长沙理工锅炉原理课件第6章 煤粉燃烧理论与设备

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1第六章煤粉燃烧理论与设备§1燃烧基本理论§2煤粉气流的着火与燃烧§3煤粉燃烧器§4煤粉火炬的稳燃技术§5

煤粉炉的炉膛及其特性2023/5/18PrinciplesofBoilerPage2§1燃烧基本理论1、燃烧的概念2、燃烧化学反应速度描述3、均相反应，质量作用定律4、非均（多）相反应5、燃烧反应平衡常数6、阿累尼斯(Arrhinius)定律7、典型煤种的反应活化能E2023/5/18PrinciplesofBoilerPage3燃烧的概念

燃烧是伴随有发光发热的一种特殊的氧化反应，其反应物为氧气与各种燃料。均相燃烧：气体燃料的燃烧非均相燃烧：固体燃料的燃烧2023/5/18PrinciplesofBoilerPage4化学反应速度的大小用反应物或生成物浓度的变化来表示：设有两种物质A、B，其化学反应方程式如下：燃料氧化剂燃烧产物燃烧化学反应速度描述2023/5/18PrinciplesofBoilerPage5

反应物A、B的浓度；

a、b—反应物A、B的反应系数；

k—反应的速度常数。均相反应，质量作用定律2023/5/18PrinciplesofBoilerPage6非均（多）相反应炭或煤的反应速度可用下式描述：

—单位容积可燃混合物内煤粉的表面积；

—氧的浓度。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage7燃烧反应平衡常数可逆反应，当正逆反应达到平衡时有：

KC即为反应系统达到平衡时的平衡常数。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage8

用各组分的分压力来表示的反应系统中各反应物的浓度2023/5/18PrinciplesofBoilerPage9阿累尼斯(Arrhinius)定律K0—指前因子，或反应物分子的碰撞总次数；E－反应物的反应活化能或发生反应所要求的最低能量；R－通用气体常数；T－反应环境的温度。数学描述2023/5/18PrinciplesofBoilerPage10反应物的活化能越低，反应速度越快，反应越能在相对较低的温度下进行。反应的环境温度越高，则反应的速度越快。物理意义Tk

-有效碰撞占总碰撞次数的比例2023/5/18PrinciplesofBoilerPage11典型煤种的反应活化能E无烟煤：126～

147kJ/gmol；烟煤：104～126kJ/gmol；褐煤：84～

104kJ/gmol；煤龄越长，反应的活化能越大，反应越难进行；煤龄越短，反应的活化能越小，反应越易进行。反应物质（燃料）的特性，E(活化能)降低，反应速度提高；温度，温度提高，分子平均动能增加，碰撞机会增加。温度是最重要的燃烧反应影响因素浓度：提高，碰撞机会增加压力：提高，单位体积分子数增加，碰撞机会增加1.浓度的影响：碳粒燃烧的化学反应速度常数碳粒燃烧的化学反应速度碳粒表面的氧浓度影响反应速度的因素2.温度对燃烧速度的影响遵循阿累尼乌斯定律：

