鍋爐燃燒原理及燃燒設備

1、第四章 燃燒原理及燃燒設備4.1 燃料燃燒的基本概念 4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點4.3 煤粉爐4.4 煤氣燃燒原理 返 回 4.5 重油燃燒原理 4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術4.1 燃料燃燒的基本概念 第四章鍋爐燃燒是個復雜的化學物理過程，其影響因素很多。 一、燃燒設備的分類 1.層燃爐固體燃料被層鋪在爐排上進行層狀燃燒的爐子， 如：手燒爐、鏈條爐、拋煤機爐等； 2.室燃爐燃料呈霧狀細顆粒隨空氣噴入爐內(nèi)呈懸浮狀燃燒 的爐子，如：煤粉爐、油爐、氣爐等； 3.沸騰爐燃料被氣流托起攜帶呈上下翻滾沸騰狀燃燒的爐 如：流化床、鼓泡床、循環(huán)流化床、增壓流化床等； 二、固體燃料的燃

2、燒過程 1. 燃料燃燒的幾個階段：4.1 燃料燃燒的基本概念 著火前的熱力準備階段； 揮發(fā)份著火與焦炭的燃燒階段； 灰渣形成及燃盡階段。 二、固體燃料的燃燒過程 1. 燃料燃燒的幾個階段：2. 燃料完全燃燒的必備條件 保持一定的高溫環(huán)境； 供給足夠而適度的空氣量，并確保燃料與空氣有良好 的接觸和充分混合的氛圍； 燃料要有一定的燃燒時間及燃燒空間； 及時排出低溫燃燒產(chǎn)物（如：低溫煙氣和灰渣）。 第四章4.1 燃料燃燒的基本概念 三、燃料的燃燒反應速度鍋爐燃燒過程是個復雜的化學物理過程，燃燒速度取決于化學條件和物理條件。反應速度單位時間內(nèi)、單位體積中反應物消耗或產(chǎn)物生成的摩爾數(shù)，mol/(m3s)

3、。燃燒技術中常采用爐膛容積熱強度qv和面積熱強度qf 來表征燃燒反應速度。 1. 化學條件：燃料氧化反應的化學反應速度，其影響因素有：溫度、反應物質的濃度及反應空間的壓力等；在鍋爐燃燒技術中，其影響因素主要是溫度。 2.物理條件：燃燒空氣與燃料的相對速度，氣流擴散速度及熱量傳遞速度等；在鍋爐燃燒技術中，起主要作用的是氣流擴散速度，包括氧氣向碳粒表面的擴散和燃燒產(chǎn)物的反向擴散。 單相反應；多相反應（異相反應） 對單相反應， 反應速度為： 第四章4.1 燃料燃燒的基本概念 影響反應速度的因素： 反應物質（燃料）的特性，E降低，反應速度提高； 溫度，溫度提高，分子平均動能增加，碰撞機會增加。 濃度：

4、提高，碰撞機會增加 壓力：提高，單位體積分子數(shù)增加，碰撞機會增加 l其中溫度是最重要的燃燒反應影響因素， 1. 溫度對燃燒速度的影響遵循阿累尼烏斯定律： 式中：K表征化學反應速度的常數(shù)； K0頻率因子； R通用氣體常數(shù)， R8.314kJ/(mol.K)； E化學反應活化能， T絕對溫度，K。第四章4.1 燃料燃燒的基本概念 2. 氣流擴散能力對燃燒速度的影響氣流擴散能力決定于氧氣濃度，遵循如下關系式： M表征氣流擴散速度的量； Dk擴散速度常數(shù)，主要取決于氣流速度；Cql，Cjt、氣流和焦炭表面的氧氣濃度。溫度和氣流擴散速度在燃料燃燒不同區(qū)段有著不同的影響。由此燃料的燃燒過程可以分成三種不同

5、的燃燒區(qū)域： 燃燒速度取決于溫度亦即取決于化學反應速度的工況，動力燃燒工況所在的燃燒區(qū)域為動力燃燒區(qū) 動力燃燒區(qū)：擴散燃燒區(qū)：過渡燃燒區(qū)：燃燒速度取決于氣流的擴散速度的工況，擴散燃燒工況所在的燃燒區(qū)域為擴散燃燒區(qū) 動力燃燒區(qū)及擴散燃燒區(qū)之間的區(qū)域為過度燃燒區(qū) 第四章4.1 燃料燃燒的基本概念 層燃爐燃燒d1525mm的煤塊時，溫度只需達到10001100左右，燃燒即處于擴散燃燒區(qū)，在保證火床穩(wěn)定的情況下，必須加強送風，提高空氣與焦炭顆粒之間的相對速度即可。煤粉爐，由于煤粉顆粒很小(d100m)，溫度達到1700以上，燃燒才能進入擴散燃燒區(qū)。只有在燃燒中心區(qū)的粗顆粒煤粉才能處于擴散燃燒區(qū)，在燃燒

