鍋爐原理與設(shè)備第四章燃燒設(shè)備演示文稿

鍋爐原理與設(shè)備第四章燃燒設(shè)備演示文稿目前一頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)第四章燃燒設(shè)備

煤粉燃燒器

燃燒器的作用

直流燃燒器

旋流燃燒器W型火焰燃燒技術(shù)

W型火焰爐膛結(jié)構(gòu)

W型火焰燃燒技術(shù)的特點(diǎn)

煤粉爐爐膛

爐膛的要求

評(píng)價(jià)爐膛結(jié)構(gòu)的參數(shù)

低負(fù)荷穩(wěn)燃及低NOx煤粉燃燒技術(shù)

低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)

低NOx煤粉燃燒技術(shù)目前二頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)4.1電站鍋爐的燃燒設(shè)備性能良好的燃燒設(shè)備應(yīng)滿足的條件：將燃料和燃燒用空氣送入爐膛，形成良好的空氣動(dòng)力場，保證燃料迅速穩(wěn)定著火。及時(shí)供應(yīng)空氣，與燃料適時(shí)混合，使燃料達(dá)到完全燃燒。燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)不結(jié)焦。良好的燃料適應(yīng)性。NOX的生產(chǎn)量控制在允許范圍內(nèi)。目前三頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)燃燒器的作用是將燃料與燃燒所需空氣按一定的比例、速度和混合方式經(jīng)噴口送入爐膛。其主要作用為：向鍋爐爐膛內(nèi)輸送燃料和空氣；組織燃料和空氣及時(shí)、充分地混合；保證燃料進(jìn)入爐膛后盡快、穩(wěn)定地著火，迅速、完全地燃盡。一、燃燒器的作用4.2煤粉燃燒器的射流特點(diǎn)4目前四頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

一次風(fēng)攜帶煤粉送入燃燒器的空氣。主要作用是輸送煤粉和滿足燃燒初期揮發(fā)分燃燒對氧氣的需要。二次風(fēng)待煤粉氣流著火后再送入的空氣。二次風(fēng)補(bǔ)充煤粉繼續(xù)燃燒所需要的空氣，并起氣流的擾動(dòng)和混合的作用。三次風(fēng)對中間儲(chǔ)倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，為充分利用細(xì)粉分離器排出的含有10%～15%細(xì)粉的乏氣，由單獨(dú)的噴口送入爐膛燃燒，這股乏氣稱為三次風(fēng)。二、通過燃燒器的空氣目前五頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

三、直流燃燒器直流燃燒器的一、二、三次風(fēng)分別由垂直布置的一組圓形或矩形的噴口以直流湍流自由射流的形式噴入爐膛，根據(jù)燃煤特性不同，一、二次風(fēng)噴口的排列方式可分為均等配風(fēng)和分級(jí)配風(fēng)。直流射流的主要特點(diǎn)：沿流動(dòng)方向的速度衰減比較慢具有比較穩(wěn)定的射流核心區(qū)一次風(fēng)和二次風(fēng)的后期混合比較強(qiáng)6目前六頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)目前七頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

均等配風(fēng)燃燒器一、二次風(fēng)噴口相間布置，即在兩個(gè)一次風(fēng)噴口之間均等布置一個(gè)或兩個(gè)二次風(fēng)噴口，或在每個(gè)一次風(fēng)口的背火側(cè)均等布置二次風(fēng)口，各二次風(fēng)噴口的風(fēng)量分配較均勻均等配風(fēng)燃燒器一、二次風(fēng)口間距較?。?0-160mm），有利于一、二次風(fēng)的較早混合，使一次風(fēng)煤粉氣流著火后能迅速獲得足夠的空氣，達(dá)到完全燃燒

均等配風(fēng)適用于燃用高揮發(fā)分煤種，常稱為煙煤、褐煤型配風(fēng)方式1.均等配風(fēng)直流燃燒器目前八頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

分級(jí)配鳳是指把二次風(fēng)分級(jí)分階段地送入燃燒的煤粉氣流中。

分級(jí)配風(fēng)燃燒器一次風(fēng)噴口相對集中布置，并靠近燃燒器的下部，二次風(fēng)噴口則分層布置，一、二次風(fēng)噴口間保持較大的距離(160-350mm)，燃燒所需要的二次風(fēng)分階段送入燃燒的煤粉氣流中，強(qiáng)化氣流的后期混合，促使燃料燃燒與燃盡。2.分級(jí)配風(fēng)直流燃燒器目前九頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

