第六章 燃燒設(shè)備和煤粉燃燒新技術(shù)new

第六章燃燒設(shè)備和煤粉燃燒新技術(shù)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)第一節(jié)鍋爐燃燒設(shè)備概述一、不同的煤燃燒方式火床爐，煤粉爐，循環(huán)流化床鍋爐二、煤粉鍋爐燃燒設(shè)備的組成爐膛+燃燒器+供風(fēng)設(shè)備+制粉設(shè)備三、煤粉燃燒器的作用與類型燃燒器輸送煤粉和一次空氣，組織煤粉氣流的著火、穩(wěn)定和低污染燃燒。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)四、爐膛的作用與類型爐膛的作用：經(jīng)濟、安全地組織和完成燃燒過程和傳熱過程。煤粉鍋爐爐型：П型爐最多，分為四角燃燒、墻式燃燒；W型火焰爐，塔式爐，旋風(fēng)爐等五、與爐內(nèi)燃燒過程相關(guān)的問題(1)受熱面積灰、結(jié)渣；(2)受熱面金屬表面的高溫腐蝕；(3)蒸發(fā)受熱面中水動力的安全性；(4)氧化氮等污染物的生成；(5)火焰在爐膛容積中的充滿程度。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)燃燒器的作用作用：將燃料和空氣送入爐膛；并組織一定的爐內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)；促使煤粉氣流穩(wěn)定著火；使煤粉和空氣強烈混合，以達到燃燒完全；減少NOx形成，實現(xiàn)清潔燃燒。分類：直流燃燒器旋流燃燒器能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)一次風(fēng)：攜帶煤粉進入燃燒器的空氣；二次風(fēng)：煤粉氣流著火后送入爐膛的空氣；三次風(fēng)：中儲倉式制粉系統(tǒng)熱風(fēng)送粉時，磨煤機干燥原煤后排出的乏氣，含有10%～15%的細小煤粉；能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)第二節(jié)直流式煤粉燃燒器一、直流式煤粉燃燒器的特性1．不旋轉(zhuǎn)，射流擴展角小，卷吸能力小，單只燃燒器的著火性能差，爐膛充滿度差；2．射流衰減慢，射程遠，后期混合好，有利于煤粉燃盡；3．采用四角布置，相互配合時，相互點燃，著火好，混合強烈；4．多層布置（不少于三層）。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)二、直流燃燒器的類型1．均等配風(fēng)一次風(fēng)噴口和二次風(fēng)噴口相間布置;相鄰兩個噴口的中心間距較小，使得一次風(fēng)和二次風(fēng)接觸早;適用于揮發(fā)分比較高的煙煤、褐煤。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)2.分級配風(fēng)一次風(fēng)噴口相對集中布置，二次風(fēng)噴口分級布置;一、二次風(fēng)噴口中心間距較大二次風(fēng)逐漸分級地和一次風(fēng)混合;適用于揮發(fā)分比較低的無煙煤、貧煤。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)(1)目的：在燃燒過程不同時期的各個階段，按需要送入適量空氣，保證煤粉既能穩(wěn)定著火、又能完全燃燒。(2)特點使著火區(qū)保持比較高的煤粉濃度，以減少著火熱；燃燒放熱比較集中，使著火區(qū)保持高溫燃燒狀態(tài)，適用于難燃煤；煤粉氣流剛性增強，不易偏斜貼墻。同時，卷吸高溫?zé)煔獾哪芰訌姟Ｄ茉磁c動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)(3)一次風(fēng)集中布置的問題著火區(qū)煤粉高度集中，可能造成著火區(qū)供氧不足，延緩燃燒進程；一次風(fēng)噴嘴附近為高溫區(qū)，噴嘴易變形，使噴嘴出口附近氣流速度分布不均，容易出現(xiàn)空氣、煤粉分層現(xiàn)象。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)三、四角布置直流燃燒器的工作原理

