锅炉原理第5章煤粉炉燃烧原理及燃烧设备

1、热能与动力工程热能与动力工程1第五章煤粉炉燃烧原理及燃烧设备第五章煤粉炉燃烧原理及燃烧设备热能与动力工程热能与动力工程2第一节燃烧化学反应动力学基础第一节燃烧化学反应动力学基础一、燃烧化学反应速度一、燃烧化学反应速度（一）化学反应速度（一）化学反应速度燃烧反应是一种发光发热的高速化学反应；1、均相反应和多相反应：2、反应速度可以用某一反应物浓度减少的速度表示，也可以用生成物浓度增加的速度表示。aA+bB一gG+hHwA=dCA/dt影响因素：（1）反应物性质；（2）反应物的浓度；（3）温度；（4）压力；（5）是否有催化剂或连锁反应。热能与动力工程热能与动力工程3（二）质量作用定律（二）质量作用

2、定律热能与动力工程热能与动力工程4（三）阿累尼乌斯定律（三）阿累尼乌斯定律热能与动力工程热能与动力工程5（四）催化作用（四）催化作用催化剂本身不变改变化学反应速度，不改变反应限度（五）链锁反应（五）链锁反应多米诺效应活化分子热能与动力工程热能与动力工程6二、燃烧速度与燃烧区域二、燃烧速度与燃烧区域1、碳的多相燃烧特点、碳的多相燃烧特点热能与动力工程热能与动力工程72、多相燃烧反应的燃烧区域、多相燃烧反应的燃烧区域热能与动力工程热能与动力工程8第二节煤和煤粉的着火和燃烧第二节煤和煤粉的着火和燃烧一、热力着火一、热力着火1、定义、定义着火：由缓慢的氧化反应状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程着火：由缓

3、慢的氧化反应状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程可分为：可分为：连锁着火：这种由连锁反应引起的着火叫连锁着火。连锁着火：这种由连锁反应引起的着火叫连锁着火。热力着火：由于温度不断升高而引起的着火叫热力着火。在锅炉中发生热力着火：由于温度不断升高而引起的着火叫热力着火。在锅炉中发生的着火就是热力着火。的着火就是热力着火。热能与动力工程热能与动力工程9着火过程有两层意义：一是着火是否可能发生？二是能否稳着火过程有两层意义：一是着火是否可能发生？二是能否稳定着火？定着火？ 实现稳定着火满足两个条件实现稳定着火满足两个条件 A、放热量和散热量达到平衡，放热量等于散热量。、放热量和散热量达到平衡，放热量等于

4、散热量。B、放热量随系统温度的变化率大于散量热随系统温度的变、放热量随系统温度的变化率大于散量热随系统温度的变化率。化率。热能与动力工程热能与动力工程102、着火和熄火的热力条件、着火和熄火的热力条件热能与动力工程热能与动力工程11热能与动力工程热能与动力工程12关于着火温度的说明关于着火温度的说明 着火温度不是物性参数，随所处热力条件的变化着火温度不是物性参数，随所处热力条件的变化而不同，而不同， 各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大，各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大，过分强调着火温度意义不大，过分强调着火温度意义不大， 如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状态，如，褐煤堆，如果

5、通风不良，接近于绝热状态，孕育时间长，着火温度可低于大气温度。孕育时间长，着火温度可低于大气温度。热能与动力工程热能与动力工程13 着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大简化。简化。 严格上，只说着火的临界条件或着火条件：使系严格上，只说着火的临界条件或着火条件：使系统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。 实现这一过渡过程的初始条件或边界条件为着火实现这一过渡过程的初始条件或边界条件为着火条件。条件。热能与动力工程热能与动力工程14 3、着火热、着火热热能与动力工程热能与动力工程15着火热的来源着火

6、热的来源 卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热 炉内高温火焰的辐射换热炉内高温火焰的辐射换热热能与动力工程热能与动力工程16二、煤粉的燃烧过程二、煤粉的燃烧过程1、燃烧阶段、燃烧阶段 着火前的准备阶段着火前的准备阶段 燃烧阶段燃烧阶段 燃尽阶段燃尽阶段热能与动力工程热能与动力工程17 2、碳粒的燃烧机理、碳粒的燃烧机理 煤粉燃烧好坏的关键：碳的燃烧煤粉燃烧好坏的关键：碳的燃烧原因：原因： 焦炭中的碳是可燃质的主要部份；焦炭中的碳是可燃质的主要部份； 焦炭着火最晚，燃烧最迟；焦炭着火最晚，燃烧最迟； 焦炭中的碳的放热量比例较大焦炭中的碳的放热量比例较大热能与动力工程热

