電廠鍋爐煤粉燃燒概論

電廠鍋爐燃燒理論概述炭粒的燃燒過程與影響因素燃燒的三個區(qū)域著火和熄火的熱力條件煤粉氣流著火的影響因素燃燒完全的條件直流射流的特性、直流燃燒器的種類、特點、布置方式旋流射流的特性、旋流燃燒器的種類與特點、布置方式本節(jié)重點及難點燃燒的基本理論

第一節(jié)

煤粒燃燒過程：首先被預(yù)熱干燥,蒸發(fā)出水分,然后開始析出揮發(fā)物;析出的揮發(fā)物在足夠高的溫度下,與周圍空間中的氧作用在煤粒附近著火燃燒,形成光亮的火焰;揮發(fā)物燃燒時,煤粒被加熱,當(dāng)揮發(fā)物析出并燃燒完畢后,煤焦已是足夠熱,足可以和擴散進入的氧化合物進行燃燒反應(yīng),此時揮發(fā)物的可見火焰燃燒已漸為煤焦的無焰燃燒所代替。揮發(fā)物的燃燒有兩個作用:

妨礙煤焦本身的燃燒(氧先被揮發(fā)物截去消耗掉)

加熱煤焦,對煤焦著火燃燒有利。第五節(jié)煤粒的燃燒

揮發(fā)分析出的過程就是熱分解過程,揮發(fā)分析出速度與時間的關(guān)系是指數(shù)函數(shù)關(guān)系,即隨時間的增加而遞減。關(guān)于揮發(fā)分析出的過程目前有兩種不同見解:

某些碳粒燃燒理論研究者認為(傳統(tǒng)見解):煤的主要成分是焦炭,焦炭的燃燒速度決定了煤粒的燃燒速度。揮發(fā)分的析出只是在燃燒開始階段的一個短暫過程,還不到煤粒燃燒時間的10％,而焦炭的燃燒時間要占90％以上。這種論點的根據(jù)就是根據(jù)煤粒質(zhì)點燃燒跡象的攝影試驗,在試驗過程中發(fā)現(xiàn)有短暫的閃光掠過,被認為是揮發(fā)分的完全燃燒時間。

最新研究資料表明:在煤粒燃燒過程中,揮發(fā)分并不是僅在開始階段析出,而是不斷析出,其析出過程和焦炭燃燒交叉進行,幾乎延續(xù)到煤粒燃盡的最后階段,因而使得煤粒附近的物理化學(xué)更為復(fù)雜。有人的解釋為:煤粒中心的熱分解過程進行的速度取決于煤粒直徑的大小,以及周圍溫度、壓力、氣流運動等。

當(dāng)煤粒受熱時,煤粒外層的水分、油質(zhì)等首先蒸發(fā)汽化,蒸發(fā)的氣體和水蒸氣在周圍形成壓力,這個壓力使氣體和水蒸氣向煤粒內(nèi)部和外部擴散。一部分氣體通過外殼的氣孔向外擴散;另一部分向煤粒內(nèi)部擴散,到達煤粒中心時,因該處溫度較低,氣體就凝結(jié)。這樣,揮發(fā)分的析出就受到了"抑制",使得析出過程拖得很長。揮發(fā)分陸續(xù)不斷地析出,就更加劇了煤粒周圍濃度埸的復(fù)雜性。

目前,對于揮發(fā)物在煤粒燃燒過程中的作用問題還是研究的比較少的。從進一步的研究結(jié)果表明,煤焦的燃燒并不象我們所設(shè)想的那樣在揮發(fā)物完全燒完后才開始的,而是和揮發(fā)物的燃燒一起交叉進行,而且相互作用,相互影響著。因此,我們在討論中,把煤粒燃燒分成揮發(fā)物燃燒階段和碳粒燃燒階段,這只能是近似的分析。近些年來,已有人開始探討揮發(fā)物析出在煤粒過程中的影響問題。

