第五章煤粉燃燒理論及燃燒設(shè)備課件

煤粉燃燒理論基礎(chǔ)及燃燒設(shè)備

第五章煤粉燃燒理論基礎(chǔ)及燃燒設(shè)備

第五章1本章內(nèi)容燃燒的基本理論煤粉氣流的著火和燃燒煤粉燃燒器及其爐內(nèi)布置型式煤粉爐點火設(shè)備燃燒調(diào)整試驗方法本章內(nèi)容2本章重點與難點炭粒的燃燒過程與影響因素燃燒的三個區(qū)域著火和熄火的熱力條件煤粉氣流著火的影響因素燃燒完全的條件直流射流的特性、直流燃燒器的種類、特點、布置方式旋流射流的特性、旋流燃燒器的種類與特點、布置方式本章重點與難點炭粒的燃燒過程與影響因素3燃燒的基本理論

第一節(jié)燃燒的基本理論

第一節(jié)4燃燒的分類單相燃燒（均相燃燒）

燃料與氧化劑同相多相燃燒（異相燃燒）

燃料與氧化劑不同相燃燒的分類單相燃燒（均相燃燒）5化學(xué)反應(yīng)速度定義：

單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加，單位對于反應(yīng)瞬時化學(xué)反應(yīng)速度可表示為化學(xué)反應(yīng)速度定義：6影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素濃度溫度壓力催化反應(yīng)影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素濃度7氧的擴散速度炭粒與氧的燃燒化學(xué)反應(yīng)是在炭粒表面進行的。由于化學(xué)反應(yīng)消耗氧，炭粒反應(yīng)表面氧濃度CB小于周圍介質(zhì)中的氧濃度CO，周圍環(huán)境的氧不斷向炭粒表面擴散。氧擴散過程的快慢用氧的擴散速度表示。氧的擴散速度炭粒與氧的燃燒化學(xué)反應(yīng)是在炭粒表面進行的。由于化8擴散速度系數(shù)擴散速度系數(shù)9炭粒多相燃燒反應(yīng)階段氧氣擴散到炭粒反應(yīng)表面氧氣被炭粒表面吸附在炭粒表面進行燃燒化學(xué)反應(yīng)燃燒產(chǎn)物由炭粒解吸附燃燒產(chǎn)物離開炭粒表面擴散到周圍環(huán)境中慢慢炭粒多相燃燒反應(yīng)階段氧氣擴散到炭粒反應(yīng)表面慢慢10炭粒的燃燒速度定義：

炭粒單位表面上的實際反應(yīng)速度。

當(dāng)燃燒過程穩(wěn)定時炭粒的燃燒速度定義：11燃燒區(qū)域動力燃燒區(qū)擴散燃燒區(qū)過渡燃燒區(qū)燃燒區(qū)域動力燃燒區(qū)12加強燃燒的措施減小粒徑加強燃燒的措施減小粒徑13不同爐型所處的燃燒區(qū)域?qū)尤紶t擴散區(qū)煤粉爐中心區(qū)以外—過渡區(qū)＋動力區(qū)粗粉高溫區(qū)—擴散區(qū)擾動↑炭粒直徑↓強制通風(fēng)擾動↑、炭粒直徑↓溫度↑、燃料性質(zhì)不同爐型所處的燃燒區(qū)域?qū)尤紶t擴散區(qū)煤粉爐中心區(qū)以外—過渡區(qū)＋14煤粉氣流的

著火和燃燒

第二節(jié)煤粉氣流的

著火和燃燒

第二節(jié)15煤粉的燃燒過程著火前的準(zhǔn)備階段燃燒階段燃盡階段用時最長75％三個過程既串聯(lián)又并聯(lián)用時25％煤粉的燃燒過程著火前的準(zhǔn)備階段用時25％16著火和熄火煤粉氣流的著火

由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的燃燒狀態(tài)的瞬間過程稱為著火，轉(zhuǎn)變時的瞬間溫度稱為著火溫度著火、熄火的熱力條件

