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2023/12/271第五章、煤粉熄滅實際根底及熄滅設(shè)備2023/12/272本章主要講述有關(guān)電站鍋爐的熄滅實際,其處理的主要問題是:(1)判別各種燃料的著火性能,分析影響著火過程的主要要素,保證熄滅過程順利進展。(2)研討如何提高燃料的熄滅速度,提出加速熄滅反響,提高熄滅效率的途徑。(3)處理降低熄滅產(chǎn)物中污染物排放量的問題。2023/12/273第一節(jié)熄滅根本實際一、化學反響速度1、濃度對化學反響速度的影響(1)質(zhì)量作用定律熄滅是一種發(fā)光發(fā)熱的化學反響景象。熄滅速度可以用化學反響速度來表示。在等溫條件下,化學反響速度可用質(zhì)量作用定律表示。即反響速度普通可用單位時間,單位體積內(nèi)燒掉燃料量或耗費掉的氧量來表示??捎孟旅娴氖阶颖硎緺t內(nèi)的熄滅反響:2023/12/274
(5-1)(燃料)(氧化劑)(熄滅產(chǎn)物)化學反響速度可用正向反響速度表示,也可用逆向反響速度來表示。即(5-2)
(5-3)2023/12/275CA、CB、CG、、CH為摩爾組分濃度,kg/m3或mol/m3。
(2)質(zhì)量作用定律的意義
質(zhì)量作用定律闡明了參與反響物質(zhì)的濃度對化學反響速度的影響。
其意義是:對于均相反響,在一定溫度下,化學反響速度與參與反響的各反響物的濃度乘積成正比,而各反響物濃度的方次等于化學反響式中相應的反響系數(shù)。
因此,反響速度又可以表示為:
2023/12/276
kg/〔m3.s)或mol/(m3.s)(5-4)
kg/〔m3.s)或mol/(m3.s)
式中:CA,CB---反響物A,B的摩爾組分濃度,kg/m3或mol/m3;a,b---化學反響式中,反響物A,B的反響系數(shù);kA,kB---反響速度常數(shù),kg/(m2.s.Pa)。2023/12/277質(zhì)量作用定律適用于理想氣體,在均相反響中,假定參與反響的氣體為理想氣體,那么質(zhì)量作用定律可以運用。(3)多相熄滅的化學反響速度對于多相反響,如煤粉熄滅,熄滅反響是在固體外表上進展的,反響速度取決于燃料外表附近氧化劑的濃度和固相物質(zhì)的外表積。用下式表示:,mol/(m3.s)(5-5)式中:CB――固體燃料外表附近氧的濃度,mol/m3;2023/12/278fA――單位容積兩相混合物中固相物質(zhì)的外表積,m2。上式闡明,在一定溫度下,提高固體燃料附近氧的濃度,就能提高化學反響速度。反響速度越高,燃料所需的燃盡時間就越短。質(zhì)量作用定律只反映了化學反響速度與參與反響物濃度的關(guān)系。實踐上,反響速度不僅與反響物濃度有關(guān),而且與參與反響的物質(zhì)的活性和溫度等要素有關(guān)?;瘜W反響速度與燃料活性及溫度的關(guān)系可用阿累尼烏斯定律表示。在燃料著火區(qū),可燃物濃度比較高,而氧濃度比較低。這主要是為了維持著火區(qū)的高溫形狀,使燃料進入爐內(nèi)后盡快著火。2023/12/2792、溫度對化學反響速度的影響〔阿累尼烏斯定律及活化能〕〔1〕阿累尼烏斯定律在實踐熄滅過程中,由于燃料與氧化物(空氣)是按一定比例延續(xù)供應的,當混合非常均勻時,可以以為熄滅反響是在反響物質(zhì)濃度不變的條件下進展的。這時,化學反響速度與燃料活性及溫度的關(guān)系可用著名的阿累尼烏斯定律描畫:,kg/(m2.s.Pa)(5-6)式中,k0--相當于單位濃度中,反響物質(zhì)分子間的碰撞頻率或有效碰撞次數(shù)的系數(shù),也可稱為頻率因子,kg/(m2.s.Pa);E—反響活化能,kJ/mol;2023/12/2710R—通用氣體常數(shù),kJ/mol.k;T—反響溫度,ok:k—反響物濃度不變時的反響速度常數(shù),kg/(m2.s.Pa)。簡單的說,燃料的“活性〞表示燃料著火與燃盡的難易程度。例如,氣體燃料比固體燃料容易著火,也容易燃盡。而不同的固體燃料,“活性〞也不同,燃料的“活性〞也表現(xiàn)為燃料熄滅時的反響才干。各種燃料所具有的“活性〞程度可用“活化能〞的概念來描畫。2023/12/2711〔2〕活化能燃料的活化能表示燃料的反響才干?;罨肿颖灰詾槭菢O少數(shù)能量較大的分子,其所具有的能量在碰撞時足以破壞原有的化學鍵,并建立新的化學鍵?;罨苁菂⑴c化學反響的物質(zhì)到達開場進展化學反響形狀所需的最低能量,用E表示。把可以發(fā)生化學反響的碰撞稱為有效碰撞,并把可以發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子。2023/12/27122023/12/2713從圖可見,要使反響物由A變成熄滅產(chǎn)物G,參與反響的分子必需首先吸收活化能E,使活化分子數(shù)目增多,并到達活化形狀,數(shù)目較多的分子產(chǎn)生有效碰撞,發(fā)生反響而生成熄滅產(chǎn)物,并放出比E1〔活化能〕更多的能量E2,而熄滅反響的凈放熱量為Q。燃料的活化能越小,反響才干就越強,反響速度隨溫度變化也較小,在低溫下也能熄滅?;罨苡蟮娜剂?,其反響才干愈差,反響速度隨溫度的變化也愈大,即在較高的溫度下才干到達較大的反響速度。這種燃料不僅著火困難,而且需求在較高的溫度下經(jīng)過較長的時間才干燃盡。影響熄滅反響速度的主要要素是反響物的濃度,活化能和反響溫度。燃煤的活化能及頻率因子可在沉降爐中測定,表5-1是國內(nèi)四種典型煤種的測定結(jié)果。2023/12/2714燃煤的活化能及頻率因子煤種
