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(shè)備燃燒設(shè)備包括：

爐膛

燃燒器

點火裝置第二頁，共五十八頁。對燃燒設(shè)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(dāng)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(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐1、結(jié)構(gòu)：

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(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；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(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。第七頁，共五十八頁。1、作用：

(1)向鍋爐爐膛內(nèi)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(fēng)和二次風(fēng)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(xué)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(fēng)直流式燃燒器

（2）一次風(fēng)集中布置的分級配風(fēng)直流式燃燒器

直流煤粉燃燒器的一、二次風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)集中布置的分級配風(fēng)直流式燃燒器

分級配風(fēng)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(zhì)煙煤。

分級配風(fēng)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(fēng)噴口集中布置在一起，一、二次風(fēng)噴口中心間距較大，如圖所示。由于一次風(fēng)中攜帶的煤粉著火比較困難，一、二次風(fēng)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(fēng)的混合，所以將二次風(fēng)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(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，稱為四角切圓燃燒方式。同時在爐膛內(nèi)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(nèi)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(nèi)，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(dāng)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(zhuǎn) 在四角切圓燃燒鍋爐中，火焰不但旋轉(zhuǎn)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(dǎo)致火焰貼墻，引起結(jié)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(cè)“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(nèi)假想切圓直徑影響著氣流貼墻、結(jié)渣情況和燃燒穩(wěn)定性，還影響著汽溫調(diào)節(jié)和爐膛容積中火焰的充滿程度。切圓直徑的調(diào)整十分重要。

當(dāng)切圓直徑較大時，煤粉的著火條件較好，氣流旋轉(zhuǎn)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(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，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(dǎo)致過熱器結(jié)渣或超溫。第三十三頁，共五十八頁。6）一次風(fēng)與二次風(fēng)（1）一次風(fēng)量

一次風(fēng)量主要取決于煤質(zhì)的揮發(fā)分含量和揮發(fā)分的發(fā)熱量。當(dāng)煤質(zhì)一定時，一次風(fēng)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(fēng)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(nèi)的有效燃燒時間減少，導(dǎo)致燃燒不完全。 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。第三十四頁，共五十八頁。（2）一次風(fēng)速 一次風(fēng)速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩(wěn)定。當(dāng)一次風(fēng)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(fēng)速過低，對穩(wěn)定燃燒和防止結(jié)渣也是不利的。

第三十五頁，共五十八頁。（3）一次風(fēng)溫

一次風(fēng)溫對煤粉氣流的著火、燃燒速度影響較大。提高一次風(fēng)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(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。第三十六頁，共五十八頁。（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。通常二次風(fēng)速比一次風(fēng)速提高一倍以上。 二次風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)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(fēng)穿透火焰的能力。

第三十七頁，共五十八頁。（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。但是二次風(fēng)溫的提高受到空氣預(yù)熱器傳熱面積的限制，不但增加投資，而且將使預(yù)熱器結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度。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。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(zhì)煙煤。第四十頁，共五十八頁。擺動式燃燒器的擺動機構(gòu)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(fēng)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(nèi)燃燒。 這樣，可在一次風(fēng)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(shù)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(yīng)性，不僅用于燃用高灰分劣質(zhì)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(fēng)氣流分離成富粉流和貧粉流兩股氣流，這樣可在一次風(fēng)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(nèi)。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(fēng)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(nèi)側(cè)假想切圓;6-外側(cè)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(fēng)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(zhuǎn)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(yīng)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(fēng)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(fēng)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(zhuǎn)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(guān)低揮發(fā)分煤和劣質(zhì)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(diào)節(jié)范圍及煤種適應(yīng)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(fēng)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(nèi)側(cè)假想切圓;6-外側(cè)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(nèi)氧濃度小，燃料在高溫區(qū)內(nèi)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(jié)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(dāng)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(jié)在壁面上，形成結(jié)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(fēng)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(cè)，即水冷壁一側(cè)，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(jié)渣的可能性。同時，