6、中心以外，特別是在爐膛出口處，煤粉均處于過度燃燒區(qū)甚至動力燃燒區(qū)中燃燒。所以，強化燃燒必須同時提高爐膛溫度和加強燃料與空氣的混合。第四章4.1 燃料燃燒的基本概念 四、著火1. 鏈式著火：是由于燃燒鏈鎖反應的分支，使活化中心濃度迅速增加，導致反應速度急劇加速2. 熱力著火：是指由于系統(tǒng)內(nèi)熱量積聚，引起化學反應速度按阿累尼烏斯指數(shù)函數(shù)關系迅速猛增。在實際燃燒過程中，不可能有單純的支鏈著火或熱力著火，往往是兩種同時存在，并相互促進。一般說來，在高溫下，熱力著火是引起著火的主要因素；而在低溫時，支鏈著火則起主導作用。五、混合 擴散 ; 自由射流 ; 平行射流 ; 相交射流 ; 旋轉射流 ;一次風和二

7、次風 第四章4.1 燃料燃燒的基本概念 六、燃燒設備特性的主要參數(shù) 1. 層燃爐 爐排面積可見熱強度：單位面積的爐排，在單位時間內(nèi)所燃燒 的煤的放熱量 爐膛容積可見熱強度：單位面積的爐膛，在單位時間內(nèi)所燃燒的煤的放熱量 kw/m2 kw/m2 2. 室燃爐爐膛截面可見熱強度： kw/m2 爐膛容積可見熱強度： kw/m2 第四章4.1 燃料燃燒的基本概念 3. 爐膛設計步驟 （1）根據(jù)給定參數(shù)（D、T、P和燃料種類），估計燃料消耗量 （2）查表選取qv, qR （3）利用公式計算爐排面R和爐膛體積V （4）根據(jù)爐排面積，設具體情況選定爐子寬度和深度 （5） 確定爐膛高度 （6）對室燃爐相應計算

8、 第四章4.2 手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 一、手燒爐：加煤、撥火和除渣由人工完成 ( 1t/h)二、手燒爐燃燒特性1、雙面引火2、周期性變化爐排長度不超過2.2m,一般為鑄鐵條狀爐排 20%40% 大塊高揮發(fā)分的煙煤褐煤板狀爐排 8%12% 低揮發(fā)分、低灰熔點的煤看 、勤、快、少、勻三、雙層爐排結構第四章三、雙層爐排結構四、機械爐排結構4.2 手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 一、鏈條爐1鏈條爐的構造 爐排重力煤斗運動爐排的有效長度冷卻煤閘門送風除渣板（老鷹鐵）升降控制渣斗燃燒1）鏈條爐排有效長度：煤閘門到除渣板的爐排長度，實際參與燃燒的爐排有效面積的深度。2）防焦箱：

9、縱向安裝在爐膛兩側，一般嵌入爐墻，一般貼近運動著的爐排，主要作用有： 保護爐墻 防止側墻粘渣結瘤，確保爐排上煤的橫向均布 第四章4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 2. 鏈條爐排結構1）爐排通風截面比：爐排通風孔隙總截面積與爐排有效 面積的百分比。2）結構型式 鱗片式：p58 鏈 帶式：p593. 鏈條爐燃燒層結構及其特性 (1) 煤在鏈條爐排層面上，燃料燃燒層的各個燃燒階段分界面與爐排面有一定的傾斜角。 (2) 煤在排層面上的燃燒過程分四個燃燒區(qū)段： 新煤預熱、干燥區(qū)(距煤閘門200300mm范圍內(nèi))； 揮發(fā)份逸出著火、焦炭形成區(qū)； 第四章4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃

10、燒特點 焦炭燃燒區(qū)：a焦炭氧化燃燒區(qū)；b焦炭燃燒還原區(qū)；灰渣形成、余燃、冷卻區(qū)（在擋渣器尖端之前400500mm范 圍內(nèi)）。 (3) 新煤進入爐內(nèi)呈“單向引火”，燃用低揮發(fā)份的煤，必須借助于 爐拱加強著火，其煤種適應能力差。 單面引火： 雙面引火： 機械化操作： (4) 機械化連續(xù)上煤，克服了手燒爐間斷上煤的周期性； (5) 沿爐排有效長度方向的上方空間氣體成分變化情況（呈不均勻的變化）。 第四章4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 1）分段送風：a-b曲線為統(tǒng)倉送風時爐內(nèi)空氣量分布情況；c-d曲線為鏈條爐燃燒理論空氣量分布情況；1-4 為鏈條爐分段送風后各個燃燒區(qū)段實際空氣量分布情

11、況。 4. 鏈條爐燃燒改善措施： 第四章4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 (1) 鏈條爐爐拱的作用 鏈條爐前拱（點火拱）主要將爐內(nèi)火焰和高溫煙氣的輻射熱聚集于爐排前端的新煤區(qū)，加速新煤著火前的熱力準備階段及揮發(fā)份逸出著火形成的完成；并和后拱形成喉口，加速爐內(nèi)高溫煙氣的擾動。 鏈條爐后拱主要利用爐膛負壓，有效地將爐排后端上方空間的高溫煙氣流和過量空氣流導向燃燒中心，在喉口形成高速旋渦流，將煙氣中灼熱的焦炭粒子拋撒到新煤層面上，形成“火雨”加速新煤的引燃；同時，使煙氣中的焦炭粒子和CO延長了在爐內(nèi)的燃燒時間，與過量氧充分混合完全燃燒。 (2) 爐拱設置原則 對劣質煙煤：低而長的后拱和