Vdaf頻率因子活化能%g/(cm2.s.MPa)kJ/mol無煙煤5.1596.8385.212
貧煤15.1812.6155.098煙煤
33.407.8945.452褐煤
41.025.3138.9112023/12/2715隨著反響溫度的升高,分子運動的平均動能添加,活化分子的數(shù)目大大添加,有效碰撞頻率和次數(shù)增多,因此反響速度加快。對于活化能愈大的燃料,提高反響系統(tǒng)的溫度,也能提高反響速度。3、壓力對熄滅速度的影響在反響容積不變的情況下,反響系統(tǒng)壓力的增高,就意味著反響物濃度添加了,從而使反響速度加快。2023/12/27164、催化反響使化學反響速度發(fā)生變化,參與化學反響,但本身不發(fā)生變化。5、連鎖反響連鎖反響可以使化學反響自動延續(xù)加速進展。二、氧的分散速度氧的分散速度不僅與氧的濃度有關(guān),還與炭粒直徑及氣流與炭粒的相對速度有關(guān)。三、熄滅速度與熄滅區(qū)域1.碳粒熄滅的動力區(qū)溫度低于900~1000℃時,化學反響速度小于氧氣向碳粒外表的分散速度,氧氣的供應非常充足,提高2023/12/2717分散速度對熄滅速度影響不大,熄滅速度取決于反響溫度和碳的活化能。此時,熄滅處于動力區(qū)。在動力熄滅區(qū)內(nèi),由于化學反響速度系數(shù)k很小,αd>>k,故1/k>>1/αd。2.碳粒熄滅的分散區(qū)溫度高于1400℃時,化學反響速度大于氧氣向碳粒外表的分散速度,以致于分散到碳粒外表的氧氣立刻被耗費掉,碳粒外表處的氧濃度接近于0,提高溫度對熄滅速度影響不大,熄滅速度取決于氧氣向碳粒外表的分散速度。此時,熄滅處于分散區(qū)。在擴熄滅區(qū)內(nèi),由于反響溫度很高,化學反響速度系數(shù)很大,αd<<k,故1/k<<1/αd。2023/12/27183.碳粒熄滅的過渡區(qū)介于動力區(qū)和分散區(qū)之間,稱為熄滅處于過渡區(qū)。在過渡區(qū),提高溫度和提高分散速度都可以提高熄滅速度。即氧氣向碳外表分散速度與碳粒外表化學反響速度同時影響和控制碳粒熄滅速度。假設(shè)分散速度不變,只提高溫度,熄滅過程向分散區(qū)轉(zhuǎn)化;假設(shè)溫度不變,只提高分散速度,熄滅過程向動力區(qū)轉(zhuǎn)化?;瘜W反響速度常數(shù)和氧氣分散速度系數(shù)的比值稱為謝苗諾夫〔Семенов〕準那么,即:(5-21)2023/12/2719實踐熄滅時,碳粒外表的氧氣濃度普通接近于Co或接近于0。所以,前蘇聯(lián)學者丘哈諾夫提出用比值當判別碳粒熄滅區(qū)域。其界限為:接近1時,熄滅處于動力區(qū);當接近零時,熄滅處于分散區(qū)。通常煤粉爐的熄滅均處于動力熄滅或過渡熄滅形狀。2023/12/27202023/12/27212023/12/2722第二節(jié)煤粉氣流的著火和熄滅一、煤粉的熄滅過程煤粉的熄滅過程如下:煤粉受熱,水分析出,繼續(xù)受熱,絕大部分揮發(fā)分析出,揮發(fā)分首先著火,引燃焦碳,并繼續(xù)析出剩余的部分揮發(fā)分,揮發(fā)分與焦碳一道燃盡,構(gòu)成灰渣?!惨弧趁悍巯绲娜齻€階段:1、著火前的預備階段:吸熱階段,燃料的枯燥與加熱,揮發(fā)物受熱分解析出。揮發(fā)分的析出的數(shù)量和成分取決于煤的特性、加熱溫度和速度。著火前氧的濃度和飛灰含碳量變化不大2、熄滅階段從部分到整個外表,放出大量熱量,煙氣溫度2023/12/2723迅速升高,氧濃度和飛灰含碳量急劇下降3、燃盡階段焦炭粒變小,構(gòu)成灰殼。大部分可燃物燃盡,溫度降低。燃盡時間最長。在煤粉爐內(nèi),伴隨燃料熄滅過程的不斷進展,還將產(chǎn)生以下問題:(1)受熱面積灰、結(jié)渣;(2)受熱面金屬外表的高溫腐蝕;(3)蒸發(fā)受熱面中水動力和傳熱的平安性;(4)氧化氮等污染物的生成;(5)火焰在爐膛容積中的充溢程度。2023/12/2724煤粉著火熄滅過程的細節(jié)非常復雜,只能闡明幾個階段的主要特征。煤粉顆粒必需首先吸熱升溫,熱源來自爐內(nèi)1300~1600℃的高溫煙氣,燃煤得到枯燥,隨著水分的蒸發(fā),燃煤溫度不斷升高。揮發(fā)分析出后,剩余的固態(tài)物構(gòu)成焦碳。2023/12/2725可燃揮發(fā)分氣體的著火溫度比較低,450~550℃以上就可著火、熄滅,同時釋放熱量,加熱焦碳。焦碳溫度升高到著火溫度時,即著火熄滅,并放出大量熱量。當焦碳大半燒掉之后,內(nèi)部灰分將對燃盡過程產(chǎn)生影響。其緣由是:外層的灰分裹在內(nèi)層焦碳上,構(gòu)成一層灰殼,甚至構(gòu)成渣殼。從而妨礙氧向焦碳外表的分散,使燃盡時間拖長。煤粉氣流的著火溫度也隨煤粉細度而變化,煤粉越細,加熱速度越快,越容易著火。這是由于煤粉越細,熄滅反響的外表積越大。所以在煤粉氣流熄滅時,細煤粉首先著火。2023/12/2726實驗研討發(fā)現(xiàn),煤粉在爐內(nèi)的加熱升溫速度很快,升溫速度為(0.5~1.0)×104℃/S,僅在0.1~0.2秒的時間內(nèi)就能到達爐內(nèi)熄滅時的溫度程度1500℃左右。在這種條件下,揮發(fā)分熄滅和焦碳熄滅這兩個環(huán)節(jié)很難截然分開,在很大程度上能夠是同時進展的。