角切圆煤粉锅炉燃烧器设计方法

1、四角切圆煤粉锅炉燃烧器设计方法一、前言 燃烧器是锅炉机组的重要组成部分， 是合理组织燃烧、 提高燃料利用率所必 须的装置。 燃烧器性能设计的优劣直接关系到电厂运行的安全性和经济性。 因在 锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物（NOX对人体健康有害，严重污染环境，故燃 烧设备的设计应同时考虑如何减少 NOx的排放，满足业主及国家环保标准的要 求。二、煤的认识在我国 , 电站锅炉用燃料主要是煤 , 但煤的种类繁多 , 从高水分褐煤、高灰份 劣质烟煤、烟煤到低挥发份的贫煤和极低挥发份的无烟煤都有使用。 所以在进行 燃烧器设计之前， 首先要对锅炉燃用煤种进行分析， 同时尽可能了解燃用相同或 类似煤种锅炉的运行

2、情况，从而对燃用煤种的特性有一个比较全面的认识。 1、煤的化学成份及其性质煤由可燃质、灰份（A）及水份（M）组成。其可燃质中主要化学元素为碳（C）、 氢（H、氧（0、氮（N）、硫（S）;灰的主要成份为各种矿物质，如SiO2、AI2Q、FQ、CaO MgO K2O NqO P2Q、TQ2等。（ 1） 碳（ C） 碳是煤中的主要可燃物质，以各种碳氢化合物和碳氧化合物的状态存在，含量在煤种所占比例约为 5090 %。埋藏年代越久的煤，其碳化程度 越深，含碳量也越高，而氢、氧、氮等的含量则减少。如无烟煤的埋藏年代 最久，含碳量可达 90%以上;而褐煤的埋藏年代最短， 含碳量为 5070%。 通常，含碳

3、量愈多，发热量愈高。碳在完全燃烧时生成二氧化碳（CO），每千克纯碳可放出32860KJ的热 量；碳在不完全燃烧时生成二氧化碳 （CO,每千克纯碳仅放出9270KJ的热 量。由于纯碳的着火与燃烬都较困难， 因此，含碳量高的煤难以着火、 燃烬。（ 2） 氢（ H）氢也是煤中的可燃成份，含量约在 210%范围内，多以碳氢化合物状 态存在， 水份中的氢不计入氢的含量。 氢的发热量最高， 每千克氢完全燃烧 可以放出120370KJ的热量，约为碳发热量的倍。氢存在于挥发份气体中， 碳化程度越深，氢的含量越少，煤也愈难着火燃烧。另外，含氢量高的煤在 储存时易于风化，含氢量将逐渐减少。（3）氧（O）和氮（N）

4、氧和氮都是煤中的不可燃元素，列入可燃质是不确切的，因此氧氮元素 的存在会使煤的发热量降低。煤中的氧随碳化程度加深而减少，煤种不同含 量变化很大，含量少的只有12%（如无烟煤）,多的可达40%左右（如泥煤）。 氮则是有害元素，煤中氮的含量一般很少，约为 %在煤的燃烧过程中，氮 的一部分会与氧化合生成NOx排入大气后会造成环境污染。（ 4） 硫（ S） 硫在煤中以三种形态存在，即有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。前两种 参与燃烧，放出少量的热，每千克可燃硫的发热量仅为9100KJ，第三种不参与燃烧。硫也是有害元素，燃烧后生成的 SO和少量SO,排入大气后也会造成 环境污染。不仅如此，SO还会使露点大大升

5、高，同时SO和SO能溶解于水 中变成HSO （亚硫酸）和 HSQ （硫酸），会造成锅炉低温受热面（如空气 预热器）堵灰和金属腐蚀（即低温腐蚀）。另外硫的燃烧产物S （硫化氢） 会对锅炉水冷壁产生高温腐蚀（生成硫化铁和氧化铁） ，存在于过热器和再 热器结灰层中的复合硫酸盐（NaFe（SQ）3和K3Fe（SO）3）会对过热器和再热 器产生高温腐蚀。我国大部分动力用煤含硫量一般在 2%，有的高达 35%。对含硫量 超过 2%的煤种，在设计锅炉时应采取必要的措施减轻或防止受热面的腐蚀。 （ 5） 灰份（ A）灰份是煤中的不可燃的矿物在燃烧后的生成物，其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO

6、、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2 等，前两种成份在煤的灰渣 中所占比例很大。灰份是不可燃杂质， 既影响煤的发热量， 又影响煤的着火与稳燃。 此外 灰份多的煤将为锅炉设计和运行带来困难，增加了锅炉受热面积灰、磨损、 结渣和腐蚀的可能性。灰份的含量在各种煤中变化很大，少的只有 45%，多的可达 60 70%。煤在燃烧后余下的灰成份与原煤中的矿物质不完全相同， 因为在燃烧 过程中有脱水、分解等变化。煤灰的熔融性是煤非常重要的特性指标， 该特性指标与灰成份有关。 灰 熔融性常用四个特征温度表示，即变形温度（DT、软化温度（ST）、半球温 度（HT、流动温度（FT、。如果灰温度处于DTFT

