第五章煤粉燃燒理論基礎(chǔ)及燃燒設(shè)備

電廠鍋爐原理及設(shè)備12/27/2023第五章煤粉熄滅實(shí)際根底及熄滅設(shè)備第一節(jié) 熄滅的根本實(shí)際第二節(jié) 煤粉氣流的著火和熄滅第三節(jié) 煤粉熄滅器及點(diǎn)火設(shè)備第四節(jié) 煤粉爐的爐膛及其特性第五節(jié) 熄滅調(diào)整實(shí)驗(yàn)方法 12/27/2023第一節(jié) 熄滅的根本實(shí)際熄滅概念 ——燃料與氧化劑進(jìn)展的發(fā)熱與發(fā)光的高速化學(xué)反響單相〔均相〕反響多相〔異相〕熄滅12/27/2023不同形狀物質(zhì)的熄滅自然界里的一切物質(zhì)，在一定溫度和壓力下，都以一定形狀〔固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)〕存在。這三種形狀的物質(zhì)熄滅過程是不同的。固體和液體發(fā)生熄滅，需求經(jīng)過分解和蒸發(fā)，生成氣體，然后由這些氣體成分與氧化劑作用發(fā)生熄滅。氣體物質(zhì)不需求經(jīng)過蒸發(fā)，可以直接熄滅。12/27/2023一、化學(xué)反響速度化學(xué)計(jì)量方程式化學(xué)反響速度的表示1〕反響物耗費(fèi)的速度或生成物濃度添加的速度2〕單位：mol/m3·s3〕影響反響速度的要素〔1〕原始反響物的性質(zhì)〔2〕反響系統(tǒng)的條件：反響物濃度、溫度、壓力、能否有催化反響或連鎖反響12/27/20231．C對(duì)ω的影響1〕化學(xué)反響本質(zhì) ——一定條件下，不同反響物分子彼此碰撞 →單位t內(nèi)碰撞次數(shù)↑→ω↑ ┠單位V內(nèi)反響物分子數(shù)〔物質(zhì)C〕2〕ω與C的關(guān)系——質(zhì)量作用定律〔1〕均相反響 一定T下，ω與參與化學(xué)反響的各反響物 的C成正比，各反響物濃度項(xiàng)方次取相應(yīng) 的反響系數(shù)〔2〕多相熄滅 單位t內(nèi)炭粒外表上O濃度的變化——ωB3〕結(jié)論：假設(shè)T、V一定，反響物C↑→ω↑12/27/2023甲烷熄滅12/27/20232．T對(duì)ω的影響1〕反響速度常數(shù)k〔假設(shè)反響物C不隨t變化〕 Arrhenius定律2〕〔1〕假設(shè)C不變，ω與T成指數(shù)關(guān)系：T↑→ω↑〔2〕景象解釋：活化分子的碰撞才是反響的有效碰撞〔3〕T一定，E↑→ω↓3〕實(shí)踐爐內(nèi)熄滅：C、p根本不變，T↑→加速熄滅反響，縮短熄滅時(shí)間12/27/20233．p對(duì)ω的影響1〕V不變，p↑→C↑→ω↑2〕ω與p的n次方成正比： 12/27/20234．催化反響1〕催化作用：催化劑參與反響系統(tǒng)，引起ω變化2〕特點(diǎn)〔1〕催化劑可影響ω，但本身不受影響〔2〕一定條件下不能改動(dòng)平衡形狀，只能改動(dòng)到達(dá)平衡的t〔本質(zhì)是改動(dòng)E〕12/27/20235．連鎖反響1〕作用：使化學(xué)反響自動(dòng)延續(xù)加速進(jìn)展2〕機(jī)理3〕反響過程〔1〕鏈的激發(fā)構(gòu)成過程〔2〕鏈的傳送過程〔3〕鏈的斷裂過程4〕不分支連鎖反響 分支連鎖反響12/27/2023二、氧的分散速度1．