第四章 燃燒設(shè)備

第四章燃燒設(shè)備2/1/20231沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2第一節(jié)電站鍋爐的燃燒設(shè)備煤粉爐燃燒設(shè)備組成：點(diǎn)火裝置、煤粉燃燒器、爐膛煤粉燃燒器作用是：將攜帶煤粉的一次風(fēng)和助燃的二次風(fēng)送入爐膛，并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使煤粉迅速穩(wěn)定地著火；同時(shí)使煤粉和空氣合理混合，達(dá)到煤粉在爐內(nèi)迅速完全燃燒的目的。鍋爐點(diǎn)火裝置：主要用于鍋爐啟動(dòng)時(shí)點(diǎn)燃主燃燒器的煤粉氣流；當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行或燃用劣質(zhì)煤時(shí)，可以用點(diǎn)火裝置來(lái)穩(wěn)定燃燒或作為輔助燃燒設(shè)備。爐膛也稱為燃燒室：供煤粉燃燒的空間。2/1/20232沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2性能良好的燃燒設(shè)備應(yīng)滿足的要求：1.將燃料和燃燒所需空氣送入爐膛，在爐內(nèi)形成良好的空氣動(dòng)力場(chǎng)，使燃料能迅速穩(wěn)定地著火；2.及時(shí)供應(yīng)空氣，與燃料適時(shí)混合，造成必須的燃燒強(qiáng)度，使燃料在爐內(nèi)達(dá)到完全燃燒；3.燃燒可靠穩(wěn)定，爐內(nèi)不結(jié)焦，保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行；4.有較好的燃料適應(yīng)性，具有良好的調(diào)節(jié)性能和較大的調(diào)節(jié)范圍，以適應(yīng)煤種和負(fù)荷變化的要求；5.NOX的生成量控制在允許范圍內(nèi)，以達(dá)到環(huán)保的要求。燃燒器按射流是否旋轉(zhuǎn)分類：直流燃燒器；

旋流燃燒器。2/1/20233沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/20234沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/20235沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2第二節(jié)直流燃燒器一、直流射流卷吸：射流橫向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)周圍靜止的氣體一起前進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為卷吸。從外邊界卷吸高溫?zé)煔?，是著火熱的?lái)源，著火從外邊界開(kāi)始。2/1/20236沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2射程表示射流在煙氣中的貫穿能力。射程：規(guī)定當(dāng)射流在某一截面上的最大軸線速度降低到某一數(shù)值時(shí)（仍保持一定的余速），該截面距噴口的距離即為射程。射流的初始動(dòng)量初始動(dòng)量越大，射程越大。2/1/20237沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2★噴口尺寸對(duì)射流的影響：在噴口通流截面不變的情況下，如果將一個(gè)大噴口分為幾個(gè)小噴口時(shí)，可增加射流的卷吸能力，但射程將縮短。矩形噴口的高寬比對(duì)射流特性也有一定的影響。當(dāng)射流初速和噴口通流截面積不變時(shí)，高寬比越大，噴口周界越大，射流外邊界越大，射流卷吸周圍介質(zhì)的能力增強(qiáng)，但射流軸線速度衰減加快，射程將縮短。2/1/20238沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2二、直流煤粉燃燒器型式煤粉氣流（一次風(fēng)）、燃燒所需空氣（二次風(fēng)）以及由制粉系統(tǒng)來(lái)的乏氣（三次風(fēng)）分別由互相隔絕的不同噴口以直流射流形式噴進(jìn)爐膛。按照燃燒器一次風(fēng)和二次風(fēng)噴口的布置位置分為：均等配風(fēng)、分級(jí)配風(fēng)2/1/20239沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-19PM型濃淡煤粉燃燒器2/1/202310沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2１、均等配風(fēng)直流煤粉燃燒器（也叫煙煤-褐煤型）一、二次風(fēng)噴口相間布置：見(jiàn)圖4-2

