鍋爐的燃燒系統(tǒng)及其設備

鍋爐的燃燒系統(tǒng)及其設備第1頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)、燃燒設備燃燒設備包括：爐膛、燃燒器和點火裝置對燃燒設備的要求：燃燒效率高；著火和燃燒穩(wěn)定、可靠；運行方便；制造、安裝和檢修簡單方便；煤粉燃燒器的作用：

(1)向鍋爐爐膛內(nèi)輸送燃料和空氣；(2)組織燃料和空氣及時、充分的混合；(3)保證燃料進入爐膛后盡快、穩(wěn)定的著火，迅速、完全的燃盡。一、爐膛1、結構：全懸吊結構；高、寬、深；平爐頂、斜爐頂；全鋼結構；平衡通風；負壓；島式；半露天、全封閉；第2頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第3頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第4頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三燃燒煤粉對爐膛的要求：創(chuàng)造良好的著火、穩(wěn)燃條件，并使燃料在爐內(nèi)完全燃盡；將煙氣冷卻至煤灰的熔點溫度以下，保證爐膛內(nèi)所有的受熱面不結渣；布置足夠的蒸發(fā)受熱面，并不發(fā)生傳熱惡化；盡可能減少污染物的生成量；對煤質(zhì)和負荷變化有較寬的適應性能以及連續(xù)運行的可靠性。2、完全燃燒的條件A、充足而又合適的空氣量；B、適當高的爐溫；C、足夠的燃燒停留時間；D、煤粉與空氣良好的混合和擾動；二、燃燒器(一)燃燒器的布置第5頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三1、旋流燃燒器的布置方式：

(a)前墻布置(b)兩面墻布置(c)半開爐膛對沖(d)爐底布置

（e）爐頂布置(b-1)兩面墻交錯布置(b)兩面墻交錯布置第6頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第7頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三2、直流式燃燒器的布置方式第8頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三爐膛結構動畫第9頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三（二）直流式煤粉燃燒器直流燃燒器通常由一列矩形或圓形噴口組成。煤粉氣流和熱空氣從噴口射出后，形成直流射流。直流射流的主要特點是沿流動方向的速度衰減比較慢，具有比較穩(wěn)定射流核心區(qū)，且一次風和二次風的后期混合比較強。1、湍流自由射流的動力學特征2、直流煤粉燃燒器的類型（1）均等配風直流式燃燒器直流煤粉燃燒器的一、二次風噴口的布置方式大致上有兩種類型。一類適用于燃燒容易著火的煤，如煙煤、褐煤等。這類燃燒器的一、二次風噴口通常交替間隔排列，相鄰兩個噴口的中心間距較小，稱為均等配風直流燃燒器。見圖6-1。第10頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三

wx=0

Wx

x

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初始段

基本段

x第11頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第12頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三均等配風直流燃燒器第13頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三2023/4/18第六章、燃燒設備及煤粉燃燒新技術14（2）一次風集中布置的分級配風直流式燃燒器

分級配風直流煤粉燃燒器適用于燃燒著火比較困難的煤，如揮發(fā)分較低的貧煤、無煙煤或劣質(zhì)煙煤。特點：幾個一次風噴口集中布置在一起，一、二次風噴口中心間距較大，如圖所示。由于一次風中攜帶的煤粉著火比較困難，一、二次風的混合過早，會使火焰溫度降低，引起著火不穩(wěn)定。為了維持煤粉火焰的穩(wěn)定著火，希望推遲煤粉氣流與二次風的混合，所以將二次風分為先后兩批送入著火后的煤粉氣流中。分級配風的目的是：在燃燒過程不同時期的各個階段，按需要送入適量空氣，保證煤粉穩(wěn)定著火、完全燃燒。第14頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第15頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三分級配風直流燃燒器第16頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第17頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三煙臺龍源公司研制開發(fā)的DLZ-200型等離子點火煤粉燃燒器第18頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三3、四角布置直流燃燒器的工作原理煤粉氣流在射出噴口時，是直流射流，但當四股氣流到達爐膛中心部位時，以切圓形式匯合，形成旋轉燃燒火焰，如圖6-4所示，稱為四角切圓燃燒方式。同時在爐膛內(nèi)形成一個自下而上的旋渦狀氣流，如圖:煤粉氣流著火的熱源不僅來自卷吸熱煙氣和鄰角火焰的撞擊，而且還來自爐內(nèi)高溫火焰的輻射加熱，但著火的主要熱源來自卷吸加熱，約占總著火熱源的60～70%。煤粉氣流在正常燃燒時，一般在距離噴口0.3～0.5米處開始著火，在離開噴口1～2米的范圍內(nèi)，煤粉中大部分揮發(fā)分析出并燒完，此后是焦炭和剩余揮發(fā)份的燃燒，需要延續(xù)10～20米甚至更長的距離。當燃料到達爐膛出口處時，燃料中98％以上的可燃物可以完全燃盡。第19頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第20頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第21頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第22頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三直流燃燒器工作原理動畫第23頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三四角切圓燃燒器工作原理動畫第24頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三四角切圓燃燒第25頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三4、四角切圓燃燒鍋爐的殘余旋轉在四角切圓燃燒鍋爐中，火焰不但旋轉穩(wěn)定、強烈，而且粘性很大。一般煙溫偏差達100℃左右，偏差嚴重的甚至達到300℃。在沿爐膛出口過熱器區(qū)域的高度方向上，也存在著煙溫偏差和煙速偏差。5、四角切圓燃燒的氣流偏斜及切圓直徑采用四角燃燒方式的鍋爐，運行中容易發(fā)生氣流偏斜而導致火焰貼墻，引起結渣以及燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。（1）氣流偏斜問題引起燃燒器出口氣流偏斜的主要原因是：鄰角氣流的撞擊射流兩側“補氣”條件燃燒器的高寬比(hr/b)切圓直徑的膨脹第26頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三（2）切圓直徑爐內(nèi)假想切圓直徑影響著氣流貼墻、結渣情況和燃燒穩(wěn)定性，還影響著汽溫調(diào)節(jié)和爐膛容積中火焰的充滿程度。切圓直徑的調(diào)整十分重要。當切圓直徑較大時，煤粉的著火條件較好，氣流旋轉強烈，氣流擾動大，可燃物與空氣流的混合加強，有利于煤粉的燃盡。但是，切圓直徑過大，會帶來下述的問題：(1)