7、能与动力工程18碳的反应可分为一次反应和二次反应碳的反应可分为一次反应和二次反应热能与动力工程热能与动力工程19热能与动力工程热能与动力工程20热能与动力工程热能与动力工程21三、影响煤粉气流着火的因素三、影响煤粉气流着火的因素热能与动力工程热能与动力工程22四、燃烧完全的条件四、燃烧完全的条件燃烧的完全程度可用燃烧效率来表示：燃烧的完全程度可用燃烧效率来表示：热能与动力工程热能与动力工程23五、强化煤粉气流燃烧的措施五、强化煤粉气流燃烧的措施 提高热风和一次风温度提高热风和一次风温度 限制一次风量限制一次风量 合理送入二次风合理送入二次风 着火区保持高温着火区保持高温 选择适当的煤粉细度选择

8、适当的煤粉细度 强化燃烧阶段和燃尽阶段强化燃烧阶段和燃尽阶段 合理组织炉内空气动力工况合理组织炉内空气动力工况热能与动力工程热能与动力工程24第三节 燃烧器和点火装置 煤粉炉的燃烧设备包括： 煤粉燃烧器（也称为喷燃器） 点火装置 炉膛热能与动力工程热能与动力工程25q稳定着火稳定着火q着火后，良好的混合着火后，良好的混合q充满度充满度 与与 刷墙刷墙( (配风、角度配风、角度) )q燃料适应性燃料适应性q负荷调节负荷调节( (稳燃技术稳燃技术) )q低低NONOx x燃烧器燃烧器q流动阻力小流动阻力小1 1、作用：组织燃烧、作用：组织燃烧2 2、要求：、要求：3 3、分类：、分类：旋流燃烧器旋

9、流燃烧器前后墙布置：前后墙布置：直流燃烧器直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式：四角布置切圆燃烧方式：热能与动力工程热能与动力工程26炉膛形状炉膛形状前后墙布置：旋流燃烧器前后墙布置：旋流燃烧器 (B&W)(B&W)四角布置切圆燃烧方式：直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式：直流燃烧器 (ABB-CE)(ABB-CE)W W形火焰锅炉：无烟煤形火焰锅炉：无烟煤 (FW)(FW)燃烧器种类燃烧器种类旋流燃烧器：旋流燃烧器：适用于高发分煤种：烟煤、褐煤适用于高发分煤种：烟煤、褐煤直流燃烧器：直流燃烧器：煤种适应性较广煤种适应性较广热能与动力工程热能与动力工程27 直流自由射流 湍流（紊流）湍流

10、（紊流）自由射流自由射流 卷吸卷吸 衰减衰减 射程射程 高宽比高宽比 （一）直流煤粉燃烧器的射流特性 一、直流煤粉燃烧器的类型及特点 热能与动力工程热能与动力工程28直流燃烧器直流燃烧器热能与动力工程热能与动力工程29直流燃烧器直流燃烧器热能与动力工程热能与动力工程30热能与动力工程热能与动力工程31 点火点火热能与动力工程热能与动力工程32 射流的结构及术语 等速核心区等速核心区 射流外边界射流外边界 射流内边界射流内边界 射流的转折截面射流的转折截面 射流初始段射流初始段 射流主体段射流主体段 射流扩散（展）角射流扩散（展）角 热能与动力工程热能与动力工程33热能与动力工程热能与动力工程3

11、4（二）直流煤粉燃烧器的类型及特点 直流煤粉燃烧器的出口是由一组圆直流煤粉燃烧器的出口是由一组圆形、矩形或多边形的喷口所组成。形、矩形或多边形的喷口所组成。 直流煤粉燃烧器大都采用四角布置直流煤粉燃烧器大都采用四角布置切圆燃烧的方式。切圆燃烧的方式。热能与动力工程热能与动力工程35热能与动力工程热能与动力工程36热能与动力工程热能与动力工程37热能与动力工程热能与动力工程38 根据煤种的不同，直流煤粉燃烧器的一次风喷口和二次风喷口有各种不同的布置方式，使燃料稳定地着火、煤粉与空气有效地混合、完全燃烧和避免结渣。 直流燃烧器可分为均等配风燃烧器和分级配风燃烧器两种形式。热能与动力工程热能与动力工