煤粉氣流燃燒時要放出熱量，同時又向周圍介質(zhì)散熱。這兩個互相矛盾過程的發(fā)展，可能使燃燒過程發(fā)生（著火）或者停止（熄火）著火和熄火煤粉氣流的著火由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的燃17著火和熄火的熱力條件煤粉氣流燃燒時的放熱量Q1為向周圍介質(zhì)的散熱量Q2為著火和熄火的熱力條件煤粉氣流燃燒時的放熱量Q1為18著火和熄火的熱力條件著火和熄火的熱力條件19著火熱定義將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量計算一次風(fēng)煤粉水分爐后水分著火熱定義一次風(fēng)煤粉水分爐后水分20影響煤粉氣流著火的因素燃料性質(zhì)一次風(fēng)性質(zhì)爐內(nèi)散熱條件燃燒器結(jié)構(gòu)特性鍋爐負(fù)荷影響煤粉氣流著火的因素燃料性質(zhì)21燃燒完全的條件供應(yīng)充足而又合適的空氣量（Air）適當(dāng)高的爐溫(Temperature)空氣和煤粉的良好擾動和混合(Turbulence)在爐內(nèi)要有足夠的停留時間(Time)燃燒效率燃燒完全的條件供應(yīng)充足而又合適的空氣量（Air）燃燒效率22煤粉燃燒器

及其爐內(nèi)布置型式第三節(jié)煤粉燃燒器

及其爐內(nèi)布置型式第三節(jié)23燃燒器的作用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)定的著火；及時供應(yīng)空氣，使燃料和空氣充分混合，達(dá)到煤粉在爐內(nèi)迅速完全燃燒。燃燒器的作用將攜帶煤粉的一次風(fēng)和助燃的二次風(fēng)24燃燒器的要求組織良好的空氣動力場，及時著火，保證燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。有較好的燃料適應(yīng)性和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍。能減少NOx生成，減少對環(huán)境的污染。運行可靠，不易燒壞和磨損易于自動控制燃燒器的要求組織良好的空氣動力場，及時著火，保證燃燒的穩(wěn)定性25爐膛的作用燃燒空間換熱部件爐膛的作用燃燒空間26對爐膛的要求足夠的空間和合理的結(jié)構(gòu)，以組織燃燒，減小不完全燃燒損失有合理的溫度場和良好的爐內(nèi)空氣動力特性，保證穩(wěn)定完全燃燒；避免火焰沖墻，防止水冷壁結(jié)渣布置足夠的輻射受熱面，保證爐膛出口煙溫，防止?fàn)t膛出口及其后的受熱面結(jié)渣對爐膛的要求足夠的空間和合理的結(jié)構(gòu)，以組織燃燒，減小不完全燃27一次風(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對氧氣的需要，用于揮發(fā)分的燃燒二次風(fēng)著火后單獨送入的空氣，補充后期燃燒所需空氣，用于焦炭燃燒，并起到氣流的擾動和混合的作用三次風(fēng)對中間儲倉式熱風(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，由單獨的噴口送入爐膛燃燒燃燒器中的“風(fēng)”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28燃燒器的分類直流燃燒器旋流燃燒器燃燒器的分類直流燃燒器29直流射流直流射流30直流射流的特性射程

射流軸向速度wm與射流初始速度w0的比值降低到某一不為零的數(shù)值（如0.05）時的截面與噴口間的距離卷吸能力剛性射流抗偏轉(zhuǎn)的能力擴展角θ

直流射流的特性射程31直流煤粉燃燒器的型式均等配風(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。分級配風(fēng)

適合于燃用低揮發(fā)分煤種或劣質(zhì)煤，常稱為無煙煤和貧煤配風(fēng)方式。直流煤粉燃燒器的型式均等配風(fēng)32直流燃燒器均等配風(fēng)

一、二次風(fēng)噴口相間布置，即在二個一次風(fēng)噴口之間均等布置一個或二個二次風(fēng)噴口，各二次風(fēng)噴口的風(fēng)量分配較均勻。一、二次風(fēng)口間距較小，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，利于揮發(fā)份高的煙煤、褐煤燃燒直流燃燒器均等配風(fēng)一、二次風(fēng)噴口相間布置，即在二個一33直流燃燒器均等配風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng)直流燃燒器均等配風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng)34直流燃燒器分級配風(fēng)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，燃燒所需要的二次風(fēng)分階段送入燃燒的煤粉氣流中，有利于揮發(fā)份低的無煙煤、貧煤燃燒。直流燃燒器分級配風(fēng)一次風(fēng)噴口相對集中布35直流燃燒器分級配風(fēng)二次風(fēng)分級風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)分級配風(fēng)圖直流燃燒器分級配風(fēng)二次風(fēng)分級風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)分級配風(fēng)圖36典型燃燒器結(jié)構(gòu)