炭粒的熄滅：炭粒在外表與O進(jìn)展2．O的分散速度：ωks=αks〔C0－CB〕1〕〔C0－CB〕——供應(yīng)熄滅足夠空氣量2〕d↓→外表積↑→與O的反響面積↑→O耗費(fèi)↑→CB↓→〔C0－CB〕↑→ωks↑——減小d3〕氣流與炭粒的相對(duì)速度↑→擾動(dòng)↑→O向炭粒外表的供應(yīng)速度↑，熄滅產(chǎn)物分開外表的速度↑→ωks↑12/27/2023三、熄滅速度與熄滅區(qū)域1．炭粒的多相熄滅反響2．炭粒熄滅速度ωks：?jiǎn)挝煌獗砩系膶?shí)踐反響速度3．穩(wěn)定熄滅：ωB=ωks=ωr4．熄滅過程反響區(qū)域12/27/20231．炭粒的多相熄滅反響1〕參與熄滅的O從周圍環(huán)境分散到炭粒的反響外表2〕氧氣被炭粒外表吸附〔最快〕3〕在炭粒外表進(jìn)展熄滅化學(xué)反響4〕熄滅產(chǎn)物由炭粒解吸附〔最快〕5〕熄滅產(chǎn)物分開炭粒外表，分散到周圍環(huán)境中〔較快〕12/27/20234．熄滅過程反響區(qū)域1〕動(dòng)力熄滅區(qū)〔T<1000℃〕取決于T和燃料反響特性 →提高T以強(qiáng)化動(dòng)力熄滅工況2〕分散熄滅區(qū)〔T>1400℃〕 →改善分散混合條件，相對(duì)速度↑或d↓3〕過渡熄滅區(qū)〔1000℃<T<1400℃〕 →提高T，改善分散混合，強(qiáng)化分散煤粉鍋爐〔1〕粗煤粉：爐膛高溫區(qū)，接近分散熄滅〔2〕其他煤粉：爐膛熄滅中心外，都為過渡、動(dòng)力區(qū)層燃爐：分散區(qū)→強(qiáng)化熄滅→強(qiáng)迫通風(fēng)12/27/2023第二節(jié) 煤粉氣流的著火和熄滅一、煤粉的熄滅過程二、熄滅過程著火和熄火的熱力條件三、煤粉氣流的著火四、熄滅完全的條件12/27/2023一、煤粉的熄滅過程 1．煤粉熄滅的三個(gè)階段1〕著火前的預(yù)備階段〔吸熱〕 煤粉氣流被煙氣加熱→T↑→M蒸發(fā)→枯燥煤粉熱分解，析出V〔煤的特性、加熱T和速度〕→V著火熄滅→放出的熱量加熱炭粒→炭粒溫度↑→到達(dá)一定T并有O接觸→炭粒著火熄滅2〕熄滅階段〔放熱〕 煤粉顆粒部分著火熄滅 →熄滅分散到整個(gè)外表3〕燃盡階段 炭粒變小，外表構(gòu)成灰殼， 少量未燃盡炭繼續(xù)熄滅12/27/202312/27/2023一、煤粉的熄滅過程 2．炭粒的熄滅1〕煤粉熄滅的關(guān)鍵〔1〕可燃質(zhì)的主要部分〔2〕熄滅過程最長(zhǎng)〔3〕放熱量份額大2〕熄滅機(jī)理 一次反響 二次反響3〕不同T下炭粒熄滅過程〔1〕T<1200℃〔2〕T>1200℃4〕影響炭粒熄滅的要素 T、能否等溫、炭粒的幾何外形和構(gòu)造、炭粒周圍氣流性質(zhì)12/27/2023二、熄滅過程著火和熄火的熱力條件1．著火和Tzh1〕緩慢氧化形狀→高速熄滅形狀的瞬間——著火2〕轉(zhuǎn)變瞬間的T——Tzh2．熄滅過程中的放熱和吸熱1〕熄滅室內(nèi)煤粉空氣混合物熄滅的放熱量Q12〕熄滅過程中向周圍介質(zhì)的散熱量Q23．Q1-T、Q2-T變化曲線及分析4．