式中：K--表征化学反应速度的常数；K0--频率因子；R--通用气体常数，R＝8.314kJ/(Kmol.K)；

E--化学反应活化能,kJ/Kmol；，T─绝对温度，K。实际的锅炉燃烧过程、压力和浓度可认为基本不变,所以温度是影响反映速度的主要因素。3.压力对化学反应速度的影响kn——反应速度常数xA——反应物质A的浓度比n——反应级数4.催化反应催化作用：把少量的催化剂添加到系统中，使化学反应速度发生变化例如：2SO2+O2→2SO3反应速率慢加入催化剂NO后,反应速度被加快O2+2NO→2NO22NO2+2SO2→2SO3+2NO注：催化剂只能改变化学反应的速度，而不能改变该条件下反应进行的限度5.连锁反应链的激发过程，形成初始活化分子链的传递过程，活化分子与反应物反应，并生成新的活化分子链的断裂过程，活化分子与器壁碰撞失去能量，活化分子消失不分支连锁反应分支连锁反应化学反应中会自动生成一系列新的活化中心、使反应由许多中间过程组成,即连锁反应。如500°C时氢的燃烧,Co——气体中平均氧浓度CB——固体炭粒表面氧浓度氧的扩散速度气流扩散能力决定于氧气浓度，氧的扩散速度遵循如下关系式：扩散速度常数表征氧气扩散速度的量；炭表面的氧气浓度炭周围介质中的氧气浓度。主要取决于气流速度；W为气流和炭粒的相对速度,炭粒直径是d三.燃烧速度与燃烧区域影响氧的扩散速度的因素传质的有效滞流膜层1.分子扩散

2.湍流扩散

3.对流扩散

4.碳燃烧中的扩散炭粒的燃烧机理是煤炭高效燃烧的关键一次反应

C+O→CO2,2C+O2→2CO二次反应

C+CO2→2CO,2CO+O2→2CO2温度低于1200ºC4C+3O2

→2CO+2CO2温度高于1200ºC3C+2O2

→2CO+CO2高于1200℃碳粒表面气体浓度分布800～1200℃碳粒表面气体浓度分布几种可能的碳燃烧化学反应过程2023/5/18PrinciplesofBoilerPage231)CO2是一次反应产物，而燃烧反应产物中的CO，是CO2和C二次反应的产物。

2)CO是一次反应产物，反应产物CO在碳表面附近与O2接触被氧化成CO2。

3)碳和氧反应首先生成不稳定的碳氧络合物。碳燃烧化学反应的步骤1)氧气从气相扩散到固体碳表面(外扩散)。2)氧气再通过颗粒的孔道进入小孔的内表面(内扩散)。3)扩散到碳表面上的氧被表面吸附，形成中间络合物。4)中间络合物之间，或和气相分子之间进行反应，形成反应产物；5)吸附态的产物从碳表面解吸。6)解吸产物通过碳的内部孔道扩散出来(内扩散)。7)解吸产物从碳表面扩散到气相中(外扩散)。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage24氧气从周围环境扩散到炭粒的表面氧气被炭粒表面吸附在炭粒表面进行的燃烧化学反应燃烧产物由炭粒解吸附燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中炭粒表面的化学反应速度燃烧稳定时氧向炭粒表面的扩散速度燃烧速度与燃烧区域动力燃烧区（<1000ºC,

）扩散燃烧区（>1400ºC,）过渡燃烧区（）

多相燃烧速度wr的变化w2(d2)w1(d3)动力区扩散区温度燃烧速度wr过渡区w3(d1)w1<w2<w3,d1<d2<d32023/5/18PrinciplesofBoilerPage27煤的着火与燃烧特性着火与燃烧特性的概念燃烧特性指标燃料特性指标着火难易指标热解特性指标煤的燃烬特性2023/5/18PrinciplesofBoilerPage28着火与燃烧特性的概念着火由缓慢的氧化反应迅速过渡到剧烈自动加速反应过程，反应系统的温度出现阶跃性升高。燃烧特性反映燃料着火难易、燃烧稳定性、燃烧速度、燃烧效率、不同阶段燃烧动力学规律的燃烧技术指标。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage29燃烧特性指标各种燃料在不同条件下燃烧反应动力学的准确数学描述，即阿累尼乌斯定律中K0、E的准确数学描述。工程上采用一些技术指标定性、近似描述煤的着火与燃烧特性。燃料特性指标着火难易指标热解特性指标燃烬性指标2023/5/18PrinciplesofBoilerPage30燃料特性指标Vdaf：C/H：FC/Vdaf：越高，着火越容易，燃烧稳定性越好。越高，煤化程度越高，着火越难。越高，煤中的挥发分相对含量越低，着火越困难。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage31