典型燃燒器結(jié)構(gòu)37各級二次風(fēng)的布置及作用上、下二次風(fēng)周界風(fēng)夾心風(fēng)十字風(fēng)各級二次風(fēng)的布置及作用上、下二次風(fēng)38三次風(fēng)位于燃燒器上方具有一定的下傾角（7°～15°）風(fēng)速：50～60m/s三次風(fēng)位于燃燒器上方39改進的直流燃燒器寬調(diào)節(jié)比燃燒器（WR燃燒器）PM燃燒器原理：煤粉穩(wěn)燃技術(shù)低NOx燃燒技術(shù)改進的直流燃燒器寬調(diào)節(jié)比燃燒器（WR燃燒器）原理：煤粉穩(wěn)燃技40寬調(diào)節(jié)比（WR）燃燒器煤粉氣流通過管道彎頭時，受離心力作用分成濃淡兩股煤粉噴嘴出口處的波紋擴流錐，可在噴嘴出口形成一個穩(wěn)定的回流區(qū)一次風(fēng)噴嘴設(shè)有周界風(fēng)，可避免一次風(fēng)噴口燒壞；寬調(diào)節(jié)比（WR）燃燒器煤粉氣流通過管道彎頭時，受離心力作用分41PM燃燒器PM燃燒器42直流燃燒器的布置方式切向燃燒方式U型火焰燃燒W型火焰燃燒直流燃燒器的布置方式切向燃燒方式43切向燃燒方式特性切向燃燒方式特性44

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，煤粉氣流著火熱量，來源于旋轉(zhuǎn)射流內(nèi)、外邊界同時卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃?。卷吸量較大但射程短，適用于揮發(fā)份較高的煤種。旋流射流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45旋流射流的特性射程

射流軸向速度wm與射流初始速度w0的比值降低到某一不為零的數(shù)值（如0.05）時的截面與噴口間的距離卷吸能力剛性射流抗偏轉(zhuǎn)的能力旋流射流的特性射程46旋流射流旋流射流47旋流射流的型式根據(jù)氣流的旋流強度的大小，旋流式燃燒器形成的火焰形狀可能有三種：封閉式火焰、開放式火焰、飛邊火焰。

旋流射流的型式根據(jù)氣流的旋流強度的大小，旋流式燃燒器形成的火48旋流煤粉燃燒器的型式單蝸殼旋流煤粉燃燒器雙蝸殼旋流煤粉燃燒器軸向葉片型旋流煤粉燃燒器切向葉片式旋流煤粉燃燒器雙調(diào)風(fēng)低NOx煤粉燃燒器旋流煤粉燃燒器的型式單蝸殼旋流煤粉燃燒器49旋流燃燒器的布置方式旋流燃燒器的布置方式50第五章煤粉燃燒理論及燃燒設(shè)備課件51第五章煤粉燃燒理論及燃燒設(shè)備課件52北侖電廠1#600MW機組

制粉燃燒系統(tǒng)（控制循環(huán)）制粉系統(tǒng)：正壓直吹式制粉系統(tǒng)配6臺碗式中速磨，5臺可帶MCR負(fù)荷，一臺備用。6臺磨共24根煤粉管道在磨煤機上引出分6層布置成水平走向引至爐膛四角燃燒系統(tǒng)：四角切圓燃燒，擺動式燃燒器，每角6只煤粉噴口，6只二次風(fēng)噴口北侖電廠1#600MW機組

制粉燃燒系統(tǒng)（控制循環(huán)）制粉系統(tǒng)53北侖電廠2#600MW機組

制粉燃燒系統(tǒng)（自然循環(huán)）制粉系統(tǒng)：正壓直吹式制粉系統(tǒng)配6臺HP-983碗式中速磨，5臺可帶MCR負(fù)荷，一臺備用。燃燒系統(tǒng)：旋流燃燒器前、后墻對沖布置，36只雙調(diào)節(jié)旋流燃燒器以前、后墻各布置3層，每層6個燃燒器，同墻面、同標(biāo)高的6個燃燒器共用1個二次風(fēng)室，也通過6根煤粉管道與同一臺磨煤機連接，即同層燃燒器與同一個煤粉子系統(tǒng)相對應(yīng)。北侖電廠2#600MW機組