適用煤種：煙煤、褐煤★為什么均等配風(fēng)方式適合燒褐煤和煙煤？2/1/202311沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2２、分級(jí)配風(fēng)直流煤粉燃燒器一次風(fēng)噴口集中布置，二次風(fēng)噴口分層布置。見(jiàn)圖4.2配風(fēng)方式：二次風(fēng)分級(jí)、分階段送入燃燒的煤粉氣流中，且一、二次風(fēng)噴口保持較大的距離。適應(yīng)煤種：無(wú)煙煤、貧煤、劣質(zhì)煙煤對(duì)三次風(fēng)的要求：布置在主燃燒器的上部，與主燃燒器保持一定距離，傾斜向下。2/1/202312沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2為什么三次風(fēng)如此布置？三次風(fēng)對(duì)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(zhǎng)，爐膛出口煙溫升高，使過(guò)熱汽溫與再熱汽溫偏高，汽溫調(diào)節(jié)幅度增大。同時(shí)增大過(guò)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(shí)飛灰可燃物增加；(4)三次風(fēng)量較大時(shí)，風(fēng)速也增大，易擾亂爐正常的空氣流動(dòng)，引起火焰貼墻結(jié)渣。2/1/202313沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2三、直流燃燒器的射流特性（一）四角切圓燃燒方式1.爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)問(wèn)題：爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)是什么樣的？這種切圓燃燒方式在著火、燃燒方面有哪些優(yōu)點(diǎn)？有哪些缺點(diǎn)？2/1/202314沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2切圓燃燒鍋爐直流煤粉燃燒器的布置方式2/1/202315沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202316沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202317沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2★空氣動(dòng)力特性四角布置的直流燃燒器射出的四股氣流在爐膛中心形成一個(gè)穩(wěn)定的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)火炬，在離心力的作用下，氣流向四周擴(kuò)展，爐膛中心形成真空，即無(wú)風(fēng)區(qū)；無(wú)風(fēng)區(qū)的外面是氣流強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)風(fēng)區(qū)；最外圍是弱風(fēng)區(qū)。氣流在引風(fēng)機(jī)抽力的作用下上升，在爐膛中形成了一個(gè)螺旋上升的氣流。2/1/202318沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2切向燃燒的爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性Ⅰ-無(wú)風(fēng)區(qū)；Ⅱ-強(qiáng)風(fēng)區(qū)；Ⅲ-弱風(fēng)區(qū)2/1/202319沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22.切圓燃燒爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性對(duì)煤粉的著火和燃燒的影響。①?gòu)闹鸾嵌葋?lái)看，從每一角的燃燒器噴出的煤粉氣流，都受到來(lái)自上游鄰角正在劇烈燃燒的高溫火焰的沖擊和加熱，使之能很快著火燃燒，并以此再去點(diǎn)燃下游鄰角的新煤粉氣流，相鄰的煤粉氣流能互相引燃。旋轉(zhuǎn)氣流使?fàn)t膛中心的無(wú)風(fēng)區(qū)形成負(fù)壓，這樣部分高溫?zé)煔庥缮舷蛳禄亓鞯交鹧娓浚偌由厦抗擅悍蹥饬鞅旧磉€能卷吸部分高溫?zé)煔夂徒邮軤t膛輻射熱，因此直流燃燒器四角布置切圓燃燒的著火條件是十分理想的。2/1/202320沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2②從燃燒角度來(lái)看，直流射流的射程長(zhǎng)，在爐膛煙氣中的貫穿能力強(qiáng)，著火后的煤粉火炬強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，使?fàn)t內(nèi)的溫度、氧濃度更均勻，加強(qiáng)了煤粉與空氣的后期混合，也加速了煤粉的燃燒，所以煤粉氣流的燃燒條件也是理想的。2/1/202321沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2③從燃盡的角度來(lái)看，氣流螺旋上升，不僅改善了火焰在爐內(nèi)充滿度，均勻了爐內(nèi)的熱負(fù)荷，而且延長(zhǎng)了煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，這對(duì)煤粉的燃盡也是很有利的。2/1/202322沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（二）射流偏斜1.產(chǎn)生射流偏斜的原因射流兩邊同時(shí)卷吸煙氣，在其周圍形成負(fù)壓區(qū)，爐膛中的煙氣則不斷地向負(fù)壓區(qū)補(bǔ)充，由于夾角大的右側(cè)（即A側(cè)）空間大，補(bǔ)氣比較充分，而夾角小的左側(cè)（即B側(cè)）空間小，補(bǔ)氣就顯得不足，所以A側(cè)的壓力將大于B側(cè)的壓力，產(chǎn)生一個(gè)由右向左的推力，使射流向左偏斜，這就是射流產(chǎn)生偏斜的直接原因。2/1/202323沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2射流偏斜圖（a）補(bǔ)氣情況；（b）偏斜

2/1/202324沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22.影響射流偏斜的主要因素：（1）鄰角氣流的橫向推力切圓燃燒的爐膛中，上游鄰角射流對(duì)下游射流產(chǎn)生一定的橫向推力，推動(dòng)氣流強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也迫使下游射流向爐墻一側(cè)偏斜。一次風(fēng)動(dòng)量越大，射流剛性越強(qiáng)，一次風(fēng)射流抵抗偏斜的能力越強(qiáng)，射流的偏斜也就越小。（2）假想切圓直徑。假想切圓直徑越大，偏斜越嚴(yán)重。2/1/202325沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（3）燃燒器的結(jié)構(gòu)特性。