7、温度状态，粘在受热面 上就会堆积冷却成渣块， 称为结渣。 结渣后的受热面吸热量减少， 从而使炉 温升高，炉温升高又使结渣更为严重。 结渣影响锅炉的效率， 严重时还影响 锅炉出力和运行安全。FT STv 100C，称为短渣；FT ST 100C，称为长渣。对于燃用STW 1200r的低灰熔点煤时，锅炉热力特征参数的选取和燃烧器的设计要特别注意防止结渣。（6） 水份（ M）水份也是煤中的不可燃成份， 以三种不同的形态存在， 即外在水份 （煤 在开采、运输、储存和洗选过程中带进的水份） 、内在水份（吸附和凝聚在 煤块内部毛细孔中的水份）和结晶水份（存在于煤的矿物质中的结晶水） 。 外在水份易于蒸发，

8、变化很大；内在水份不易蒸发，在一定温度下（105iior）可以风干；结晶水份需在 2oor以上才能析出，通常工业分析时不 予测定。含水份大的煤发热量低， 不易着火， 而且在燃烧过程中水份的汽化要吸 收热量，降低炉膛温度； 排烟中水份高使锅炉效率降低， 还易在尾部受热面 产生堵灰和低温腐蚀； 煤中水份含量大还会使制粉设备制粉困难， 需要高温 空气或烟气进行干燥；煤粉水份高也容易导致输煤管堵塞，不便输送。各种煤的含水量变化很大，低的（如无烟煤）约2 9，高的（如褐煤）达 40 60%。2、煤的组成基及其换算 我们已经知道煤的组成成份为碳、氢、氧、氮、硫及灰份和水份，其含量是 用质量百分数来表示的。

9、 但是，由于水份与灰份往往容易随外界条件的变化而变 动，各种成份的质量百分数也随之改变， 就不能明确地表示它们的含量。 因此需 要定出几种基准，表示在不同状态下各组成成份的含量，以便于应用和分类。（ 1 ） 常用的四种基准a.收到基（ar as received ）:表示进入锅炉房的炉前煤，即实际燃用的煤 成份。它是将包括全部水份和灰份在内的煤的各种成份之和当作100，用下标“ ar ”表示。其表达式为Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mt = 100% 在进行煤的燃烧计算和热力计算时均采用收到基（ ar）。b. 空气干燥基 （ad-air dry）: 表

10、示在实验室经过自然干燥， 去掉外在水份的 煤的成份。它是将去掉外在水份后其余成份之和当作 100%,用下标“ad” 表示，其表达式为Cad + Had + Oad + Nad+ Sad + Aad + Mad = 100% 空气干燥基常在实验室内作煤的分析时采用。c. 干燥基（ ddry ）: 表示去掉全部水份的煤的成份。它是将除去水份外的煤的各种成份之和当作100%，用下标“ d”表示，其表达式为Cd + Hd + Od + Nd+ Sd + Ad = 100%干燥基成份不受水份的影响，常用以表示灰份的含量d.干燥无灰基（daf dry ash free ）:表示去掉全部水份和灰份的煤的成份

11、。 它是将全部水份和灰份两种含量不稳定的成份去掉，其余的组成成份之和 当作100%，用下标“ daf ”表示，其表达式为Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf+ Sdaf = 100%干燥无灰基组成不受水份、灰份变化的影响，可以比较准确地表示出煤的 实质。常用它来表示挥发份的含量。煤的挥发份是煤在加热过程中分解出 来的气态物质，其主要组成元素为碳、氢、氧，主要组成气体为氢气、各 类碳氢化合物、一氧化碳，以及少量的二氧化碳、水蒸汽、氮气等惰性气 体。挥发份受热很容易达到着火温度而燃烧，因此挥发份的干燥无灰基含 量常常用来判别煤种及其属性。（2）四种基准的换算煤的各种基准之间存在着一定

12、的关系，可以互相换算。因为煤的各种基准通常用以表示不同的组成成份，故各种基准之间的换算是经常要进行的。表1煤的基质换算系数已知煤的基质待求的煤的基质收到基ar空气干燥基ad干燥基dF干燥无灰基daf收到基ar100-Mad1001001100-Mar100-Mar100-Mar-Aar空气干燥基100-Mar1100100ad100-Mad100-Mad100-Mad-Aad干燥基100-Mar100-Mad1100d100100100-Ad干燥无灰基100-Mar-Aar100-Mad-Aad100-Ad1daf100100100注：表中M A为煤的水份和灰份，其下角标表示在不同的基准下（3

13、）煤的工业分析煤的工业分析是一种实用性的技术分析， 方法比较简便，不一定需要专门 的实验室，应用广泛。它只测定煤中所含水份（M）、灰份（A）、挥发份（V） 和计算固定碳（FC）成份，以及煤的发热量（Q等。有时还测定煤灰的 熔融性、剩余焦炭特征及可磨性等。这种分析适用于发电厂等运行单位对 煤质的日常监督。在工业分析中将4项成份，即水份（Mad、挥发份（Vad）、固定碳（FCad） 与灰份（Aad）之和表示为100%其表达式如下Mad + Vad + FCad + Aad = 100 %同理，煤的工业分析也可由收到基、干燥基和干燥无灰基表示如下：收到基Mar+ Var + FCar + Aar =