12、高的前拱相結合 對難著火的無煙煤：同上，且是唯一選擇第四章2) 設置爐拱 對揮發(fā)分高，熱量高的煙煤和部分褐煤：采用短而較高的前拱對于難燃煤（無煙煤、貧煤、發(fā)熱量低的劣質煤）：除設置前拱外，還需采用低而長的后拱4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 3）增設二次風： 作用 : 鏈條爐二次風(熱空氣、蒸汽)一般布置在前、后拱喉口部位向下傾斜510（嚴禁二次風在有效射程內(nèi)直接吹射到煤的燃燒層面上），主要用來加速爐內(nèi)高溫煙氣的擾動：使煙氣中的焦炭粒子和CO延長了在爐內(nèi)的燃燒時間，與過量氧充分混合完全燃燒降低、提高；調(diào)節(jié)控制爐內(nèi)高溫煙氣流動力場，改善爐膛充滿度，防止水冷壁局部結渣及局部煙氣短路，

13、造成升高，增大。 當燃用低揮發(fā)份優(yōu)質煙煤時，二次風一般布置在后拱，除加速爐內(nèi)高溫煙氣的擾動外，還可以將火焰和高溫煙氣的輻射熱導向前拱區(qū)，加速新煤著火前的熱力準備階段及揮發(fā)份逸出著火。 當燃用高揮發(fā)份優(yōu)質煙煤時，二次風一般布置在前拱，除加速爐內(nèi)高溫煙氣的擾動外，還可以將火焰和高溫煙氣的輻射熱導向燃燒中心，防止前拱區(qū)的新煤提前著火、引燃； 第四章4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 二次風的風壓一般為20004000Pa；二次風的風量及風速： 褐 煤煙 煤無 煙 煤占總給風量（）875出口風速 （m/s）6560655060 二次風的布置方法和原則:前墻布置產(chǎn)生旋轉 四角切園第四章4.2

14、手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 5鏈條爐的運行 1）燃料性質對鏈條爐燃燒的影響 (1) 煤的粒度：堆積，通風阻力 (2) 煤的粘結性：通風 (3) 水分：與著火燃盡的關系（810%) (4) 灰分：灰熔點(1200) 2）鏈條爐的燃燒調(diào)節(jié) 出力主要取決于燃料層厚度、送風量和爐排速度。 (1) 燃料層厚度的調(diào)節(jié)：100150mm (2) 給料速度 (3) 送風量調(diào)節(jié)：對適應負荷的變動最為靈敏當鍋爐負荷變化時，總是先調(diào)節(jié)送風量，隨即調(diào)節(jié)爐排速度與之配合 第四章4.2手燒爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 二、拋煤機鏈條爐1. 拋煤機鏈條爐的結構及工作原理拋煤機鏈條爐是由爐子前墻布置23

15、臺機械、風力拋煤機，將煤自前而后地均勻拋撒在倒轉鏈條爐排上燃燒 2. 拋煤機鏈條爐的燃燒過程及其特點 煤的顆粒大小經(jīng)拋煤機拋撒，基本上沿爐膛深度上方空間篩分均勻，落到火床上與燃燒層中的焦炭顆粒大小基本相同。連續(xù)拋落的新煤顆粒總是均勻復蓋在熾熱的焦炭燃燒層上，呈“雙向引火”著火條件優(yōu)越，煤種適應性廣；燃燒強烈，爐子熱慣性小，負荷調(diào)節(jié)靈敏度高，不易結渣 在爐排與熾熱的焦炭燃燒層之間有120150mm的灰渣層，爐排的冷卻度較好，提高了爐排熱強度。 煤的燃燒層呈簿煤層的燃燒特點，火床上方空間的氣體成分變化情況比鏈條爐均勻,故拋煤機鏈條爐的分段送風，相對比鏈條爐分段送風分的段數(shù)少一些。 第四章4.2手燒

16、爐、鏈條爐、拋煤機鏈條爐及其燃燒特點 3. 拋煤機鏈條爐的爐膛結構及其二次風 （1）由于拋煤機鏈條爐的著火條件優(yōu)越，及其火床上方空間的氣體成分變化情況比較均勻，一般采用無拱的開式爐膛；由于拋煤機使煙氣中飛灰較大，為此，拋煤機鏈條爐的爐膛比鏈條爐爐膛高一些。 （2）拋煤機鏈條爐的二次風，一般布置在拋煤機上方和后墻水冷壁下方： 布置在拋煤機上方的二次風略向下傾斜一些，原則上二次風的有效射程不干擾拋煤行程為上；主要將由拋煤機拋出的(01mm)細小煤屑壓回火床上燃燒，以此減少飛灰損失；在后墻水冷壁下方布置的二次風略向上傾斜一些，主要防止由拋煤機拋出的大顆粒的煤(30mm)拋落時，會對后墻下部水冷壁管和