制粉燃燒系統(tǒng)（自然循環(huán)）制粉系統(tǒng)54煤粉爐點火設(shè)備第四節(jié)煤粉爐點火設(shè)備第四節(jié)55點火裝置的作用及分類作用機組啟動時點燃主燃燒器的煤粉氣流低負(fù)荷運行時穩(wěn)定著火和燃燒分類三級點火裝置（電火花點火器）二級點火裝置（電弧點火器、高能點火器）點火裝置的作用及分類作用56高能點火器高能點火器57蒸汽霧化油噴嘴蒸汽霧化油噴嘴58燃燒調(diào)整試驗方法第五節(jié)燃燒調(diào)整試驗方法第五節(jié)59燃燒調(diào)整試驗的目的在以下情況下：新投產(chǎn)或大修后的鍋爐燃料種類、燃燒設(shè)備、爐膛結(jié)構(gòu)改變通過試驗來確定確定最合理、最經(jīng)濟的安全運行方式和參數(shù)控制要求燃燒調(diào)整試驗的目的在以下情況下：60冷態(tài)空氣動力場試驗一次風(fēng)調(diào)平二次風(fēng)擋板調(diào)節(jié)，確定風(fēng)速、風(fēng)量四角：飄帶法確定切圓位置、大小旋流：調(diào)整旋流強度改變射流形式冷態(tài)空氣動力場試驗一次風(fēng)調(diào)平61性能試驗（熱態(tài)試驗）負(fù)荷特性試驗（最大負(fù)荷、最低穩(wěn)燃負(fù)荷、經(jīng)濟負(fù)荷）風(fēng)量分配試驗（結(jié)合冷動場試驗）熱效率試驗?zāi)プ畲蟪隽?單耗一次風(fēng)調(diào)平（考慮運行后煤粉管道與之前冷動場的不同）單個設(shè)備的試驗（空預(yù)器漏風(fēng)、分離器效率）性能試驗（熱態(tài)試驗）負(fù)荷特性試驗（最大負(fù)荷、最低穩(wěn)燃負(fù)荷、經(jīng)62濃度的影響根據(jù)質(zhì)量作用定律，對于單相反應(yīng)對于炭粒的多相燃燒來說，化學(xué)反應(yīng)是在炭粒表面上進行的，可以認(rèn)為炭粒的濃度CA不變化，濃度的影響根據(jù)質(zhì)量作用定律，對于單相反應(yīng)63溫度的影響阿累尼烏斯定律E－活化能T－反應(yīng)溫度溫度的影響阿累尼烏斯定律E－活化能64活化能定義：

使某一反應(yīng)得以進行，分子所需的最低能量即為活化能。能量達(dá)到或超過活化能的分子為活化分子。

不同的燃料具有不同的活化能，高揮發(fā)分煤的活化能較小，低揮發(fā)分煤的活化能較大。活化能定義：65壓力的影響

在反應(yīng)容積不變的情況下，反應(yīng)系統(tǒng)壓力的提高，就意味著反應(yīng)物濃度增加，從而使反應(yīng)速度加快。實際工作過程中，鍋爐多采用平衡通風(fēng)，爐膛內(nèi)微負(fù)壓狀態(tài)，壓力不會明顯變化，因而不會對反應(yīng)速度造成影響。壓力的影響在反應(yīng)容積不變的情況下，反應(yīng)66催化反應(yīng)的影響催化劑可影響化學(xué)反應(yīng)速度，但化學(xué)反應(yīng)卻不能影響反應(yīng)進行的程度。催化劑可以改變反應(yīng)物的活化能。鍋爐實際生產(chǎn)過程要考慮成本和效益的平衡，一般不以投用催化劑作為加速反應(yīng)的手段。催化反應(yīng)的影響催化劑可影響化學(xué)反應(yīng)速度67動力燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度決定于化學(xué)反應(yīng)動力因素，而氧的擴散過程對燃燒反應(yīng)速度影響很小，這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為動力燃燒區(qū)溫度↑、燃料性質(zhì)動力燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度決定于化學(xué)反應(yīng)動力因素，而氧的擴散過程68擴散燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度只決定于氧的擴散速度，即擴散到反應(yīng)表面氧遠(yuǎn)不能滿足化學(xué)反應(yīng)的需要，這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為擴散燃燒區(qū)。擾動↑、炭粒直徑↓擴散燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度只決定于氧的擴散速度，即擴散到反應(yīng)表面69過渡燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度和擴散速度，這個反應(yīng)溫度稱為過渡燃燒區(qū)反應(yīng)溫度介于1000～1400℃時