分級(jí)配風(fēng)燃燒器一次風(fēng)噴口高寬比大，卷吸量大；煤粉氣流相對集中，火焰中心溫度高，有利于低揮發(fā)分煤的著火、燃燒。

分級(jí)配風(fēng)適合于燃用低揮發(fā)分煤種或劣質(zhì)煙煤，常稱為無煙煤、貧煤型配風(fēng)方式。

目前十頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

下二次風(fēng)防止煤粉離析，避免未燃燒的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致過分下沖，避免冷灰斗結(jié)渣，風(fēng)量較小中二次風(fēng)是均等配風(fēng)方式煤粉燃燒階段所需氧氣和湍流擾動(dòng)的主要風(fēng)源，風(fēng)量較大上二次風(fēng)提供適量的空氣保證煤粉燃盡，是分級(jí)配風(fēng)方式煤粉燃燒和燃盡的主要風(fēng)源，風(fēng)量較大3.直流燃燒器各層二次風(fēng)的作用目前十一頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

四角切圓燃燒方式直流燃燒器的布置爐膛四角或接近四角布置，四個(gè)角燃燒器出口氣流的軸線與爐膛中心的一個(gè)或兩個(gè)假想圓相切，使氣流在爐內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)。4.直流燃燒器四角布置切圓燃燒方式四角切圓燃燒方式目前十二頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

切圓燃燒方式的特點(diǎn)

煤粉氣流著火所需熱量，除依靠本身外邊界卷吸煙氣和接受爐膛輻射熱以外，主要是靠來自上游鄰角正在劇烈燃燒的火焰的沖擊和加熱，著火條件好?；鹧嬖跔t內(nèi)充滿度較好，燃燒后期氣流擾動(dòng)較強(qiáng)，有利于燃盡，煤種適應(yīng)性強(qiáng)風(fēng)粉管布置復(fù)雜目前十三頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)切圓燃燒方式直流燃燒器的布置（a）正四角布置（b）正八角布置（c）大切角正四角布置（d）同向大小雙切圓（e）正反雙切圓（f）兩角相切，兩角對沖置（h）大切角雙室爐膛方式（g）雙室爐膛切圓方式目前十四頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

大切角正四角布置：大容量鍋爐常采用。把爐膛四角切去，在四個(gè)切角上安裝燃燒器。除具有正四角布置的特點(diǎn)外，還可形成切角形水冷壁。既可增大燃燒器噴口兩側(cè)的空間，使兩側(cè)補(bǔ)氣條件差異更小，射流不易偏斜；切角水冷壁形成燃燒器的水冷套，保護(hù)噴口不易被燒壞。

正四角布置：中小容量煤粉爐常采用。爐膛截面為正方形或接近正方形的巨型，燃燒器布置在四個(gè)角上，燃燒器噴口的幾何軸線和爐膛兩側(cè)墻的夾角接近相等，射流兩側(cè)的補(bǔ)氣條件差異很小，氣流向壁面的偏斜較小，因而煤粉火炬的充滿程度較好，熱負(fù)荷較均勻。目前十五頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

采用同向大小雙切圓方式，適用于截面深寬比較大的爐膛或由于爐膛四角有柱子，而不能四角布置，燃燒器只能布置在兩側(cè)墻靠角的位置?？筛淖儦饬髌?，防止實(shí)際切圓的橢圓度過大；采用正反雙切圓方式，兩股氣流反切，可減少實(shí)際切圓的橢圓度；采用兩角相切，兩角對沖方式，可減少氣流相切時(shí)實(shí)際假想圓的直徑，減低氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，防止氣流的過分偏斜，但卻使燃燒后期的混合擾動(dòng)變差。目前十六頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

切圓燃燒方式實(shí)際氣流并不能完全沿軸線方向前進(jìn)，會(huì)出現(xiàn)一定的偏斜，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致燃燒器出口射流沖墻貼壁，造成爐膛水冷壁結(jié)渣。

鄰角氣流的撞擊（主要原因）爐內(nèi)

氣流圍繞假想切圓旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩有關(guān)，其中二次風(fēng)射流的動(dòng)量矩其主要作用。適當(dāng)增加一次風(fēng)動(dòng)量或減小二次風(fēng)動(dòng)量，都會(huì)減小旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩，減弱氣流的偏斜。一次風(fēng)煤粉氣流的偏斜17目前十七頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