17、后墻等造成磨損或砸壞事故。 第四章4.3 煤粉爐 一、煤粉爐特點 煤粉爐的燃煤磨制成煤粉，并與空氣混合成霧狀氣粉混合物噴射到爐內(nèi)呈懸浮狀態(tài)燃燒。煤粉爐的容量和燃燒率的提高，不受爐排面積可見熱強度的限制；燃燒效率高；爐膛體積較大;燃燒調(diào)節(jié)和運行管理易實現(xiàn)自動化。 (1)(3)(2)(4)二、煤粉的基本性質 第四章4.3 煤粉爐 1. 煤粉的性質 (1) 由煤粉制備系統(tǒng)磨制成1000m以下(2050m居多)不規(guī) 則的細小顆粒組成； (2) 剛磨制的煤粉，有較強的吸附空氣的能力，其流動性便于管道輸送；干煤粉疏松性好，輕輕堆放時的自然傾角為2530，堆積重度為0.450.5t/m3； (3) 煤粉與空

18、氣接觸面增大了若干倍，對于高Vdaf的煤粉與空氣混合成霧狀氣粉混合物，一旦遇到火源迅速燃燒，其體積迅猛擴展將產(chǎn)生0.20.3MPa的爆炸壓力； (4) 影響煤粉爆炸的因素有：高Vdaf、過細的煤粉細度Rx、煤粉濃度、霧狀氣粉混合物的含氧濃度、及其溫度、流速、濕度等。 高Vdaf的煤粉易自燃自爆，而Vdaf 10%的煤粉無爆炸危險 煤粉濃度的危險濃度下限：泥煤0.160.18kg/m3、褐煤 0.160.25kg/m3、煙煤 0.320.4kg/m3；而煤粉濃度在1.22kg/m3范圍內(nèi)為爆炸危險濃度； 第四章4.3 煤粉爐 輸粉氣流的含氧濃度（其體積比）降低到15%16%時，一 般不易引起爆炸

19、； 煤粉制備系統(tǒng)中煤粉管道應有一定的傾斜角度，使管內(nèi)的 氣粉混合物有適當?shù)牧魉?630m/s：流速過高易引起爆炸；流速過低易造成氣粉分離，煤粉在管內(nèi)沉積而失去流動性； Vdaf高而細度又細的煤粉極易引起爆炸，對0.1mm細度的煙煤粉不會引起爆炸； Vdaf高的褐煤和煙煤，當煤粉水分稍大于固有水分時，一般不會自燃自爆。 2. 煤粉的細度 1) 煤粉細度Rx 將磨制的煤粉用標準篩孔尺寸的篩子進行篩分，篩分后殘留在篩面上粗煤粉的重量與煤粉篩分前總重量的百分比： 第四章4.3 煤粉爐 式中：x標準篩孔的內(nèi)邊長度m； a殘留在篩面上的粗煤粉重量, g； b通過標準篩孔篩分后的細煤粉重量, g； 篩號每c

20、m2的篩孔數(shù)篩孔的內(nèi)邊長度(m)金屬絲直徑d (m)309002001307049009055對于磨礦產(chǎn)品，汽顆粒分布符合分布： 式中：b反映顆粒粗細程度，在相同n條件下，b越大，Rx越小 n均勻性系數(shù)，n越大，煤粉越均勻，n=0.81.32) 煤粉的均勻度 煤粉顆粒的品質特性只用煤粉細度表示還不夠全面，還應以煤粉的均勻度表述。如：有甲、乙兩種煤粉，其R90值相等，但甲種煤第四章4.3 煤粉爐 粉留在篩面上的煤粉中較粗的顆粒比乙種煤粉要多，而通過標準篩孔的煤粉中較細的顆粒也比乙種煤粉多，則甲種煤粉就不均勻。粗顆粒多不完全燃燒熱損失大；細顆粒多，磨制時的電耗和金屬消耗增大，故均勻性不好的煤粉燃燒

21、和煤粉制備時的經(jīng)濟性差。 煤粉的均勻性一般以煤粉顆粒的均勻性指數(shù)n表示，n值一般接近于1，n值越大，煤粉的均勻性就越好。 3) 煤的經(jīng)濟細度經(jīng)濟細度：與所對應的煤粉的細度。 褐煤的經(jīng)濟細度：R90=40%60%； 煙煤的經(jīng)濟細度：R90=25%40% 無煙煤的經(jīng)濟細度：R90=6%14%。 第四章4.3 煤粉爐 三、煤粉的燃燒過程（以D=670t/h煤粉爐為例） 1. 煤粉由運載它的空氣（一次風）噴入爐膛后，受到爐內(nèi)火焰和高溫煙氣的輻射熱的加熱，一般在噴入爐膛300500mm處完成著火前的熱力準備階段及揮發(fā)份逸出著火，到12m處大部分揮發(fā)份逸出燃盡，而無煙煤要在離燃燒器噴口4m處； 2. 在揮

22、發(fā)份逸出燃盡的同時，高溫的焦炭顆粒在二次風的及時混合下，一般到1020m處才燃燒完全或接近完全燃燒； 3. 無煙煤在20m處已達到97%，到爐膛出口28m處燃盡率增加不到1%；褐煤和煙煤在一半火焰長度上燃盡率可達98%， 4. 煤粉氣流中一次風量只要能把煤粉受熱析出的揮發(fā)份燃燒完即可。因此, 一次風量應近似地等于干燥無灰基中的揮發(fā)份含量Vdaf： 第四章4.3 煤粉爐 不同煤種煤粉燃燒的一次風率r1 煤 種Vdaf ()一次風率r1(%)直流燃燒器旋流式燃燒器無煙 煤281520 貧 煤819 1520煙 煤2030 2530 304030 3040褐 煤40503540第四章4.3 煤粉爐