加快著火的方法1〕加強(qiáng)放熱：散熱條件不變，C↑、p↑、T0↑2〕減少散熱：放熱條件不變，T0↑，氣流速度↑、熄滅室保溫12/27/202312/27/2023三、煤粉氣流的著火1．著火過程2．煤粉熄滅特點(diǎn)之一：較難著火3．理想的煤粉氣流著火——熄滅器噴口不遠(yuǎn)處4．著熾熱Qzh：包括加熱煤粉及空氣〔一次風(fēng)〕，并使煤粉中M加熱、蒸發(fā)、過熱所需熱量5．影響煤粉氣流著火的主要要素6．結(jié)論12/27/20231．著火過程煤粉空氣混合物→熄滅器→噴入爐膛→卷吸高溫?zé)煔狻餐牧鞣稚?、回流?高溫火焰輻射→被迅速加熱→熱量到達(dá)一定T→著火12/27/20233．理想的煤粉氣流著火1〕著火過早→熄滅器噴口燒壞、附近結(jié)渣2〕著火太遲→推遲整個(gè)熄滅過程→q4↑ →火焰中心上移→爐膛出口受熱面結(jié)渣12/27/20235．影響煤粉氣流著火的主要要素1〕燃料性質(zhì)：Vdaf、M、A、R902〕一次風(fēng)溫3〕一次風(fēng)量〔r1zj〕〔1〕大→Qzh↑→著火推遲〔2〕過小→缺O(jiān)→限制熄滅過程的開展〔3〕需滿足輸粉要求〔煤粉堵塞〕4〕一次風(fēng)速〔適宜風(fēng)速選取〕〔1〕過高→流量↑→煤粉氣流加熱速度↓〔2〕過低→熄滅器噴口燒壞，煤粉管道堵塞5〕爐內(nèi)散熱條件——敷設(shè)衛(wèi)燃帶〔留意結(jié)渣〕6〕熄滅器構(gòu)造特性〔1〕一、二次風(fēng)混合〔2〕尺寸7〕鍋爐負(fù)荷——著火穩(wěn)定性條件限制了調(diào)理范圍12/27/20236．結(jié)論1〕穩(wěn)定著火過程的首要條件：組織劇烈的煤粉氣流與高溫?zé)煔獾幕旌稀?yīng)足夠Qzh2〕減小Qzh的有效措施：提高一次風(fēng)溫、適宜的一次風(fēng)量和風(fēng)速3〕難燃煤穩(wěn)定著火常用方法：較細(xì)較均勻煤粉，敷設(shè)衛(wèi)燃帶12/27/2023四、熄滅完全的條件1．熄滅效率：ηr=100－〔q3+q4〕%2．完全熄滅的原那么性條件1〕供應(yīng)充足而又適宜的空氣量αl〞——必要條件2〕適當(dāng)高的爐溫3〕空氣和煤粉的良好擾動(dòng)和混合4〕足夠的爐內(nèi)停留時(shí)間12/27/2023第三節(jié) 煤粉熄滅器及點(diǎn)火設(shè)備煤粉爐熄滅設(shè)備煤粉熄滅器〔噴燃器〕點(diǎn)火安裝爐膛熄滅器作用將一、二次風(fēng)送入爐膛，組織氣流構(gòu)造，迅速穩(wěn)定著火及時(shí)供應(yīng)空氣，風(fēng)粉充分混合，迅速完全熄滅12/27/2023第三節(jié) 煤粉熄滅器及點(diǎn)火設(shè)備熄滅器要求〔1〕空氣動(dòng)力場(chǎng)，著火，風(fēng)粉混合→熄滅穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性〔2〕燃料順應(yīng)性，調(diào)理性，調(diào)理范圍→順應(yīng)煤種和負(fù)荷變化的需求〔3〕控制NOx生成→維護(hù)環(huán)境〔4〕運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，便于維修〔5〕易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程或自動(dòng)控制型式〔按出口氣流特征〕直流熄滅器：直流射流〔組〕旋流熄滅器：旋轉(zhuǎn)〔+直流〕射流〔組〕12/27/2023一、旋流煤粉熄滅器1.