鍋爐的燃燒系統(tǒng)

鍋爐的燃燒系統(tǒng)第一頁，共五十八頁。燃燒設備燃燒設備包括：

爐膛

燃燒器

點火裝置第二頁，共五十八頁。對燃燒設備的要求： 1、燃燒效率高； 2、著火和燃燒穩(wěn)定、可靠； 3、運行方便； 4、制造、安裝和檢修簡單方便；第三頁，共五十八頁。A、充足而又合適的空氣量；B、適當高的爐溫；C、足夠的燃燒停留時間；D、煤粉與空氣良好的混合和擾動；完全燃燒的條件第四頁，共五十八頁。一、爐膛

自然循環(huán)、四角切向燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構架的∏型汽包爐1、結構：

第五頁，共五十八頁。2、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，保證爐膛內所有的受熱面不結渣；第六頁，共五十八頁。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）對煤質和負荷變化有較寬的適應性能以及連續(xù)運行的可靠性。第七頁，共五十八頁。1、作用：

(1)向鍋爐爐膛內輸送燃料和空氣；(2)組織燃料和空氣及時、充分的混合；(3)保證燃料進入爐膛后盡快、穩(wěn)定的著火，迅速、完全的燃盡。二、燃燒器第八頁，共五十八頁。2、燃燒器的布置1）直流式燃燒器的布置方式2）旋流燃燒器的布置方式第九頁，共五十八頁。1）直流式燃燒器的布置方式第十頁，共五十八頁。2）旋流燃燒器的布置方式：

(a)前墻布置(b)兩面墻布置(c)半開爐膛對沖(d)爐底布置

（e）爐頂布置(b-1)兩面墻交錯布置(b)兩面墻交錯布置第十一頁，共五十八頁。3、直流式煤粉燃燒器

直流燃燒器通常由一列矩形或圓形噴口組成。煤粉氣流和熱空氣從噴口射出后，形成直流射流。

直流射流的主要特點是沿流動方向的速度衰減比較慢，具有比較穩(wěn)定射流核心區(qū)，且一次風和二次風的后期混合比較強。第十二頁，共五十八頁。

wx=0

Wx

x

θ

w0

wm

初始段

基本段

x1）湍流自由射流的動力學特征第十三頁，共五十八頁。2）直流煤粉燃燒器的類型（1）均等配風直流式燃燒器

（2）一次風集中布置的分級配風直流式燃燒器

直流煤粉燃燒器的一、二次風噴口的布置方式大致上有兩種類型。第十四頁，共五十八頁。（1）均等配風直流式燃燒器

適用于燃燒容易著火的煤，如煙煤、褐煤等。這類燃燒器的一、二次風噴口通常交替間隔排列，相鄰兩個噴口的中心間距較小，稱為均等配風直流燃燒器。第十五頁，共五十八頁。第十六頁，共五十八頁。均等配風直流燃燒器第十七頁，共五十八頁。第十八頁，共五十八頁。（2）一次風集中布置的分級配風直流式燃燒器

分級配風直流煤粉燃燒器適用于燃燒著火比較困難的煤，如揮發(fā)分較低的貧煤、無煙煤或劣質煙煤。

分級配風的目的是：在燃燒過程不同時期的各個階段，按需要送入適量空氣，保證煤粉穩(wěn)定著火、完全燃燒。第十九頁，共五十八頁。特點：幾個一次風噴口集中布置在一起，一、二次風噴口中心間距較大，如圖所示。由于一次風中攜帶的煤粉著火比較困難，一、二次風的混合過早，會使火焰溫度降低，引起著火不穩(wěn)定。為了維持煤粉火焰的穩(wěn)定著火，希望推遲煤粉氣流與二次風的混合，所以將二次風分為先后兩批送入著火后的煤粉氣流中。第二十頁，共五十八頁。第二十一頁，共五十八頁。3）、四角布置直流燃燒器的工作原理（1）、煤粉氣流在射出噴口時，是直流射流，但當四股氣流到達爐膛中心部位時，以切圓形式匯合，形成旋轉燃燒火焰，稱為四角切圓燃燒方式。同時在爐膛內形成一個自下而上的旋渦狀氣流第二十二頁，共五十八頁。第二十三頁，共五十八頁。第二十四頁，共五十八頁。（2）