燃燒器的高寬比或一次風(fēng)噴口的高寬比越大，整組射流的剛性及一次風(fēng)射流的剛性就越低，一次風(fēng)射流的偏斜就越嚴(yán)重。

燃燒器的布置角度不能相差太大。2/1/202326沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（三）煙氣在爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)1.殘余旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)原因：切圓燃燒方式的鍋爐，爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)上升，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩較大，同時(shí)因?yàn)楦邷鼗鹧娴酿ざ群艽?，到達(dá)在爐膛出口處就會(huì)存在較大殘余旋轉(zhuǎn)。2.殘余旋轉(zhuǎn)定義（用δ表示）：是指爐膛出口截面上煙氣的殘余旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩與斷面上全部氣流的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩的比值，越大，表示殘余旋δ越大。3.殘余旋轉(zhuǎn)危害：殘余旋轉(zhuǎn)會(huì)使?fàn)t膛出口及水平煙道的煙速和煙溫分布不均勻程度加大，引起較大的熱偏差，導(dǎo)致過(guò)熱器超溫或結(jié)渣。

2/1/202327沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2隨鍋爐容量的增加，爐膛出口扭轉(zhuǎn)殘余有增大的趨勢(shì)，200MW、300MW、600MW機(jī)組鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)摸化試驗(yàn)表明，殘余旋轉(zhuǎn)較大的鍋爐水平煙道左右兩側(cè)平均速度之比可達(dá)1.24、2.0和2.5?！钤黾拥脑颍弘S鍋爐容量增加，鍋爐四角射流動(dòng)量隨容量成比例增加，爐內(nèi)氣流的切向動(dòng)量矩比鍋爐的容量增長(zhǎng)更快，爐膛高度的增長(zhǎng)相對(duì)于容量的增長(zhǎng)較慢，導(dǎo)致?tīng)t膛氣流出口扭轉(zhuǎn)殘余增加。2/1/202328沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-24.殘余旋轉(zhuǎn)對(duì)汽溫和煙溫的具體影響現(xiàn)代大容量鍋爐的爐膛上部均布置有大量屏式受熱面（分隔屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器和屏式再熱器）。（1）具體影響（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)切圓鍋爐，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的與之相反）屏區(qū)受熱面吸熱量左高右低，進(jìn)而造成屏區(qū)出口煙溫右高左低。對(duì)于位于爐膛上部的輻射受熱面，沿爐膛寬度方向汽溫呈左高右低分布；對(duì)于位于出口窗之后的水平煙道中的過(guò)熱器及再熱器汽溫均為右高左低；2/1/202329沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（2）形成機(jī)理(逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)切圓燃燒鍋爐)①上爐膛左側(cè)煙室內(nèi)煙氣流動(dòng)阻力大于右側(cè)，因此左側(cè)煙氣流量低于右側(cè)流量。但左側(cè)煙室內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)機(jī)理比右側(cè)復(fù)雜，存在一個(gè)氣流衰減、滯止和反向加速的過(guò)程，氣流擾動(dòng)強(qiáng)烈，而右側(cè)氣流運(yùn)動(dòng)情況簡(jiǎn)單，為平穩(wěn)加速流向水平煙道的過(guò)程。②由于左側(cè)煙室內(nèi)氣流強(qiáng)擾動(dòng)產(chǎn)生的對(duì)流強(qiáng)化效應(yīng)，造成了爐膛左側(cè)受熱面吸熱多于右側(cè)；而另一方面，右側(cè)氣流的慣性速度指向爐后，其主氣流只經(jīng)過(guò)屏的下部區(qū)域甚至不經(jīng)過(guò)屏就直接進(jìn)入了爐后，使得右側(cè)煙室中的煙氣充滿程度遠(yuǎn)低于左側(cè)煙室，導(dǎo)致屏式受熱面出口工質(zhì)溫升呈左高右低分布特性。③當(dāng)煙氣進(jìn)入水平煙道后，水平煙道入口右側(cè)區(qū)體積流量，流速都高于左側(cè)區(qū)，而右側(cè)煙溫水平高于左側(cè)這一事實(shí)更強(qiáng)化了右側(cè)的對(duì)流換熱，于是造成對(duì)流過(guò)熱器左右側(cè)出口工質(zhì)的較大溫差。2/1/202330沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-28上爐膛中的煙氣流走向示意圖2/1/202331沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-25.減輕殘余旋轉(zhuǎn)對(duì)鍋爐工作的影響的措施：（1）減小假想切圓直徑爐內(nèi)切圓直徑增大，特別是燃燒器上部切圓直徑增大，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛出口氣流扭轉(zhuǎn)殘余增大，故減小爐內(nèi)切圓直徑，有利于減小扭轉(zhuǎn)殘余。（2）在爐膛上部布置偏置的前分隔屏有研究人員提出了在爐膛上部布置偏置前分隔屏的方法，以便更好起到分割和導(dǎo)向爐膛出口氣流的作用，同時(shí)還可消除水平煙道內(nèi)煙速左右分布的不均勻。（3）布置反切風(fēng)將一次風(fēng)或部分二次風(fēng)、燃盡風(fēng)、三次風(fēng)與主體旋轉(zhuǎn)氣流反切，即該部分射流與主體射流以一定夾角從相反的旋轉(zhuǎn)方向噴入爐膛，是消除爐膛出口氣流扭轉(zhuǎn)殘余、降低水平煙道內(nèi)左右側(cè)煙氣偏差的有效手段。2/1/202332沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2反切方案一般有如下幾種：1）部分一次風(fēng)反切，其余二、三次風(fēng)正切；2）部分或全部二次風(fēng)反切，一、三次風(fēng)和其余二次風(fēng)正切；3）三次風(fēng)反切；4）兩角對(duì)沖，另兩角燃燒器相切。2/1/202333沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2選擇減輕殘余旋轉(zhuǎn)方案的原則：選擇以上各種實(shí)際結(jié)構(gòu)等情況，綜合考慮殘余扭轉(zhuǎn)的減弱、飛灰可燃物損失、爐膛出口煙溫、爐內(nèi)燃燒和結(jié)渣等因素，優(yōu)化反切方案。