23、四、磨煤機其工作性能對煤粉細度、煤粉出力、磨煤電耗、磨煤機金屬耗量和干燥煤粉的能力等有影響。 破碎機理：壓碎、擊碎和研碎1. 豎井式磨煤機 7501500rpm，多排高速旋轉的重錘，其粗粉分離主要靠轉子上方的豎井。產(chǎn)生微弱的通風力,與阻力小的燃燒器配合，多用于中小型鍋爐.錘頭磨損很快，即使用耐磨合金鋼制造或耐磨合金堆焊，一般壽命都不到600h。 2. 風扇式磨煤機7501500rpm，風扇式磨煤機本身就是排粉機，其葉輪很厚，葉輪和外殼護板都用錳鋼制成；能產(chǎn)生15003500Pa的壓頭，因此它既能磨煤粉又能克服煤粉系統(tǒng)的阻力，完成輸送煤粉及一次風的任務,適合磨制高水份、高揮發(fā)份的褐煤和高可磨度(

24、Kkm)的煙煤。第四章4.3 煤粉爐 3. 球磨機（低速磨煤機）： 1) 筒式球磨機是中間儲倉式煤粉制備系統(tǒng)中主要設備，其筒體內(nèi)壁裝設波浪形鑄鋼護板，內(nèi)徑Dn=24m，筒長l=38m，筒內(nèi)裝有d=3060mm的鍛鋼球。 2) 筒式球磨機轉速隨筒體直經(jīng)的不同而變化，轉速一般為1625rpm。轉速過快時，鋼球在離心力作用下會緊貼筒壁運動而不下落，起不到磨煤的作用。因此，筒式球磨機的工作轉速必須小于臨界轉速 。 臨界轉速 ： 最佳轉速 ： ，一般取。3) 影響磨煤出力的主要因素： (1) 筒體的直徑和長度愈大，單位時間內(nèi)磨出的合格煤粉 愈多，磨煤出力愈大。 (2) 鋼球裝載量和鋼球直徑的影響：第四章

25、4.3 煤粉爐 五、煤粉燃燒器煤粉燃燒器設計的基本要求： 出口處燃料分配均勻，配風合理，保證及時著火與燃燒 組織良好的空氣動力場，有利于空氣和燃料的混合 良好的調(diào)節(jié)性能，煤種適應性強 流動阻力小1. 旋流煤粉燃燒器1）雙蝸殼旋流煤粉燃燒器：2）單蝸殼擴錐型燃燒器：2. 直流煤粉燃燒器第四章側邊風 燃燼風（三次風） 212124.3 煤粉爐 六、煤粉制備系統(tǒng)直吹式制粉系統(tǒng) 2. 中間儲倉式制粉系統(tǒng)乏氣送粉和溫風送粉系統(tǒng)乏氣：由細分分離器流出的含有大量水蒸氣和細煤粉的氣體第四章4.3 煤粉爐 第四章4.3 煤粉爐 第四章4.4 煤氣燃燒原理 一、煤氣的分類 高熱值煤氣(天然氣)： ， 惰性氣體(C

26、O2、N2)含量少 2低熱值煤氣(高爐氣)： ， 惰性氣體含量多。 由于煤氣的種類不同，其性質差異的存在，所以在燃燒器的結構和原理有根本的不同 預混型燃燒(動力燃燒) 煤氣與空氣著火前在燃燒器內(nèi)部均勻混合的燃燒方式，其燃燒速度主要取決于化學反應的強烈程度和火焰的加熱 二、擴散型燃燒和預混型燃燒 第四章4.4 煤氣燃燒原理 2. 擴散型燃燒 煤氣與空氣在燃燒器外部的燃燒過程中，相互擴散均勻混合的燃 燒方式，其燃燒速度主要取決于氣流擴散與混合速度 預混型燃燒的火炬長度比同樣管徑的擴散型燃燒的火炬長度要短一些，因為整個動力燃燒過程完全燃燒時間比擴散型燃燒過程完全燃燒時間縮短了許多 當Re比較大時，湍

27、流混合和傳熱越強烈，燃燒速度就越快，火炬長度隨噴出速度w0的提高而延長的趨勢就越減弱 三、回火、吹熄和火焰的傳播速度 1. 火焰的傳播速度在可燃的混合氣體中，當部分氣體被點燃后，將產(chǎn)生一個球形火焰面，并于一定的速度向周圍部分未著火的氣體擴展的速度。2. 回火當燃燒器出口的混合氣流局部流速低于混合氣流火焰的傳播速度時，火焰迅速向燃燒器內(nèi)部擴展的現(xiàn)象。第四章4.4 煤氣燃燒原理 3. 當?shù)挠杌炜扇細怏w的火炬長度 1. 燃燒室容積熱負荷燃燒室每單位容積每小時燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量kW/m3。2. 火炬長度的影響因素： 預混型燃燒比擴散型燃燒的火炬長度要短一些； 燃燒器噴口直徑do較小時，火炬長度較短。