煤粉氣流著火的熱源不僅來自卷吸熱煙氣和鄰角火焰的撞擊，而且還來自爐內高溫火焰的輻射加熱，但著火的主要熱源來自卷吸加熱，約占總著火熱源的60～70%。第二十五頁，共五十八頁。（3）煤粉氣流在正常燃燒時，一般在距離噴口0.3～0.5米處開始著火，在離開噴口1～2米的范圍內，煤粉中大部分揮發(fā)分析出并燒完，此后是焦炭和剩余揮發(fā)份的燃燒，需要延續(xù)10～20米甚至更長的距離。當燃料到達爐膛出口處時，燃料中98％以上的可燃物可以完全燃盡。第二十六頁，共五十八頁。四角切圓燃燒第二十七頁，共五十八頁。第二十八頁，共五十八頁。4）四角切圓燃燒鍋爐的殘余旋轉 在四角切圓燃燒鍋爐中，火焰不但旋轉穩(wěn)定、強烈，而且粘性很大。一般煙溫偏差達100℃左右，偏差嚴重的甚至達到300℃。 在沿爐膛出口過熱器區(qū)域的高度方向上，也存在著煙溫偏差和煙速偏差。第二十九頁，共五十八頁。5）四角切圓燃燒的氣流偏斜及切圓直徑 采用四角燃燒方式的鍋爐，運行中容易發(fā)生氣流偏斜而導致火焰貼墻，引起結渣以及燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。（1）氣流偏斜問題（2）切圓直徑第三十頁，共五十八頁。（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2、射流兩側“補氣”（卷吸）條件3、燃燒器的高寬比(hr/b)4、切圓直徑的膨脹第三十一頁，共五十八頁。（2）切圓直徑 爐內假想切圓直徑影響著氣流貼墻、結渣情況和燃燒穩(wěn)定性，還影響著汽溫調節(jié)和爐膛容積中火焰的充滿程度。切圓直徑的調整十分重要。

當切圓直徑較大時，煤粉的著火條件較好，氣流旋轉強烈，氣流擾動大，可燃物與空氣流的混合加強，有利于煤粉的燃盡。第三十二頁，共五十八頁。 但是，切圓直徑過大，會帶來下述的問題：(1)火焰容易貼墻，引起結渣；(2)著火過于靠近噴口，容易燒壞噴口；(3)火焰旋轉強烈時，產(chǎn)生的旋轉動量矩大，這將使爐膛出口煙溫分布不均勻程度加大，引起較大的熱偏差，導致過熱器結渣或超溫。第三十三頁，共五十八頁。6）一次風與二次風（1）一次風量

一次風量主要取決于煤質的揮發(fā)分含量和揮發(fā)分的發(fā)熱量。當煤質一定時，一次風量是影響煤粉氣流著火速度和著火穩(wěn)定性的主要因素。一次風量愈大，煤粉氣流加熱至著火所需的熱量就越多，即著火熱愈多，使著火推遲，燃料在爐內的有效燃燒時間減少，導致燃燒不完全。 一次風量通常用一次風量占總風量的比值表示，稱為一次風率。第三十四頁，共五十八頁。（2）一次風速 一次風速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩(wěn)定。當一次風速大于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r，就會吹滅火焰或者引起“脫火”。一次風速過低，對穩(wěn)定燃燒和防止結渣也是不利的。

第三十五頁，共五十八頁。（3）一次風溫

一次風溫對煤粉氣流的著火、燃燒速度影響較大。提高一次風溫，可降低著火熱，使著火位置提前，還能在低負荷運行時穩(wěn)定燃燒。提高熱風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。第三十六頁，共五十八頁。（4）二次風量和風速 二次風是在煤粉氣流著火后混入的。通常二次風速比一次風速提高一倍以上。 二次風量、風速、風溫和投入位置對著火穩(wěn)定性和燃盡過程起著重要作用。對于大容量鍋爐尤其要注意二次風穿透火焰的能力。

第三十七頁，共五十八頁。（5）二次風溫從燃燒角度看，二次風溫愈高，愈能強化燃燒。但是二次風溫的提高受到空氣預熱器傳熱面積的限制，不但增加投資，而且將使預熱器結構龐大，不便布置。

第三十八頁，共五十八頁。7）擺動式燃燒器

直流式煤粉燃燒器的噴口可做成固定式的，也可做成擺動式的。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，調節(jié)再熱蒸汽溫度。便于在啟動和運行中進行燃燒調節(jié)，控制爐膛出口煙溫，避免爐膛內受熱面結渣。第三十九頁，共五十八頁。

擺動式燃燒器一般適用于燃燒煙煤，也可燃燒較易著火的貧煤，但不適用于燃燒難著火的無煙煤、貧煤、劣質煙煤。第四十頁，共五十八頁。擺動式燃燒器的擺動機構第四十一頁，共五十八頁。8）水平濃淡燃燒器第四十二頁，共五十八頁。

