第六章 燃燒設備和煤粉燃燒新技術new

第六章燃燒設備和煤粉燃燒新技術能源與動力工程學院華北電力大學第一節(jié)鍋爐燃燒設備概述一、不同的煤燃燒方式火床爐，煤粉爐，循環(huán)流化床鍋爐二、煤粉鍋爐燃燒設備的組成爐膛+燃燒器+供風設備+制粉設備三、煤粉燃燒器的作用與類型燃燒器輸送煤粉和一次空氣，組織煤粉氣流的著火、穩(wěn)定和低污染燃燒。能源與動力工程學院華北電力大學四、爐膛的作用與類型爐膛的作用：經濟、安全地組織和完成燃燒過程和傳熱過程。煤粉鍋爐爐型：П型爐最多，分為四角燃燒、墻式燃燒；W型火焰爐，塔式爐，旋風爐等五、與爐內燃燒過程相關的問題(1)受熱面積灰、結渣；(2)受熱面金屬表面的高溫腐蝕；(3)蒸發(fā)受熱面中水動力的安全性；(4)氧化氮等污染物的生成；(5)火焰在爐膛容積中的充滿程度。能源與動力工程學院華北電力大學燃燒器的作用作用：將燃料和空氣送入爐膛；并組織一定的爐內氣流結構；促使煤粉氣流穩(wěn)定著火；使煤粉和空氣強烈混合，以達到燃燒完全；減少NOx形成，實現(xiàn)清潔燃燒。分類：直流燃燒器旋流燃燒器能源與動力工程學院華北電力大學一次風：攜帶煤粉進入燃燒器的空氣；二次風：煤粉氣流著火后送入爐膛的空氣；三次風：中儲倉式制粉系統(tǒng)熱風送粉時，磨煤機干燥原煤后排出的乏氣，含有10%～15%的細小煤粉；能源與動力工程學院華北電力大學第二節(jié)直流式煤粉燃燒器一、直流式煤粉燃燒器的特性1．不旋轉，射流擴展角小，卷吸能力小，單只燃燒器的著火性能差，爐膛充滿度差；2．射流衰減慢，射程遠，后期混合好，有利于煤粉燃盡；3．采用四角布置，相互配合時，相互點燃，著火好，混合強烈；4．多層布置（不少于三層）。能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學二、直流燃燒器的類型1．均等配風一次風噴口和二次風噴口相間布置;相鄰兩個噴口的中心間距較小，使得一次風和二次風接觸早;適用于揮發(fā)分比較高的煙煤、褐煤。

能源與動力工程學院華北電力大學2.分級配風一次風噴口相對集中布置，二次風噴口分級布置;一、二次風噴口中心間距較大二次風逐漸分級地和一次風混合;適用于揮發(fā)分比較低的無煙煤、貧煤。能源與動力工程學院華北電力大學(1)目的：在燃燒過程不同時期的各個階段，按需要送入適量空氣，保證煤粉既能穩(wěn)定著火、又能完全燃燒。(2)特點使著火區(qū)保持比較高的煤粉濃度，以減少著火熱；燃燒放熱比較集中，使著火區(qū)保持高溫燃燒狀態(tài)，適用于難燃煤；煤粉氣流剛性增強，不易偏斜貼墻。同時，卷吸高溫煙氣的能力加強。能源與動力工程學院華北電力大學(3)一次風集中布置的問題著火區(qū)煤粉高度集中，可能造成著火區(qū)供氧不足，延緩燃燒進程；一次風噴嘴附近為高溫區(qū)，噴嘴易變形，使噴嘴出口附近氣流速度分布不均，容易出現(xiàn)空氣、煤粉分層現(xiàn)象。能源與動力工程學院華北電力大學三、四角布置直流燃燒器的工作原理

1、工作原理主要表現(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)四股氣流形成的切圓旋轉過程；焦碳的燃盡過程。能源與動力工程學院華北電力大學卷吸：射流由于帶動周圍介質隨著射流一起流動，從而射流質量逐漸增加，這個過程叫做卷吸。圖6-4直流燃燒器煙氣卷吸由于射流的“卷吸”作用，將高溫煙氣的熱量進入爐內的新煤粉氣流煤粉氣流升溫當煤粉氣流吸收足夠的熱量并達到著火溫度后，便首先從氣流的外邊緣開始著火，然后火焰迅速向氣流深層傳播，達到穩(wěn)定著火狀態(tài)。