射流兩側(cè)“補(bǔ)氣”條件的影響燃燒器射流兩側(cè)卷吸煙氣形成負(fù)壓，向火側(cè)受到上游鄰角氣流的撞擊，補(bǔ)氣充裕，壓力較高；背火側(cè)補(bǔ)氣條件差，壓力較低，射流兩側(cè)因此形成壓差，迫使射流偏向壓力低的一側(cè)，甚至迫使氣流貼墻，引起結(jié)渣。目前十八頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

燃燒器的高寬比（h/d）對射流彎曲變形影響較大高寬比愈大，射流形狀愈寬而??；其“剛性”就愈差，因而，射流愈容易彎曲變形。目前十九頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

假想切圓直徑dim

較大的dim可使鄰角火炬的高溫?zé)煔飧走_(dá)到下角射流的根部，擾動(dòng)更強(qiáng)烈，有利于煤粉氣流著火、燃盡；但dim過大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁結(jié)渣；爐膛出口較大的殘余旋轉(zhuǎn)會(huì)引起煙溫和過熱汽溫偏差。目前二十頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

旋流燃燒器出口氣流是一股繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)射流一、二次風(fēng)用不同管道與燃燒器連接，在燃燒器內(nèi)一、二次風(fēng)通道隔開。二次風(fēng)射流均為旋轉(zhuǎn)射流,一次風(fēng)射流可以是旋轉(zhuǎn)射流,也可以是直流射流。旋流燃燒器是一組圓形噴口。一、旋轉(zhuǎn)射流4.3旋轉(zhuǎn)射流和旋流煤粉燃燒器的射流特點(diǎn)目前二十一頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

旋流射流具有比直流射流大得多的擴(kuò)展角，射流中心形成回流區(qū)，射流內(nèi)、外同時(shí)卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔?，卷吸量大?/p>

從燃燒器噴出的氣流不但具有軸向速度，而且具有很高的切向速度，早期湍動(dòng)混合強(qiáng)烈。

軸向速度衰減較快，射流射程較短，后期擾動(dòng)較弱。二、旋轉(zhuǎn)射流的特點(diǎn)目前二十二頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)目前二十三頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

表征旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)程度的特征參數(shù)，定義為氣流相對于軸線的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩M與氣流的軸向動(dòng)量K及定性尺寸L乘積的比值，即隨著n的不同，旋流燃燒器形成三種不同的射流狀態(tài)封閉式氣流（封閉式火焰）n較小，出口氣流旋流強(qiáng)度很小，射流中心不出現(xiàn)回流區(qū)或回流區(qū)很小，基本上是封閉氣流。在火焰根部卷吸高溫?zé)煔?，形成回流區(qū)；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。但回流量小，不適合燃燒難燃的煤三、旋流強(qiáng)度n封閉氣流—弱旋轉(zhuǎn)射流開放式射流全擴(kuò)散式射流目前二十四頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

開放式旋轉(zhuǎn)射流（開放式火焰）n較大，射流內(nèi)、外側(cè)的壓力差逐漸接近，射流中心形成較大回流區(qū)，延長到速度很低處才封閉，其著火穩(wěn)定性主要依賴于爐內(nèi)煙氣溫度。

全擴(kuò)散式射流（飛邊火焰）射流外卷吸作用強(qiáng)烈，使外側(cè)壓力小于中心壓力，整個(gè)射流向外全部張開，氣流離開燃燒器后，貼墻運(yùn)動(dòng)，引起結(jié)渣。目前二十五頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

旋流燃燒器通常前墻布置，前后墻對沖或交錯(cuò)布置

若鍋爐容量較小，一般將旋流燃燒器布置在前墻，單排或多排布置；若鍋爐容量較大，采用前后墻或兩側(cè)墻對沖或交錯(cuò)布置，單排或多排布置四、旋流燃燒器的布置目前二十六頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)常用的旋流燃燒器目前二十七頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)旋流燃燒器的布置

燃燒器前后墻或兩側(cè)墻布置兩面墻上燃燒器噴出的火炬在爐膛中央互相撞擊后，火焰大部分向爐膛上方運(yùn)動(dòng)，爐內(nèi)的火焰充滿程度較好，擾動(dòng)性也較強(qiáng)若對沖的兩個(gè)燃燒器負(fù)荷不相同，則爐內(nèi)高溫火焰將向一側(cè)偏移，造成結(jié)渣