1、工作原理主要表現(xiàn)為幾個過程：(1)煤粉氣流卷吸高溫?zé)煔舛患訜岬倪^程；(2)射流的相互撞擊、射流兩側(cè)的補氣及壓力平衡過程；(3)煤粉氣流的著火過程；(4)煤粉與二次風(fēng)空氣的混合過程；(5)四股氣流形成的切圓旋轉(zhuǎn)過程；焦碳的燃盡過程。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)卷吸：射流由于帶動周圍介質(zhì)隨著射流一起流動，從而射流質(zhì)量逐漸增加，這個過程叫做卷吸。圖6-4直流燃燒器煙氣卷吸由于射流的“卷吸”作用，將高溫?zé)煔獾臒崃窟M入爐內(nèi)的新煤粉氣流煤粉氣流升溫當(dāng)煤粉氣流吸收足夠的熱量并達到著火溫度后，便首先從氣流的外邊緣開始著火，然后火焰迅速向氣流深層傳播，達到穩(wěn)定著火狀態(tài)。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)工作原理:

煤粉氣流在射出噴口時，雖然是直流射流，但當(dāng)四股氣流到達爐膛中心部位時，以切圓形式匯合，形成旋轉(zhuǎn)燃燒火焰，同時在爐膛內(nèi)形成一個自下而上的旋渦狀氣流。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)著火熱

把一次風(fēng)煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量叫著火熱。包括：加熱煤粉和空氣所需要的熱量；燃料中水分蒸發(fā)和過熱所需要的熱量；揮發(fā)分熱解所需要的熱量。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)四、四角切圓燃燒的氣流偏斜及切圓直徑1、氣流偏斜問題引起燃燒器出口氣流偏斜的主要原因是：（1）鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要原因。（2）射流偏斜還受射流兩側(cè)“補氣”條件的影響。（3）燃燒器的高寬比(hr/b)對射流彎曲變形影響較大。（4）當(dāng)燃燒器多層布置時，上層氣流不斷的被卷吸到下層氣流中，加上氣流受熱膨脹的影響，使氣流容積流量增大，旋渦直徑相應(yīng)增大，一般可使實際切圓直徑膨脹到假想切圓直徑的8－10倍。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)2、切圓直徑過大問題

優(yōu)點：上游鄰角火焰向下游煤粉氣流的根部靠近，煤粉的著火條件較好。這時爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)強烈，氣流擾動大，使后期燃燒階段可燃物與空氣流的混合加強，有利于煤粉的燃盡。問題：(1)火焰容易貼墻，引起結(jié)渣；(2)著火過于靠近噴口，容易燒壞噴口；(3)火焰旋轉(zhuǎn)強烈時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動量矩大，同時因為高溫火焰的粘度很大，到達爐膛出處，殘余旋轉(zhuǎn)較大，這將使?fàn)t膛出口煙溫分布不均勻程度加大，因而既容易引起較大的熱偏差，也可能導(dǎo)致過熱器結(jié)渣或超溫。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)五、一次風(fēng)與二次風(fēng)1一次風(fēng)量一次風(fēng)量應(yīng)該既能滿足煤粉中揮發(fā)分著火燃燒所需的氧量，又能滿足輸送煤粉的需要。如果同時滿足這兩個條件有矛盾，則應(yīng)首先考慮輸送煤粉的需要。一次風(fēng)量↑，使著火熱↑，著火過程愈慢。一次風(fēng)量不能太小，否則著火初期得不到足夠的氧氣，化學(xué)反應(yīng)速度減慢。一次風(fēng)量通常用一次風(fēng)量占總風(fēng)量的比值表示，稱為一次風(fēng)率。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)2