圖5-5表示了煤粉粒子的升溫速度。閱歷闡明,枯燥無灰基揮發(fā)分大的煤,還是比較容易著火和燃盡的,由于揮發(fā)分析出熄滅畢竟比焦碳的熄滅迅速得多,而且揮發(fā)分析出后可增大焦碳粒子與氧氣接觸的面積,提高焦碳粒子的反響活性。2023/12/2727〔二〕焦炭的熄滅炭粒的熄滅是煤粉熄滅的關(guān)鍵。可燃成分最多、時間最長、熱量最大。機理復雜,是多相反響。2023/12/27282023/12/27292023/12/27302023/12/2731二、熄滅過程著火和熄火的熱力條件鍋爐爐內(nèi)煤粉熄滅過程的著火主要是熱力著火,熱力著火過程是由于可燃物擁有足夠的熱量時溫度不斷升高而引起的。著火過程有兩層意義:一是著火能否能夠發(fā)生?二是能否穩(wěn)定著火?只需穩(wěn)定著火,才干保證熄滅過程繼續(xù)穩(wěn)定的進展,否那么就能夠中途熄火,使熄滅過程中斷。1、實現(xiàn)穩(wěn)定著火的兩個條件:放熱量和散熱量到達平衡,放熱量等于散熱量。(5-7)2023/12/2732放熱量隨系統(tǒng)溫度的變化率大于散熱量隨系統(tǒng)溫度的變化率。(5-8)假設(shè)不具備這兩個條件,即使在高溫形狀下也不能穩(wěn)定著火,熄滅過程將因火焰熄滅而中斷,并不斷向緩慢氧化的過程開展。2、著火溫度與熄火溫度熄滅室內(nèi)可燃混合物熄滅放熱量為:
,kJ/(m3.s)〔5-9〕向周圍環(huán)境散失的熱量為:Q2=(αS/V)〔T-To〕,kJ/(m3.s)〔5-10〕2023/12/2733CO2--氧濃度,mol/m3;Cf—可燃混合物中的燃料濃度,mol/m3或kg/m3;ko–頻率因子,kg/(m2.s.Pa);V--可燃混合物的容積,m3;Qr--熄滅反響熱,kJ/mol;T--熄滅反響物溫度,K;To--熄滅室環(huán)境溫度,K;α--混合物向熄滅室壁面的放熱系數(shù),kJ/(m2.k.s);S--熄滅室壁面面積,m2。圖5-2表示了由可燃混合物熄滅放熱量〔5-9〕式和不同散熱條件〔5-10〕式下的熱力著火曲線。2023/12/2734點1:緩慢氧化形狀;點2:著火點;點3:高溫熄滅形狀;點4:熄火點;點5:氧化形狀。當環(huán)境溫度很低時〔Tb1〕,點1左邊Q1>Q2a,使反響系統(tǒng)升溫,到達平衡點1。但由于溫度很低,放熱量隨溫度的變化率小于散熱量隨溫度的變化率,即dQ1/DT<dQ2a/DT,使點1右邊出現(xiàn)Q1<Q2a。在這種條件下,可燃物不能到達著火溫度的形狀,只能處于緩慢氧化形狀點1。當環(huán)境溫度提高時〔Tb2〕,點2右邊Q1>Q2b,且在點2處dQ1/dT>dQ2b/dT。此時,由于溫度2023/12/27352023/12/27362023/12/2737較高,放熱量隨溫度的變化率增大,只需溫度稍有添加,熄滅反響將自動加速,轉(zhuǎn)變到高溫熄滅形狀點3。這時,點2對應的溫度即為著火溫度。在此條件下,只需延續(xù)供應燃料和空氣,就能實現(xiàn)穩(wěn)定的著火和熄滅。當散熱條件變化時,如由Q2b變?yōu)镼2c時,將出現(xiàn)著火中斷的景象。點4對應的溫度即為熄火溫度。雖然在點4反響系統(tǒng)溫度很高,但由于點4左邊與右邊均出現(xiàn)Q1<Q2c,且dQ1/dT<dQ2c/dT,使反響系統(tǒng)溫度最終變到點5的氧化形狀。由圖可知,熄火溫度TXh總是比著火溫度TZh高。2023/12/2738煤種無煙煤煙煤褐煤著火溫度℃700~800400~500250~450各種煤的著火溫度2023/12/2739煤粉氣流的著火溫度煤種無煙煤貧煤煙煤褐煤著火溫度℃1000900650~8405502023/12/2740液體燃料和氣體燃料的著火溫度燃料高爐煤氣(焦碳.木材)發(fā)生爐煤氣(煤)煉焦煤氣(煤)天然氣石油著火溫度℃530530300~500530360~4002023/12/2741三、煤粉氣流的著火煤粉氣流經(jīng)過湍流分散和回流,卷吸周圍高溫煙氣;同時遭到爐膛四壁及高溫火焰輻射,被迅速加熱至著火。煤粉氣流著火溫度比煤的著火溫度高些。著火過早,燒壞噴口,也易結(jié)渣;著火太遲,增大機械不完全熄滅損失,火焰中心上移,對流受熱面結(jié)渣。〔一〕著熾熱及其影響要素:著熾熱:將煤粉氣流加熱到著火溫度所需的熱量稱為------。它包括加熱煤粉及一次風〔空氣〕,并使煤粉中水分蒸發(fā)、過熱所需求的熱量。2023/12/2742〔二〕影響煤粉氣流著火的要素:主要有三個方面的要素。即一是燃料要素,二是設(shè)備構(gòu)造要素,三是運轉(zhuǎn)要素。1、燃料的性質(zhì):揮發(fā)分↓,著火溫度↑;水分↑,著熾熱↑;灰分↑,著熾熱↑;細度↑,著火容易。揮發(fā)份的熄滅對焦炭起加熱作用,從而為焦炭的著火熄滅發(fā)明了有利條件,揮發(fā)分高的煤也易于燃盡。然而枯燥無灰基揮發(fā)分一樣的煤,其燃盡時間有時也差別很大,其緣由是一部分煤具有燒結(jié)性,使氧氣與炭外表的反響變差,因此影響燃盡。2023/12/27432023/12/2744灰分含量添加時,煤的發(fā)熱量就會下降很多,燃煤量就要增多,而著熾熱又與燃煤量成正比。因此灰分高的煤,著火也比較困難,而且著火穩(wěn)定性變差。水分含量也影響著熾熱。水分多時,加熱煤粉氣流的一部分熱量用于水分的蒸發(fā)和過熱,使著熾熱添加,著火推遲。