能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學工作原理:

煤粉氣流在射出噴口時，雖然是直流射流，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，同時在爐膛內形成一個自下而上的旋渦狀氣流。

能源與動力工程學院華北電力大學著火熱

把一次風煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量叫著火熱。包括：加熱煤粉和空氣所需要的熱量；燃料中水分蒸發(fā)和過熱所需要的熱量；揮發(fā)分熱解所需要的熱量。能源與動力工程學院華北電力大學四、四角切圓燃燒的氣流偏斜及切圓直徑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）鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要原因。（2）射流偏斜還受射流兩側“補氣”條件的影響。（3）燃燒器的高寬比(hr/b)對射流彎曲變形影響較大。（4）當燃燒器多層布置時，上層氣流不斷的被卷吸到下層氣流中，加上氣流受熱膨脹的影響，使氣流容積流量增大，旋渦直徑相應增大，一般可使實際切圓直徑膨脹到假想切圓直徑的8－10倍。能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學2、切圓直徑過大問題

優(yōu)點：上游鄰角火焰向下游煤粉氣流的根部靠近，煤粉的著火條件較好。這時爐內氣流旋轉強烈，氣流擾動大，使后期燃燒階段可燃物與空氣流的混合加強，有利于煤粉的燃盡。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，產生的旋轉動量矩大，同時因為高溫火焰的粘度很大，到達爐膛出處，殘余旋轉較大，這將使爐膛出口煙溫分布不均勻程度加大，因而既容易引起較大的熱偏差，也可能導致過熱器結渣或超溫。能源與動力工程學院華北電力大學五、一次風與二次風1一次風量一次風量應該既能滿足煤粉中揮發(fā)分著火燃燒所需的氧量，又能滿足輸送煤粉的需要。如果同時滿足這兩個條件有矛盾，則應首先考慮輸送煤粉的需要。一次風量↑，使著火熱↑，著火過程愈慢。一次風量不能太小，否則著火初期得不到足夠的氧氣，化學反應速度減慢。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。能源與動力工程學院華北電力大學2

一次風速一次風速不但決定著火燃燒的穩(wěn)定性，而且還影響著一次風氣流的剛度。若一次風速↑↑，則通過單位截面氣流流量↑，煤粉氣流的加熱程度↓，→著火延遲。一次風速過低↓↓，又容易燒壞燃燒器噴口。煤中揮發(fā)分越高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇?，相應一次風速可提高些。能源與動力工程學院華北電力大學3一次風溫提高一次風溫，可降低著火熱，使著火位置提前。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。根據煤質揮發(fā)分含量的大小，一次風溫既應滿足使煤粉盡快著火，穩(wěn)定燃燒的要求，又應保證煤粉輸送系統(tǒng)工作的安全性。能源與動力工程學院華北電力大學4二次風量和風速

二次風是在煤粉氣流著火后混入的。由于高溫火焰的粘度很大，二次風必須以很高的速度才能穿透火焰，以增強空氣與焦碳粒子表面的接觸和混合，通常二次風速比一次風速提高一倍以上。能源與動力工程學院華北電力大學5二次風溫從燃燒角度看，二次風溫愈高，愈能強化燃燒，并能在低負荷運行時增強著火的穩(wěn)定性。二次風溫的提高受到空氣預熱器傳熱面積的限制，傳熱面積愈大，金屬耗量就愈多，不但增加投資，而且將使預熱器結構龐大，不便布置。

能源與動力工程學院華北電力大學六、三次風、周界風、夾心風1、三次風概念：在中儲式制粉系統(tǒng)中，細粉分離器將煤粉和輸送煤粉的空分離后，形成乏氣。乏氣中帶有10%的細煤粉。這部分乏氣一般送入爐膛燃燒，形成三次風。三次風的特點是溫度低，水分大，煤粉細。能源與動力工程學院華北電力大學三次風對燃燒及汽溫調節(jié)的不利影響：(1)

使火焰溫度降低，燃燒不穩(wěn)定。(2)