28、 火炬的著火區(qū)長度： 火炬的湍流燃燒區(qū)及燃盡區(qū)長度： 則予混型火炬完全燃燒所需要的長度： 四、火炬長度與燃燒室的容積熱負荷 第四章4.4 煤氣燃燒原理 4. 燃燒室容積熱負荷： 五、點燃條件及火焰穩(wěn)定問題 1. 預混氣流的點燃要求各個因素綜合起來，達到一定條件：預混氣流以一定氣體成分、過量空氣系數(shù)、速度w0、溫度T0和點火溫度才能實現(xiàn)。 高溫點燃板：預混氣流在一定條件下，流經(jīng)高溫點燃板壁面溫度Tb，使貼近壁面氣流溫度Tb大于T0，并且沿流動方向貼近壁面氣流溫度Tb的厚度不斷增厚，直到一定位置(Th Tb)被點燃，產(chǎn)生火焰面，并向離開點燃板方向擴展，火焰向點燃板傳熱，維持高溫。 燃燒道中回流點燃

29、：予混氣流由直徑d0的噴口，以射流形式噴入截面突增的燃燒道中（dsh d0），在射流作用下，予混氣流噴出后，在噴口到一定距離的死角形成負壓回流區(qū)卷吸火焰外緣的高溫燃燒產(chǎn)物的氣流回流到射流根部，使剛噴出的予混氣流的溫度T0急劇上升至Th而點燃形成火焰面。 第四章4.4 煤氣燃燒原理 2. 火焰的穩(wěn)定及穩(wěn)定方法 預混氣流能否穩(wěn)定的點燃，取決于高溫燃燒產(chǎn)物的溫度Th，回流區(qū)的大小及長度。 火焰穩(wěn)定器在噴燃器的出口端裝置圓盤或圓錐形的鈍體，加強予混氣流的噴燃回流區(qū)，借以維持氣流的穩(wěn)定點燃。鍋爐燃燒設備常用的煤氣燃燒器在設計良好、運行正常時，常取用 ， ， 一般不會吹熄。 增設低速小火焰再點燃區(qū)在主火焰

30、附近設置低速輔助小火炬以形成連續(xù)的再點火區(qū)，向主火焰提供一定的著火能量，使主火焰穩(wěn)定。 第四章4.5 重油燃燒原理 一、重油的一般特性 重油的發(fā)熱量與原油的發(fā)熱量較接近， ，且Mar和Aar的含量很少。 重油較煤粉運輸方便，經(jīng)濟；除了一個加熱系統(tǒng)外，省卻了龐大的燃料系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)和灰渣處理系統(tǒng)，并且容易實現(xiàn)DCS控制管理系統(tǒng)。 1. 粘度 恩格爾粘度E在實驗室溫度下，200 ml的重油流經(jīng)恩氏粘度計的時間與 20，200 ml的蒸餾水流經(jīng)恩氏粘度計的時間 之比。 運動粘度v 與恩氏粘度E的關系： 二、重油的特性指標第四章4.5 重油燃燒原理 2. 密度 是一個無量綱數(shù)值，即20的燃油與4的

31、水在同樣體積下的質量比。其中重油的 ；3. 閃點：表示油質易燃程度，即當火焰接近燃油表面時，產(chǎn)生短暫的藍色火焰時（一閃即逝），燃油的最低溫度。4. 燃點：當火焰接近燃油表面層時，即油蒸氣與空氣混合物時，使燃油點燃著火，并持續(xù)5秒鐘以上的最低油溫。重油的燃點一般比閃點高1030。5. 凝固點：盛有重油的試管或玻璃器皿在傾斜45時，其油表面在1分鐘內(nèi)不發(fā)生任何位移的油溫。 重油的凝固點取決于石蠟含量的多少； 國產(chǎn)重油的凝固點一般在15以上 三、燃油燃燒特點及燃燒過程 1燃油的燃燒特點第四章4.5 重油燃燒原理 三、燃油燃燒特點及燃燒過程 1燃油的燃燒特點 燃油在蒸氣狀態(tài)下，與空氣充分混合后完全燃燒

32、； 重油通過霧化器霧化后的油滴直徑d=100300m，使油滴氣化表面積增大至上萬倍； 霧化后的細小油滴在爐內(nèi)不斷吸收氣化熱，使細小油滴表面溫度升高到氣化飽和溫度 2燃油的燃燒過程（1）燃油的燃燒階段一般分：油滴；油蒸發(fā)氣化區(qū)；油蒸氣與空氣相互擴散區(qū)；外層空氣區(qū)。（2）燃油的燃燒過程：三個同時發(fā)生的連續(xù)過程第四章4.5 重油燃燒原理 1) 燃油的霧化，加熱氣化； 2) 油蒸氣與空氣相互擴散，充分混合成可燃混合物； 3) 可燃混合物的著火、燃燒。 3. 燃燒特點 (1) 燃油蒸發(fā)氣化，首先是低分子烴在250開始氣化，在著火、燃燒的同時，為其高分子烴分解成低分子烴創(chuàng)造了有利條件 (2)燃油的燃燒過程