但煤粉的內(nèi)部水分蒸發(fā)后可使煤粉顆粒內(nèi)部的反響外表積添加,從而提高著火才干和熄滅速度。煤粉細度對著火也產(chǎn)生重要影響。細煤粉中揮發(fā)分比粗煤粉容易析出,也容易加熱,因此細煤粉容易著火,也容易燃盡。2023/12/27452、煤粉氣流的初溫〔一次風溫〕;3、一次風量和風速;4、爐內(nèi)的散熱條件;熄滅帶5、熄滅器的構(gòu)造特性:尺寸、一、二次風混合點;6、鍋爐負荷;鍋爐低負荷運轉(zhuǎn)時煤粉的著火穩(wěn)定性將變差,尤其是那些揮發(fā)分低或灰分高的煤,或顆粒度較粗的煤粉,其火焰容易在低溫煙氣中逐漸分散以致熄滅。這樣不但著火變得困難,還容易構(gòu)成大量不完全熄滅損失。鍋爐負荷低至一定程度時,煤粉氣流自點燃特2023/12/2746性和熄滅穩(wěn)定性變差,需求投入易燃的燃料〔如投油〕,提高煤粉著火熄滅的穩(wěn)定性,否那么容易滅火。目前,國內(nèi)外都采用了新的熄滅技術(shù),實現(xiàn)低負荷下不投油或少投油穩(wěn)定熄滅。(三)混煤的熄滅特性1、混煤的著火特性混煤的著火溫度不是取決于混煤的平均揮發(fā)分,而是偏高于一樣揮發(fā)分的單一煤種。單純用揮發(fā)分含量判別混煤的著火特性是不夠全面的。當混煤中的低熱值或低反響才干的煤比例太多時,會呵斥頻繁滅火。2023/12/27472、混煤的熄滅效率熄滅性能相近的煤混燃時,熄滅效率不會受太大影響。但熄滅性能相差較多的煤混燃時,熄滅效率會明顯下降。2023/12/2748四、熄滅完全的條件1、供應充足而又適宜的空氣量;2、適當高的爐溫;3、空氣和煤粉的良好擾動和混合;4、在爐內(nèi)要有足夠的停留時間;2023/12/2749煤粉熄滅器是燃煤鍋爐熄滅設(shè)備的主要部件,其主要作用是:(1)向鍋爐爐膛內(nèi)保送燃料和空氣;(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。一、旋流式熄滅器的任務原理旋流式熄滅器由圓形噴口組成,熄滅器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器〔簡稱旋流器〕。煤粉氣流或熱空氣經(jīng)過旋流器時,發(fā)生旋轉(zhuǎn),從噴口射出后即構(gòu)成旋轉(zhuǎn)射流。利用旋轉(zhuǎn)射流,能構(gòu)成有利于著火的高溫煙氣回流區(qū),并使氣流劇烈混合。第三節(jié)旋流式熄滅器2023/12/2750旋流熄滅器任務原理動畫2023/12/2751旋流熄滅器效果動畫2023/12/2752前墻旋流熄滅器及油槍2023/12/2753蝸殼型旋流式熄滅器任務原理表示圖2023/12/2754圖中表示煤粉氣流經(jīng)過蝸殼式旋流器后構(gòu)成旋轉(zhuǎn)氣流,射出噴口后在氣流中心構(gòu)成回流區(qū),這個回流區(qū)叫內(nèi)回流區(qū)。內(nèi)回流區(qū)卷吸爐內(nèi)的高溫煙氣來加熱煤粉氣流,當煤粉氣流擁有了一定熱量并到達著火溫度后就開場著火,火焰從內(nèi)回流區(qū)的內(nèi)邊緣向外傳播。在旋轉(zhuǎn)氣流的外圍也構(gòu)成回流區(qū),這個回流區(qū)叫外回流區(qū)。外回流區(qū)也卷吸高溫煙氣來加熱空氣和煤粉氣流。在著火后的煤粉氣流的外圍送入的二次風也構(gòu)成旋轉(zhuǎn)氣流,故二次風與一次風的混合比較劇烈,使熄滅過程延續(xù)進展,直至燃盡。按照旋流器的構(gòu)造,旋流式熄滅器可分為①蝸殼式、②可動葉輪式、③可動葉片式三大類。2023/12/2755旋流強度:二、旋轉(zhuǎn)火焰的特性根據(jù)氣流的旋流強度的大小,旋流式熄滅器構(gòu)成的火焰外形能夠有三種:氣流旋流強度較小時,構(gòu)成封鎖式火焰。氣流旋流強度較大時,構(gòu)成開放式火焰。氣流旋流強度進一步增大時,構(gòu)成飛邊火焰〔全開放式火焰〕。在封鎖式氣流中,在火焰根部構(gòu)成回流區(qū),這種火焰可卷吸火焰本身熄滅放出的熱量,具有一定的自穩(wěn)定著火才干,但因回流量小,不適宜熄滅難燃的煤。2023/12/2756旋流式熄滅器出口有時能夠是開放式氣流,這時旋轉(zhuǎn)氣流將高溫煙氣從爐膛中卷吸進來,構(gòu)成貼壁火焰,引起結(jié)渣,因此實踐運轉(zhuǎn)中應防止旋流強度過大而導致飛邊氣流。三、旋流熄滅器的型式1、蝸殼式熄滅器蝸殼式熄滅器是以蝸殼作為旋流器的旋流式熄滅器,蝸殼式熄滅器分為單蝸殼式、雙蝸殼式、三蝸殼式。2、軸向葉片型旋流熄滅器3、切向葉片型旋流熄滅器2023/12/27572023/12/27582023/12/27592023/12/27602023/12/27612023/12/27622023/12/27632023/12/27642023/12/27652023/12/27664、可動葉片雙調(diào)風旋流熄滅器圖6-18所示的可動葉片雙調(diào)風旋流式熄滅器它由一次風管、二次風通道、可動葉片、油槍等組成。據(jù)資料引見,FW型雙調(diào)風低NOx熄滅器的NOx排放量最大不超越258mg/MJ,FW技術(shù)的雙調(diào)風旋流式熄滅器如圖6-19所示2023/12/27672023/12/27682023/12/27692023/12/27702023/12/2771熄滅器與水冷壁組裝后2023/12/2772四、旋流式熄滅器的布置與供風方式旋流式熄滅器通常布置在爐膛的前、后墻上,有的采用大風箱供風,有的采用分隔風箱供風。五、單只熄滅器的熱功率為了提高熄滅調(diào)理的靈敏性和防止水冷壁及熄滅器噴口結(jié)渣,趨向于采用小功率熄滅器。由于單只熄滅器功率過大,會帶來以下問題:部分熱負荷過高,易于結(jié)渣;部分熱負荷過高,水冷壁的傳熱惡化;切換或啟停熄滅器對火焰的穩(wěn)定性影響較大;不利風粉混合;熄滅調(diào)理不太靈敏等。2023/12/27731、旋流熄滅器的布置方式:
(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)兩面墻對沖布置2023/12/27742023/12/27752023/12/27762023/12/27772023/12/27782023/12/27792023/12/2780第四節(jié)直流式煤粉熄滅器一、直流射流的特性直流熄滅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,構(gòu)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)定射流中心區(qū),且一次風和二次風的后期混合比較強。湍流自在射流特性如圖:2023/12/2781
wx=0Wxxθw0wm
初始段根本段x2023/12/27822023/12/2783二、直流煤粉熄滅器的型式1、均等配風直流式熄滅器直流煤粉熄滅器的一、二次風噴口的布置方式大致上有兩種類型。一類適用于熄滅容易著火的煤,如煙煤、褐煤等。這類熄滅器的一、二次風噴口通常交替間隔陳列,相鄰兩個噴口的中心間距較小,稱為均等配風直流熄滅器。見圖6-1。因一次風攜帶的煤粉比較容易著火,故希望在一次風中煤粉著火后及時、迅速地和相鄰二次風噴口射出的熱空氣混合。這樣,在火焰根部不會由于缺乏空氣而熄滅不完全,或?qū)е孪缢俣冉档?。高揮發(fā)份煤種著火后熄滅比較劇烈,溫度較高,二次風送入也不會大幅降低熄滅溫度,所以采用一、二次風交替間隔布置。因此沿高度相間陳列的二次風噴口的風量分配就接近均勻。2023/12/27842023/12/27852023/12/27862023/12/27872023/12/27第六章、熄滅設(shè)備及煤粉熄滅新技術(shù)882、一次風集中布置的分級配風直流式熄滅器分級配風直流煤粉熄滅器適用于熄滅著火比較困難的煤,如揮發(fā)分較低的貧煤、無煙煤或劣質(zhì)煙煤。分級配風的目的是:在熄滅過程不同時期的各個階段,按需求送入適量空氣,保證煤粉穩(wěn)定著火、完全熄滅。這種熄滅器的特點是:幾個一次風噴口集中布置在一同,一、二次風噴口中心間距較大,如圖6-2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。2023/12/27892023/12/2790(1)一次風集中布置的特點①使著火區(qū)堅持比較高的煤粉濃度,減少著熾熱;熄滅放熱比較集中,使著火區(qū)堅持高溫熄滅形狀,適用于難燃煤;②煤粉氣流剛性加強,不易偏斜貼墻;③卷吸高溫煙氣的才干加強。(2)一次風集中布置的問題①著火區(qū)煤粉高度集中,能夠呵斥著火區(qū)供氧缺乏,延緩熄滅進程;②一次風噴嘴附近為高溫區(qū),噴嘴易變形;③容易出現(xiàn)空氣、煤粉分層景象。一次風噴口出口附近處于高溫,且一次風速較低,噴口易燒壞。為了冷卻一次風噴口,可在一次風噴口上加裝夾心風或周界風。2023/12/2791三、四角布置直流熄滅器的任務原理直流熄滅器普通布置在爐膛四角上,如圖6-3所示。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,以切圓方式集合,構(gòu)成旋轉(zhuǎn)熄滅火焰,如圖6-4所示,稱為四角切圓熄滅方式。同時在爐膛內(nèi)構(gòu)成一個自下而上的旋渦狀氣流,如圖6-5。2023/12/27922023/12/27932023/12/2794直流熄滅器任務原理動畫2023/12/2795四角切圓熄滅2023/12/2796四角切圓熄滅器任務原理動畫2023/12/2797爐膛構(gòu)造動畫2023/12/2798直流熄滅器的任務原理主要表現(xiàn)為幾個過程:(1)煤粉氣流卷吸高溫煙氣而被加熱的過程;(2)射流的相互撞擊、射流兩側(cè)的補氣及壓力平衡過程;(3)煤粉氣流的著火過程;(4)煤粉與二次風空氣的混合過程;(5)四股氣流構(gòu)成的切圓旋轉(zhuǎn)過程;(6)焦碳的燃盡過程。直流煤粉熄滅器熱著火過程見表示圖6-6。2023/12/27992023/12/27100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,約占總著熾熱源的60~70%。煤粉氣流在正常熄滅時,普通在間隔噴口0.3~0.5米處開場著火,在分開噴口1~2米的范圍內(nèi),煤粉中大部分揮發(fā)分析出并燒完,以后是焦炭和剩余揮發(fā)份的熄滅,需求延續(xù)10~20米甚至更長的間隔。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。2023/12/27101四、四角切圓熄滅的氣流偏斜及切圓直徑采用四角熄滅方式的鍋爐,運轉(zhuǎn)中容易發(fā)生氣流偏斜而導致火焰貼墻,引起結(jié)渣以及熄滅不穩(wěn)定景象。1、影響一次風氣流偏斜的要素引起熄滅器出口氣流偏斜的主要緣由是:(1)鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要緣由。