锅炉的燃烧系统

锅炉的燃烧系统第一页，共五十八页。燃烧设备燃烧设备包括：

炉膛

燃烧器

点火装置第二页，共五十八页。对燃烧设备的要求： 1、燃烧效率高； 2、着火和燃烧稳定、可靠； 3、运行方便； 4、制造、安装和检修简单方便；第三页，共五十八页。A、充足而又合适的空气量；B、适当高的炉温；C、足够的燃烧停留时间；D、煤粉与空气良好的混合和扰动；完全燃烧的条件第四页，共五十八页。一、炉膛

自然循环、四角切向燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架的∏型汽包炉1、结构：

第五页，共五十八页。2、燃烧煤粉对炉膛的要求：1）创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；2）将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有的受热面不结渣；第六页，共五十八页。3）布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；4）尽可能减少污染物的生成量；5）对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性。第七页，共五十八页。1、作用：

(1)向锅炉炉膛内输送燃料和空气；(2)组织燃料和空气及时、充分的混合；(3)保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽。二、燃烧器第八页，共五十八页。2、燃烧器的布置1）直流式燃烧器的布置方式2）旋流燃烧器的布置方式第九页，共五十八页。1）直流式燃烧器的布置方式第十页，共五十八页。2）旋流燃烧器的布置方式：

(a)前墙布置(b)两面墙布置(c)半开炉膛对冲(d)炉底布置

（e）炉顶布置(b-1)两面墙交错布置(b)两面墙交错布置第十一页，共五十八页。3、直流式煤粉燃烧器

直流燃烧器通常由一列矩形或圆形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。

直流射流的主要特点是沿流动方向的速度衰减比较慢，具有比较稳定射流核心区，且一次风和二次风的后期混合比较强。第十二页，共五十八页。

wx=0

Wx

x

θ

w0

wm

初始段

基本段

x1）湍流自由射流的动力学特征第十三页，共五十八页。2）直流煤粉燃烧器的类型（1）均等配风直流式燃烧器

（2）一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器

直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。第十四页，共五十八页。（1）均等配风直流式燃烧器

适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、褐煤等。这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小，称为均等配风直流燃烧器。第十五页，共五十八页。第十六页，共五十八页。均等配风直流燃烧器第十七页，共五十八页。第十八页，共五十八页。（2）一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器

分级配风直流煤粉燃烧器适用于燃烧着火比较困难的煤，如挥发分较低的贫煤、无烟煤或劣质烟煤。

分级配风的目的是：在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉稳定着火、完全燃烧。第十九页，共五十八页。特点：几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风喷口中心间距较大，如图所示。由于一次风中携带的煤粉着火比较困难，一、二次风的混合过早，会使火焰温度降低，引起着火不稳定。为了维持煤粉火焰的稳定着火，希望推迟煤粉气流与二次风的混合，所以将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中。第二十页，共五十八页。第二十一页，共五十八页。3）、四角布置直流燃烧器的工作原理（1）、煤粉气流在射出喷口时，是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，称为四角切圆燃烧方式。同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流第二十二页，共五十八页。第二十三页，共五十八页。第二十四页，共五十八页。（2）

煤粉气流着火的热源不仅来自卷吸热烟气和邻角火焰的撞击，而且还来自炉内高温火焰的辐射加热，但着火的主要热源来自卷吸加热，约占总着火热源的60～70%。第二十五页，共五十八页。（3）煤粉气流在正常燃烧时，一般在距离喷口0.3～0.5米处开始着火，在离开喷口1～2米的范围内，煤粉中大部分挥发分析出并烧完，此后是焦炭和剩余挥发份的燃烧，需要延续10～20米甚至更长的距离。当燃料到达炉膛出口处时，燃料中98％以上的可燃物可以完全燃尽。第二十六页，共五十八页。四角切圆燃烧第二十七页，共五十八页。第二十八页，共五十八页。4）四角切圆燃烧锅炉的残余旋转 在四角切圆燃烧锅炉中，火焰不但旋转稳定、强烈，而且粘性很大。一般烟温偏差达100℃左右，偏差严重的甚至达到300℃。 在沿炉膛出口过热器区域的高度方向上，也存在着烟温偏差和烟速偏差。第二十九页，共五十八页。5）四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径 采用四角燃烧方式的锅炉，运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙，引起结渣以及燃烧不稳定现象。（1）气流偏斜问题（2）切圆直径第三十页，共五十八页。（1）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2、射流两侧“补气”（卷吸）条件3、燃烧器的高宽比(hr/b)4、切圆直径的膨胀第三十一页，共五十八页。（2）切圆直径 炉内假想切圆直径影响着气流贴墙、结渣情况和燃烧稳定性，还影响着汽温调节和炉膛容积中火焰的充满程度。切圆直径的调整十分重要。

当切圆直径较大时，煤粉的着火条件较好，气流旋转强烈，气流扰动大，可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。第三十二页，共五十八页。 但是，切圆直径过大，会带来下述的问题：(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，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，引起较大的热偏差，导致过热器结渣或超温。第三十三页，共五十八页。6）一次风与二次风（1）一次风量

一次风量主要取决于煤质的挥发分含量和挥发分的发热量。当煤质一定时，一次风量是影响煤粉气流着火速度和着火稳定性的主要因素。一次风量愈大，煤粉气流加热至着火所需的热量就越多，即着火热愈多，使着火推迟，燃料在炉内的有效燃烧时间减少，导致燃烧不完全。 一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。第三十四页，共五十八页。（2）一次风速 一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定。当一次风速大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰或者引起“脱火”。一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。