14、 100 %干燥基Vd+ FCd + Ad = 100 %干燥无灰基Vdaf+ FCdaf = 100 %3、煤的分类我国电厂锅炉用煤的分类主要是根据煤的挥发份多少来确定，并参考煤的水份和灰份的含量。这是一种粗略的分类方法，它把煤分成无烟煤、烟煤(包括贫 煤和劣质烟煤)、褐煤和泥煤四类。而在我们煤粉锅炉设计中，常将燃用的煤种 分成如下四类：(1) 无烟煤:Vdaf含量w 10%无烟煤着火稳燃困难，不易燃烬。前面已叙述过，无烟煤的煤龄最长，碳化程度深，含碳量高，水份、灰份含量不多，发热量高，约为2500032500KJ/Kg。(2) 贫煤：Vdaf含量约为1020%。贫煤着火稳燃、燃烬比较困难。

15、Vdaf低 于 15%的贫煤通常和无烟煤一起被称为低挥发份煤。(3) 烟煤： Vdaf 含量约为 2045%。烟煤一般含碳量也比较高，着火稳燃、 燃烬比较容易。也有一些含灰量与含水量比较多的烟煤， 被成为劣质烟煤。 它的发热量比较低，灰份达 4050%。故着火稳燃也比较困难。(4) 褐煤：Vdaf含量约为4050%, Mt约为2050, Aar高的可达4050%褐煤的煤龄较短，碳化程度也较浅，含碳量较低。因其水份、灰份含量比 较高，所以发热量较低，但因其挥发份含量高，很易着火燃烧。4、煤质特性分析方法 在进行锅炉和燃烧器设计之前，我们首先要了解燃用煤质的特性。专门对燃煤进行非常规的试验，如煤粉

16、一空气混合物射流着火温度IT;煤的热重分析即热 天平；结渣特性和燃尽特性测试(一维火焰炉法)，可以比较准确地了解燃用煤 质的特性。 如果没有上述试验资料时， 一般采用指数法的经验公式进行判断。 指 数法是普华煤燃烧技术开发中心、 西安热工研究院等单位， 在调研和总结了国内 近70台电站锅炉的设计和运行性能的基础上， 并根据燃煤在专门试验设备上进行 一系列的试验研究结果，总结出了一套根据燃料的性能指数对燃煤的着火稳定 性、燃尽性、结渣性、灰的粘污性及磨损性进行判断的方法， 具有很高的可信度。( 1 ) 着火稳定性指数 RwRv= + VdafRv为极难着火煤种W Rv为难着火煤种W Rv为中等着

17、火煤种W Rw为极易着火煤种(2)燃烬特性指数R+ VdafRv为极难燃烬煤种W RjV为难燃烬煤种W RjV为中等燃烬煤种W RjV为易燃烬煤种Rj为极易燃烬煤种(3)结渣特性指数Rz表2各种结渣倾向判别指数的判别界线和准确率判别指数 结渣倾向、ST(C)B/AGSQ2/AI 2C3综合判别指数FZ轻微 1390vvRW轻微中等1390-1260v RzV中偏轻W RzW中等v RzV中偏重严重v 1260vFZA严重准确率8369676190权值1其中B/A、G艮的计算公式如下B/A=(CaO+MgO+FO3+NaO+KO)/(SiO 2+AI2Q+TQ2)G=100xSiQ/(SiO 2

18、+FebQ+CaO+MgO)(4) R=(B/A)+(SiO 2/AI 2Q)煤灰的沾污特性指数 Hv皆(Fe2Q+CaO+MgO+NO+KO N&O/(SiO2+Al2Q+TiO2)W HaW HvHv为沾污倾向轻微为沾污倾向中等为沾污倾向容易为沾污倾向严重(5)煤灰的磨损特性指数HmHv= Aar(SiO2+/10010 20为磨损倾向轻微为磨损倾向中等为磨损倾向严重三、制粉系统类型的选择和计算在进行锅炉和燃烧器设计之前，我们除了要了解燃用煤质的特性外， 还必须 确定制粉系统的类型以及进行煤粉制备计算。1、磨煤机及制粉系统的选择在我国制粉系统的类型一般由业主和设计院确定，制粉系统的选择主要

19、依据并考虑投资、电厂检修运行水平、 以达到磨煤机、制粉系统和燃烧DL/T5145-2002推荐的不同煤质燃用煤种的特性，结合锅炉炉膛和燃烧器结构, 设备的配套、燃煤的来源及煤种杂物等诸因素, 装置匹配合理，保证机组的安全、经济运行。下表是火力发电制粉系统设计计算技术规定 条件下的磨煤机及制粉系统类型表3磨煤机及制粉系统的选择煤 种煤特性参数磨煤机 及制粉系统机组容量Vdaf%ITC燃料 着火 性KeMadR90热风温 度 C无 烟 煤 900极难 燃不限155 400钢球磨储仓式热风送粉不限800900难燃不球磨储仓式热风送 粉或双进双岀磨直吹不限贫 煤1020800