在工程實(shí)際中，應(yīng)首先考慮一次風(fēng)反切；反切風(fēng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩過(guò)小時(shí)，對(duì)水平煙道煙氣偏差改善效果不明顯，而過(guò)大時(shí)又會(huì)使?fàn)t內(nèi)氣流整體反旋；一、二次風(fēng)反切角度都不宜過(guò)大，二次風(fēng)反切角過(guò)大，會(huì)影響上游高溫?zé)煔鈱?duì)一次風(fēng)氣流的點(diǎn)燃，而一次風(fēng)反切角過(guò)大，會(huì)造成一次風(fēng)氣流貼墻引起水冷壁結(jié)渣和磨損。2/1/202334沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2第三節(jié)旋流燃燒器2/1/202335沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202336沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2燃燒器喉口2/1/202337沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2燃燒器燃盡風(fēng)口前墻左側(cè)墻后墻右側(cè)墻2/1/202338沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202339沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2旋流燃燒器工作原理旋流燃燒器由一組套裝在一起的圓形噴口組成，燃燒器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器（簡(jiǎn)稱旋流器）。燃燒器中的一次風(fēng)噴口在內(nèi)部，一次風(fēng)噴口射出的可以是旋轉(zhuǎn)射流，也可以是直流射流；二次風(fēng)噴口在外部，二次風(fēng)噴口出來(lái)的是旋轉(zhuǎn)射流，整個(gè)燃燒器射出的射流為旋轉(zhuǎn)射流。2/1/202340沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-8旋流式燃燒器工作原理2/1/202341沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202342沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2一、旋流射流和旋流產(chǎn)生方法1、旋流射流的特點(diǎn)：（1）二次風(fēng)是旋轉(zhuǎn)氣流，一次風(fēng)可以是旋轉(zhuǎn)氣流，也可為直流射流，整個(gè)氣流形成空心圓錐形的旋轉(zhuǎn)氣流。（2）旋轉(zhuǎn)射流有強(qiáng)烈的卷吸作用，可從內(nèi)、外回流區(qū)兩個(gè)方面卷吸高溫?zé)煔?，?duì)煤粉氣流的著火十分有利。（3）由于旋轉(zhuǎn)射流從內(nèi)、外卷吸高溫?zé)煔?，而氣流的?dòng)量一定，因而軸向速度和切向速度衰減很快。故在同樣的初始動(dòng)量下，旋轉(zhuǎn)射流的射程要比直流射流射程短。2/1/202343沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（4）旋轉(zhuǎn)射流的擴(kuò)展角一般比直流射流大，而且隨著旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的增大而增大。（5）適合煙煤和褐煤。初期混合強(qiáng)烈，因此一、二次風(fēng)混合過(guò)早，使著火熱增加。同時(shí)二次風(fēng)包圍一次風(fēng)，對(duì)煙氣從外邊界直接加熱煤粉起屏蔽作用，著火條件不夠理想。特別是氣流衰減快、射程短，后期混合較弱，對(duì)低揮發(fā)分的煤的著火不利，一般僅適用于高揮發(fā)分煤種。2/1/202344沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22.旋流強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)氣流的流動(dòng)工況與旋流強(qiáng)度有關(guān)。旋流強(qiáng)度定義：是指氣流切向旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩與其軸向動(dòng)量和特征尺寸乘積比。M-氣流的切向旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩，（Kg·m2）/s2；K-軸向動(dòng)量，（Kg·m）/s2；L-燃燒器噴口的特征尺寸，m。2/1/202345沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-23.旋流強(qiáng)度對(duì)火焰形狀的影響：封閉式火焰：旋流強(qiáng)度較小時(shí)，形成封閉式火焰，在火焰根部卷吸高溫?zé)煔?，形成回流區(qū)，此種火焰只能卷吸自身燃燒放出的熱量，有一定的穩(wěn)定著火能力，但是回流量小，不適合燃燒難燃的煤；開(kāi)放式火焰：氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度較大時(shí)，回流區(qū)加大，形成開(kāi)放式火焰，高溫?zé)煔獾幕亓髁恳苍龆啵梢詫⒏邷責(zé)煔鈴臓t膛中卷吸進(jìn)來(lái)，對(duì)著火和燃燒有利；飛邊火焰：氣流的旋流強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，使氣流成為全擴(kuò)散氣流，導(dǎo)致氣流壓向爐墻，形成氣流飛邊現(xiàn)象，形成飛邊火焰，此時(shí)氣流擴(kuò)散角（旋轉(zhuǎn)氣流外邊界之間的夾角稱為擴(kuò)散角）為180°，火焰貼壁，會(huì)引起嚴(yán)重的結(jié)渣，甚至燒壞燃燒器，故在實(shí)際運(yùn)行中要避免飛邊火焰的出現(xiàn)。2/1/202346沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-9旋流燃燒器火焰示意圖（a）單個(gè)回流區(qū)的封閉火焰；（b）環(huán)形回流區(qū)的封閉火焰；（c）開(kāi)放火焰；（d）飛邊火焰；2/1/202347沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2二、旋流煤粉燃燒器旋流燃燒器是利用旋流器使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按照旋流器的結(jié)構(gòu)，旋流燃燒器可分為蝸殼式、軸向葉片式、切向葉片式三大類。