33、非常迅速而強烈。 4. 組織重油燃燒過程時的注意事項 (1)使部分空氣送入重油火炬根部，防止或減輕火焰根部因高溫缺氧而產(chǎn)生熱裂解，造成不完全燃燒。 (2)使重油火炬根部區(qū)域的溫度適當降低( )，低溫下的熱裂解可使難以燃燒的重碳氫化合物減少。 第四章4.5 重油燃燒原理 （3） 盡量使燃油霧化的油滴細而均勻，油滴受熱迅速蒸發(fā)氣化，并與空氣的混合擴散速度加快，以避免高溫缺氧區(qū)大。 5. 提高燃燒效率和強化重油火炬燃燒的措施： (1) 選用合適的重油系統(tǒng)及重油噴嘴，保證霧化質量良好，使其霧化炬分布均勻； (2)使空氣與重油滴迅速混合，采用旋流和紊流方法促使火炬擾動，加強混合，使其在高溫區(qū)混合以保證著

34、火；以高溫煙氣回流與火炬根部接觸，加熱油滴的霧狀氣流，直至著火； (3) 使重油與空氣予熱，保證重油更好地霧化和蒸發(fā)氣化； (4)采用合適的調(diào)風裝置，合理配風，并采用各種穩(wěn)定火焰的燃燒措施： 使油霧和空氣的混合物形成旋轉氣流旋流燃燒器； 采用圓盤或圓錐形鈍體火焰穩(wěn)定器 第四章4.5 重油燃燒原理 四、重油的霧化 1. 衡量重油霧化質量的主要指標： 1) 霧化細度：霧化后油滴直徑d的大小，常用油滴體面積平均直徑表示d=0200m；2) 霧化角：霧化炬投影面兩切線的夾角； x條件霧化角； 霧化角的大小取決于噴嘴出口處的切向速度與軸向速度之比 3) 流量密度：單位時間內(nèi)流過單位面積的油量； 要求霧化

35、器出口流量密度沿圓周方向分布均勻，以利于 均勻配風和油氣混合； 霧化錐的中心處流量密度較小，使得該處形成適當?shù)幕亓鲄^(qū)4) 影響霧化質量的主要因素：第四章4.5 重油燃燒原理 4) 影響霧化質量的主要因素： 燃油種類：油的恩氏粘度； 運行條件：油壓、油溫及負荷高、低 霧化器類型及其加工精度。 2. 重油霧化器： 1) 機械霧化器(離心式)：借助于油壓來實現(xiàn)重油霧化 簡單壓力式離心噴油嘴主要依靠油的高壓( ) 將油霧化 回油式噴油嘴：在簡單壓力式離心噴油嘴的旋流室底部開有回 流孔，并接上回油管道，進入噴油嘴的油流量Q0分成兩股流出 即：噴油量Q1和回油量Q2 特點：主要通過回油調(diào)節(jié)閥來控制噴油量Q

36、1適用于負荷的變化 第四章4.5 重油燃燒原理 2) 雙流體式霧化器：如蒸汽霧化噴油嘴以高速蒸汽的動能實現(xiàn)重油的霧化。特點： 蒸汽使油溫提高，降低了燃油粘度，同時提高了燃油的霧化 質量； 調(diào)節(jié)性能好； 蒸汽消耗量比較大。 3) 純蒸汽霧化噴油嘴：油壓低，汽耗大，噪音大，容量小。4) 蒸汽機械噴油嘴(Y型噴油嘴)：汽耗小(0.3%D)，噪音小，容量大。 油壓： 比機械噴嘴低； 汽壓： 比純蒸汽噴嘴低； 第四章4.5 重油燃燒原理 負荷調(diào)節(jié)比可達1：6； 額定油壓為1.5MPa；額定汽壓為1.0MPa；平均霧化顆粒直徑為2030m。5) 蒸汽機械混合式噴油嘴3. 配風器 1）作用對燃油供應適量的空

37、氣，形成有利的空氣動力場，達到著火燃燒。2）應滿足的要求： 需將空氣分成一次風和二次風 一次風旋轉，形成回流區(qū)，保證著火 前期的油氣混合強烈 后期的油氣擴散也要強烈，保證炭黑和焦粒燃盡第四章 4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 主要型式：鼓泡床、湍動床、快速床、循環(huán)流化床等應用領域：石油、化工、冶金、能源、環(huán)保等主要優(yōu)點： 燃料適應性廣； 低溫燃燒，NOx排放低 可實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫； 燃燒效率高 強化燃燒和傳熱 第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 目前沸騰燃燒存在的缺點的待解決的問題：1、比起其他燃燒方式，沸騰燃燒屬于低溫燃燒。細煤粒飛出床層以后就不容易燃盡，以致飛灰含碳量高，燃燒效率低。2

38、、爐膛容量增大，沸騰床面積增大時，床內(nèi)空氣和燃料不容易分布均勻，影響沸騰質量。3、埋管布置較多時，影響沸騰床內(nèi)燃料和溫度分布的均勻性。4、燃料顆粒粗運行風速高時，埋管、爐墻以及鍋爐受熱面的磨損比較嚴重。第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 固定床流速較低時，顆粒靜止不動，流體只在顆粒之間的縫隙中通過 料層高度不變 實際流速線形增長 通風阻力隨風速的平方關系增大2. 流化床顆粒不再由布風板所支持，而全部由流體的磨擦力所承托。此時，對于單個顆粒來講，可在床層中自由運動；就整個床層而言，具有了許多類似流體的性質流態(tài)化。此時： 料層膨脹，床高增加 顆粒間實際空氣流速保持不變 料層阻力變化不大，由托