燃烧过程中实际释放的Vdaf量、成分有别于工业分析中得到的Vdaf，其控制因素：煤种特性加热环境的温度加热时间的长短煤粉颗粒的直径Vdaf

煤着火温度、燃烧稳定性及燃烧效率的重要指标。煤龄越长，Vdaf越小。T越高，Vdaf越大。时间越长，Vdaf越大。煤粉越细，Vdaf越大。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage32挥发分对燃烧的影响Vdaf（%,）挥发分对着火温度的影响着火温度（℃）Vdaf(%)挥发分对稳燃负荷的影响无油稳燃负荷（%）2023/5/18PrinciplesofBoilerPage33煤粉气流着火指数与挥发分间的关系FI(℃)2023/5/18PrinciplesofBoilerPage34着火难易指标煤的反应活化能E燃料的反应活化能越低，着火越容易，燃烧速度越快；着火温度Ti煤粉粒子或煤粉气流开始着火燃烧时的温度，为着火温度。着火的显著标志就是反应系统的温度一阶跃升高。着火指数FI制取200×400目窄筛分煤粉试样，使煤粉高度离散地缓慢通过炽热的试验炉膛，取能使煤粉颗粒着火的最低炉膛温度为煤粉颗粒的着火指数。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage35活化能E与煤种、燃烬度间的关系2023/5/18PrinciplesofBoilerPage36典型烟煤、无烟煤的着火温度(指数)煤粉浓度对煤粉气流着火指数(℃)的影响煤种阳沁无烟煤黄陵烟煤无烟煤/烟煤=7/3无烟煤/烟煤=3/7着火指数/℃

710585605590煤粉浓度(kg/kg)阳沁无烟煤黄陵烟煤无烟煤/烟煤=7/3无烟煤/烟煤=3/70.210007408007650.49707207757450.69507057607300.89406957507202023/5/18PrinciplesofBoilerPage37热解特性指标挥发分初析温度Ts：

加热过程中，挥发分开始析出的温度。Ts越低，说明煤种可以在较低的温度下析出挥发分，有利于煤的着火。挥发分最大释放速度峰值(dG/dt)max:

是DTG曲线上的最大峰值。该值越大，说明煤种在单位时间内释放出的挥发分量越多，越易达到着火所要求的最低挥发分浓度煤的精确热分解(简称热解)特性通常在差热天平中进行：2023/5/18PrinciplesofBoilerPage38对应于(dG/dt)max的温度Tmax：

是DTG曲线上最大峰值所对应的温度。该温度越低，说明煤种在较低的温度下就可以快速释放出大量的挥发分。

Tmax是衡量煤种着火难易的一个重要指标。

=1/3对应的温度区间：该温度区间越宽，说明煤种可以在较宽的温度范围内快速释放大量的挥发分，对温度的变化不很敏感，对稳定着火有利。热解特性指标2023/5/18PrinciplesofBoilerPage39热重分析仪的TG、DTG曲线TGDTG2023/5/18PrinciplesofBoilerPage40(dG/dt)max对应于(dG/dt)max的温度Tmax2023/5/18PrinciplesofBoilerPage41(dG/dt)max1/3(dG/dt)maxΔT1/32023/5/18PrinciplesofBoilerPage42加热速率对热解特性的影响2023/5/18PrinciplesofBoilerPage432023/5/18PrinciplesofBoilerPage44几种煤的燃烧DTG分布曲线2023/5/18PrinciplesofBoilerPage45煤的燃烬特性煤粒从着火开始至完全燃烧时所需的时间t；从着火开始，在规定的时间内所燃烬的份额r。燃烬特性通常在差热天平中通过TG曲线得到。影响燃烬特性的主要因素：煤种、细度、燃烧温度、氧气浓度2023/5/18PrinciplesofBoilerPage46温度对燃烬率的影响时间(s)燃烬率（%）2023/5/18PrinciplesofBoilerPage47炉膛热负荷对燃烬率的影响