見(jiàn)圖4-72/1/202348沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202349沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2

2/1/202350沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202351沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2美國(guó)B&W的低NOx燃燒技術(shù)DRB-4Z旋流燃燒器2/1/202352沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2三、旋流燃燒器的布置1.布置方式：主要采用L型火焰燃燒方式，在較少采用的W型火焰鍋爐中也多使用旋流。L型火焰燃燒方式：采用前墻或兩面墻布置的旋流燃燒器，單個(gè)燃燒器氣流旋轉(zhuǎn)進(jìn)入爐內(nèi)，但整組氣流在爐內(nèi)垂直上升，在爐內(nèi)形成L型火焰燃燒。（1）前墻布置---小型鍋爐（2）前后墻或兩側(cè)墻，又可分為對(duì)沖布置和交錯(cuò)相對(duì)布置-----大型鍋爐2/1/202353沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202354沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-29旋流燃燒器的布置（a）前墻布置；（b）前后墻布置；（b-1）前后墻交錯(cuò)相對(duì)布置；（b-2）前后墻對(duì)稱布置；（c）爐底布置；（d）爐頂布置2/1/202355沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-30采用旋流燃燒器的“L”型火焰鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)（a）單排前墻布置；（b）雙排前墻布置；（c）單排前后墻布置；（d）有折焰角布置；1、4-死蝸旋區(qū)；2-回流區(qū)；3-火炬；5-折焰角2/1/202356沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22.旋流燃燒器布置特點(diǎn)（1）大型鍋爐不采用前墻布置，避免燃燒集中，造成結(jié)渣和NOX排放過(guò)高；（2）大型鍋爐多采用前后墻布置，爐內(nèi)火焰充滿度好，利于增強(qiáng)爐內(nèi)流體的擾動(dòng)和混合；在爐膛寬度方向上煙氣分布和煙溫分布比較均勻，利于保證高溫對(duì)流受熱面可靠運(yùn)行。（3）同一墻上相鄰的燃燒器之間應(yīng)保持一定距離，使燃燒器的火焰在爐內(nèi)能夠充分自由擴(kuò)展，減少同墻相鄰燃燒器射流的相互干擾；（4）相鄰燃燒器出口射流的旋向一般相反，或從整個(gè)爐膛氣流的均勻性的角度考慮來(lái)布置每只燃燒器射流的旋向；（5）靠墻邊部燃燒器與側(cè)墻之間應(yīng)保持一定距離，避免火焰沖刷水冷壁造成結(jié)渣。多布置對(duì)沖方式2/1/202357沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2四、切圓燃燒與對(duì)沖布置的L型火焰燃燒比較（1）對(duì)沖式布置旋流燃燒方式的爐內(nèi)火焰不存在整體的旋流，火焰充滿度和流場(chǎng)均勻性好；（2）在爐膛出口和高溫水平煙道不存在氣流殘余旋轉(zhuǎn)，左右兩側(cè)煙氣溫度和煙溫偏差小?！镆阅吵R界鍋爐為例說(shuō)明：2/1/202358沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2前后墻對(duì)沖燃燒。前后墻各布置3層，每層8只，總共48只。主燃燒器之上設(shè)燃盡風(fēng)口20只。YXZm前墻左側(cè)墻右側(cè)墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側(cè)墻的距離YXZYXZ燃燒器燃盡風(fēng)口m前墻后墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側(cè)墻的距離某超臨界鍋爐旋流燃燒器特點(diǎn)2/1/202359沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2切圓燃燒與對(duì)沖燃燒的比較切圓燃燒煙氣流動(dòng)像汽機(jī)的排汽一樣是強(qiáng)烈的螺旋樣式煙氣流動(dòng)的不平衡以及熱負(fù)荷分布的不均勻，容易導(dǎo)致結(jié)焦、積灰、腐蝕以及局部過(guò)熱問(wèn)題；在爐膛出口導(dǎo)致殘余。2/1/202360沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2爐膛左右兩側(cè)有均衡的燃燒性能