濃淡燃燒器利用離心力或慣性力將一次風煤粉氣流分成富粉流和貧粉流兩股氣流，分別通過不同噴口進入爐膛內燃燒。 這樣，可在一次風總量不變的條件下，分離出一股高煤粉濃度的富粉流。由于高濃度煤粉氣流具有良好的著火和穩(wěn)燃性，因此它不需要特別強的熱回流。第四十三頁，共五十八頁。 這樣，不僅實現(xiàn)強化著火在技術上簡單易行，還可避免熱回流強度帶來的弊端。這樣燃燒器有較寬的煤種適應性，不僅用于燃用高灰分劣質煙煤和高水分褐煤，也用于燃用無煙煤和貧煤。第四十四頁，共五十八頁。CE公司直流式煤粉燃燒器第四十五頁，共五十八頁。濃淡燃燒器原理

1.所謂濃淡燃燒器，就是采用將煤粉——空氣混合物氣流，即一次風氣流分離成富粉流和貧粉流兩股氣流，這樣可在一次風總量不變的前提下提高富粉流中的煤粉濃度。第四十六頁，共五十八頁。

2.富粉流中燃料在過量空氣系數(shù)遠小于1的條件下燃燒，貧粉流中燃料則在過量空氣系數(shù)大于或接近1的條件下燃燒，兩股氣流合起來使燃燒器出口的總過量空氣系數(shù)仍保持在合理的范圍內。第四十七頁，共五十八頁。水平濃淡煤粉燃燒器的原理1-一次風管道;2-煤粉濃縮器;3-濃煤粉氣流火嘴;4-淡煤粉氣流火嘴;5-內側假想切圓;6-外側假想切圓;7-水冷壁;8-氧化性氣氛區(qū)第四十八頁，共五十八頁。

水平濃淡風煤粉燃燒器第四十九頁，共五十八頁。3.濃淡分離原理

（1）離心式煤粉濃縮器用在W型火焰鍋爐上。（2）利用管道轉彎所產(chǎn)生的離心力使煤粉濃縮，在四角切圓燃燒的爐膛上得到應用（4）帶有旋流葉片的煤粉濃縮器，用于燃用高水分褐煤的風扇磨煤機直吹式燃燒系統(tǒng)中（3）百葉窗錐形軸向分離器；第五十頁，共五十八頁。4.穩(wěn)燃原理 富粉流中煤粉濃度的提高，即該股氣流一次風分額降低，將使著火熱減少，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?，燃料著火提前?但是，煤粉濃度并非越高越好。如果煤粉濃度過高，則會因氧量不足影響揮發(fā)分燃燒，顆粒升溫速度降低，反而使火焰轉播速度下降，著火距離拉長，并會產(chǎn)生煤煙。最佳煤粉濃度值與煤種有關低揮發(fā)分煤和劣質煙煤的最佳值高于煙煤。第五十一頁，共五十八頁。 富粉流著火后，為貧粉流提供了著火熱源，后者隨之著火，整個火炬的燃燒穩(wěn)定性增強，從而擴大了鍋爐不投油助燃的負荷調節(jié)范圍及煤種適應性。

第五十二頁，共五十八頁。水平濃淡煤粉燃燒器的原理1-一次風管道;2-煤粉濃縮器;3-濃煤粉氣流火嘴;4-淡煤粉氣流火嘴;5-內側假想切圓;6-外側假想切圓;7水冷壁;8-氧化性氣氛區(qū)第五十三頁，共五十八頁。5.減少污染 煤粉燃燒時有NO和極少量的NO2生成，它們統(tǒng)稱為氮氧化合物，用NOX表示，是一種有害的氣體排放物。要降低NOX的生成量，要求火焰溫度低，燃燒區(qū)段內氧濃度小，燃料在高溫區(qū)內的停留時間短。 濃淡燃燒器因能降低燃燒產(chǎn)物中NOX的排放量，所以也是一種低NOX燃燒器。第五十四頁，共五十八頁。6.防止結渣

煤粉顆粒在高溫還原性氣氛下，煤灰的灰熔點將大大降低，這樣當煙中的灰粒接觸到受熱面或爐墻時，仍可能保持軟化狀態(tài)或熔化狀態(tài)，會粘結在壁面上，形成結渣。第五十五頁，共五十八頁。

對于濃淡型煤粉燃燒器，將一次風煤粉氣流沿水平方向進行濃淡分離，淡煤粉氣流位于背火側，即水冷壁一側，使水冷壁附近煤粉濃度降低，氧濃度提高，還原性氣氛水平下降，提高了灰粒的熔化溫度，可減少爐膛結渣的可能性。同時，