旋流式燃燒器的工作原理

1、燃燒器的作用燃燒器是煤粉爐燃燒設(shè)備的主要組成部分，它的作用是把煤粉和燃燒所需的空氣送入爐膛，合理地組織煤粉氣流，并良好地混合，促使燃料迅速而穩(wěn)定地著火和燃燒。 一個良好的燃燒器應(yīng)具備的確良基本條件是：（1）一二次風出口截面應(yīng)保證適當?shù)囊欢物L風速比；（2）出口氣流有足夠的擾動性，使氣流能很好地混合；（3）煤粉氣流的擴散角，能在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，以適應(yīng)煤種變化的需要；（4）沿出口截面煤粉的分布應(yīng)均勻；（5）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，通風阻力應(yīng)小。旋流式燃燒器、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

2、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煙氣回流區(qū)，并使氣流強烈混合。圖4-19 旋轉(zhuǎn)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。與此同時，在旋轉(zhuǎn)氣流的外圍也形成回流區(qū)，這個回流區(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。由于二次風也形成旋轉(zhuǎn)氣流，二次風與一次風的混合比較強烈，使燃燒過程連續(xù)進行，不斷發(fā)展，直至燃盡。、旋流式燃燒器的類型按照旋流器的結(jié)構(gòu)，旋流式燃燒器可分為蝸殼式、軸向葉片式、切向葉片式三大類，常用的有以下幾種

3、： 單蝸殼式 蝸殼式 雙蝸殼式 三蝸殼式 旋流式燃燒器 軸向葉輪式 單調(diào)風 切向葉片式 雙調(diào)風、雙調(diào)風旋流式燃燒器圖4-20 雙調(diào)風旋流燃燒器雙調(diào)風旋流式燃燒器是在單調(diào)風燃燒器的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。雙調(diào)風式燃燒器是把燃燒器的二次風通道分為兩部分，一部分二次風進入燃燒器的內(nèi)環(huán)形通道，另一部分二次風進入燃燒器的外環(huán)形通道。在內(nèi)環(huán)形通道中裝有旋流葉片，旋流葉片是可動的，通過傳動裝置可使葉片同步轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)葉片的旋轉(zhuǎn)角度，能改變二次風的旋流強度，使燃燒保持穩(wěn)定。外二次風量是由二次風道中的可動葉片控制的。通過傳動裝置可以改變?nèi)~片的開度。當葉片全開時，外二次風量達到最大，這時外而次風大致是直流射流。在外二次風

4、的影響下，從燃燒器射出的整個射流的旋轉(zhuǎn)強度減弱，氣流拉長，內(nèi)回流區(qū)變小。當葉片逐漸關(guān)閉時，外二次風量逐漸減小，使整個射流的旋流強度增大，氣流縮短，內(nèi)回流區(qū)逐漸變大。雙調(diào)風燃燒器把二次風先后兩批送入爐膛，這種配風方式稱為分級配風。由于空氣的分級送入，使煤粉和空氣的混合變得緩慢，便于進行燃燒調(diào)節(jié)。雙調(diào)風燃燒器的主要優(yōu)點是由于空氣的分級送入，實踐證明，采用雙調(diào)風燃燒器既能有效地控制溫度型NOx；又能限制燃料型NOx。此外燃燒調(diào)節(jié)靈活，有利于穩(wěn)定燃燒，對煤質(zhì)有較寬的適應(yīng)范圍。4、旋流式燃燒器的布置與供風方式大容量鍋爐布置有幾十只旋流式燃燒器，雖然單個的燃燒器形成的火焰可獨立燃燒，但各個旋轉(zhuǎn)氣流之間仍有

5、相互作用，對燃燒有一定的影響作用。當兩個燃燒器旋轉(zhuǎn)方向相反時，兩個燃燒器之間的切向速度升高，火焰向上。當兩個燃燒器旋轉(zhuǎn)方向相同時，燃燒器之間時切向速度減小，火焰向下。這樣就影響火焰中心位置和燃燒效率，進而影響到過熱器的汽溫特性及汽溫調(diào)節(jié)。大容量鍋爐上，旋流式燃燒器通常布置在爐膛的前、后墻上，有的采用大風箱供風，有的采用分隔風箱供風。采用大風箱供風時，風道系統(tǒng)簡單，但單個燃燒器的調(diào)節(jié)性能比較差。近年來，為了提高鍋爐的安全性和經(jīng)濟性，趨向于采用小功率燃燒器。因為單只燃燒器功率過大，會帶來以下問題：（1）爐膛受熱面局部熱負荷過高，易于結(jié)渣。（2）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