20、900难燃不球磨储仓式热风送 粉或双进双岀磨直吹不限700800中等 可燃1510340380双进双岀磨直吹不限700800中等 可燃1510340380中速磨直吹不限烟 煤2037700800中等 可燃-1510340380中速磨或双进双岀磨 直吹不限600700易燃1510 15300340中速磨直吹不限600700易燃1510 15300340双进双岀磨直吹不限V 600极易 燃151520260300中速磨直吹50MW以下V 600极易 燃1520260300风扇磨热风干燥直吹不限褐 煤 37V 600极易 燃1530 35260300中速磨直吹不限V 600

21、极易 燃1545 55260300三介质或两介质风扇 磨热风干燥直吹不限2、磨煤机的台数、出力及型号的确定（1）一般情况下，每台锅炉至少应配置两台磨煤机。当一台检修时，另一 台还可维持锅炉继续运行。(2) 机组容量为200MW以下时，每台锅炉配置的中速或风扇磨煤机宜不少 于 3 台，其中 1 台备用。(3) 机组容量为200MW及以上时,每台锅炉配置的中速磨煤机宜不少于 4 台，风扇磨宜不少于 3 台，其中 1 台备用。(4) 当配置的风扇磨煤机为 6台及以上时，其中可设 2台备用(检修备用 和运行备用)。( 5) 当采用钢球磨煤机或双进双出钢球磨煤机时，一般不设备用磨煤机。(6) 磨煤机的计

22、算出力应有备用裕量，对中、高速磨煤机，在磨制设计煤 种时除备用外的磨煤机总出力应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消 耗量的 110；在磨制校核煤种时，全部磨煤机在检修前的总出力应 不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量。( 7) 对双进双出钢球磨煤机，磨煤机计算总出力在磨制设计煤种时应不小 于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的 115；在磨制校核煤种时， 应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量；并应验算当其中一台磨 煤机单侧运行时，磨煤机的连续总出力宜满足汽轮机额定工况时的要 求。( 8) 对钢球磨煤机， 磨煤机计算总出力 (大型磨煤机在最佳钢球装载量下) 按设计煤种不应小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤

23、消耗量的115，按校核煤种亦应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量。当一台磨煤 机停止运行时，其余磨煤机按设计煤种的计算出力应能满足锅炉不投 油情况下安全稳定运行的要求，必要时可经输煤机由邻炉来粉。(9) 当计算磨煤机的出力时，对中速磨和风扇磨按磨损中后期出力考虑； 对双进双出钢球磨和钢球磨宜按制造厂推荐的钢球装载量考虑。( 10)根据以上几点，在满足出力要求的情况下，选取适当的磨煤机型号。3、煤粉管道风粉偏差要求 同层燃烧器各一次风管之间的煤粉和空气应均匀分配， 各并列管道之间的风 量偏差不大于 5，煤粉量偏差不大于下述数值：储仓式系统 8，中速磨煤机 直吹式系统 10%。但是在实际运行中，

24、上述要求往往难以达到。一方面设计院在 进行煤粉管道设计时，磨煤机出口缩孔门后的煤粉管道的直段不满足测量要求， 也没有设计测量孔，即使有，但测量孔处无测量平台，现场人员无法进行测量； 另一方面，要将粉管的风量、粉量调到满足上述要求工作量很大，也非常困难， 同时在进行上述测量工作时由于煤粉管冒正压， 工作环境很差， 所以调试单位往 往以无测量直段、 测量孔和测量平台为理由， 不太愿意进行上述工作。 建议以后 与设计院配合时，提出测量直段、测量孔和测量平台的要求。4、煤粉制备计算通过煤粉制备计算，可以计算出燃烧器的一、二、三次风率和风量，一次风、 三次风风温以及各风次的燃烧器阻力等，这些都是燃烧器设

25、计必不可少的参数。 不同类型的制粉系统，其煤粉制备计算也不相同。燃烧室已编写了各类制粉系统 的煤粉制备计算EXCEL!子表格，具体计算方法在此不再谈及。如有可能，在进 行煤粉制备计算时最好与设计院、磨煤机生产厂家配合，使三方计算时选取的煤 粉细度R90磨煤机出口风温以及煤粉水份 Mpc等参数相同，以便比较相互的计 算结果。如果计算结果差别较大，应尽可能查明原因；如果是磨煤机本身参数选 取原因造成差别的话，建议计算结果以磨煤机厂家的为准。煤粉细度F9q的选取煤粉细度是煤粉最重要的特性之一，它是煤粉颗粒群粗细程度的反映。煤粉 细度是指：把一定量的煤粉在筛孔尺寸为x微米的标准筛上进行筛分、称重，煤