射流自熄滅器噴口射出后,由于遭到上游鄰角氣流的直接撞擊,撞擊點愈接近噴口,射流偏斜就愈大;撞擊動量愈大,氣流偏斜就愈嚴重。射流剛性(2)射流偏斜還受射流兩側(cè)“補氣〞條件的影響。假設(shè)射流兩側(cè)的補氣條件不同,就會在射流兩側(cè)構(gòu)成壓差,在壓力差的作用下,射流被迫向2023/12/27102爐墻偏斜,甚至迫使氣流貼墻,引起結(jié)渣。(3)熄滅器的高寬比(hr/b)對射流彎曲變形影響較大。熄滅器的高寬比值愈大,射流外形愈寬而薄,其“剛性〞就愈差,因此,射流愈容易彎曲變形。(4)當熄滅器多層布置時,切圓直徑的膨脹有時也會導致氣流貼墻。2、切圓直徑爐內(nèi)假想切圓直徑影響著氣流貼墻、結(jié)渣情況和熄滅穩(wěn)定性,還影響著汽溫調(diào)理和爐膛容積中火焰的充溢程度。切圓直徑的調(diào)整非常重要。2023/12/27103當切圓直徑較大時,煤粉的著火條件較好,氣流旋轉(zhuǎn)劇烈,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。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)著火過于接近噴口,容易燒壞噴口;(3)火焰旋轉(zhuǎn)劇烈時,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,引起較大的熱偏向,導致過熱器結(jié)渣或超溫。剩余改動:2023/12/27104五、一次風與二次風1、一次風量一次風量主要取決于煤質(zhì)的揮發(fā)分含量和揮發(fā)分的發(fā)熱量。當煤質(zhì)一定時,一次風量是影響煤粉氣流著火速度和著火穩(wěn)定性的主要要素。一次風量愈大,煤粉氣流加熱至著火所需的熱量就越多,即著熾熱愈多,著火推遲,即燃料在爐內(nèi)的有效熄滅時間減少,導致熄滅不完全。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。2、一次風速一次風速過高,會推遲著火,引起熄滅不穩(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)定熄滅和防止結(jié)渣也是不利的。2023/12/27105送風機進口管道2023/12/27106一次風機2023/12/271073、一次風溫一次風溫對煤粉氣流的著火、熄滅速度影響較大。提高一次風溫,可降低著熾熱,使著火位置提早,還能在低負荷運轉(zhuǎn)時穩(wěn)定熄滅。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。4、二次風量和風速二次風量、風速、風溫暖投入位置對著火穩(wěn)定性和燃盡過程起著重要作用。對于大容量鍋爐尤其要留意二次風穿透火焰的才干。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。
2023/12/271085、二次風溫從熄滅角度看,二次風溫愈高,愈能強化熄滅。但是二次風溫的提高遭到空氣預熱器傳熱面積的限制,不但添加投資,而且將使預熱器構(gòu)造龐大,不便布置。六、三次風、周界風、夾心風1、三次風在中儲式制粉系統(tǒng)中,細粉分別器將煤粉和保送煤粉的空氣分別后,構(gòu)成乏氣。乏氣中帶有10%的細煤粉,這部分乏氣普通送入爐膛熄滅,構(gòu)成三次風。三次風的特點是溫度低,水分大,煤粉細。2023/12/27109⑴運轉(zhuǎn)閱歷證明,三次風對熄滅有明顯的不利影響:使火焰溫度降低,熄滅不穩(wěn)定。⑵火焰拖長,爐膛出口煙溫升高,使過熱器與再熱器超溫,汽溫調(diào)理幅度增大。⑶三次風高速射入,使火焰剩余旋轉(zhuǎn)增大,同時飛灰可燃物添加;⑷三次風量較大時,風速也增大,易擾亂爐正常的空氣流動,引起火焰貼墻結(jié)渣。為了減輕三次風對熄滅的不利影響,在大容量鍋爐上可將三次風分為兩段,即上三次風和下三次風。2023/12/271102023/12/271112、周界風在一次風噴口外緣,有時布置有周界風。周界風的作用是:(1)冷卻一次風噴口,防止噴口燒壞或變形;(2)使熱空氣與煤粉火焰及時混合;(3)周界風的速度比煤粉氣流的速度要高,能添加一次風氣流的剛度;(4)高速周界風有利于卷吸高溫煙氣,促進著火,并加速一、二次風的混合過程。2023/12/271123、夾心風夾心風的作用是:(1)補充火焰中心的氧氣,同時也降低了著火區(qū)的溫度;(2)高速的夾心風提高了一次風射流的剛度,能防止氣流偏斜;而且加強了煤粉氣流內(nèi)部的擾動;(3)夾心風速度較大時,煤粉氣流分散減弱,對于減輕和防止煤粉氣流貼壁有一定作用;(4)可作為變煤種、變負荷時熄滅調(diào)整的手段之一。2023/12/27113七、擺動式熄滅器直流式煤粉熄滅器的噴口可做成固定式的,也可做成擺動式的。擺動式熄滅器的各噴口普通可同步上、下擺動20~30度,用來改動火焰中心位置的高度,調(diào)理再熱蒸汽溫度。便于在啟動和運轉(zhuǎn)中進展熄滅調(diào)理,控制爐膛出口煙溫,防止爐膛內(nèi)受熱面結(jié)渣。擺動式熄滅器普通適用于熄滅煙煤,也可熄滅較易著火的貧煤,但不適用于熄滅難著火的無煙煤、貧煤、劣質(zhì)煙煤。2023/12/27114擺動式熄滅器的擺動機構(gòu)。