火焰拖長，爐膛出口煙溫升高，使過熱汽溫與再熱汽溫偏高，汽溫調節(jié)幅度增大。同時增大過熱器熱偏差。(3)三次風高速射入，使火焰殘余旋轉增大，同時飛灰可燃物增加；(4)三次風量較大時，風速也增大，易擾亂爐正常的空氣流動，引起火焰貼墻結渣。能源與動力工程學院華北電力大學2、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)少量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，能增加一次風氣流的剛度，防止氣流偏斜；并能托住煤粉，防止煤粉從主氣流中分離出來而引起不完全燃燒；(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。

能源與動力工程學院華北電力大學3、夾心風夾心風的作用：(1)補充火焰中心的氧氣，同時也降低了著火區(qū)的溫度，而對一次風射流外緣的煙氣卷吸作用沒有明顯的影響；(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，而且增強了煤粉氣流內部的擾動，這對加速外緣火焰向中心的傳播是有利的；(3)夾心風速度較大時，一次風射流擴展角減小，煤粉氣流擴散減弱，這對于減輕和避免煤粉氣流貼壁，防止結渣有一定作用；(4)可作為變煤種、變負荷時燃燒調整的手段之一。能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學七、擺動式燃燒器

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。并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。擺動式燃燒器運行中容易出現(xiàn)的問題是：因噴口受熱變形，使擺動機構卡死，或擺動不靈活。擺動機構上的傳動銷磨損或受熱太大時，容易被剪斷。

能源與動力工程學院華北電力大學九、直流式燃燒器布置方式能源與動力工程學院華北電力大學

第三節(jié)旋流式燃燒器一、旋流式燃燒器的工作原理旋流式燃燒器由圓形噴口組成，燃燒器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器（簡稱旋流器）。煤粉氣流或熱空氣通過旋流器時，發(fā)生旋轉，從噴口射出后即形成旋轉射流。利用旋轉射流，能形成有利于著火的高溫煙氣回流區(qū)，并使氣流強烈混合。

能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學二、可動葉片雙調風旋流燃燒器

能源與動力工程學院華北電力大學三、雙調風燃燒器的燃燒過程能源與動力工程學院華北電力大學四、單只燃燒器的熱功率單只燃燒器功率過大，會帶來以下幾個問題：爐膛受熱面局部熱負荷過高，易于結渣。爐膛受熱面局部熱負荷過高，易引起水冷壁的傳熱惡化和直流鍋爐的水動力多值性。切換或啟停燃燒器對爐內火焰燃燒的穩(wěn)定性影響較大。切換或啟停燃燒器對爐膛出口煙溫的影響較大，影響過熱器的安全性和汽溫調節(jié)。一、二次風的氣流太厚，不利風粉混合。燃燒調節(jié)不太靈活。能源與動力工程學院華北電力大學五、旋流燃燒器布置能源與動力工程學院華北電力大學特點：不像直流燃燒器的布置講究總體的效果及相互配合，采用旋流燃燒器的爐子的燃燒主要決定于燃燒器本身的結構和參數(shù)；為了保證各個燃燒器不相互干擾，相鄰反向旋轉；為了不刷墻，靠墻的應離遠一點。能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學第四節(jié)煤粉爐爐膛一、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；(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。

能源與動力工程學院華北電力大學二、評價爐膛結構的參數(shù)1、爐膛截面熱負荷qA

A---爐膛橫截面積，m2。通常用燃燒器區(qū)域的爐膛水平斷面面積表示。B---燃煤量，kg/s。

---燃料的收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg。qA

與著火、結渣的關系qA大瘦高形易著火，但燃燒器區(qū)域易結渣、膜態(tài)沸騰qA小矮胖形不利著火，爐膛出口處易結渣能源與動力工程學院華北電力大學2、燃燒器區(qū)域的壁面熱負荷qR

a、b——爐膛深度、寬度；

HR——燃燒器區(qū)域高度，一般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米處的距離；ζ

——圍燃帶面積修正系數(shù)；

鍋爐容量

，多層布置(4，6，8)，使局部溫度水平，NOx

qR

大集中著火無煙煤

qR

小分散不易結渣能源與動力工程學院華北電力大學

3、爐膛容積熱負荷qv

VL——爐膛容積，m3。爐膛容積熱負荷qv的意義是指在單位時間內、單位爐膛容積內，燃料燃燒放出的熱量。

qv

與著火、結渣的關系qv大，Vl小，爐內溫度水平高易著火，但，煙氣流程短，出口煙溫高對流受熱面易結渣；相反，qv小，不易著火；容積過大造價高能源與動力工程學院華北電力大學三、爐膛受熱面結渣的影響因素