6、鍋爐的水動力多值性。（3）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。（4）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)。（5） 一、二次風的氣流太厚，不利風粉混合。（6） 燃燒調(diào)節(jié)不太靈活。這樣，單只燃燒器的功率不能太大，因而燃燒器的數(shù)量不能太少。當采用大風箱送風時，不能準確調(diào)節(jié)各個燃燒器的風煤比，也不利于控制NOx。因此趨向于采用分隔風箱配風。即風箱被分隔成很多小風室，每個小風室又有獨立的風量調(diào)節(jié)擋板，給燃燒調(diào)節(jié)帶來靈活、便利的條件。、旋轉(zhuǎn)氣流的特性與直流射流相比，旋轉(zhuǎn)氣流同時具有向前運動的軸向速度和沿圓周運動的切向速度，這就使氣流在流動方向上，沿軸向與切向的

7、擾動能力增強，因而氣流衰減速度比較快，射程短。旋轉(zhuǎn)氣流的主要特性表現(xiàn)為旋流強度。燃燒器出口氣流的旋流強度取決于燃燒器中旋流燃燒器的結(jié)構(gòu)；取決于從噴口射出的旋流風與直流風的動量比；此外還與燃燒器的阻力和煙氣的粘度等因素有關(guān)。圖4-21 封閉氣流在封閉式旋流火焰中，在火焰根部卷吸高溫煙氣，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(zhuǎn)氣流將高溫煙氣從爐膛中卷吸進來，因而其著火穩(wěn)定性主要依賴于爐內(nèi)煙氣溫度。圖4-22開放氣流 飛邊氣流形成貼壁火焰，引起結(jié)渣。因次實際運行中應(yīng)避免旋流強度過大而

8、導致飛邊氣流的出現(xiàn)。旋流強度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)煤質(zhì)著火性能和鍋爐負荷，調(diào)節(jié)氣流的旋流強度，可獲得良好的燃燒狀態(tài)。由于旋流式燃燒器所形成的火焰是單個獨立可調(diào)的，因而調(diào)節(jié)的靈活性比較大，容易維持穩(wěn)定燃燒。調(diào)節(jié)氣流的旋流強度時，回流區(qū)大小相應(yīng)變化，高溫煙氣的回流量也隨著發(fā)生變化。因為內(nèi)回流區(qū)的大小和回流量在穩(wěn)定著火燃燒方面作用很大，所以對于不同的煤質(zhì)應(yīng)具有不同的旋流強度。例如，煙煤容易著火，只需要較小的回流區(qū)和回流量，就能穩(wěn)定著火和燃燒。而無煙煤著火困難，需要有較大的中心回流區(qū)和回流量，但不希望形成飛邊氣流。除了回流區(qū)大小和回流量外，回流區(qū)長度對著火也有一定影響，因為比較長的回流區(qū)能使氣流延伸到溫度更高

9、的煙氣深層，因而直接關(guān)系到回流煙氣的溫度水平。提高旋流強度，既能強化內(nèi)回流區(qū)的作用，又能強化空氣與可燃物的混合，以及高溫煙氣與煤粉、空氣的混合。隨著旋流增強，內(nèi)回流區(qū)變得更寬更強，但同時也會帶來一些問題。即一次風與二次風以及內(nèi)回流與外回流的過早強烈混合，會降低一次風中煤粉的濃度和火焰溫度，這對著火的穩(wěn)定性又是不利的。因此，提高旋流強度給穩(wěn)定著火造成兩個相互對立和相互矛盾的條件。增強內(nèi)回流對著火造成的有利條件從某一點開始，又被太強的過早混合破壞了。為了解決這一矛盾，可通過運行調(diào)節(jié)或試驗確定出適應(yīng)燃燒不同煤質(zhì)的最佳旋流強度和相應(yīng)的混合強度以及混合點位置。燃燒器的組成采用前后墻對沖燃燒方式，燃燒器布