2023/12/27115煤粉噴嘴及其擺動機構(gòu)2023/12/27116八、大容量鍋爐的典型熄滅器構(gòu)造熄滅器可分為無煙煤型、貧煤及劣質(zhì)煤型、煙煤型、褐煤型四種,其代表性構(gòu)造如圖6-10所示。九、直流式熄滅器布置方式直流式熄滅器的布置,直接關(guān)系到四角切向熄滅的組織,比較理想的爐內(nèi)氣流流動情況是在爐膛中心構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)火焰不偏斜、不貼墻、火焰的充溢程度好,熱負荷分布比較均勻。直流式熄滅器的布置還影響熄滅的穩(wěn)定性和熄滅效率。2023/12/271172023/12/27118直流熄滅器噴口直流熄滅器噴口2023/12/27119直流噴燃器入口2023/12/27120安裝中鍋爐的直流熄滅器噴口直流熄滅器2023/12/271212、直流式熄滅器的布置方式2023/12/271222023/12/27123十、點火安裝電火花,電弧點火,等離子點火,高能點火。2023/12/271242023/12/271252023/12/271262023/12/271272023/12/271282023/12/271292023/12/271302023/12/27131圖2.1等離子發(fā)生器任務原理圖2023/12/271322023/12/271332023/12/27134龍源公司研制開發(fā)等離子點火煤粉熄滅器2023/12/27135一、熄滅煤粉對爐膛的要求熄滅煤粉時,對爐膛的要求:發(fā)明良好的著火、穩(wěn)燃條件,并使燃料在爐內(nèi)完全燃盡;將煙氣冷卻至煤灰的熔點溫度以下,保證爐膛內(nèi)一切的受熱面不結(jié)渣;布置足夠的蒸發(fā)受熱面,并不發(fā)生傳熱惡化;盡能夠減少污染物的生成量;對煤質(zhì)和負荷變化有較寬的順應性能以及延續(xù)運轉(zhuǎn)的可靠性。構(gòu)造:全懸吊構(gòu)造;高、寬、深;平爐頂、斜爐頂;全鋼構(gòu)造;平衡通風;負壓;島式;半露天、全封鎖;第五節(jié)煤粉爐爐膛及其特性2023/12/27136安裝中的爐膛內(nèi)部2023/12/27137安裝中的鍋爐頂部吊掛情況2023/12/27138吊掛受熱面上部集箱2023/12/27139鍋爐本體察看孔2023/12/27140二、評價爐膛構(gòu)造的參數(shù)1、爐膛構(gòu)造著火穩(wěn)定性參數(shù)(1)爐膛截面熱負荷qA
kW/m2(6-3)式中:A---爐膛橫截面積,m2。通常用熄滅器區(qū)域的爐膛程度斷面面積表示。B---燃煤量。Qar,net---燃料的收到基低位發(fā)熱量。qA的意義是指在單位時間內(nèi)、單位爐膛橫截面積上,燃料熄滅放出的熱量。2023/12/27141qA是影響熄滅器區(qū)域溫度程度的主要特性參數(shù)。隨著鍋爐容量的添加,qA值相應添加。對國內(nèi)鍋爐的統(tǒng)計結(jié)果闡明,qA值隨鍋爐容量的變化關(guān)系如圖6-25。2023/12/271422023/12/27143(2)熄滅器區(qū)域的壁面熱負荷qRqR也是影響熄滅器區(qū)域溫度程度的主要特性參數(shù)。qR的數(shù)值,可用爐內(nèi)總輸入熱量除以爐膛周界與熄滅器區(qū)域域高度的乘積來表示。kW/m2(6-4)式中a、b——爐膛深度、寬度,m;HR——熄滅器區(qū)域高度,普通取上層一次風噴口上方1.5米處和下層一次風噴口下方1米處的間隔,m;ζ——圍燃帶面積修正系數(shù);qR的意義是指在單位時間內(nèi)、熄滅器區(qū)域的單位爐壁面積上,燃料熄滅放出的熱量。2023/12/27144qR值越大,闡明火焰越集中,熄滅器區(qū)域的溫度程度就越高,這對燃料穩(wěn)定著火是有利的,但容易呵斥熄滅器區(qū)域的壁面結(jié)渣。2、爐膛構(gòu)造燃盡性參數(shù)影響煤粉在爐內(nèi)燃盡的要素很多,表達在爐膛構(gòu)造上,那么是爐膛容積和爐膛外形??捎脙蓚€參數(shù)來表示。爐膛容積熱負荷qv
kW/m2(6-5)式中:VL——爐膛容積,m3。2023/12/27145qv的意義是指在單位時間內(nèi)、單位爐膛容積內(nèi),燃料熄滅放出的熱量。qv普通用來代表燃料在爐內(nèi)的停留時間,也可以闡明爐內(nèi)的溫度程度。qv過大,闡明在單位時間,單位爐膛容積內(nèi)燒了過多的燃料,產(chǎn)生的煙氣量隨著增多,煙氣流速過高,一部分燃料來不及完全熄滅就被排出爐外,即燃料在爐內(nèi)的停留時間減短。這就闡明爐膛容積過小。根據(jù)國內(nèi)鍋爐的統(tǒng)計結(jié)果,qv隨鍋爐容量的變化關(guān)系如圖6-26。2023/12/271462023/12/271472023/12/27148三、低負荷穩(wěn)燃技術(shù)1、提高一次風氣流中的煤粉濃度提高一次風氣流中的煤粉濃度,減少一次風量,可減少著熾熱;同時又提高了煤粉氣流中揮發(fā)分的濃度,使火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?;再加上熄滅放熱相對集中,使著火區(qū)堅持高溫形狀。這三個條件集中在一同,強化了著火條件,使著火穩(wěn)定性提高。2、提高煤粉氣流初溫提高煤粉氣流初溫,可減少煤粉氣流的著熾熱,并提高爐內(nèi)溫度程度,使著火提早。提高煤粉氣流初溫的直接方法是提高熱風溫度。