12、程391.均等配风直流煤粉燃烧器 均等配风方式是指一、二次风喷口相间布置。 在均等配风方式中，由于一、二次风喷口间距相对较近，一、二次风处自喷口流出后能很快得到混合，使煤粉气流着火后不致由于空气跟不上而影响燃烧，故一般适用于烟煤和褐煤。热能与动力工程热能与动力工程40热能与动力工程热能与动力工程41热能与动力工程热能与动力工程42四角切圆燃烧四角切圆燃烧热能与动力工程热能与动力工程43热能与动力工程热能与动力工程442.分级配风直流煤粉燃烧器 分级配风方式是指把燃烧所需要的二次风分级分阶段地送入燃烧的煤粉气流中， 此种燃烧器适用于无烟煤、贫煤和劣质煤，所以又叫做无烟煤型直流煤粉燃烧器。 热能与

13、动力工程热能与动力工程45热能与动力工程热能与动力工程46热能与动力工程热能与动力工程47分级配风直流燃烧器的特点一次风喷口狭长；一次风喷口集中布置；一、二次风喷口各自集中在一起，且一、二次风喷口的间距较大；热能与动力工程热能与动力工程48二次风分层布置 一次风喷口的周围或中间还布置有一股二次风，分别称为周界风和夹心风热能与动力工程热能与动力工程49 三次风喷口布置在燃烧器的最上方，距相邻二次风喷口有较大间距，并应有一定的倾角，此外，三次风速不宜过低，一般为5060m/s。3 31003 31018热能与动力工程热能与动力工程50二、旋流煤粉燃烧器1 1、旋流燃烧器的射流特性、旋流燃烧器的射流

14、特性 旋流燃烧器是利用旋流器使气流产生旋转运动的。旋流燃烧器中所采用的旋流器主要有以下几种：蜗壳、切向叶片及轴向叶片等。热能与动力工程热能与动力工程51热能与动力工程热能与动力工程52热能与动力工程热能与动力工程53热能与动力工程热能与动力工程54热能与动力工程热能与动力工程55热能与动力工程热能与动力工程56热能与动力工程热能与动力工程572、旋转射流的特点（1 1）二次风是旋转气流二次风是旋转气流。一次风可以是旋转气流，也一次风可以是旋转气流，也可用扩锥扩展可用扩锥扩展。因此整个气流形成。因此整个气流形成空心圆锥形旋转气空心圆锥形旋转气流流。 （2）旋转射流有强烈的卷吸作用，能将中心及外缘

15、的气体带走，造成负压区，在中心部分和外缘就会因高温烟气回流而形成回流区。中心部分形成的回流区称为中心部分形成的回流区称为内回流区内回流区；外缘部分形成的回流区称为外缘部分形成的回流区称为外回流区外回流区。热能与动力工程热能与动力工程58热能与动力工程热能与动力工程59热能与动力工程热能与动力工程60 （3）在同样的初始动量下，旋转射流的射程要比直流射流短。 （4）旋转射流外边界所形成的夹角称为扩散角，用符号表示。旋转射流的扩散角一般比直流射流大，而且随着气流旋转气流旋转强度的增加，扩散角也增大，同时回流区也加大，因而高温烟气的回流量也增多。热能与动力工程热能与动力工程61 （5）当气流旋流强度

16、增加到一定程度时射流会突然贴在墙壁上，即扩散角等于180，这种现象称为气流的飞边现象。 当飞边现象产生后，会导致喷口和炉墙结渣，也容易烧坏燃烧器。热能与动力工程热能与动力工程62热能与动力工程热能与动力工程633、旋流强度及其影响、旋流强度及其影响热能与动力工程热能与动力工程64热能与动力工程热能与动力工程65热能与动力工程热能与动力工程664、常用的旋流燃烧器、常用的旋流燃烧器 单蜗壳扩锥型旋流燃烧器： 双蜗壳旋流燃烧器： 轴向叶片旋流燃烧器： 切向叶片式旋流燃烧器：热能与动力工程热能与动力工程67热能与动力工程热能与动力工程68热能与动力工程热能与动力工程69热能与动力工程热能与动力工程7