旋轉(zhuǎn)射流的特性〔1〕內(nèi)回流區(qū)：反向氣流 卷吸周圍介質(zhì) +射流外邊境〔2〕旋轉(zhuǎn)效應(yīng)衰減快：一樣初始動(dòng)量下，射程比直流短〔3〕擴(kuò)展角大：隨旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度增大而增大12/27/2023旋轉(zhuǎn)射流流動(dòng)形狀封鎖氣流：弱旋轉(zhuǎn)開放氣流：內(nèi)回流區(qū)全分散氣流：飛邊→火焰貼墻→爐墻、水冷壁結(jié)渣12/27/20232.旋流煤粉熄滅器的型式12/27/2023〔1〕單蝸殼型旋流煤粉熄滅器優(yōu)點(diǎn)：一次風(fēng)阻力小，射程遠(yuǎn)，后期擾動(dòng)好 煤種順應(yīng)性好，可燃用低V貧煤缺陷：易燒壞、結(jié)渣12/27/2023燒毀的熄滅器12/27/2023燒毀的熄滅器12/27/2023〔2〕雙蝸殼旋流煤粉熄滅器優(yōu)點(diǎn)：出口氣流前期混合劇烈，可燃用煙煤、褐煤和貧煤缺陷：燃料適用范圍不廣 一次風(fēng)阻力大，不宜直吹式制粉系統(tǒng) 氣流速度、煤粉濃度分布不均12/27/2023〔3〕軸向葉片型旋流煤粉熄滅器特點(diǎn) 1〕調(diào)理性能較好 2〕中心回流區(qū)較小、較長(zhǎng) 3〕適宜燃用高V煙煤、褐煤12/27/2023〔4〕切向葉片式旋流煤粉熄滅器12/27/2023〔5〕雙調(diào)風(fēng)低NOx煤粉熄滅器優(yōu)點(diǎn)：空氣分級(jí)送入、熄滅調(diào)理靈敏、有利穩(wěn)定熄滅、煤質(zhì)順應(yīng)范圍寬、可防止結(jié)渣或腐蝕12/27/2023導(dǎo)流葉片鼓風(fēng)式旋流分散熄滅器12/27/2023二、直流煤粉熄滅器1.直流射流的特性〔1〕直流湍流自在射流： 初始段 根本段〔2〕射程：長(zhǎng)〔與噴口尺寸、射流初速有關(guān)〕→衰減慢，貫穿才干強(qiáng)→后期混合好〔3〕卷吸煙氣才干：高/寬↑→卷吸力↑→速度衰減↑→射程↓〔4〕射流剛性：高/寬↓→剛性↑→不易偏轉(zhuǎn)，吸引剛性小的射流12/27/20232.直流煤粉熄滅器的型式構(gòu)造：狹長(zhǎng)形，由一組噴口〔圓形、矩形或多邊形〕組成流動(dòng)介質(zhì)：一次風(fēng)煤粉氣流、二次風(fēng)、乏氣〔中間儲(chǔ)倉式，熱風(fēng)送粉〕直流射流方向：程度、傾斜一定角度〔向上、向下〕12/27/2023〔1〕均等配風(fēng)直流煤粉熄滅器一、二次風(fēng)噴口相間布置適宜燃用煙煤、褐煤12/27/2023〔2〕分級(jí)配風(fēng)直流煤粉熄滅器把二次風(fēng)分級(jí)分階段送入熄滅的煤粉氣流中適宜燃用無煙煤、貧煤、劣質(zhì)煙煤12/27/2023〔2〕分級(jí)配風(fēng)直流煤粉熄滅器設(shè)計(jì)和布置上的特點(diǎn) 