熱風溫度升高,煙溫升高很快,煤粉著火提早。據(jù)有關(guān)資料提供的計算數(shù)據(jù):一次風溫從20oC升至300oC時,著熾熱可減少60%;一次風溫從20oC2023/12/27149升至400oC時,著熾熱可減少80%。3、提高煤粉顆粒細度煤粉的熄滅反響主要是在顆粒外表上進展的,煤粉顆粒越細,單位質(zhì)量的煤粉外表積越大,火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇??;鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣仍娇?,熄滅放熱速度越快,煤粉顆粒就越容易被加熱,因此也越容易穩(wěn)定熄滅。實驗研討發(fā)現(xiàn),煤粉燃盡時間與顆粒直徑的平方成正比,當鍋爐燃用煤質(zhì)一定時,提高煤粉細度能顯著提高煤粉氣流著火的穩(wěn)定性。不過煤粉顆粒細度受磨煤出力與磨煤電耗的限制,不能夠恣意提高。4、在難燃煤中參與易燃燃料當鍋爐負荷很低或煤質(zhì)很差時,可投入助燃用霧化燃油或氣體燃料,混入熄滅器出口的煤粉氣流中,來改善煤粉的熄滅特性,維持著火的穩(wěn)定性,有時為了節(jié)省燃油,也可混入揮發(fā)分較大的煤粉,以提高著火的穩(wěn)定性。2023/12/27150四、低NOx煤粉熄滅技術(shù)1、NOx的生成機理NOx的生成機理有三種:溫度型NOx,燃料型NOx,快速溫度型NOx。〔1〕溫度型NOx是指空氣中的氮在超越1500攝氏度的高溫下,發(fā)生氧化反響,溫度越高NOx的生成量越多。分級配風能沿火焰行程適量、分散送入空氣恰好能滿足這種需求?!?〕燃料型NOx是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成NOx。采用雙調(diào)風熄滅器能構(gòu)成富燃料區(qū),使煤粉在開使著火階段處于缺氧形狀,揮發(fā)份生成的一部分NOx被復原,這樣實踐生成的NOx數(shù)量可以明顯的減少。2023/12/27151〔3〕快速溫度型NOx是指空氣中的氮和碳氫燃料先在高溫下反響生成中間產(chǎn)物N、NCH、CN等,然后快速與氧反響,生成NOx。這部分NOx占NOx總量的5%。圖6-31表示了煤粉熄滅過程中NOx的生成量與爐膛溫度的關(guān)系。2023/12/271522023/12/271532、低NOx煤粉熄滅器〔1〕PM型熄滅器PM型熄滅器是在熄滅器內(nèi)將煤粉氣流分為濃煤粉氣流和淡煤粉氣流。濃煤粉氣流在上,淡煤粉氣流在下,如圖6-32所示。煤粉在高濃度熄滅時,由于缺氧產(chǎn)生的燃料型NOx減小,煤粉低濃度熄滅時,由于空氣量多,使熄滅溫度降低,產(chǎn)生的溫度型NOx減少。這樣,就構(gòu)成了兩個熄滅區(qū)段,如圖6-33所示?!?〕寬調(diào)理比煤粉熄滅器2023/12/271542023/12/271552023/12/27156PM型熄滅器2023/12/271572023/12/271582023/12/27159寬調(diào)理比熄滅器〔WR型〕2023/12/27160160水平濃淡燃燒器噴口表示圖2023/12/27161161程度濃淡熄滅器立面剖視圖2023/12/27162著火穩(wěn)定性好濃煤粉氣流火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤饡r間短,著熾熱少,先著火濃煤粉氣流從向火側(cè)送入爐膛,直接與高溫煙氣接觸,可迅速加熱至著火溫度2023/12/27163著火穩(wěn)定性好熄滅效率高低負荷穩(wěn)燃才干強可有效防止爐膛結(jié)焦和高溫腐蝕能有效抑制NOx生成爐膛和熄滅設(shè)備程度濃淡熄滅器的特點2023/12/27164防止結(jié)渣和高溫腐蝕濃煤粉氣流從向火側(cè)噴入爐膛,淡煤粉氣流在外側(cè)構(gòu)成風屏,減少了煤粉沖刷水冷壁的時機淡煤粉氣流在水冷壁附近構(gòu)成富氧氣氛,提高了灰熔點,防止發(fā)生高溫腐蝕和結(jié)渣爐膛和熄滅設(shè)備2023/12/27165抑制NOx生成單噴口分級熄滅,濃煤粉氣流為富燃料熄滅,降低燃料型NOx淡煤粉氣流為富氧熄滅,煤粉濃度低,熄滅溫度低,降低熱力型NOx爐膛和熄滅設(shè)備2023/12/27166166熄滅器噴口擺動機構(gòu)主要由氣動執(zhí)行器、連桿機構(gòu)、鎖緊安裝、指示安裝及噴口等組成。噴口氣動執(zhí)行器擺桿傳動臂主動曲臂水平連桿垂直內(nèi)連桿從動曲臂垂直外連桿擺動機構(gòu)的原理2023/12/271672023/12/27168〔3〕A—PM型濃淡濃煤粉熄滅器在改良的PM型熄滅器根底上,研討開發(fā)了A-PM〔Advanced-PollutionMinimun〕型熄滅器,是將原來的PM型濃、淡熄滅器改良為A-PM型濃、淡、濃熄滅器,如圖6-35所示?!?〕新型低NOx旋流式煤粉熄滅器新型低NOx旋流式熄滅器是在熄滅器一次風管中設(shè)置調(diào)理桿,一次風管出口裝有環(huán)形穩(wěn)焰器,在環(huán)形二次風管內(nèi)裝有隔板,如圖6-36所示。2023/12/271692023/12/271702023/12/27171國內(nèi)有的電廠曾經(jīng)運用了在雙調(diào)風熄滅
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