17、0热能与动力工程热能与动力工程71三、新型煤粉燃烧器三、新型煤粉燃烧器（一）煤粉稳燃（一）煤粉稳燃1、常用稳燃措施（1）敷设燃烧带；（2）热风送粉；（3）较低的一次风速和一次风率；（4）减小颗粒细度；（5）控制最低运行负荷以及采用性能良好的燃烧器。2、三高区理论高温、高煤粉浓度和适当高的氧浓度。热能与动力工程热能与动力工程72（二）低（二）低NOx燃烧技术燃烧技术随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，NOXNOX的生成量和增加的幅的生成量和增加的幅度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关0100020003000012345

18、燃烧器出口氧量，%NOX，m g/m3液态排渣炉固态排渣炉高挥发份煤低挥发份煤图图31 不同燃烧方式和煤种的不同燃烧方式和煤种的NOX排放浓度比较排放浓度比较热能与动力工程热能与动力工程73 燃煤排放的众多污染物中，燃煤排放的众多污染物中，NOXNOX是唯一可通过改进燃烧是唯一可通过改进燃烧方式来降低排放量的气体污染物，方式来降低排放量的气体污染物， 选择合理燃烧参数和合理地组织燃烧过程减少在燃料燃选择合理燃烧参数和合理地组织燃烧过程减少在燃料燃烧阶段烧阶段NOXNOX的形成量，的形成量， 是比较经济且合理的降低是比较经济且合理的降低NOXNOX排放的技术措施排放的技术措施。热能与动力工程热能

19、与动力工程74 氮氧化物的生成：生成生成NOxNOx的途径主要有三个：热力型、燃料的途径主要有三个：热力型、燃料型和快速型。型和快速型。 热力型热力型NOxNOx是空气中的氮气在高温下直接氧化而生成的，它是空气中的氮气在高温下直接氧化而生成的，它的生成和温度密切相关，仅当火焰温度大于的生成和温度密切相关，仅当火焰温度大于15001500时，才会时，才会大量生成；大量生成； 燃料型燃料型是燃料中氮在燃烧过程中氧化而生成的是燃料中氮在燃烧过程中氧化而生成的NOxNOx，与温度，与温度的关系不大，是最主要的的关系不大，是最主要的NOxNOx生成途径；生成途径； 快速型快速型是燃烧时空气中的氮和燃料中

20、的碳氢离子团如是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CHCH等反等反应生成的应生成的NOxNOx，在煤燃烧过程中的生成量较小。，在煤燃烧过程中的生成量较小。 热能与动力工程热能与动力工程75三种类型NOx生成量与温度关系180014001000 50010001500快 速 型燃 料 型热 力 型炉 膛 温 度 ( C)NOx (mg/Nm )3三种类型NOx生成量与温度关系图热能与动力工程热能与动力工程76抑制抑制NOXNOX生成的理论依据生成的理论依据 降低火焰峰值温度、降低火焰峰值温度、 降低最高温度区域的局部氧浓度，降低最高温度区域的局部氧浓度， 降低燃料在最高温度区域的停留时间降低

21、燃料在最高温度区域的停留时间热能与动力工程热能与动力工程77燃煤粉电站锅炉降低燃煤粉电站锅炉降低NOXNOX的燃烧技术措施的燃烧技术措施燃烧空气分级技术燃烧空气分级技术组织炉内燃料分级再燃还原组织炉内燃料分级再燃还原NONOX X浓淡分离技术浓淡分离技术低氧燃烧技术低氧燃烧技术热能与动力工程热能与动力工程78 空气分级燃烧技术 (air staging): 燃料的燃烧过程分段进行燃料的燃烧过程分段进行，燃烧用风分为一、，燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量，提高二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量，提高燃烧区域的煤粉浓度。燃烧区域的煤粉浓度。 推迟一、二次风混合时间推迟一、二次风混合时