1、受熱面結渣的形成過程

當熔融的灰渣接近受熱面時，若未被冷卻凝固，并與受熱面相碰，大塊渣積聚在受熱面外壁上，便形成了“結渣”現(xiàn)象。能源與動力工程學院華北電力大學2、受熱面積灰或結渣的危害(1)使爐內傳熱變差，加劇結渣過程。(2)爐膛出口的受熱面超溫。(3)水冷壁積灰、結渣較多時，多數(shù)并發(fā)高溫腐蝕。(4)使鍋爐效率降低。(5)水冷壁尤其是過熱器結渣嚴重時，大塊渣落下，可能撲滅火焰或砸壞爐底水冷壁，造成惡性事故。

能源與動力工程學院華北電力大學3、影響受熱面結渣的主要因素(1)煤灰特性和化學組成(2)爐膛溫度水平(3)火焰貼墻(4)過量空氣系數(shù)(5)煤粉細度(6)吹灰(7)燃用混煤能源與動力工程學院華北電力大學4、防止受熱面結渣的基本條件爐內應布置足夠的受熱面來冷卻煙氣，使煙氣貼近受熱面時，煙氣溫度降低到灰的熔點溫度以下，即保證灰渣貼近受熱面時被凝固；組織一、二次風形成良好的氣流結構，保證火焰不直接沖刷受熱面。能源與動力工程學院華北電力大學四、爐膛負壓1、煤粉爐的正常爐膛負壓爐內壓力比外界大氣壓力低2～6Pa(mm水柱)。主要通過引風機擋板開度調節(jié)能源與動力工程學院華北電力大學2、爐膛負壓太大的危害(1)

爐膛負壓太大，說明引風機抽吸力過大。此時，爐內氣流明顯向上翹，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，引起汽溫升高或過熱器結渣。(2)

氣流上翹，火焰行程縮短，導致不完全燃燒。(3)

對于四角燃燒爐，由于氣流上翹，使四股氣流的相互作用變差，甚至切圓形成不好，煤粉氣流相互點燃的作用變弱，燃燒變得不穩(wěn)定。如果煤質著火性能變差時，還可能引起滅火。(4)

漏風增大，使煙氣體積增加，煙氣流速相應升高。這時排煙損失增加；受熱面磨損加??；汽溫升高；爐膛溫度降低，影響燃燒穩(wěn)定性；火焰向上運動速度增大，一部分燃料未來得及完全燃燒就被排出爐外，因而造成不完全損失增大等一系列不良影響。能源與動力工程學院華北電力大學(5)

爐膛負壓急劇升高時，還可能發(fā)生爐膛內爆事故。內爆會造成水冷壁損壞或人身事故。內爆產生的原因一是：引風機運行不正常，靜壓頭過高或擋板運行不良；二是因滅火而切斷燃料供應時，爐膛負壓急劇升高。因此，在切斷燃料的同時，應適當關小引風機擋板，以免負壓劇增。此外，大型機組應設置爐內壓力報警和安全保護裝置。(6)

爐膛負壓波動時，也可能是爐內壓力波變化造成的。此時表明燃燒處于不穩(wěn)定狀態(tài)。燃燒脈動時，負壓也隨著脈動。所以，爐膛負壓是燃燒調整和鍋爐保護的重要參數(shù)。能源與動力工程學院華北電力大學(7)

爐膛負壓由負壓值極高突變正壓，此過程發(fā)生的時間極短，只有1～2秒，正壓值極高。這種情況下，極可能發(fā)生爐膛爆炸或“打炮”。對于自動化程度比較高的鍋爐，爐膛負壓超限時，控制系統(tǒng)會自動發(fā)出報警或保護動作。但當控制系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，則必須做出準確、迅速的判斷和處理。能源與動力工程學院華北電力大學第五節(jié)煤粉氣流的著火燃燒一、影響煤粉氣流著火的因素揮發(fā)分燃料品質水分燃料灰分發(fā)熱量煤粉細度及煤粉顆粒分布一次風量、一次風溫、一次風速燃燒器二次風速，二次風溫，結構配風方式及燃燒器結構型式單只燃燒器的熱功率