26、粉在筛子上剩余量占总量的质量百分数定义为煤粉的细度 Rx。对于一定的筛孔 尺寸，筛上剩余的煤粉量越少，则说明煤粉磨得越细，也就是说 Rx越小。我国 电站锅炉煤粉细度常用筛孔尺寸为 90微米筛子来表示，即FU不同粒径下的煤 粉细度换算式为：x - 筛孔尺寸，卩mRx - 煤粉细度，n -煤粉的均匀性系数，取决于制粉设备的型式和磨制的煤种。从燃烧的观点看，煤粉磨得越细越好，但是另一方面，磨制煤粉的运行电耗将 会增加，因此存在一个经济煤粉细度。经济煤粉细度应根据不同煤种的燃烧特性 对煤种细度的要求与磨煤运行费用两方面进行综合的技术经济比较后确定。火力发电厂制粉系统设计计算技术规定DL/T5145对于

27、300MW及以上机组推荐的煤粉细度如下：对于固态排渣煤粉炉燃用烟煤时，煤粉细度按下式选取：R90 = 4 +对于固态排渣煤粉炉燃用贫煤时，煤粉细度按下式选取：R90 = 2 +对于固态排渣煤粉炉燃用无烟煤时，煤粉细度按下式选取：R90 =当燃用高灰份低热值烟煤时，煤粉细度按下式选取：90= 5 +当燃用褐煤时，煤粉细度为 R90= 3550%（Vdaf高取大值，Vdaf低取小值）对于200MW及以下机组，R90应在上述基础上适当下降。（2）磨煤机出口风温的确定磨煤机出口温度取决于防爆条件及设备允许的温度。实际上对于无烟煤和采 用烟气混合物作干燥剂在惰化气氛下运行的直吹式制粉系统， 磨煤机出口温

28、度的 最高值是不受防爆条件限制的，但它们受到磨煤机轴承允许温度的限制。 根据火 电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程 DL435- 91和磨煤机选型导则等，磨煤机出口风温 可按下表确定。表4磨煤机出口最高允许温度tM2C干燥介质制粉系统型式空气干燥烟气空气混合干燥风扇磨煤机直吹式（分离器后）贫煤150180烟煤130褐煤100钢球磨煤机储仓式（磨煤机后）贫煤130褐煤90烟煤、褐煤70烟煤120双进双出钢球磨直吹式（分离器后）烟煤 7075褐煤70Vdaf 15%的煤 100中速磨煤机直吹式（分离器后）当 Vdaf V 40%时，tM2=( 82- Vdaf) 5/3 5Viaf40% t M2V 70

29、RP HP中速磨直吹（分离器后）高热值烟煤V 82,低热值烟煤V 77,次烟煤、褐煤V 66注：燃用混煤的可按允许 tM2较低的相应煤种选取。（3）煤粉水份的选取煤粉的水份Mpc和设备的终端温度以及原煤水份有关。煤粉水份一般的选取范围为:无烟煤、贫煤烟煤褐煤Mpc MadMad Mpc MadMad Mpc Mad具体数值可按技术规定中图选取四、燃烧器的设计所以炉膛热力特性参数的选取在燃烧燃烧器设计与炉膛有着很密切的关系, 器设计时也应考虑。而炉膛热力特性参数选取除了与锅炉容量有关外，还与燃煤 特性直接相关。1、炉膛热力特性参数（BMC工况）的选取炉膛热力特性参数（BMC工况）主要包括下列内容

30、：炉膛容积热负荷qv, KW/m炉膛截面热负荷qF, MW/m燃烧器区域壁面热负荷 qHr, MW/m炉膛辐射受热面热负荷qH, MW/m上排一次风喷口中心线到屏下缘的烟气平均停留时间T,s大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范 JB/T10440-2004推荐的300MV和 600MW8炉炉膛热力特性参数值范围见下表表5切向燃烧方式炉膛热力特性参数（BMC工况）的推荐范围机组容量等级300MW600MW炉膛容积热负荷qV3KW/m低Vdaf煤85 116（82 102）烟煤90 11885 105褐煤75 9060 80低Vdaf煤炉膛截面热负何 qF2MW/m烟煤褐煤燃烧器区域壁面热负荷qH

31、r2MW/m低Vdaf煤（）烟煤褐煤炉膛辐射受热面热负荷qH2MW/m低Vdaf煤（）烟煤褐煤上排一次风中心线至屏下 缘距离L（m低Vdaf煤17（1923）烟煤16 2018 22褐煤18 2420 25上排一次风中心线至屏下 缘烟气平均停留时间T（S）低Vdaf煤（）烟煤褐煤注：1、距离L、停留时间t以及容积热负荷qv未考虑低气压的影响。2 、低Vdaf煤指Rw （Vdaf 20%）的烟煤煤种。4 褐煤指Rw （Vdaf 37%）的褐煤煤种。5表中括号内数值均为参考值。6.低Vdaf煤的qw未考虑卫燃带修正系数。锅炉本体布置及计算推荐了 200MW文以下容量机组的炉膛容积热负荷 qV、 炉