第三十五页，共五十八页。（3）一次风温

一次风温对煤粉气流的着火、燃烧速度影响较大。提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前，还能在低负荷运行时稳定燃烧。提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一。第三十六页，共五十八页。（4）二次风量和风速 二次风是在煤粉气流着火后混入的。通常二次风速比一次风速提高一倍以上。 二次风量、风速、风温和投入位置对着火稳定性和燃尽过程起着重要作用。对于大容量锅炉尤其要注意二次风穿透火焰的能力。

第三十七页，共五十八页。（5）二次风温从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧。但是二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置。

第三十八页，共五十八页。7）摆动式燃烧器

直流式煤粉燃烧器的喷口可做成固定式的，也可做成摆动式的。摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动20～30度，用来改变火焰中心位置的高度，调节再热蒸汽温度。便于在启动和运行中进行燃烧调节，控制炉膛出口烟温，避免炉膛内受热面结渣。第三十九页，共五十八页。

摆动式燃烧器一般适用于燃烧烟煤，也可燃烧较易着火的贫煤，但不适用于燃烧难着火的无烟煤、贫煤、劣质烟煤。第四十页，共五十八页。摆动式燃烧器的摆动机构第四十一页，共五十八页。8）水平浓淡燃烧器第四十二页，共五十八页。

浓淡燃烧器利用离心力或惯性力将一次风煤粉气流分成富粉流和贫粉流两股气流，分别通过不同喷口进入炉膛内燃烧。 这样，可在一次风总量不变的条件下，分离出一股高煤粉浓度的富粉流。由于高浓度煤粉气流具有良好的着火和稳燃性，因此它不需要特别强的热回流。第四十三页，共五十八页。 这样，不仅实现强化着火在技术上简单易行，还可避免热回流强度带来的弊端。这样燃烧器有较宽的煤种适应性，不仅用于燃用高灰分劣质烟煤和高水分褐煤，也用于燃用无烟煤和贫煤。第四十四页，共五十八页。CE公司直流式煤粉燃烧器第四十五页，共五十八页。浓淡燃烧器原理

1.所谓浓淡燃烧器，就是采用将煤粉——空气混合物气流，即一次风气流分离成富粉流和贫粉流两股气流，这样可在一次风总量不变的前提下提高富粉流中的煤粉浓度。第四十六页，共五十八页。

2.富粉流中燃料在过量空气系数远小于1的条件下燃烧，贫粉流中燃料则在过量空气系数大于或接近1的条件下燃烧，两股气流合起来使燃烧器出口的总过量空气系数仍保持在合理的范围内。第四十七页，共五十八页。水平浓淡煤粉燃烧器的原理1-一次风管道;2-煤粉浓缩器;3-浓煤粉气流火嘴;4-淡煤粉气流火嘴;5-内侧假想切圆;6-外侧假想切圆;7-水冷壁;8-氧化性气氛区第四十八页，共五十八页。

水平浓淡风煤粉燃烧器第四十九页，共五十八页。3.浓淡分离原理

（1）离心式煤粉浓缩器用在W型火焰锅炉上。（2）利用管道转弯所产生的离心力使煤粉浓缩，在四角切圆燃烧的炉膛上得到应用（4）带有旋流叶片的煤粉浓缩器，用于燃用高水分褐煤的风扇磨煤机直吹式燃烧系统中（3）百叶窗锥形轴向分离器；第五十页，共五十八页。4.稳燃原理 富粉流中煤粉浓度的提高，即该股气流一次风分额降低，将使着火热减少，火焰传播速度提高，燃料着火提前。 但是，煤粉浓度并非越高越好。如果煤粉浓度过高，则会因氧量不足影响挥发分燃烧，颗粒升温速度降低，反而使火焰转播速度下降，着火距离拉长，并会产生煤烟。最佳煤粉浓度值与煤种有关低挥发分煤和劣质烟煤的最佳值高于烟煤。第五十一页，共五十八页。 富粉流着火后，为贫粉流提供了着火热源，后者随之着火，整个火炬的燃烧稳定性增强，从而扩大了锅炉不投油助燃的负荷调节范围及煤种适应性。

第五十二页，共五十八页。水平浓淡煤粉燃烧器的原理1-一次风管道;2-煤粉浓缩器;3-浓煤粉气流火嘴;4-淡煤粉气流火嘴;5-内侧假想切圆;6-外侧假想切圆;7水冷壁;8-氧化性气氛区第五十三页，共五十八页。5.减少污染 煤粉燃烧时有NO和极少量的NO2生成，它们统称为氮氧化合物，用NOX表示，是一种有害的气体排放物。要降低NOX的生成量，要求火焰温度低，燃烧区段内氧浓度小，燃料在高温区内的停留时间短。 浓淡燃烧器因能降低燃烧产物中NOX的排放量，所以也是一种低NOX燃烧器。第五十四页，共五十八页。6.防止结渣

煤粉颗粒在高温还原性气氛下，煤灰的灰熔点将大大降低，这样当烟中的灰粒接触到受热面或炉墙时，仍可能保持软化状态或熔化状态，会粘结在壁面上，形成结渣。第五十五页，共五十八页。

对于浓淡型煤粉燃烧器，将一次风煤粉气流沿水平方向进行浓淡分离，淡煤粉气流位于背火侧，即水冷壁一侧，使水冷壁附近煤粉浓度降低，氧浓度提高，还原性气氛水平下降，提高了灰粒的熔化温度，可减少炉膛结渣的可能性。同时，