可以有效減少爐膛出口左右兩側(cè)煙溫偏差邊排燃燒器距側(cè)水冷壁距離合適，避免火焰直接刷墻，有效防止結(jié)渣燃盡風(fēng)采用優(yōu)化的雙氣流結(jié)構(gòu)，中央部位的氣流采用非旋轉(zhuǎn)的氣流，它直接穿透進(jìn)入爐膛中心，補(bǔ)充燃盡所需空氣。邊部風(fēng)口采用旋轉(zhuǎn)氣流，在水冷壁面形成氧化性氣氛，可有效防止高溫腐蝕和結(jié)渣YXZm前墻左側(cè)墻右側(cè)墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側(cè)墻的距離YXZYXZ燃燒器燃盡風(fēng)口m前墻后墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側(cè)墻的距離2/1/202361沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2第五節(jié)低NOx燃燒在煤粉燃燒過(guò)程中，燃燒生成的氮氧化物氣體（簡(jiǎn)稱NOx），其中主要是NO（占總量的90%）和NO2、N2O，NOx隨煙氣排放到大氣會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染。2/1/202362沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2一、NOx生成機(jī)理熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx。1）熱力型NOx：又稱溫度型NOx，主要是空氣中的氮反應(yīng)形成的。

N2+O2=2NON2+2O2=2NO2

2/1/202363沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2燃燒區(qū)域的溫度水平對(duì)熱力型NOx的生成量起決定作用，在燃燒溫度低于1500℃時(shí)，NOx生成量很少，高于1500℃時(shí)，溫度每升高100℃，NOx的生成量就增大6～7倍。煤粉燃燒中，在燃燒溫度為1600℃時(shí)，熱力型NOx生成量占NOx總生成量的20%左右。2/1/202364沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22）燃料型NOx：是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成NOx。