32、膛辐射受热面热负荷qH和炉膛截面热负荷qF的选取范围，具体见表6、7、8表6切向燃烧炉膛容积热负荷推荐选用范围煤种无烟煤贫煤烟煤褐煤qv (KW/m120 150120165140 20090 120表7炉膛辐射受热面热负荷的上限（ST 1350C）锅炉容量D（t/h）130220410670qH上限（KW/命253262477336表8切向燃烧炉膛截面热负荷的上限值锅炉容量D（t/h）6575130220410670qF上限KW/m灰软化 1450炉膛热力特性参数的选取原则主要如下：a）炉膛热力特性参数的选取可参照本厂或其他厂已经投运的锅炉设计数据采用 类比法进行确定。b）机组容量、煤的着火

33、、燃烬特性及煤灰结渣倾向对热力特性参数值的影响趋 势见表9。c ）炉膛容积热负荷的选取要适中。热负荷过高会影响燃烬，并导致炉膛出口烟 温过高，以致受热面局部结渣；热负荷过低，则会使辐射与对流受热面分配 失衡，甚至省煤器受热面趋近于零，这不仅增加了锅炉制造成本，也不利于 锅炉运行性能。d）qf与qHr共同构成主燃烧器区域燃烧强度，因此，在其中某一参数为一定时, 为了提高燃烧稳定性，可提高另一参数值。e）各一次风喷口中心线间的平均距离与单只一次风喷口输入热功率有关。热功 率增加，其平均距离应增大。f）对于采用热炉烟干燥制粉系统低温燃烧的褐煤锅炉，上一次风喷口中心线至 屏下缘距离的煤粉平均停留时间选

34、取既要保证充分燃烬，又要考虑由于燃烧 温度低所造成的辐射受热面积增加的问题。g）对于采用钢球磨中储式热风送粉制粉系统，要慎重考虑三次风（乏气）引入 炉膛的位置，要采取必要的加强煤粉燃烬的措施。表9机组：容量、煤着火、燃烬特性及煤灰结渣倾向的影响趋势名称qVqFqHrLT机组容量T-煤的着火性能；-煤的燃烬性能；煤灰结渣倾向T2、与燃烧器设计有关的炉膛结构尺寸的选取炉膛结构尺寸主要包括：炉膛截面深 a和宽b、炉膛截面宽深比（b/a）、下 排一次风喷口中心线至灰斗拐点的距离 h3、冷灰斗的倾角B、切角大小等。a. 炉膛截面的宽/深比应尽量趋近于1 （即炉膛为正方形），而不宜超过。因为 正方形炉膛的

35、火焰充满度好，同时可形成良好的空气动力场，对防止炉膛结 渣和高温腐蚀有利。b. 下排一次风喷口中心线至冷灰斗拐点的距离 h3的选取，要考虑为下半部分燃 烧器进入的燃料提供一个燃烧空间，特别是摆动燃烧器，下摆时不能使火焰冲刷灰斗斜坡，造成水冷壁结渣或过烧、爆管。大容量煤粉燃烧锅炉炉膛轮 廓选型导则DL/T831-2002推荐h3的取值如下：对于水平固定式喷口，300MW 机组宜取h3 4m 600MV机组宜取h3 5m对于摆动式喷口，宜再增加1m 对严重结渣煤应适当增加该段高度。大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规 范JB/T10440-2004推荐h3的取值如下：对于水平固定式喷口，300MVB

36、组宜取之间；600MW机组宜取之间；遇有强结渣倾向煤时取高值；对于摆 动式喷口，一般不宜小于按（a+b）/2+求得的值。锅炉燃烧设备推荐 h3的 取值如下：下层二次风下边缘到冷灰斗拐点距离为（b为二次风喷口的宽度）。对中小容量锅炉贫煤、无烟煤锅炉可取；对摆动式燃烧器可取。c. 冷灰斗的倾角B 一般采用5055,对于强结渣倾向的煤种采用 55。d. 炉膛四角的切角越大，则燃烧器两侧的补气条件越好，有利于防止火焰刷墙或偏斜，但切角处的水冷壁弯管和炉墙密封结构较复杂。下面是ALSTOMCE公司推荐的不同炉膛、不同管径及不同燃烧器箱壳宽度情况下各切角的尺寸，在我们今后选择炉膛切角尺寸时可以参考。水冷壁

37、管径为1-3/4 ”管间距为2-1/4 ”水冷壁管径为2”管间距为”水冷壁管径为”管间距为3”3、燃烧器水冷壁工作点（WP的选取 燃烧器工作点（WP）的确定，主要根据两个方面，第一是炉膛断面尺寸以及相 应的水冷壁切角尺寸；第二是切圆的旋转方向（逆时针或顺时针）。最初，燃 烧切圆的旋转方向是根据锅炉过热器或再热器出口集箱的出口位置确定，目 前习惯为逆时针旋向。一般燃烧器工作点选在向侧墙水冷壁偏离切角中点大 约12个管节距的位置。下面是 ALSTOCE公司根据不同的炉膛切角尺寸 推荐的燃烧器工作点的位置示意图：水冷壁管径为1-3/4 ”管间距为2-1/4 ”水冷壁管径为2”管间距为”水冷壁管径为”