例如,實驗表明,煤粒的燃燒速度比煤焦炭有所降低,這顯然是揮發(fā)物的燃燒對煤粒燃燒過程具有一定的"抑制作用"。隨著揮發(fā)物的逐漸燒盡,對于煤粒燃燒速度的這種"抑制作用"的影響也將逐漸減小。關(guān)于煤粒燃燒速度的計算是比較復(fù)雜的,在計算時必須考慮揮發(fā)物與焦炭顆粒同時燃燒等因素,因此目前來說,有關(guān)煤粒燃燒速度的精確計算公式還是不易導(dǎo)出的,一般所使用的都是一些近似公式,課本中公式P249(7-46)就是一個近似公式.化學(xué)反應(yīng)速度定義：

單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加，單位對于反應(yīng)瞬時化學(xué)反應(yīng)速度可表示為影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素濃度溫度壓力催化反應(yīng)氧的擴散速度炭粒與氧的燃燒化學(xué)反應(yīng)是在炭粒表面進行的。由于化學(xué)反應(yīng)消耗氧，炭粒反應(yīng)表面氧濃度CB小于周圍介質(zhì)中的氧濃度CO，周圍環(huán)境的氧不斷向炭粒表面擴散。氧擴散過程的快慢用氧的擴散速度表示。擴散速度系數(shù)燃燒區(qū)域動力燃燒區(qū)擴散燃燒區(qū)過渡燃燒區(qū)加強燃燒的措施減小粒徑不同爐型所處的燃燒區(qū)域?qū)尤紶t擴散區(qū)煤粉爐中心區(qū)以外—過渡區(qū)＋動力區(qū)粗粉高溫區(qū)—擴散區(qū)擾動↑炭粒直徑↓強制通風(fēng)擾動↑、炭粒直徑↓溫度↑、燃料性質(zhì)煤粉氣流的

著火和燃燒

第二節(jié)煤粉的燃燒過程著火前的準(zhǔn)備階段燃燒階段燃盡階段用時最長75％三個過程既串聯(lián)又并聯(lián)用時25％著火和熄火煤粉氣流的著火

由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的燃燒狀態(tài)的瞬間過程稱為著火，轉(zhuǎn)變時的瞬間溫度稱為著火溫度著火、熄火的熱力條件

煤粉氣流燃燒時要放出熱量，同時又向周圍介質(zhì)散熱。這兩個互相矛盾過程的發(fā)展，可能使燃燒過程發(fā)生（著火）或者停止（熄火）著火熱定義將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量計算一次風(fēng)煤粉水分爐后水分影響煤粉氣流著火的因素燃料性質(zhì)一次風(fēng)性質(zhì)爐內(nèi)散熱條件燃燒器結(jié)構(gòu)特性鍋爐負荷燃燒完全的條件供應(yīng)充足而又合適的空氣量（Air）適當(dāng)高的爐溫(Temperature)空氣和煤粉的良好擾動和混合(Turbulence)在爐內(nèi)要有足夠的停留時間(Time)燃燒效率煤粉燃燒器

及其爐內(nèi)布置型式第三節(jié)燃燒器的作用

將攜帶煤粉的一次風(fēng)和助燃的二次風(fēng)送入爐膛，并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使煤粉迅速穩(wěn)定的著火；及時供應(yīng)空氣，使燃料和空氣充分混合，達到煤粉在爐內(nèi)迅速完全燃燒。燃燒器的要求組織良好的空氣動力場，及時著火，保證燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。有較好的燃料適應(yīng)性和負荷調(diào)節(jié)范圍。能減少NOx生成，減少對環(huán)境的污染。運行可靠，不易燒壞和磨損易于自動控制爐膛的作用燃燒空間換熱部件對爐膛的要求足夠的空間和合理的結(jié)構(gòu)，以組織燃燒，減小不完全燃燒損失有合理的溫度場和良好的爐內(nèi)空氣動力特性，保證穩(wěn)定完全燃燒；避免火焰沖墻，防止水冷壁結(jié)渣布置足夠的輻射受熱面，保證爐膛出口煙溫，防止?fàn)t膛出口及其后的受熱面結(jié)渣一次風(fēng)

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，用于揮發(fā)分的燃燒二次風(fēng)著火后單獨送入的空氣，補充后期燃燒所需空氣，用于焦炭燃燒，并起到氣流的擾動和混合的作用三次風(fēng)對中間儲倉式熱風(fēng)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燃燒器中的“風(fēng)”燃燒器的分類直流燃燒器旋流燃燒器直流射流直流射流的特性射程