燃料型NOx生成量占NOx總生成量的75%。主要指揮發(fā)分中的氮化合物生成的NOx。這部分NOx在燃燒器出口處的火焰中心處生成。由于大部分揮發(fā)分在30～50ms內(nèi)析出，要控制該區(qū)域中NOx的生成量，就應(yīng)控制著火初期的過(guò)量空氣系數(shù)。形成富燃料區(qū)，讓煤粉在開(kāi)始著火階段處于缺氧狀態(tài)，使揮發(fā)分生成的一部分NOx被還原，實(shí)際生成的NOx數(shù)量就可明顯減少。2/1/202365沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2NOX的還原機(jī)理：NO在遇到未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時(shí)，會(huì)發(fā)生NO的還原反應(yīng)。這些反應(yīng)的總反應(yīng)式為：4NO+CH4＝2N2+CO2+2H2O2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2＝N2+2nCO2+mH2O2NO+C＝N2+CO22NO+2C＝N2+2CO2NO+2H2＝N2+2H2O2/1/202366沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-23）快速型NOx：由高溫?zé)峤馍傻腃H自由基和空氣中的氮反應(yīng)，生成HCN化合物和N，進(jìn)一步快速與氧反應(yīng)，生成NOx。這部分NOx的轉(zhuǎn)換速度極快，但其生成量少。占NOx總生成量的5%?？刂芅Ox的生成量主要應(yīng)控制燃料型NOx和熱力型NOx的生成量。2/1/202367沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2二、低NOx燃燒技術(shù)1、低過(guò)量空氣燃燒2、濃淡偏差3、空氣分級(jí)2/1/202368沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2空氣分級(jí)：兩級(jí)燃燒是用80%左右的理論空氣量從燃燒器噴口送入，形成濃燃料燃燒區(qū)，降低了燃燒區(qū)的氧濃度，也降低了燃燒區(qū)的溫度，使NOx生成量減少；燃燒所需要的其他空氣量由主燃燒器上部的火上風(fēng)噴口（簡(jiǎn)稱OFA）送入爐膛，形成富氧燃燒。由于燃燒所需空氣量是分兩級(jí)送入爐內(nèi)的，燃燒過(guò)程也分兩級(jí)進(jìn)行，故稱兩級(jí)燃燒法或分級(jí)燃燒法。2/1/202369沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22/1/202370沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2第六節(jié)典型直流煤粉燃燒器1.WR型燃燒器2．濃淡燃燒器3.PM型燃燒器2/1/202371沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2一、WR型燃燒器①該燃燒器在一次風(fēng)口內(nèi)裝有一個(gè)V形擴(kuò)流錐或波形擴(kuò)流錐，擴(kuò)流錐相當(dāng)于一個(gè)小鈍體，可使噴口外的一次風(fēng)氣流形成一個(gè)穩(wěn)定的高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，為煤粉著火提供熱源；②同時(shí)該燃燒器的一次風(fēng)入口彎頭內(nèi)故意不安裝氣體導(dǎo)向裝置，利用彎頭進(jìn)行煤粉的濃淡分離，這些都有利于整個(gè)噴口的煤粉氣流容易著火和在低負(fù)荷下保持燃燒穩(wěn)定。③燃燒器能在較大范圍內(nèi)適應(yīng)煤種及負(fù)荷變化。2/1/202372沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-18WR型直流煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)(a)V形擴(kuò)流錐結(jié)構(gòu)；(b)波形擴(kuò)流錐結(jié)構(gòu)；(c)一次風(fēng)噴口總體1-噴嘴頭部；2-密封片；3-水平肋片；4-噴嘴管；5-入口彎頭2/1/202373沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-20寬調(diào)節(jié)比燃燒器1-阻擋塊；2-噴嘴頭部；3-擴(kuò)流錐；4-水平肋片；5-一次風(fēng)管；6-燃燒器外殼；7-入口彎頭2/1/202374沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2二、濃淡燃燒器(1)低NOX排放將煤粉氣流分離成濃粉流和淡粉流兩股氣流，這樣就可在一次風(fēng)總量不變的前提下提高濃粉流中的煤粉濃度，使?jié)夥哿髦械娜剂显谶^(guò)量空氣系數(shù)小于1的條件下燃燒，淡粉流中燃料則在過(guò)量空氣系數(shù)大于或接近于1的條件下燃燒，兩股氣流合起來(lái)使燃燒器出口的總過(guò)量空氣系數(shù)仍保持在合理的范圍之內(nèi)。2/1/202375沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2(2)穩(wěn)燃效果濃粉流可以加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，使煤粉盡快著火，在濃粉流著火后，為淡粉流提供了著火熱源，后者也隨之著火，整個(gè)火炬的燃燒穩(wěn)定性增強(qiáng)，從而擴(kuò)大了鍋爐不投油助燃的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和煤種適應(yīng)性。2/1/202376沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-19PM型濃淡煤粉燃燒器2/1/202377沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2三、PM型燃燒器（三菱重工首先研制開(kāi)發(fā)）①此種燃燒器的關(guān)鍵是分離器，它靠近燃燒器的一次風(fēng)管入口管段有一個(gè)彎頭，連接兩個(gè)噴口，依靠彎頭的慣性分離作用，將煤粉氣流分為濃煤粉和淡煤粉，濃粉流進(jìn)入上噴口，淡粉流進(jìn)入下噴口；2/1/202378沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2②燃燒器上還設(shè)置有火上風(fēng)噴口----空氣分級(jí)。③再循環(huán)煙氣噴口(簡(jiǎn)稱SGR噴口)----用以推遲二次風(fēng)向燃燒區(qū)的擴(kuò)散，降低燃燒區(qū)的氧濃度和燃燒溫度。PM型燃燒器實(shí)際上是集煙氣再循環(huán)、分級(jí)燃燒和濃淡燃燒于一體的低NOx燃燒系統(tǒng)，既可穩(wěn)定燃燒，又可抑制NOx的生成。2/1/202379沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2第七節(jié)典型旋流燃燒器