一次風(fēng)速一次風(fēng)速不但決定著火燃燒的穩(wěn)定性，而且還影響著一次風(fēng)氣流的剛度。若一次風(fēng)速↑↑，則通過單位截面氣流流量↑，煤粉氣流的加熱程度↓，→著火延遲。一次風(fēng)速過低↓↓，又容易燒壞燃燒器噴口。煤中揮發(fā)分越高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇?，相?yīng)一次風(fēng)速可提高些。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)3一次風(fēng)溫提高一次風(fēng)溫，可降低著火熱，使著火位置提前。提高熱風(fēng)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。根據(jù)煤質(zhì)揮發(fā)分含量的大小，一次風(fēng)溫既應(yīng)滿足使煤粉盡快著火，穩(wěn)定燃燒的要求，又應(yīng)保證煤粉輸送系統(tǒng)工作的安全性。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)4二次風(fēng)量和風(fēng)速

二次風(fēng)是在煤粉氣流著火后混入的。由于高溫火焰的粘度很大，二次風(fēng)必須以很高的速度才能穿透火焰，以增強空氣與焦碳粒子表面的接觸和混合，通常二次風(fēng)速比一次風(fēng)速提高一倍以上。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)5二次風(fēng)溫從燃燒角度看，二次風(fēng)溫愈高，愈能強化燃燒，并能在低負荷運行時增強著火的穩(wěn)定性。二次風(fēng)溫的提高受到空氣預(yù)熱器傳熱面積的限制，傳熱面積愈大，金屬耗量就愈多，不但增加投資，而且將使預(yù)熱器結(jié)構(gòu)龐大，不便布置。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)六、三次風(fēng)、周界風(fēng)、夾心風(fēng)1、三次風(fēng)概念：在中儲式制粉系統(tǒng)中，細粉分離器將煤粉和輸送煤粉的空分離后，形成乏氣。乏氣中帶有10%的細煤粉。這部分乏氣一般送入爐膛燃燒，形成三次風(fēng)。三次風(fēng)的特點是溫度低，水分大，煤粉細。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)三次風(fēng)對燃燒及汽溫調(diào)節(jié)的不利影響：(1)

使火焰溫度降低，燃燒不穩(wěn)定。(2)

火焰拖長，爐膛出口煙溫升高，使過熱汽溫與再熱汽溫偏高，汽溫調(diào)節(jié)幅度增大。同時增大過熱器熱偏差。(3)三次風(fēng)高速射入，使火焰殘余旋轉(zhuǎn)增大，同時飛灰可燃物增加；(4)三次風(fēng)量較大時，風(fēng)速也增大，易擾亂爐正常的空氣流動，引起火焰貼墻結(jié)渣。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)2、周界風(fēng)周界風(fēng)的作用是：(1)冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形；(2)少量熱空氣與煤粉火焰及時混合。(3)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；并能托住煤粉，防止煤粉從主氣流中分離出來而引起不完全燃燒；(4)高速周界風(fēng)有利于卷吸高溫?zé)煔?，促進著火，并加速一、二次風(fēng)的混合過程。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)3、夾心風(fēng)夾心風(fēng)的作用：(1)補充火焰中心的氧氣，同時也降低了著火區(qū)的溫度，而對一次風(fēng)射流外緣的煙氣卷吸作用沒有明顯的影響；(2)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，這對加速外緣火焰向中心的傳播是有利的；(3)夾心風(fēng)速度較大時，一次風(fēng)射流擴展角減小，煤粉氣流擴散減弱，這對于減輕和避免煤粉氣流貼壁，防止結(jié)渣有一定作用；(4)可作為變煤種、變負荷時燃燒調(diào)整的手段之一。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)七、擺動式燃燒器

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。并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(jié)渣。擺動式燃燒器運行中容易出現(xiàn)的問題是：因噴口受熱變形，使擺動機構(gòu)卡死，或擺動不靈活。擺動機構(gòu)上的傳動銷磨損或受熱太大時，容易被剪斷。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)九、直流式燃燒器布置方式能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)