22、间，煤粉进入炉膛时形，煤粉进入炉膛时形成富燃料区，并在富燃料区进行缺氧燃烧，成富燃料区，并在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型以降低燃料型NOxNOx的生成。缺氧燃烧产生的烟的生成。缺氧燃烧产生的烟气再与补入的二次风混合，使燃料完全燃烧。气再与补入的二次风混合，使燃料完全燃烧。 “ “燃尽风燃尽风”喷口的位置决定了煤粉气流在主喷口的位置决定了煤粉气流在主燃烧区内的停留时间，它和过量空气系数一燃烧区内的停留时间，它和过量空气系数一起，共同决定了主燃烧区内起，共同决定了主燃烧区内NOxNOx降低的程度，降低的程度，也直接关系到其在燃尽区的燃尽效果和炉膛也直接关系到其在燃尽区的燃尽效果和炉膛出口烟气

23、温度水平。出口烟气温度水平。沿炉膛高度空气分级燃烧热能与动力工程热能与动力工程79旋流燃烧器空气分级示意图旋流燃烧器空气分级示意图空气空气煤粉气流煤粉气流炉膛炉膛热能与动力工程热能与动力工程80与主燃烧器一体的与主燃烧器一体的OFA第二次生成的第二次生成的NOXNOXNOX被还原被还原NOXNOX燃烧器分级配风的喷口布置示意和燃烧器分级配风的喷口布置示意和NOX的还原过程的还原过程上部二次风上部二次风SOFA主燃烧器主燃烧器热能与动力工程热能与动力工程81 燃料分级燃烧技术 (fuel staging): 根据根据NOxNOx的分的分解机理，已生成的解机理，已生成的NOxNOx在遇到烃根在遇到

24、烃根CHCHi i和未完全燃和未完全燃烧产物烧产物CO、H2、C和和CnHm时，会发生时，会发生NONO的还原的还原反应从而降低反应从而降低NOx排放水平。排放水平。第一级燃烧区：将第一级燃烧区：将85%85%左右的燃料送入进行富氧左右的燃料送入进行富氧燃烧，生成大量的燃烧，生成大量的NOx；第二级燃烧区：送入第二级燃烧区：送入15%15%的燃料，进行缺氧燃烧，的燃料，进行缺氧燃烧，将第一区生成的将第一区生成的NOx进行还原，从而降低进行还原，从而降低NOx的的排放。排放。燃料分级燃烧时所使用的再燃燃料可以与主燃料燃料分级燃烧时所使用的再燃燃料可以与主燃料相同，但由于煤粉气流在再燃区内的停留时

25、间相相同，但由于煤粉气流在再燃区内的停留时间相对较短，再燃料宜于选用容易着火和燃烧的烃类对较短，再燃料宜于选用容易着火和燃烧的烃类气体或液体燃料，如天然气。气体或液体燃料，如天然气。沿炉膛高度燃料分级燃烧热能与动力工程热能与动力工程8220%入炉燃料入炉燃料80%入炉燃料入炉燃料一次燃料一次燃料二次燃料二次燃料燃尽风燃尽风一次风一次风主燃烧区主燃烧区燃尽区燃尽区40%NOX再燃还原区再燃还原区100%NOX炉膛内燃料分级燃烧过程炉膛内燃料分级燃烧过程热能与动力工程热能与动力工程83主燃烧区主燃烧区燃尽区燃尽区还原区还原区主燃烧器主燃烧器再燃燃料再燃燃料燃尽风燃尽风NO，CO2，H2O，O2，S

26、O2，灰，灰N2，NONON2NOX浓度浓度再燃与还原再燃与还原NOX技术的示意技术的示意热能与动力工程热能与动力工程84低低NOX燃烧器燃烧器调节风口调节风口上部燃尽风上部燃尽风再燃喷口再燃喷口前墙前墙后墙后墙采用炉内再燃技术的喷口布置示意图采用炉内再燃技术的喷口布置示意图热能与动力工程热能与动力工程85一次风煤粉气流一次风煤粉气流上下浓淡隔板上下浓淡隔板V型扩流锥喷口型扩流锥喷口锯齿形锯齿形V型括流锥喷口型括流锥喷口图图37垂直浓淡煤粉燃烧器（垂直浓淡煤粉燃烧器（WR燃烧器）燃烧器）浓淡分离技术浓淡分离技术热能与动力工程热能与动力工程86稀相一次风稀相一次风浓相一次风浓相一次风图图36 一