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零的數(shù)值（如0.05）時的截面與噴口間的距離卷吸能力剛性射流抗偏轉(zhuǎn)的能力擴展角θ

直流煤粉燃燒器的型式均等配風(fēng)

適用于燃用高揮發(fā)分煤種，常稱為煙煤、褐煤型配風(fēng)方式。分級配風(fēng)

適合于燃用低揮發(fā)分煤種或劣質(zhì)煤，常稱為無煙煤和貧煤配風(fēng)方式。直流燃燒器均等配風(fēng)

一、二次風(fēng)噴口相間布置，即在二個一次風(fēng)噴口之間均等布置一個或二個二次風(fēng)噴口，各二次風(fēng)噴口的風(fēng)量分配較均勻。一、二次風(fēng)口間距較小，有利于一、二次風(fēng)的較早混合，使一次風(fēng)煤粉氣流著火后能迅速獲得足夠的空氣，利于揮發(fā)份高的煙煤、褐煤燃燒直流燃燒器均等配風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng)直流燃燒器分級配風(fēng)

一次風(fēng)噴口相對集中布置，并靠近燃燒器的下部，二次風(fēng)噴口則分層布置，一、二次風(fēng)噴口間保持較大的距離，燃燒所需要的二次風(fēng)分階段送入燃燒的煤粉氣流中，有利于揮發(fā)份低的無煙煤、貧煤燃燒。直流燃燒器分級配風(fēng)二次風(fēng)分級風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)分級配風(fēng)圖典型燃燒器結(jié)構(gòu)

各級二次風(fēng)的布置及作用上、下二次風(fēng)周界風(fēng)夾心風(fēng)十字風(fēng)三次風(fēng)位于燃燒器上方具有一定的下傾角（7°～15°）風(fēng)速：50～60m/s改進的直流燃燒器寬調(diào)節(jié)比燃燒器（WR燃燒器）PM燃燒器原理：煤粉穩(wěn)燃技術(shù)低NOx燃燒技術(shù)寬調(diào)節(jié)比（WR）燃燒器煤粉氣流通過管道彎頭時，受離心力作用分成濃淡兩股煤粉噴嘴出口處的波紋擴流錐，可在噴嘴出口形成一個穩(wěn)定的回流區(qū)一次風(fēng)噴嘴設(shè)有周界風(fēng)，可避免一次風(fēng)噴口燒壞；PM燃燒器直流燃燒器的布置方式切向燃燒方式U型火焰燃燒W型火焰燃燒切向燃燒方式特性

旋流燃燒器出口氣流是一股繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)射流，煤粉氣流著火熱量，來源于旋轉(zhuǎn)射流內(nèi)、外邊界同時卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃俊＞砦枯^大但射程短，適用于揮發(fā)份較高的煤種。旋流射流旋流射流的特性射程射流軸向速度wm與射流初始速度w0的比值降低到某一不為零的數(shù)值（如0.05）時的截面與噴口間的距離卷吸能力剛性射流抗偏轉(zhuǎn)的能力旋流射流旋流射流的型式根據(jù)氣流的旋流強度的大小，旋流式燃燒器形成的火焰形狀可能有三種：封閉式火焰、開放式火焰、飛邊火焰。

旋流煤粉燃燒器的型式單蝸殼旋流煤粉燃燒器雙蝸殼旋流煤粉燃燒器軸向葉片型旋流煤粉燃燒器切向葉片式旋流煤粉燃燒器雙調(diào)風(fēng)低NOx煤粉燃燒器旋流燃燒器的布置方式煤粉爐點火設(shè)備第四節(jié)點火裝置的作用及分類作用機組啟動時點燃主燃燒器的煤粉氣流低負荷運行時穩(wěn)定著火和燃燒分類三級點火裝置（電火花點火器）二級點火裝置（電弧點火器、高能點火器）高能點火器蒸汽霧化油噴嘴燃燒調(diào)整試驗方法第五節(jié)動力燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度決定于化學(xué)反應(yīng)動力因素，而氧的擴散過程對燃燒反應(yīng)速度影響很小，這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為動力燃燒區(qū)溫度↑、燃料性質(zhì)擴散燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度只決定于氧的擴散速度，即擴散到反應(yīng)表面氧遠不能滿足化學(xué)反應(yīng)的需要，這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為擴散燃燒區(qū)。擾動↑、炭粒直徑↓過渡燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度和擴散速度，這個反應(yīng)溫度稱為過渡燃燒區(qū)反應(yīng)溫度介于1000～1400℃時

