態(tài)排渣煤粉爐中，型NOx占85 以上。在揮發(fā)份析出過程中伴隨大分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)的斷裂以H3等形式H出來。在不同氣氛下吡咯H3會生成HNO或者N2吡啶的分子結(jié)構(gòu) Solomon 1987煤燃燒中，NOx主要來自氮的氧化。N呈何態(tài)決定著最終產(chǎn)物種類和數(shù)量。煤燃燒中的氮化學一次熱解二次熱解氧化還原N2OHCN還原原煤氮N2NONH3焦炭氮煤氮的反應路線取決于氮的賦存形態(tài)及其所處的反應環(huán)境!殘余焦炭氮揮發(fā)分氮碳黑

40、氮低NOx燃燒技術關鍵熱解煤粉著揮發(fā)份焦炭火燃燒燃燒N2揮發(fā)份NOxNNNOx焦炭NNOx煤氮的反應路線取決于氮的賦存形態(tài)及其所處的反應環(huán)境!N的反應路徑?jīng)Q定了最終NOx生成量。從熱力型對、型和快速型三種NOx生成以得出抑制NOx生成和促使破壞NOx的途徑，圖中還原氣氛箭頭所指即抑制和促使NOx破壞的途徑NOx的生成來源揮發(fā)份NOx 是煤粉燃燒過程中NOx 生成的重要來源。因此在燃燒器出口，揮發(fā)份析出燃燒的20 50ms時間內(nèi)6000550066.17%72.4%50004500400074.8%35003000250071.1%20001500100073.0%74.8%是NOx70.3%5

41、000生成的最佳時機。0510Oxygen /%1520積分面積 ppm*s焦炭NO 揮發(fā)份NO煤粉細粒對N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N比例的影響9080706050403020100050 100 150 200 300 400 500 600 700 800時間(ms)N揮(%發(fā))分N/120-150目11120目70100目無焦氮c與焦氮c與71261058436241200.70.80.91.01.11.21.30.70.80.91.01.11.21.3過量空氣系數(shù)a過量空氣系數(shù)a焦炭氮轉(zhuǎn)化率%焦炭氮轉(zhuǎn)化率%無揮發(fā)份氮v與揮發(fā)份氮v與7.0106.596.085.575.064.554.043.53

42、.032.522.011.50.70.80.91.01.11.21.30.70.80.91.01.11.21.3過量空氣系數(shù)a過量空氣系數(shù)a揮發(fā)份氮轉(zhuǎn)化率%揮發(fā)份氮轉(zhuǎn)化率%不同氧量神華煤燃燒NOx生成特性NO 0% O2NO 2% O2NO 5% O2NO 7% O2NO 10% O2NO 15% O2NO 21% O2400350在型NOx前驅(qū)物300H3析H250出瞬間，其周圍氣氛對于隨后的形態(tài)轉(zhuǎn)化具有重要作用。200150100500-20020406080100120140160time /2sNO /ppm100011001200200180160140120100806040200

43、100011001200氧量與溫度對NO 析出的影響x0.00.51.01.52.02.53.03.5SRV氧量1005152014121086420T=1200適當?shù)母邷赜欣谠?期揮發(fā)份的快速析出， 降低整體NOx析出比例；0.0 0.5 1.0 1.52.02.53.0 3.5SRV析出NO占煤中N元素比例 析出NO中N元素總量mgNOx排放量與一次風的分級燃燒對NOx排放濃度的影響N0X的影響NOx生成的主要因素技術Ø 溫度燃燒過程中，溫度越高，生成的NOx量越大Ø 過剩空氣系數(shù) a =1.11.2范圍內(nèi)，NOx的生成量最大，偏離這個范圍NOx的生成量明顯減少