27、次风水平浓淡燃烧示意图一次风水平浓淡燃烧示意图热能与动力工程热能与动力工程87（三）新型煤粉燃烧器（三）新型煤粉燃烧器 钝体燃烧器（华中理工）热能与动力工程热能与动力工程88热能与动力工程热能与动力工程89火焰稳定船式直流燃烧器（清华）火焰稳定船式直流燃烧器（清华）热能与动力工程热能与动力工程90浓淡燃烧器浓淡燃烧器1、WR型燃烧器型燃烧器2、PM型燃烧器型燃烧器PMPM型燃烧器是在燃烧器型燃烧器是在燃烧器内将煤粉气流分为浓度内将煤粉气流分为浓度气流和煤粉气流。浓煤气流和煤粉气流。浓煤粉气流在上，淡煤粉气粉气流在上，淡煤粉气流在下。流在下。热能与动力工程热能与动力工程91热能与动力工程热能与动

28、力工程923、宽调节比燃烧器、宽调节比燃烧器 宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的主要性能是在低负荷下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变主要性能是在低负荷下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变化时的燃烧调节范围比较宽。化时的燃烧调节范围比较宽。 热能与动力工程热能与动力工程934、双调风低、双调风低NOx燃烧器燃烧器 BW低低NOx燃烧器燃烧器热能与动力工程热能与动力工程94热能与动力工程热能与动力工程95热能与动力工程热能与动力工程96FW低低NOx燃烧器燃烧器热能与动力工程热能与动力工程97 分类

29、：1、采用过渡燃料的点火装置2、带煤粉预燃室的点火装置3、等离子点火装置 作用：1、锅炉启动点火2、锅炉负荷过低或煤质变差时稳定燃烧四、煤粉炉的点火装置热能与动力工程热能与动力工程98高能点火器高能点火器热能与动力工程热能与动力工程99蒸汽雾化喷嘴蒸汽雾化喷嘴热能与动力工程热能与动力工程100带煤粉预燃室的点火装置带煤粉预燃室的点火装置热能与动力工程热能与动力工程101热能与动力工程热能与动力工程102热能与动力工程热能与动力工程103直流燃烧器直流燃烧器热能与动力工程热能与动力工程104等离子体煤粉点火技术等离子体煤粉点火技术 等离子体定义等离子体定义等离子体是指被电离的气体。由原子、电子、

30、离子或分子等粒子组成。正、负电核数相等，对内为良导体，对外为中性。热能与动力工程热能与动力工程105等离子发生器原理热能与动力工程热能与动力工程106等离子点火装置热能与动力工程热能与动力工程107等离子点火装置热能与动力工程热能与动力工程108系统组成二次风二次风火焰监视电视火焰监视电视触触摸摸屏屏一次风一次风火焰探头火焰探头进进水水回回水水压压缩缩空空气气电源控制柜电源控制柜热能与动力工程热能与动力工程109主燃烧器更换为等离子燃烧器的过程主燃烧器更换为等离子燃烧器的过程热能与动力工程热能与动力工程110墙式燃烧锅炉墙式燃烧锅炉等离子燃烧器兼主燃烧器等离子燃烧器兼主燃烧器热能与动力工程热能

31、与动力工程111 点火点火热能与动力工程热能与动力工程112第四节 固态排渣煤粉炉一、煤粉炉炉膛及燃烧器布置1、炉膛结构及其要求 四周布满水冷壁 冷灰斗 平炉顶结构 顶棚管过热器 屏式过热器 折焰角热能与动力工程热能与动力工程113热能与动力工程热能与动力工程114热能与动力工程热能与动力工程115锅炉炉膛炉膛、冷灰斗水冷壁平炉顶屏式过热器折焰角燃烧器热能与动力工程热能与动力工程116炉膛应满足以下要求(1)要有良好的炉内空气动力特性(2)应能布置足够的受热面，保证炉膛出口及其后的受热面不结渣 (3)要有合适的热强度热能与动力工程热能与动力工程1172、炉膛热负荷 炉膛热负荷包括炉膛容积热负荷

32、、炉膛断面热负荷和燃烧器区域壁面热负荷。下面分别加以介绍： 1炉膛容积热负荷和断面热负荷 式中 qv炉膛容积热负荷， kWm3； Vl炉膛容积，m3。 18)-(7 3kW/mVBQqlydv 热能与动力工程热能与动力工程118 对于一定参数、一定容量的锅炉来说，燃料单位时间在炉内的放热量是一定的。 因此qv取得大，炉膛容积就小；取得小，炉膛容积就大。 qv过大，炉膛容积就过小，煤粉在炉内停留时间短，燃烧不完全，同时水冷壁面积小，炉温过高，容易造成结渣。热能与动力工程热能与动力工程119 炉膛的大体形状常由炉膛断面热负荷和炉膛容积热负荷一起来确定。炉膛断面热负荷是指单位时间、单位炉膛横断面积放