擾動↑、炭粒直徑↓溫度↑、燃料性質(zhì)著火前的準(zhǔn)備階段水分蒸發(fā)揮發(fā)分析出揮發(fā)分著火措施預(yù)先干燥爐溫↑擾動↑吸熱階段燃燒階段揮發(fā)份燃燒焦炭燃燒措施（過渡區(qū)）空氣↑爐溫↑擾動↑放熱階段燃盡階段焦炭的燃盡措施擾動↑放熱階段三次風(fēng)不同燃料的著火、熄火溫度不同同種燃料不同測試條件有不同的著火、熄火溫度燃料性質(zhì)的影響一次風(fēng)溫一次風(fēng)量總風(fēng)量取決于爐膛出口過量空氣系數(shù)。同時，一次風(fēng)量還必須保證制粉系統(tǒng)中對干燥、輸送煤粉的要求。一次風(fēng)速爐內(nèi)散熱條件減小散熱，提高燃燒器區(qū)域溫度水平措施：衛(wèi)燃帶燃燒器結(jié)構(gòu)本質(zhì)：一、二次風(fēng)混合情況二次風(fēng)分批混入，做到既不缺氧又不降低爐溫，且混入要強烈鍋爐負荷一般，不投油穩(wěn)定著火負荷70％（好的可到50％）射程噴口尺寸噴口尺寸↑，初始動量↑，射程↑初速初速↑，射程↑直流射流射程>旋流射流射程卷吸能力噴口形式多個小噴口，周界面↑，卷吸力↑高寬比高寬比↑，周界面↑，卷吸力↑剛性動量動量↑，剛性↑高寬比高寬比↓，剛性↑擴展角θθ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空氣的及時補充有很大影響，直流湍流自由射流的θ相對較小上、下二次風(fēng)上二次風(fēng)作用供應(yīng)上排煤粉燃燒器所需空氣提供爐內(nèi)未燃盡煤粉所需空氣下二次風(fēng)作用供應(yīng)下排煤粉燃燒器所需空氣把煤粉氣流中析出的粗煤粉托起周界風(fēng)

作用冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形少量熱空氣與煤粉火焰及時混合周界風(fēng)的速度比煤粉氣流的速度要高，能增加一次風(fēng)氣流的剛度，防止氣流偏斜高速周界風(fēng)有利于卷吸高溫?zé)煔猓龠M著火，并加速一、二次風(fēng)的混合過程。夾心風(fēng)

作用：補充火焰中心的氧氣，同時也降低了著火區(qū)的溫度高速的夾心風(fēng)提高了一次風(fēng)射流的剛度，能防止氣流偏斜，而且增強了煤粉氣流內(nèi)部的擾動十字風(fēng)

作用：冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形將一次風(fēng)噴口分為四個小噴口，減少煤粉氣流分布不均程度在燃燒器附近增大回流區(qū)和回流量，獲較強的高溫?zé)煔饣亓鳚獾蛛x則可以提高燃燒器出口局部的煤粉濃度合理配風(fēng)形成合理氧濃度分布煤粉火炬的穩(wěn)燃技術(shù)降低一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱著火后放熱量增加，促進著火并穩(wěn)燃增加爐內(nèi)火焰黑度和輻射吸熱量，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档蚇OX的生成量（缺氧燃燒）高煤粉濃度對穩(wěn)燃的好處NOx的生成機理（NO＋NO2）

溫度型（熱力型）：N2在超過1500攝氏度的高溫下氧化生成NOx，溫度越高NOx的生成量越多。25－30％燃料型：Nar受熱分解和氧化生成NOx。其占NOx總量的70～80%快速型：

N2和碳氫燃料先在高溫下反應(yīng)生成中間產(chǎn)物N、NCH、CN等，然后快速與氧反應(yīng)，生成NOx。低NOx的燃燒技術(shù)