38、管间距为3”4、燃烧角的选择直流燃烧器射流的射程较长，在炉内按一假想切圆组织燃烧，在炉内燃烧器 区形成一个稳定的旋转大火球。炉内假想切圆大小是四角切向燃烧的一个重要布 置参数。切圆直径越大，炉膛火焰充满度越好，最大切向速度或最大温度区域就 越靠近四壁和喷口，就越对着火有利，但高温旋转火焰愈容易冲刷炉墙而引起结 渣和喷口烧坏。反之，假想切圆直径过小，炉膛火焰充满度差，高温火焰集中在 炉膛中心，则四壁和喷口处温度水平较低，不利于着火。锅炉燃烧设备推荐的假想切圆直径djx=U/4,其中U为炉膛周长。热态运行时，由于气流膨胀，实际 切圆直径一般是假想切圆直径的510倍。由于假想切圆大小与燃烧角有着直接

39、 的关系，所以下面介绍燃烧角的选取原则。 ALSTO CE公司推荐的选取燃烧角原则如下:燃烧角为风粉射流与燃烧器工作点到炉膛切圆中心连线的夹角见下 图所示；对于采用32”箱壳的锅炉，采用 4燃烧角；对于燃气炉均采用4燃烧角；对于采用29”及以下箱壳的煤粉炉和油炉，采用 6燃烧角；如果燃烧角推荐为6,那么可调整的范围最小为 5,最大为7； 箱壳角a不小于31 ；我公司对燃烧器燃烧角的定义与 ALSTO CE公司定义的燃烧角略有不同，角 度大小一般为。4,选取的主要原则如下：燃烧角为箱壳角a与B （风粉射流与前墙或后墙的夹角，见下图所示 ）差 值的一半；对于燃用难着火的煤种选取较大的燃烧角，燃用易

40、着火的煤种选取较小 的燃烧角；对于燃用强结渣倾向的煤种选取较小的燃烧角，燃用轻微结渣倾向的煤 种选取较大的燃烧角；有时在燃用极强结渣倾向的煤种时，前墙左侧角与后墙右侧角的燃烧器 采用对冲（即切圆为Omm,另两个角采用较小切圆，这样可以减小平均切 圆的大小。5、燃烧器一次风参数的选取一次风率的选取一次风率主要与燃用煤种以及制粉系统有关。对于钢球磨储仓式热风或温风 送粉，一般低挥发份煤种选用较低的一次风率， 相对较高挥发份煤种选用较高的 一次风率；对于钢球磨乏气送粉、中速磨直吹和风扇磨直吹系统，一次风率由煤 粉制备计算得出，其值与煤的发热量、水份、磨煤机风粉混合物出口温度、磨煤 机型号等因素有关。

41、大容量煤粉燃烧锅炉炉膛轮廓选型导则 DL/T831-2002推 荐，对配储仓式制粉系统一次风率为1227%;配直吹式制粉系统一次风率为1430%（配风率总和为100%，未计入炉膛漏风率，炉膛漏风率一般w 5%。一次风喷口层数的选取一次风喷口层数主要与锅炉容量、所配制粉系统形式、每只一次风喷口的热 功率以及煤种的结渣特性等有关。有关资料推荐的不同容量锅炉一次风喷口数量 以及每只喷口的热功率如下：表10不同锅炉容量对应的一次风喷口层数和每只一次风喷口热功率锅炉容量（t/h ）一次风喷口层数（层）每只一次风喷口热功率（MW）65(75)27130222023410 (400)346704510254

42、638 55200858V 100我公司200MWB炉曾在燃用强结渣煤时采用过 4台中速磨配6层一次风喷口的布 置形式，并将燃烧器分成上下两组，大大降低了燃烧器区域的热负荷，成功地解 决了锅炉存在的结渣倾向。但是一次风喷口层数多，煤粉管道的设计、布置就会 复杂些。一次风速的选取一次风速是燃烧器相当重要的设计参数，要综合考虑煤粉的着火、稳燃及磨 损、堵粉等因素，选择合理的一次风速。一次风速过低，煤粉气流刚性差，气流 刷墙或贴壁的可能性增加，也可能产生掉粉；同时煤粉着火相对提前，可能导致 喷口结渣、烧坏；另外风速过低也有可能导致燃烧器喷口或粉管堵粉。一次风速过高，影响煤粉的着火和稳燃，也会增加燃烧

43、器喷口和粉管的磨损， 增加燃烧器 一次风阻力。一次风速的选取主要与燃用煤种的干燥无灰基挥发份（即着火稳燃性）有关，Vdaf高，选取较高的一次风速，Vdaf低，就选取较低的一次风速， 当然同时要适当考虑燃用煤种的结渣性和磨损性。图是ALSTOMCE公司关于一次风速与燃煤干燥基挥发份之间的线算图。大容量煤粉燃烧锅炉炉膛轮廓选型 导则DL/T831-2002推荐的一次风速一般为2030m/s。锅炉燃烧设备推荐 的一次风速一般为2035m/s。一次风温的选取对于正压直吹式制粉系统，燃烧器一次风温等于磨煤机出口温度即t 1=t M2,对于负压直吹式制粉系统，燃烧器一次风温比磨煤机出口温度低5度即tl=t