燃烧时间（s）图2-13温度、时间对焦碳燃烬率的影响Vdaf=20%Vdaf=30%Vdaf=40%Vdaf=48%未燃烬损失（%）炉膛容积热强度（MW/m3）

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage48炉膛壁温对NOx生成及燃烬率的影响2023/5/18PrinciplesofBoilerPage49温度与不同阶段时的燃烬特性2023/5/18PrinciplesofBoilerPage50温度与不同阶段时的燃烬特性2023/5/18PrinciplesofBoilerPage51燃烧速率与煤种、燃烧进程间的关系

1#煤2#煤2023/5/18PrinciplesofBoilerPage52

燃烧速率与煤种、燃烧进程间的关系3#煤种4#煤种2023/5/18PrinciplesofBoilerPage53几种煤的热重曲线§2煤粉气流的着火与燃烧1煤粉气流燃烧的一般过程2煤粉流着火与燃烧的特点2023/5/18PrinciplesofBoilerPage551、煤粉燃烧的一般过程煤粉喷入炉内后，煤粉粒子经历的过程：挥发分的析出、着火燃烧，对煤粉气流的着火与燃烧稳定性具有重要的影响；焦碳的燃烧过程决定了煤燃烧过程的长短与燃烧效率。

加热升温水分析出挥发分析出挥发分着火燃烧焦碳着火、燃烧与燃烬。煤粉的燃烧过程的三个阶段着火前的准备阶段燃烧阶段燃尽阶段2023/5/18PrinciplesofBoilerPage57（1）煤粉粒子的热分解热解的概念及其种类概念：热分解是指将煤加热至600K以上温度时，煤中的大分子断裂成小分子或某些官能团的化学键断裂，产生小分子气态有机物质的现象或过程。快速热分解：加热速率大于104k/s，且热解时间小于1s。对于100m以下粒径的煤粉粒子，将其投入高温炉膛中的加热时。慢速热分解：加热速率在1～10K/S，热解时间达几分钟或几小时的过程。中速热分解：介于以上两种之间。如固定床、流化床及工业分析中的热分解。种类2023/5/18PrinciplesofBoilerPage58（2）煤粒热解的主要产物及其物理化学变化热分解过程中煤粒子会发生以下变化：

得到的焦碳成为多孔结构，比表面积发生变化：

(a)温度越高挥发分越多内孔越多比表面积越大；

(b)因挥发分的析出，煤有着不同程度的膨胀;

(c)当快速热分解时，煤粉粒子会产生爆裂现象。

热解过程中产生气态物质的大致次序：2023/5/18PrinciplesofBoilerPage59（3）影响挥发分数量与产量的因素煤的种类：地质年龄短的煤，挥发分产量高；加热速率：(当环境温度一定时，主要通过煤粉粒子的细度来体现)：速率越高，则产量越高；加热终温：终温越高，则产量越高；加热时间：时间越长，则产量越高。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage60（4）煤粒子的着火机理与燃烧物理模型煤粒子周围挥发分的浓度较高，达到着火所需的最低浓度煤粒煤粒子周围挥发分的浓度较低煤粒子周围的挥发分着火燃烧挥发分火焰焦碳煤粒2023/5/18PrinciplesofBoilerPage61（5）燃烧过程中煤粒型态变化物理模型缩核模型：等径模型：爆裂模型：2023/5/18PrinciplesofBoilerPage62（6）基本结论小的煤粉颗粒比大颗粒更易于着火；不能热分解的物质，着火发生表面；完全热分解的物质，着火发生于气相；煤粉粒子为部分热分解物质，其着火方式取决于粒径、挥发分含量、环境氧浓度等因素的影响，既可能发生气相着火、固相着火、气固两相同时着火。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage632煤粉气流着火与燃烧的特点（1）在煤粉流中，煤粉流以两相流的特点与周围高温烟气发生换热而使煤粉粒子着火燃烧。