10、置圖見圖10。若干只（數(shù)量見附表）低NOx燃燒器分前墻三層，后墻二層布置在爐膛前后墻上，使沿爐膛寬度方向熱負荷及煙氣溫度分布更均勻。 燃燒器上部布置有燃盡風(OFA)風口，若干只（數(shù)量見附表）燃盡風風口分別布置在前后墻上。 在低 NOx 燃燒器中，燃燒的空氣被分為四股，它們是：直流一次風、旋流內(nèi)二次風、旋流外二次風和中心風。燃燒器示意圖見圖?！疽淮物L】一次風由一次風機提供。一次風管內(nèi)靠近爐膛端部布置有一個煤粉濃縮器。 【內(nèi)二次風、外二次風】燃燒器風箱為每個燃燒器提供內(nèi)二次風和外二次風。 【燃盡風(OFA)】燃盡風風口包含兩股獨立的氣流：中央部位為非旋轉(zhuǎn)的氣流，它直接穿透進入爐膛中心；外圈氣流是

11、旋轉(zhuǎn)氣流，用于和靠近爐膛水冷壁的上升煙氣進行混合。 大風箱 燃燒器區(qū)域設(shè)有大風箱，大風箱被分隔成多層風室，每層燃燒器一個風室。大風箱對稱布置于前后墻，設(shè)計入口風速較低，風箱內(nèi)風量的分配取決于燃燒器自身結(jié)構(gòu)特點及其風門開度，保證燃燒器在相同狀態(tài)下自然得到相同風量，利于燃燒器的配風均勻。 燃燒器每層風室的入口處均設(shè)有風門擋板，所有風門擋板均配有執(zhí)行器，可程控調(diào)節(jié)。執(zhí)行器上配有位置反饋裝置，且具有故障自鎖保位功能。大風箱和燃燒器的載荷通過風箱的桁架，傳遞給支撐梁；支撐梁的一端與垂直搭接板相連，另一端與固定在鋼結(jié)構(gòu)上的恒力彈簧吊架相連。大風箱示意圖見圖 13。這樣，大風箱和燃燒器的大部分載荷不由螺旋水

12、冷壁支撐，避免了對螺旋水冷壁造成損壞。油燃燒器及其點火器： 除前墻最下層采用等離子點火外，其它每只燃燒器裝有 1 支點火油槍用于點火。每只點火油槍配有自身的高能點火器。高能點火器、油槍及其各自的推進器設(shè)計成組合一體型式，結(jié)構(gòu)緊湊，并且能夠完全滿足程控點火的要求。運行注意事項1、在燃燒器一次風彎頭前設(shè)置有冷卻空氣閥系統(tǒng)，其主要設(shè)備為帶執(zhí)行器的關(guān)斷閥和逆止閥。運行基本要求為：1） 在啟動油槍投運時（閥開啟），提供燃燒初期的空氣；2）燃燒器停用時（閥開啟），提供冷卻空氣冷卻燃燒器一次風管；3）燃煤時，關(guān)斷閥關(guān)閉。2、在啟動油槍投運過程中，不允許油煤同軸燃燒運行方式，即同一燃燒器不能同時投啟動油槍和煤

13、粉。3、在燃燒器投運時，必須開啟燃燒器本體密封風及冷卻風管路上的有關(guān)閥門，以防止燃燒器出現(xiàn)燒損。4、在燃燒器投運時，必須保證一次風速不能過高或過低。5、燃燒器停運時，應(yīng)該將大風箱入口擋板置于冷卻位，同時將燃燒器旋流外二次風執(zhí)行器置于冷卻位（即通常所謂的關(guān)位）。6、燃燒器油槍需每隔一段時間進行動作試驗，發(fā)現(xiàn)卡塞或動作不靈活需及時處理，以保證需要時能立即投用。7、燃燒器油槍、窺視孔等吹掃管路需定時吹掃，以防積灰。燃燒器運行調(diào)整1） 當鍋爐負荷達到30%40%BMCR 范圍后，應(yīng)注意使風量與燃料量相匹配，繼續(xù)升負荷時應(yīng)先增風量后增燃料。降負荷時先減燃料量，后減風量。2） 當鍋爐負荷處在最低不投油穩(wěn)燃負荷以下時，應(yīng)有油槍助燃；當鍋爐負荷在最低不投油穩(wěn)燃負荷以上時，可