39、起的顆粒質量決定 第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 空截面氣流速度w：以布風板界面積作為計算截面的氣流速度臨界流化速度wlj：顆粒床層從靜止狀態(tài)轉變?yōu)榱鲬B(tài)化時的最低速度。 極限流化速度wjx：顆粒床層從流態(tài)化狀態(tài)轉變?yōu)闅饬斔蜁r的 最低速度。 二、床內(nèi)顆粒的運動規(guī)律 1. 顆粒的受力分析 1） 重力 2） 浮力 3） 流體阻力 4） 顆粒旋轉時的Magnus升力 5） 顆粒間的碰撞力 6） 湍流脈動力2. 寬篩分顆粒流化時的流體動力特性 第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 2. 寬篩分顆粒流化時的流體動力特性 在任一高度的靜壓近似于在此高度以上單位床截面內(nèi)固體顆粒的重量； 無論床

40、層如何傾斜，床表面總是保持水平，床層的形狀也保持容器的形狀； 床內(nèi)固體顆?？梢韵窳黧w一樣從底部或側面的孔口中排出； 密度高于床層表觀密度的物體在床內(nèi)會下沉，密度小的物體會浮在床面上； 床內(nèi)顆?；旌狭己茫虼?，當加熱床層時，整個床層的溫度基本均勻。 3. 流化風速運行時的空截面氣流速度，一般為3.54.5wlj 三、流化床的燃燒與傳熱 第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 1流化床的燃燒 1)保持很厚的灼熱料層，相當于一個很大的蓄熱池，新煤(約5%)加入后很快與灼熱的爐料混合，迅速達到著火溫度具有極好的著火條件 2)顆粒與氣流相對速度較大，擾動強烈，混合較完善，燃燒溫度低燃燒好 3) 上部始

41、終有過剩氧存在，無明顯還原區(qū) 4) 料層高度對上層煙氣成分無明顯影響 5) NOx生成減少，可以加入石灰石脫硫2流化床的傳熱 1) 具有良好的擾動和混合，床溫很均勻，傳熱系數(shù)高； 2) 埋管表面不積灰，吸熱比一般輻射受熱面強45倍，達230350kW/cm2.； 第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 3) 熱負荷均勻，對水循環(huán)等有利。四、流化床的型式與結構1鏈帶式流化床2鼓泡式流化床 1) 給煤 2) 布風板 3) 風室 4) 爐膛 5) 埋管 3循環(huán)流化床4. 流化床燃燒設備的常用類型 常壓鼓泡流化床鍋爐：流化速度12.5m/s；截面熱負荷1.5MW/m2 常壓循環(huán)流化床鍋爐：流化速度3

42、.55m/s；截面熱負荷5MW/m2 增壓鼓泡流化床鍋爐：流化速度0.91m/s；截面熱負荷1017MW/m2壓循環(huán)流化床鍋爐：流化速度3.55m/s；截面熱負荷2050MW/m2第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 五、循環(huán)流化床的原理和特點 1. 組成爐膛、加料（含石灰石加料）、排渣、高溫除塵、返料、布風板等2. 循環(huán)流化床的原理不同氣流速度下固體顆粒床層的流動狀態(tài)是不同的：隨著氣流速度的增加，固體顆粒分別呈現(xiàn)固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和氣力輸送狀態(tài)。循環(huán)流化床的上升段通常運行在快速流化床狀態(tài)下?？焖倭鲬B(tài)化流體動力特性的形成對循環(huán)流化床是至關重要的，此時，固體顆粒被速度

43、大于單顆物料的終端速度的氣流所流化，以顆粒團形式上下運動，產(chǎn)生高度的返混。顆粒團向各個方向運動，而且不斷形成和解體。在這種流體狀態(tài)下，氣流還可攜帶一定數(shù)量的大顆粒，盡管其終端速度遠大于截面平均氣流速度。 第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 3. 循環(huán)流化床的特點 不再有鼓泡流化床那樣清晰的界面，固體顆粒充滿整個上升段空間； 有強烈的物料返混，顆粒團不斷形成和解體，；并且向各個方向運動 顆粒與氣體之間相對速度大，而且與床層空隙率和顆粒循環(huán)流量有關； 運行流化速度為鼓泡流化床的23倍； 床層壓降隨流化速度和顆粒的質量流量而變化； 顆粒橫向混合良好； 強烈的顆粒返混、顆粒的外部循環(huán)和良好的橫向混合，使整個上升段內(nèi)溫度分部均勻； 改變上升段內(nèi)的存料量，固體物料在床內(nèi)的停留時間可在幾分第四章4.6 流化床及循環(huán)流化床燃燒技術 鐘到數(shù)小時范圍調(diào)節(jié)； 流化氣體的整體性狀呈塞狀流； 流化氣體(二次風)根據(jù)需要可在反應器的不同高度