传统的观点：是对流换热为主；

也有观点认为：以辐射换热为主。（2）着火后的煤粉颗粒流，粒子除了与周围的气体间发生对流换热外，还有粒子间的辐射换热。（3）因煤粉流的存在，一旦着火，则存在火焰的传播。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage64（4）着火总是在热交换最强烈的区域先发生，对于不同的燃烧器，具体如下：在约1500℃的高温环境中，典型的煤粉气流的着火时间为150～200ms。内回流型燃烧器：在中心与外边缘几乎同时发生着火，有时中心区域先发生着火，其原因是中心回流使加热温度快速升高。简单直流煤粉燃烧器：着火在最外边缘首先发生，然后向轴心传播发展。煤粉气流着火与燃烧的特点2023/5/18PrinciplesofBoilerPage65钝体煤粉燃烧器着火示意图2023/5/18PrinciplesofBoilerPage66稳燃腔燃烧器出口燃烧器火焰示意图2023/5/18PrinciplesofBoilerPage673煤粉气流的燃烧稳定性（着火与熄火）控制理论的稳定性概念

将燃烧室视为一控制系统，当这个系统的输入参数(如燃料特性、风煤配比、气流初始温度等)在一个有界的范围内变化时，如果该系统的输出(如放热量、燃烧室内的温度等)能维持在一个稳定的范围内，则该系统是稳定的，即燃烧是稳定的。

传统的稳定性概念

即燃料在某一热力环境中燃烧时燃烧过程能连续不断地进行，外观表现为火焰不熄火。

（1）稳定性概念2023/5/18PrinciplesofBoilerPage68（a）直流煤粉燃烧器(b)钝体煤粉燃烧器燃烧稳定性（温度）对燃料量的动态响应2023/5/18PrinciplesofBoilerPage69（2）燃烧稳定性的理论解释着火温度理论： 当燃料与氧化剂在不同的化学当量配比条件下，其着火温度是不同的，其内

在原因可从反应活化能与质量作用角度来解释。在某一瞬间，燃烧稳定的条件为：

Te—燃烧室的环境温度；

Ti—燃料的着火温度。

此时的稳定性指标即为燃烧室内的温度水平。

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage70着火的热平衡理论Q1—燃烧放热量；Q2—燃烧产物与燃烧室壁面间的换热；V—可燃混合物容积；Qr—燃烧反应热；Co2—煤粉表面氧的浓度；α

—对流换热系数；S—燃烧室壁面面积。空气燃料烟气Q2Q1稳定燃烧的热力学条件2023/5/18PrinciplesofBoilerPage71

燃烧稳定性的图解表示方法TQQ23Q22Q21Q1Tf0T1Tb2Tb1燃烧过程着火和熄火的热力条件燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量Q1燃烧过程中向周围介质的散热量2点：着火温度4点：熄火温度改善着火的措施：加强放热：增加可燃混合物的浓度、压力以及可燃混合物的初温减小散热：减小气流速度，增加混合物初温煤粉气流的着火热量的来源煤的着火温度煤种无烟煤贫煤烟煤褐煤着火温度（ºC）1000900650~840550煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度煤种无烟煤烟煤褐煤着火温度（ºC）700~800400~500250~450着火热来源：卷吸周围高温烟气并接受高温火焰的辐射注：着火不能过迟，否则q4会增加着火热：包括加热煤粉及一次风，并使煤粉中水分加热、蒸发、过热所需热量煤粉中的水分所吸收的热量一次风中煤粉、空气、水蒸汽所吸收的热量注：着火热随燃料性质（着火温度、燃料水分、灰分、煤粉细度）和运行工况（煤粉气流的初温、一次风率和风速）的变化而变化影响着火热的因素：燃料性质挥发分水分灰分煤粉细度一次风温一次风量一次风速炉内散热条件燃烧器结构特性锅炉负荷稳定着火过程的常用方法：组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混合提高一次风温、采用合适的一次风量和风速采用较细的煤粉和敷设卫燃带风率与风速燃烧完全的条件供应充足而又合适的空气量适当高的炉温空气和煤粉的良好扰动和混合煤粉在炉内足够的停留时间ηr=100-q4-q32023/5/18PrinciplesofBoilerPage79（3）影响燃烧稳定性的因素燃料性质——燃料性质、煤粉细度；燃烧室内的温度水平；燃烧室的散热条件；煤粉气流的初温；风煤配比；燃烧器的气动特性；2023/5/18PrinciplesofBoilerPage80（4）煤粉稳定燃烧的理论与工程技术措施