第三節(jié)旋流式燃燒器一、旋流式燃燒器的工作原理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(zhuǎn)，從噴口射出后即形成旋轉(zhuǎn)射流。利用旋轉(zhuǎn)射流，能形成有利于著火的高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，并使氣流強烈混合。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)二、可動葉片雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)三、雙調(diào)風(fēng)燃燒器的燃燒過程能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)四、單只燃燒器的熱功率單只燃燒器功率過大，會帶來以下幾個問題：爐膛受熱面局部熱負荷過高，易于結(jié)渣。爐膛受熱面局部熱負荷過高，易引起水冷壁的傳熱惡化和直流鍋爐的水動力多值性。切換或啟停燃燒器對爐內(nèi)火焰燃燒的穩(wěn)定性影響較大。切換或啟停燃燒器對爐膛出口煙溫的影響較大，影響過熱器的安全性和汽溫調(diào)節(jié)。一、二次風(fēng)的氣流太厚，不利風(fēng)粉混合。燃燒調(diào)節(jié)不太靈活。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)五、旋流燃燒器布置能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)特點：不像直流燃燒器的布置講究總體的效果及相互配合，采用旋流燃燒器的爐子的燃燒主要決定于燃燒器本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)；為了保證各個燃燒器不相互干擾，相鄰反向旋轉(zhuǎn)；為了不刷墻，靠墻的應(yīng)離遠一點。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)第四節(jié)煤粉爐爐膛一、燃燒煤粉對爐膛的要求(1)

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；(2)

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(jié)渣；(3)

布置足夠的蒸發(fā)受熱面，并不發(fā)生傳熱惡化；(4)

盡可能減少污染物的生成量；(5)對煤質(zhì)和負荷變化有較寬的適應(yīng)性能以及連續(xù)運行的可靠性。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)二、評價爐膛結(jié)構(gòu)的參數(shù)1、爐膛截面熱負荷qA

A---爐膛橫截面積，m2。通常用燃燒器區(qū)域的爐膛水平斷面面積表示。B---燃煤量，kg/s。

---燃料的收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg。qA

與著火、結(jié)渣的關(guān)系qA大瘦高形易著火，但燃燒器區(qū)域易結(jié)渣、膜態(tài)沸騰qA小矮胖形不利著火，爐膛出口處易結(jié)渣能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)2、燃燒器區(qū)域的壁面熱負荷qR

a、b——爐膛深度、寬度；

HR——燃燒器區(qū)域高度，一般取上層一次風(fēng)噴口上方1.5米處和下層一次風(fēng)噴口下方1米處的距離；ζ

——圍燃帶面積修正系數(shù)；

鍋爐容量

，多層布置(4，6，8)，使局部溫度水平，NOx

qR

大集中著火無煙煤

qR

小分散不易結(jié)渣能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)

3、爐膛容積熱負荷qv

VL——爐膛容積，m3。爐膛容積熱負荷qv的意義是指在單位時間內(nèi)、單位爐膛容積內(nèi)，燃料燃燒放出的熱量。

qv

與著火、結(jié)渣的關(guān)系qv大，Vl小，爐內(nèi)溫度水平高易著火，但，煙氣流程短，出口煙溫高對流受熱面易結(jié)渣；相反，qv小，不易著火；容積過大造價高能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)三、爐膛受熱面結(jié)渣的影響因素

1、受熱面結(jié)渣的形成過程

當(dāng)熔融的灰渣接近受熱面時，若未被冷卻凝固，并與受熱面相碰，大塊渣積聚在受熱面外壁上，便形成了“結(jié)渣”現(xiàn)象。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)2、受熱面積灰或結(jié)渣的危害(1)使?fàn)t內(nèi)傳熱變差，加劇結(jié)渣過程。(2)爐膛出口的受熱面超溫。(3)水冷壁積灰、結(jié)渣較多時，多數(shù)并發(fā)高溫腐蝕。(4)使鍋爐效率降低。(5)水冷壁尤其是過熱器結(jié)渣嚴重時，大塊渣落下，可能撲滅火焰或砸壞爐底水冷壁，造成惡性事故。