旋流燃燒器爐頂布置只在采用W火焰燃燒技術(shù)的較矮的下爐膛中才應(yīng)用目前二十八頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)NOx生成機(jī)理溫度型（熱力型）NOx：空氣中的氮?dú)庠诟邷叵拢?500℃以上）氧化而生成，占NOx總量的10%-20%。燃料型NOx：燃料中含有的氮化合物（主要是揮發(fā)分中的氮化合物）在燃燒過程中熱分解而又接著被氧化而生成，占NOx總量的75%左右?？焖傩蚇Ox：燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CH等反應(yīng)生成的，占NOx總量的5%左右。4.5低NOx燃燒目前二十九頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)

影響NOx生成的主要因素火焰溫度和高溫下的燃燒時(shí)間（或滯留時(shí)間）燃燒過程中，溫度越高，生成的NOx量越大，尤其是熱力NOx量在2000℃以上時(shí)幾乎瞬間內(nèi)完成。在1600-2000℃內(nèi)，若持續(xù)時(shí)間較長，NOx易生成；若時(shí)間較短，NOx的生產(chǎn)速度減慢。在1500℃以下時(shí)熱力NOx的生成速度顯著減慢，但燃料NOx的生成并不減慢。30目前三十頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)燃料性質(zhì)燃煤中的含N量越高，燃燒過程中轉(zhuǎn)化為NOx也就越多。燃燒區(qū)中氧的濃度燃燒區(qū)中氧濃度增大，不論熱力NOx還是燃料NOx其生產(chǎn)量都將增大。目前三十一頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)常見的低NOX燃燒技術(shù)低過量空氣燃燒（低氧燃燒）在保證完全燃燒的情況下，使燃料在爐內(nèi)總體過量空氣系數(shù)較低的工況下燃燒。濃淡偏差在爐膛多只燃燒器中，選擇幾只燃燒器使部分燃料在空氣不足條件下燃燒，即燃料過濃或富燃料燃燒，其余燃燒器使燃料在空氣過量條件下燃燒，即過淡或富空氣燃燒。在燃燒器的燃燒區(qū)域內(nèi)，因燃料燃燒不完全，燃燒溫度下降，從而抑制NOx的生成。因富燃料火焰較長，富空氣火焰較短，若兩者配合適當(dāng)，相互補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃燒。最適宜用在燃?xì)忮仩t上。目前三十二頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)空氣分級(jí)把燃燒用的空氣由原來的一股分為兩股或多股。在燃燒開始階段加入部分空氣，造成一次氣流燃燒區(qū)域的富燃料狀態(tài)，燃料部分燃燒，使得有機(jī)結(jié)合在燃料中氮的一部分生成無害的氮分子，從而抑制燃料NOx的生成。作為完全燃燒用的其余二次風(fēng)，噴射到富燃料區(qū)域的下游，形成二次燃燒區(qū)，實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃燒。目前三十三頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)爐膛是燃料燃燒和熱交換（主要是輻射熱交換）的場所有利于著火、穩(wěn)燃，并使燃料燃燒完全；將煙氣冷卻到煤灰的熔點(diǎn)溫度以下，保證爐膛內(nèi)所有受熱面不結(jié)渣;布置足夠的蒸發(fā)受熱面，不發(fā)生傳熱惡化;有合適的熱強(qiáng)度降低NOx生成量;對煤質(zhì)和負(fù)荷變化有較好的適應(yīng)性。一、燃燒煤粉對爐膛的要求4.8煤粉鍋爐爐膛目前三十四頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)qV過大

Vf過小，單位時(shí)間，單位爐膛容積內(nèi)燃燒過多燃料，煙氣量增多，煙氣流速過高，燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間過短，不利于燃燒的完全燃燒；

布置的水冷壁受熱面過少，爐膛及爐膛出口煙氣溫度偏高，易結(jié)渣；qV過小

Vf過大，爐內(nèi)溫度較低，燃料燃盡困難。二、爐膛設(shè)計(jì)參數(shù)

爐膛容積熱強(qiáng)度（熱負(fù)荷）qV

表示單位時(shí)間、單位爐膛容積內(nèi)，燃料燃燒釋熱的熱量。

Vf——爐膛容積35目前三十五頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)目前三十六頁\總數(shù)四十一頁\編于十點(diǎn)隨著鍋爐容量增大，qV呈下降趨勢。這是因?yàn)槿济毫吭龃蠛?，要求保證燃料在爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，因而必須增大爐膛容積。與此間時(shí)，又要求布置足夠的水冷壁來冷卻煙氣，并防止水冷壁管內(nèi)出現(xiàn)傳熱惡化。但是容積與幾何尺寸的三次方成正比，而壁面積與幾何尺寸的二次方成正比，因而容積的增長速度比壁面積要快，