擾動↑、炭粒直徑↓溫度↑、燃料性質(zhì)過渡燃燒區(qū)燃燒反應(yīng)速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度和擴散速度，這個反應(yīng)70著火前的準(zhǔn)備階段水分蒸發(fā)揮發(fā)分析出揮發(fā)分著火措施預(yù)先干燥爐溫↑擾動↑吸熱階段著火前的準(zhǔn)備階段水分蒸發(fā)措施預(yù)先干燥吸熱階段71燃燒階段揮發(fā)份燃燒焦炭燃燒措施（過渡區(qū)）空氣↑爐溫↑擾動↑放熱階段燃燒階段揮發(fā)份燃燒措施空氣↑放熱階段72燃盡階段焦炭的燃盡措施擾動↑放熱階段三次風(fēng)燃盡階段焦炭的燃盡措施擾動↑放熱階段三次風(fēng)73不同燃料的著火、熄火溫度不同同種燃料不同測試條件有不同的著火、熄火溫度不同燃料的著火、熄火溫度不同74燃料性質(zhì)的影響燃料性質(zhì)的影響75一次風(fēng)溫一次風(fēng)溫76一次風(fēng)量總風(fēng)量取決于爐膛出口過量空氣系數(shù)。同時，一次風(fēng)量還必須保證制粉系統(tǒng)中對干燥、輸送煤粉的要求。一次風(fēng)量總風(fēng)量取決于爐膛出口過量空氣系數(shù)。同時，一次風(fēng)量還必77一次風(fēng)速一次風(fēng)速78爐內(nèi)散熱條件減小散熱，提高燃燒器區(qū)域溫度水平措施：衛(wèi)燃帶爐內(nèi)散熱條件減小散熱，提高燃燒器區(qū)域溫度水平79燃燒器結(jié)構(gòu)本質(zhì)：一、二次風(fēng)混合情況二次風(fēng)分批混入，做到既不缺氧又不降低爐溫，且混入要強烈燃燒器結(jié)構(gòu)本質(zhì)：一、二次風(fēng)混合情況80鍋爐負(fù)荷一般，不投油穩(wěn)定著火負(fù)荷70％（好的可到50％）鍋爐負(fù)荷一般，不投油穩(wěn)定著火負(fù)荷70％（好的可到50％）81射程噴口尺寸噴口尺寸↑，初始動量↑，射程↑初速初速↑，射程↑直流射流射程>旋流射流射程射程噴口尺寸82卷吸能力噴口形式多個小噴口，周界面↑，卷吸力↑高寬比高寬比↑，周界面↑，卷吸力↑卷吸能力噴口形式83剛性動量動量↑，剛性↑高寬比高寬比↓，剛性↑剛性動量84擴展角θθ可決定射流的形狀及兩相鄰射流開始混合點，其位置對煤粉氣流著火和空氣的及時補充有很大影響，直流湍流自由射流的θ相對較小擴展角θθ可決定射流的形狀及兩相鄰射流開始混合點，其位85上、下二次風(fēng)上二次風(fēng)作用供應(yīng)上排煤粉燃燒器所需空氣提供爐內(nèi)未燃盡煤粉所需空氣下二次風(fēng)作用供應(yīng)下排煤粉燃燒器所需空氣把煤粉氣流中析出的粗煤粉托起上、下二次風(fēng)上二次風(fēng)作用下二次風(fēng)作用86第五章煤粉燃燒理論及燃燒設(shè)備課件87周界風(fēng)

作用冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形少量熱空氣與煤粉火焰及時混合周界風(fēng)的速度比煤粉氣流的速度要高，能增加一次風(fēng)氣流的剛度，防止氣流偏斜高速周界風(fēng)有利于卷吸高溫?zé)煔?，促進著火，并加速一、二次風(fēng)的混合過程。周界風(fēng)作用88夾心風(fēng)

作用：補充火焰中心的氧氣，同時也降低了著火區(qū)的溫度高速的夾心風(fēng)提高了一次風(fēng)射流的剛度，能防止氣流偏斜，而且增強了煤粉氣流內(nèi)部的擾動夾心風(fēng)作用：89十字風(fēng)

作用：冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形將一次風(fēng)噴口分為四個小噴口，減少煤粉氣流分布不均程度十字風(fēng)作用：90在燃燒器附近增大回流區(qū)和回流量，獲較強的高溫?zé)煔饣亓鳚獾蛛x則可以提高燃燒器出口局部的煤粉濃度合理配風(fēng)形成合理氧濃度分布煤粉火炬的穩(wěn)燃技術(shù)在燃燒器附近增大回流區(qū)和回流量，獲較強的高溫?zé)煔饣亓髅悍刍鹁?1降低一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱著火后放熱量增加，促進著火并穩(wěn)燃增加爐內(nèi)火焰黑度和輻射吸熱量，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档蚇OX的生成量（缺氧燃燒）高煤粉濃度對穩(wěn)燃的好處降低一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱高煤粉濃度對穩(wěn)燃的好處92NOx的生成機理（NO＋NO2）

溫度型（熱力型）：N2在超過1500攝氏度的高溫下氧化生成NOx，溫度越高NOx的生成量越多。25－30％燃料型：Nar受熱分解和氧化生成NOx。其占NOx總量的70～80%快速型：N2和碳?xì)淙剂舷仍诟邷叵路磻?yīng)生成中間