能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)3、影響受熱面結(jié)渣的主要因素(1)煤灰特性和化學(xué)組成(2)爐膛溫度水平(3)火焰貼墻(4)過量空氣系數(shù)(5)煤粉細度(6)吹灰(7)燃用混煤能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)4、防止受熱面結(jié)渣的基本條件爐內(nèi)應(yīng)布置足夠的受熱面來冷卻煙氣，使煙氣貼近受熱面時，煙氣溫度降低到灰的熔點溫度以下，即保證灰渣貼近受熱面時被凝固；組織一、二次風(fēng)形成良好的氣流結(jié)構(gòu)，保證火焰不直接沖刷受熱面。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)四、爐膛負壓1、煤粉爐的正常爐膛負壓爐內(nèi)壓力比外界大氣壓力低2～6Pa(mm水柱)。主要通過引風(fēng)機擋板開度調(diào)節(jié)能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)2、爐膛負壓太大的危害(1)

爐膛負壓太大，說明引風(fēng)機抽吸力過大。此時，爐內(nèi)氣流明顯向上翹，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，引起汽溫升高或過熱器結(jié)渣。(2)

氣流上翹，火焰行程縮短，導(dǎo)致不完全燃燒。(3)

對于四角燃燒爐，由于氣流上翹，使四股氣流的相互作用變差，甚至切圓形成不好，煤粉氣流相互點燃的作用變?nèi)?，燃燒變得不穩(wěn)定。如果煤質(zhì)著火性能變差時，還可能引起滅火。(4)

漏風(fēng)增大，使煙氣體積增加，煙氣流速相應(yīng)升高。這時排煙損失增加；受熱面磨損加?。黄麥厣?；爐膛溫度降低，影響燃燒穩(wěn)定性；火焰向上運動速度增大，一部分燃料未來得及完全燃燒就被排出爐外，因而造成不完全損失增大等一系列不良影響。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)(5)

爐膛負壓急劇升高時，還可能發(fā)生爐膛內(nèi)爆事故。內(nèi)爆會造成水冷壁損壞或人身事故。內(nèi)爆產(chǎn)生的原因一是：引風(fēng)機運行不正常，靜壓頭過高或擋板運行不良；二是因滅火而切斷燃料供應(yīng)時，爐膛負壓急劇升高。因此，在切斷燃料的同時，應(yīng)適當(dāng)關(guān)小引風(fēng)機擋板，以免負壓劇增。此外，大型機組應(yīng)設(shè)置爐內(nèi)壓力報警和安全保護裝置。(6)

爐膛負壓波動時，也可能是爐內(nèi)壓力波變化造成的。此時表明燃燒處于不穩(wěn)定狀態(tài)。燃燒脈動時，負壓也隨著脈動。所以，爐膛負壓是燃燒調(diào)整和鍋爐保護的重要參數(shù)。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)(7)

爐膛負壓由負壓值極高突變正壓，此過程發(fā)生的時間極短，只有1～2秒，正壓值極高。這種情況下，極可能發(fā)生爐膛爆炸或“打炮”。對于自動化程度比較高的鍋爐，爐膛負壓超限時，控制系統(tǒng)會自動發(fā)出報警或保護動作。但當(dāng)控制系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，則必須做出準確、迅速的判斷和處理。能源與動力工程學(xué)院華北電力大學(xué)第五節(jié)煤粉氣流的著火燃燒一、影響煤粉氣流著火的因素揮發(fā)分燃料品質(zhì)水分燃料灰分發(fā)熱量煤粉細度及煤粉顆粒分布一次風(fēng)量、一次風(fēng)溫、一次風(fēng)速燃燒器二次風(fēng)速，二次風(fēng)溫，結(jié)構(gòu)配風(fēng)方式及燃燒器結(jié)構(gòu)型式單只燃燒器的熱功率