1〕噴口呈狹長(zhǎng)形：高/寬↑→著火周界↑→卷吸才干↑→利于煤粉氣流著火 2〕噴口集中布置：著火區(qū)煤粉濃度↑，放熱集中→火焰中心T↑→利于煤粉 迅速穩(wěn)定著火 →一次風(fēng)射流剛性、貫穿才干↑→火焰偏斜↓，風(fēng)粉后期混合↑ 3〕一、二次風(fēng)噴口間距加大：一、二次風(fēng)混合推遲，利于著火 4〕二次風(fēng)分級(jí)布置：利于前期著火和后期熄滅 5〕周界風(fēng)、夾心風(fēng)：風(fēng)速↑→氣流剛性↑→防止氣流偏斜和熄滅器燒壞 影響著火穩(wěn)定 6〕三次風(fēng)：布置在熄滅器上方，有下傾角，風(fēng)速高12/27/2023鍋爐內(nèi)部#1/#2熄滅器及水冷壁布置12/27/2023〔3〕幾種改良的直流煤粉熄滅器寬調(diào)理比熄滅器PM熄滅器12/27/2023三、點(diǎn)火安裝1.作用〔1〕點(diǎn)燃主熄滅器煤粉氣流〔2〕穩(wěn)定著火、熄滅〔3〕輔助熄滅2.點(diǎn)火方式〔1〕三級(jí)點(diǎn)火：氣體燃料—霧化燃料油—煤粉氣流〔2〕二級(jí)點(diǎn)火：燃料油—煤粉氣流3.點(diǎn)火器12/27/2023電火花點(diǎn)火器12/27/2023電弧點(diǎn)火器12/27/2023高能點(diǎn)火器12/27/2023等離子煤粉熄滅器12/27/2023等離子點(diǎn)火系統(tǒng)組成12/27/2023等離子熄滅器12/27/2023第四節(jié) 煤粉爐的爐膛及其特性一、煤粉鍋爐的爐膛1.爐膛構(gòu)造需滿足的要求〔1〕空間足夠，外形合理〔2〕爐內(nèi)溫度場(chǎng)和空氣動(dòng)力特性良好〔3〕布置足夠輻射受熱面，爐膛出口煙溫合理2.影響爐膛外形、尺寸的要素 燃料種類、熄滅方式、熄滅器布置、火焰外形和行程3.爐膛程度橫截面選取〔1〕直流熄滅器：正方形或接近正方形的矩形〔2〕旋流熄滅器：長(zhǎng)方形4.爐膛寬度的選取〔1〕順應(yīng)過熱器和尾部受熱面布置的需求〔2〕與汽包長(zhǎng)度相匹配12/27/2023二、熄滅器的布置及爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性1.旋流熄滅器〔1〕布置要求 a.各熄滅器火焰自在開展，相鄰射流不相互關(guān)擾 b.堅(jiān)持適當(dāng)間隔：熄滅器間、與臨近爐墻間、與冷灰斗上緣間 c.相鄰氣流旋轉(zhuǎn)方向相反12/27/2023二、熄滅器的布置及爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性1.旋流熄滅器〔2〕前墻布置 a.優(yōu)點(diǎn)：煤粉管道短，煤粉分配均勻，爐膛寬度方向煙溫偏向小 b.缺陷：火焰擾動(dòng)弱，后期混合差，死滯漩渦區(qū)大，火焰充溢程度差，易結(jié)渣12/27/2023二、熄滅器的布置及爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性1.旋流熄滅器〔3〕兩面墻布置 a.優(yōu)點(diǎn)：死滯漩渦區(qū)減少，火焰充溢混合程度好 b.缺陷：風(fēng)、粉管道布置復(fù)雜，爐膛寬度