火焰容易貼墻，引起結渣；(2)

著火過于靠近噴口，容易燒壞噴口；(3)

火焰旋轉強烈時，產(chǎn)生的旋轉動量矩大，這將使爐膛出口煙溫分布不均勻程度加大，引起較大的熱偏差，導致過熱器結渣或超溫。第27頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三6、一次風與二次風（1）一次風量一次風量主要取決于煤質(zhì)的揮發(fā)分含量和揮發(fā)分的發(fā)熱量。當煤質(zhì)一定時，一次風量是影響煤粉氣流著火速度和著火穩(wěn)定性的主要因素。一次風量愈大，煤粉氣流加熱至著火所需的熱量就越多，即著火熱愈多，使著火推遲，燃料在爐內(nèi)的有效燃燒時間減少，導致燃燒不完全。一次風量通常用一次風量占總風量的比值表示，稱為一次風率。（2）一次風速一次風速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩(wěn)定。當一次風速大于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r，就會吹滅火焰或者引起“脫火”。一次風速過低，對穩(wěn)定燃燒和防止結渣也是不利的。（3）一次風溫

第28頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三一次風溫對煤粉氣流的著火、燃燒速度影響較大。提高一次風溫，可降低著火熱，使著火位置提前，還能在低負荷運行時穩(wěn)定燃燒。提高熱風溫度是提高煤粉著火速度和著火穩(wěn)定性的必要措施之一。（4）二次風量和風速二次風量、風速、風溫和投入位置對著火穩(wěn)定性和燃盡過程起著重要作用。對于大容量鍋爐尤其要注意二次風穿透火焰的能力。二次風是在煤粉氣流著火后混入的。通常二次風速比一次風速提高一倍以上。（5）二次風溫從燃燒角度看，二次風溫愈高，愈能強化燃燒。但是二次風溫的提高受到空氣預熱器傳熱面積的限制，不但增加投資，而且將使預熱器結構龐大，不便布置。第29頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三7、擺動式燃燒器直流式煤粉燃燒器的噴口可做成固定式的，也可做成擺動式的。擺動式燃燒器的各噴口一般可同步上、下擺動20～30度，用來改變火焰中心位置的高度，調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度。便于在啟動和運行中進行燃燒調(diào)節(jié)，控制爐膛出口煙溫，避免爐膛內(nèi)受熱面結渣。擺動式燃燒器一般適用于燃燒煙煤，也可燃燒較易著火的貧煤，但不適用于燃燒難著火的無煙煤、貧煤、劣質(zhì)煙煤。第30頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三擺動式燃燒器的擺動機構第31頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三寬調(diào)節(jié)比燃燒器（WR型）第32頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三（二）旋流式燃燒器旋流式燃燒器由圓形噴口組成，燃燒器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器（簡稱旋流器）。煤粉氣流或熱空氣通過旋流器時，發(fā)生旋轉，具有切向、軸向、徑向三個方向的速度，從噴口射出后即形成旋轉射流。利用旋轉射流，能形成有利于著火的高溫煙氣回流區(qū)，并使氣流強烈混合。圖中表示煤粉氣流經(jīng)過蝸殼式旋流器后形成旋轉氣流，射出噴口后在氣流中心形成回流區(qū)，這個回流區(qū)叫內(nèi)回流區(qū)。內(nèi)回流區(qū)卷吸爐內(nèi)的高溫煙氣來加熱煤粉氣流，當煤粉氣流擁有了一定熱量并達到著火溫度后就開始著火，火焰從內(nèi)回流區(qū)的內(nèi)邊緣向外傳播。在旋轉氣流的外圍也形成回流區(qū)，叫外回流區(qū)。外回流區(qū)也卷吸高溫煙氣來加熱空氣和煤粉氣流。在著火后的煤粉氣流的外圍送入的二次風也形成旋轉氣流，故二次風與一次風的混合比較強烈，使燃燒過程連續(xù)進行，直至燃盡。第33頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第34頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三前墻旋流燃燒器及油槍第35頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第36頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第37頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三燃燒器與水冷壁組裝后第38頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三旋流燃燒器工作原理動畫第39頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第40頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三