1.雙調(diào)風(fēng)燃燒器2.三井-巴布科克的LNASB燃燒器3.巴布科克-日立的HT-NR燃燒器2/1/202380沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2

2/1/202381沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2美國(guó)B&W的低NOx燃燒技術(shù)：DRB-4Z旋流燃燒器2/1/202382沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2第八節(jié)煤粉鍋爐爐膛

一、煤粉爐按照排渣方式分為兩種型式：將灰渣在固體狀態(tài)下由爐中清除出去，稱為固態(tài)排渣煤粉爐；將灰渣在熔化的液態(tài)下由爐中清除出去，稱為液態(tài)排渣煤粉爐。2/1/202383沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2結(jié)構(gòu)應(yīng)保證燃料完全燃燒，又能使?fàn)t膛出口煙溫降低到灰熔點(diǎn)以下，以便使出口以后對(duì)流受熱面不結(jié)渣。爐膛應(yīng)滿足以下要求：(1)良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性。指避免火焰沖擊爐墻，防止?fàn)t膛水冷壁結(jié)渣，減少爐內(nèi)死滯旋渦區(qū)，保證煤粉燃燒過(guò)程有足夠空間和時(shí)間。2/1/202384沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2(2)能布置足夠的受熱面，將爐膛出口煙溫降到容許的數(shù)值，以保證爐膛出口及其后的受熱面不結(jié)渣。(3)有合適的熱強(qiáng)度。按熱強(qiáng)度確定的爐膛容積及其截面尺寸和高度應(yīng)能滿足煤粉氣流在爐內(nèi)充分發(fā)展、均勻混合和完全燃燒的要求。2/1/202385沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2二、爐膛設(shè)計(jì)參數(shù)（１）爐膛容積熱負(fù)荷：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位爐膛容積放出的熱量。爐膛容積熱負(fù)荷過(guò)大，表示爐膛容積過(guò)小，燃料在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間不夠，不容易燒完。爐內(nèi)布置的水冷壁受熱面積過(guò)小，爐膛出口煙溫過(guò)高，導(dǎo)致結(jié)渣。2/1/202386沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（２）爐膛截面熱負(fù)荷：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位爐膛斷面積放出熱量。反映燃燒器區(qū)域溫度水平。爐膛容積熱負(fù)荷一定，截面熱負(fù)荷過(guò)大，爐膛斷面積小，燃燒器區(qū)域局部溫度過(guò)高，引起燃燒器區(qū)域結(jié)渣和NOX排放量過(guò)大。2/1/202387沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（３）燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位燃燒器區(qū)域壁面面積放出的熱量。強(qiáng)度越大，火焰越集中，燃燒器區(qū)域溫度水平越高。

2/1/202388沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（4）燃盡區(qū)容積熱負(fù)荷：2/1/202389沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2（5）爐膛壁面熱強(qiáng)度：爐膛壁面熱負(fù)荷越高，單位壁面吸收的熱量越大，爐內(nèi)平均煙溫水平越高。2/1/202390沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2三、爐膛的型式1.固態(tài)排渣煤粉爐爐膛也稱為燃燒室，它是供煤粉燃燒的地方。爐底－冷灰斗。爐頂－頂棚管過(guò)熱器。爐膛上部懸掛有屏式過(guò)熱器。爐膛后上方為煙氣出口。爐膛出口的下部有后水冷壁彎曲而成的折焰角。2/1/202391沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-2圖5-23固態(tài)排渣煤粉爐的形狀及溫度分布1-等溫線；2-燃燒器；3-折焰角；4-屏式過(guò)熱器；5-冷灰斗

2/1/202392沈陽(yáng)工程學(xué)院王樹(shù)群動(dòng)本091-22.液態(tài)排渣爐膛:了解3.W型火焰爐膛在我國(guó)已探明的煤炭?jī)?chǔ)量中，無(wú)煙煤約占15%。國(guó)內(nèi)電廠主要采用四角燃燒固態(tài)排渣煤粉爐來(lái)燃用無(wú)煙煤，雖然積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但仍存在飛灰可燃物含量高、燃料灰熔點(diǎn)低時(shí)易結(jié)渣以及低