33、出的热量，即19)-(7 2m/kWABQqlydA 显然，当qv一定时，qA取得大，炉膛横断面Al就小，炉膛就瘦长些; qA取得小，炉膛横断面Al就大，炉膛就矮胖些。 热能与动力工程热能与动力工程120 2燃烧器区域壁面热负荷 燃烧器区域壁面热负荷是指单位时间、单位燃烧器区域壁面面积放出的热量，即 21)-(7 1220)-(7 22ms )n)(ba(Am/kWABQqrrlydr 热能与动力工程热能与动力工程121 qr越大，说明火焰越集中，燃烧器区域的温度水平就越高。这对燃料的着火和维持燃烧的稳定是有利的。 但过高qr ，意味着火焰过分集中，使燃烧器区域局部温度过高，容易造成燃烧器区域

34、水冷壁结渣。 热能与动力工程热能与动力工程122二、切圆燃烧方式 四角布置的切圆燃烧方式热能与动力工程热能与动力工程123 着火 互相引燃 燃烧 气流在炉膛中心强烈旋转燃烧 燃尽 旋转上升延长了煤粉在炉内停留的时间 四角布置的直流燃烧器射出的四股气流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。在炉膛中心形成一股螺旋上升的气流。 切圆燃烧方式的特点： 热能与动力工程热能与动力工程124热能与动力工程热能与动力工程125热能与动力工程热能与动力工程126空气动力特性空气动力特性热能与动力工程热能与动力工程127四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径f960f820假想切圆直径实际切圆直径假想切圆直径实际切圆直

35、径热能与动力工程热能与动力工程1281、气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：（1）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。（2）射流偏斜还受射流两侧“补气”条件的影响。（3）燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大。（4）当燃烧器多层布置时，上层气流不断的被卷吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响，使气流容积流量增大，旋涡直径相应增大，一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的810倍。热能与动力工程热能与动力工程129运行证实，炉内实际切圆直径远比设计的假想切圆直径大得多，如下图所示。热能与动力工程热能与动力工程1302切圆直径过大问题 优点：上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠

36、近，煤粉的着火条件较好。这时炉内气流旋转强烈，气流扰动大，使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。问题：(1) 火焰容易贴墙，引起结渣；(2) 着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；(3) 火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温火焰的粘度很大，到达炉膛出处，残余旋转较大，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，因而既容易引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣或超温。热能与动力工程热能与动力工程131燃烧器射流贴附或冲击炉墙，是水冷壁结渣的主要原因燃烧器射流贴附或冲击炉墙，是水冷壁结渣的主要原因热能与动力工程热能与动力工程132热能与动力工程热能与动力工程133三、三、L型火

37、焰燃烧方式型火焰燃烧方式热能与动力工程热能与动力工程134v前后墙前后墙3 3排布置，每层排布置，每层4 4只只6 6只，总共只，总共2424只只3636只。只。v组织前后墙对冲燃烧。组织前后墙对冲燃烧。v主燃烧器之上设燃尽风主燃烧器之上设燃尽风口，燃尽风风口含两股口，燃尽风风口含两股独立的气流，中央部分独立的气流，中央部分为非旋转气流，外圈为为非旋转气流，外圈为旋转气流旋转气流。热能与动力工程热能与动力工程135四、四、W型火焰燃烧方式型火焰燃烧方式（一）（一）W形火焰燃烧方式的特点形火焰燃烧方式的特点W形火焰燃烧方式的固态排渣煤粉炉是美国的FW公司首创，为法国和日本吸收并发展起来，它脱胎于早期的U形火焰燃烧方式，故又称双U形火焰燃烧方式，由于W形火焰燃烧方式有许多特点，适合于低挥发份煤的燃烧，许多国家都采用这种燃烧方式来燃用劣质烟煤、贫煤和无烟煤。热能与动力工程热能与动力工程136W形火焰的炉内燃烧过程形火焰的炉内燃烧过