44、16; 燃煤性質(zhì)燃煤中的含N 量越高，燃燒過程中轉(zhuǎn)化為NOx也就越多低NOx的燃燒技術主要有分級燃燒，再燃燒法，濃淡偏差燃燒，低氧燃燒和煙氣再循環(huán)等煙氣再循環(huán)（FGR）新型FGR利用送風機余量， 將循環(huán)煙氣打入送風機改造量小，無需額外再循環(huán)風機，對運行和性能 沒有很大影響，但FGR技術的脫硝率很有限雙切圓技術燃盡風（偏轉(zhuǎn)角度可調(diào)）創(chuàng)造了一種近壁氧化的環(huán)境減少結(jié)渣/增加水冷壁的熱吸收提高硫化物的氧化可以降低水冷壁的損耗增加燃盡風（一次風燃料和二次風CFS偏移的二次風PlanView ofOFA）與煙氣的Tangentially FiredFurnace相互作用切燒爐膛的平面圖分級（空氣）燃燒空氣

45、分級燃燒將燃燒所需的空氣分兩階段從燃燒器送入Ø 第一級送入理論空氣量的80%左右，使在缺氧、富燃條件下燃燒 ，燃燒速度和爐膛溫度降低，抑制了Nox 的生成Ø 第二級以二次風形式送入剩余空氣，使在空氣過剩區(qū)域燃盡，空氣量雖多，但火焰溫度較低，生成的NOx也較少總的NOx生成量降低分級（空氣）燃燒的類型燃燒室中的分級燃燒OFA空氣噴口主燃燒器上部設主燃燒器送入約80%的空氣量（ a <1）， 燃燒器區(qū)處于富燃狀態(tài)；OFA 噴口送入剩余空氣（燃盡風）（ a >1），使燃盡燃燒室沿高度分成富燃區(qū)和燃盡區(qū)燃燒器分級燃燒二次成兩部分送入煤粉著火后及時送入(a一部分二次<

46、;1） ，在火焰根部形成富燃區(qū)；剩余的二次風稍遲送入（ a >1），形成了燃盡區(qū)，促進煤粉燃盡空氣分級-火上風（OFA）OFA風的副作用u 一級燃燒區(qū)內(nèi)氧量不足，飛灰可燃物升高u 火焰拉長，導致爐膛出口溫度升高u 一級燃燒區(qū)內(nèi)強還原氣氛u 水冷壁結(jié)渣和腐蝕可能性增加 但OFA風技術可以和其他技術配合使用，發(fā)揮其作用再燃燒法（爐內(nèi)燃燒分成三個區(qū)域分級燃燒）(8085)%的一次燃燒區(qū)（主燃燒區(qū)）以正常過?？諝庀禂?shù)（a³1）配置空氣進行燃燒，為氧化性或稍還原性氣氛其余(1520)%的）的形式被噴入，形再燃燒區(qū)（第二燃燒區(qū)）以再燃（二次（a<1） 、還原性氣氛。燃燒生成碳氫成富化

47、合物基團，并與一次燃燒區(qū)內(nèi)生成的NOX 反應， NOX 被還原為N2燃盡區(qū)送入二次風（頂部燃盡風），保證燃盡（a>1）分級-再燃技術關于再燃技術后面將有詳細的低NOx燃燒器(Low-NOxburner,LNB)歷史悠久：>40年應用最廣 適應性強：燃燒方式（四角燃燒、墻式燃燒 ）煤種（從到褐煤 ）效果理想：脫硝率20%80%，最低燃煤時可降低到200mg/m3 左右。低NOx煤粉燃燒技術低NOx煤粉燃燒器PM型濃淡燃燒器 通過彎頭將煤粉氣Ø流分為濃、淡兩股氣流，彎頭內(nèi)側(cè)有調(diào)節(jié)裝置，用來調(diào)節(jié)煤粉濃度的大小Ø設置再循環(huán)煙氣噴口（SGP噴口），推遲次風以及濃、淡煤粉氣流的混合，從而在濃煤粉氣流噴口附近形成還原性氣氛，并降低燃燒中心的溫度，既可燃燒，也抑制了NOx的生成。低NOx煤粉燃燒技術低NOx煤粉燃燒器A-PM燃燒