44、M2 5。对于中间储仓式制粉系统，燃烧器一次风温的选取范围大致如下：对低Vdaf煤，如采用热风送粉，一次风温一般为 200260C，如采用乏气送粉，一次风温约 为130C ;对于烟煤，一般采用乏气送粉，一次风温一般为60100C ;对于劣质烟煤，一次风温一般为100160C，采用热风送粉时可高达200C,对于Vdaf 大于35%的烟煤，一般不采用热风送粉，一定要用时，一次风温最好不要超过 160C。&燃烧器二次风参数的选取二次风率的选取煤粉制备计算后，一次风率和三次风率就已确定，而炉膛漏风率一般按w 5%选 取，二次风率也随之确定了。二次风率一般为 5086%（配风率总和为100%， 未计入炉

45、膛漏风率，炉膛漏风率一般w 5%，具体与煤种及制粉系统有关。二次风速的选取二次风速的大小主要与煤种和炉膛大小有关，我国有关资料及规范推荐值一 般为4056m/s。ALSTOMCE公司推荐的二次风速可按图和图选取。二次风温的选取二次风温的选取基本与表3中热风温度的选取相同，对小容量锅炉二次风温 比热风温度低10C，对大容量锅炉二次风温比热风温度低 5C。7、燃烧器三次风参数的选取三次风率的确定并非所有的燃烧器设计参数中都有三次风，仅采用钢球磨热风送粉系统才有 三次风。三次风率是煤粉制备计算时计算得出，主要与煤种、乏气温度、再 循环率等有关，一般为1626%。三次风速的选择三次风速的大小也主要与煤

46、种和炉膛大小有关，炉膛越大，风速相对越高； 对低挥发越高，风速相对越高；三次风速一般为4060m/s，对小炉膛、低Vdaf煤种偏下限，大炉膛、高 Vdaf煤种偏上限。三次风温的选择三次风温与钢球磨热风送粉系统中乏气温度相关，一般对小容量锅炉三次风温比乏气温度低10C，对大容量锅炉三次风温比乏气温度低 5C。8、燃烧器各喷口面积的计算次风喷口、三次风喷口及非直吹式制粉系统的二次风喷口面积的计算很简 单，可直接由BMCRT况下各风次风量和风速计算得出，注意二次风喷口面 积还应包括周界风、侧边风，对大风箱结构的燃烧器还包括间隙风。这里需 要指出的是，计算直吹式制粉系统的二次风喷口时，应考虑停运一次风

47、喷口 的上下二次风喷口仅按通过10%的冷却二次风进行计算，即正常运行时，停 运的一次风喷口上下的二次风喷口风门仅开10%的风量冷却喷口。9、高海拔对燃烧器设计的影响由于高海拔地区炉膛气压降低，煤粉在炉内的停留时间减少，影响燃烬，设 计时可参考已有电厂的运行经验：在海拔 500800m时，煤粉在炉内所减少 的停留时间对燃烧的影响轻微，特别是对于一般烟煤可不增加炉膛燃烬区的 容积，而采取其它一些强化燃烬的措施。至于燃用低Vdaf煤种及低灰熔融温度的煤种，除采取强化燃烬及防结渣措施外，必要时可少许增加炉膛燃烬 区容积，以弥补压力降低所减少的停留时间 高海拔地区燃烧器出口截面的流动状况因空气密度变小也

48、发生了变化，设计时应维持质量流量相等，即P dFdW=p bFbWB式中：P dF dW dP BFbWb高原地区地面空气密度，kg/m3 高原地区燃烧器喷口截面积，m 高原地区燃烧器出口风速，m/s 平原地区地面空气密度，kg/m3 平原地区燃烧器喷口截面积，m 平原地区燃烧器出口风速，m/s当高原地区的煤粉质量 m气体温度T与平原地区相同时，气体密度与大气 压力呈正比例变化，则上式可改写如下：PdFdW=PBFBW式中：Pd高原地区的大气压力，KPa Pb平原地区的大气压力，KPa 高原地区燃烧器出口风速一般不宜做较大变化，当取用与平原地区相同的风速时，贝U高原地区燃烧器出口的截面积应随压力成反比增加，如下式Fd = Fbx 空Pd如果较大改动燃烧器出口截面有困难，则可根据煤种挥发份高低，在不影响 炉内动力场的条件下，适当提高一、二次风速（一般提高倍，挥发份低取 偏下限，挥发份高取偏上限）。风速确定后再按质量流量相等式，重新计算 高原地区的燃烧器喷口面积。五、针对锅炉运行几个常见问题采取的措施1、防止炉膛发生结渣和高温腐蚀的措施燃烧器布置采用大切角、小切园，正方形或近似正方形炉膛，改善炉内空气动力场，可防止或减轻炉膛结渣。设计选取较低的断面热负荷，即较大的炉膛断面。采用较高的燃烧器高度，必要时将燃烧器分成上下两组，降低