按照旋流器的結構，旋流式燃燒器可分為①蝸殼式、②可動葉輪式、③可動葉片式三大類。旋流強度：氣流旋流強度較小時，形成封閉式火焰。氣流旋流強度較大時，形成開放式火焰。氣流旋流強度進一步增大時，形成全開放式火焰(飛邊火焰)。在封閉式旋流火焰中，在火焰根部形成回流區(qū)，這種火焰可卷吸火焰自身燃燒放出的熱量，具有一定的自穩(wěn)定著火能力，但因回流量小，不適合燃燒難燃的煤。旋流式燃燒器出口有時可能是開放式氣流，這時旋轉氣流將高溫煙氣從爐膛中卷吸進來，形成貼壁火焰，引起結渣，因此實際運行中應避免旋流強度過大而導致飛邊氣流。第41頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三旋轉火焰的特性第42頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第43頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三三、點火裝置：電火花，電弧點火，等離子點火，高能點火。四、空氣預熱器1、分類：傳熱式：管式空氣預熱器蓄熱式：回轉式空氣預熱器2、回轉式特點：1）傳熱面密度大，結構緊湊，占地面積小，在相同體積內(nèi)，回轉式可布置的受熱面面積是管式預熱器的6～8倍。；2）總重量輕；第44頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第45頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第46頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第47頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第48頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三管式空氣預熱器工作動畫第49頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三3）布置靈活方便；4）受熱面金屬溫度高，低溫腐蝕輕；5）漏風量較大，對密封結構要求較高，8%～10%；6）結構復雜，制造工藝高，運行維護檢修復雜，工作量大；有水平軸和垂直軸兩種，多用垂直軸；回轉式空氣預熱器根據(jù)轉動部件不同分為受熱面旋轉和風罩旋轉兩種。3、受熱面回轉空氣預熱器受熱面波形板裝于圓形筒體內(nèi)，圓形筒體被鋼板分隔成若干個扇形倉格，每個扇形倉格內(nèi)裝滿由金屬薄板制成的波形板組件，波形板組件稱為預熱器蓄熱板。蓄熱板一般由厚度0.5～1.25mm薄鋼板軋制成波形板和定位板，并要求板上斜波紋與氣流方向成30°夾角，以使增強氣流擾動而改善傳熱效果。第50頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第51頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第52頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第53頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第54頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第55頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三空氣預熱器原理第56頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三傳熱元件盒第57頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第58頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三空預器支撐軸承第59頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三回轉式空氣預熱器中煙氣通道一般占總受熱面積的50%，空氣通道占總面積的30%～40%，其余部分為密封區(qū)，用以防止漏風。三分倉式受熱面轉動空氣預熱器結構由三對扇形板形成的密封區(qū)將受熱面分為一次風通道，二次風通道，煙氣通道。每個密封區(qū)所占角度為15°，一次風通道所占角度35°，二次風通道為115°，煙氣通道為165°。國內(nèi)電站鍋爐多數(shù)采用受熱面旋轉式的空氣預熱器，正常運行時其轉速一般為1.17r/min，轉速變化范圍為0.25-1.23r/min。4、風罩回轉空氣預熱器第60頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第61頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第62頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三回轉式空氣預熱器結構動畫第63頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第64頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)、輔助設備一、風機常用的風機有離心式和軸流式兩種。按作用分為送風機、引風機、一次風機和排粉風機。二、除塵器（一）機械式除塵器1、干式旋風子2、濕式除塵器：離心水膜式除塵器；文丘里濕式除塵器；（二）電氣除塵器1、基本原理：氣體電離、塵粒的荷電和沉積三個階段（1）氣體的電離金屬圓管1為正極，導線2為負極導線與圓管組成非均勻電場導線附近空氣被電離的現(xiàn)象，稱為電暈。第65頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第66頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三第67頁，共80頁，2023年，2月20日，星期三起始區(qū)：電場力作用下，空氣中離子在電場中向電極運動，粒子運動速度與電場強度成正比。電流飽和區(qū)：電壓