稳定燃烧的理论着火温度理论着火热平衡理论稳定燃烧的工程技术措施燃烧器技术：回流型、浓淡型、复合型。卫燃带技术：燃烧调整技术：配风方式、燃烧器投运行方式等。火焰在线监测技术：2023/5/18PrinciplesofBoilerPage81（5）影响炉内燃烧效率的因素及改善对策影响因素分析：

燃烧器的气动特性

决定着火特性燃烬率

燃料反应活性越高局部温度越高。炉膛设计热负荷(容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域壁面热负荷)。卫燃带的面积、位置、厚度。

燃料特性：指前因子k0；活化能EM、Vdaf、A、R90

燃烧室的温度水平

反应速度

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage82第七章煤粉燃烧设备§1

煤粉炉炉膛及燃烧器§2

煤粉火炬的稳燃技术§3煤粉炉的炉膛及其特性2023/5/18PrinciplesofBoilerPage83炉膛（燃烧室）燃烧器燃烧设备煤粉燃烧器油燃烧器点火装置直流燃烧器旋流燃烧器一次风喷咀二次风喷咀三次风喷咀直流一次风、二次风旋流二、三次风电火花点火电弧点火半导体高能点火空气雾化蒸汽雾化自冷灰斗至炉膛出口的燃烧空间燃烧设备的基本概念2023/5/18PrinciplesofBoilerPage84§1

煤粉炉炉膛及其特性1、煤粉炉炉膛的作用2、煤粉锅炉炉膛型式3、W型火焰炉膛结构4、W型火焰燃烧方式的特点2023/5/18PrinciplesofBoilerPage85

炉膛是燃料燃烧和热交换（主要是辐射能交换）的场所保证燃料燃烧完全（燃料在炉膛内有足够的停留时间）。布置合适的受热面、合理组织炉内热交换满足锅炉容量的要求；同时使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工作所允许的温度。炉膛出口的NOX和SOX等排放量应符合环保要求炉膛结构紧凑，金属耗量少、；制造、安装、检修方便。1、煤粉炉炉膛的作用

影响炉膛设计的主要因素燃料特性、燃烧方式、排渣方式。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage86

炉膛容积热负荷：定义，对锅炉的影响，设计时如何选取。2、炉膛的热负荷

炉膛断面热负荷：定义，对锅炉的影响，设计时如何选取。

燃烧器区域壁面热负荷：定义，对锅炉的影响，设计时如何选取。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage873、煤粉锅炉炉膛型式

炉膛及燃烧器布置方式Π型炉切向燃烧半开式Π型炉切向燃烧Π型炉对冲（交错）燃烧Π型炉前墙燃烧W型炉W燃烧

炉膛

型式

排渣方式固态液态固态固态固态燃烧器型式直流式直流式旋流式旋流式旋流式直流式2023/5/18PrinciplesofBoilerPage88煤粉锅炉炉膛型式2023/5/18PrinciplesofBoilerPage89前墙燃烧器后墙燃烧器烟气前后墙对冲燃烧煤粉锅炉2023/5/18PrinciplesofBoilerPage90四角切圆锅炉方案

PlasmaIgnitionSystem等离子燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage924、W型火焰炉膛结构

W形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛（燃烧室）和上部的辐射炉膛（燃尽室）组成。前者的深度比后者约大80～120%

燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，并布置燃烧器，煤粉气流和二次风从炉顶拱向下喷射，在燃烧室下部与三次风相遇后，再1800转弯向上流经燃尽室炉膛，形成W形火焰。W形火焰燃烧方式燃烧Vdaf<12%~14%的劣质煤或难燃煤着火稳定带旋风分离器的煤粉燃烧器及其制粉系统2023/5/18PrinciplesofBoilerPage96双调风旋流煤粉燃烧器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage974、W型火焰燃烧方式的特点1/2

炉膛温度高煤粉喷嘴出口处于燃烧中心炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时可减少对燃尽室的放热着火区水冷壁敷设卫燃带

较低的NOx生成量

空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，分段燃烧。可控制较低的过剩空气系数

炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的停留时间

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage98锅炉设备整体布置图片2023/5/18PrinciplesofBoilerPage99W型火焰燃烧方式的特点

烟气中的飞灰含量少火焰在下部着火炉膛底部转弯180°向上流动时，可使烟气中部分飞灰分离出来

有利于组织良好的着火、燃烧过程可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧器，也可采用高浓度煤粉燃烧器

有良好的负荷调节性能负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大2/2适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧2023/5/18PrinciplesofBoilerPage100§2

煤粉燃烧器一、旋流燃烧器二、直流燃烧器燃烧器的作用与要求通过燃烧器的空气2023/5/18PrinciplesofBoilerPage101煤粉燃烧器种类直流燃烧器旋流燃烧器回流型燃烧器浓淡燃烧器一次旋流一次直流+二次旋流一次直流+二次旋流+三次旋流一次旋流+二次旋流+三次旋流气流没有切向流动速度分量气流有切向流动速度分量2023/5/18PrinciplesofBoilerPage102YXZm前墙左侧墙右侧墙X：离前墙的距离Y：离炉膛底部的距离Z：离左侧墙的距离YXZYXZ燃烧器燃尽风口m前墙后墙X：离前墙的距离Y：离炉膛底部的距离Z：离左侧墙的距离FlameStabilizingRing＋BafflePlateGuidesleeveP.C.Concentrator

二次风三次风煤粉+一次风

导流环导流筒煤粉浓缩器ABCD旋流燃烧器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage103直流燃烧器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage104燃烧器的作用与要求将燃料与燃烧所需空气,按一定的比例、速度和混合方式,经喷口送入炉膛.

保证充分混合、及时着火、稳定燃烧，燃尽火焰在炉内的充满程度好，不冲墙贴壁，避免结渣

有较好的燃料适应性和负荷调节范围

能减少NOX的生成，减少对环境的污染

结构简单，流动阻力较小要求作用2023/5/18PrinciplesofBoilerPage105

进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的，按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入，按作用不同，可分为三种

一次风

携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需要通过燃烧器的空气

二次风

待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用

三次风

对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，这股乏气称为三次风一、旋流燃烧器1、旋流射流空气动力特性2、旋流燃烧器的结构与类型3、旋流燃烧器的布置旋流燃烧器:出口气流包含有绕燃烧器轴线旋转的旋转射流。墙式燃烧锅炉方案

PlasmaIgnitionSystem

等离子燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。墙式燃烧锅炉方案

PlasmaIgnitionSystem二次风箱secondairwindbox等离子燃烧器plasmaburner一次风管primaryairpipe煤粉分离器PFseparator2023/5/18PrinciplesofBoilerPage109*旋流燃烧器:出口气流包含绕燃烧器轴线旋转的旋转射流。*一、二次风用不同管道与燃烧器连接，燃烧器内一、二次风通道隔开。*二次风射流为旋转射流,一次风射流可以是旋转射流,也可以是直流。1、旋流射流空气动力特性1/2

旋流射流具有比直流射流大得多的扩展角，射流中心形成回流区，射流内、外同时卷吸炉内高温烟气，卷吸量大

旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种

从燃烧器喷出的气流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，早期湍动混合强烈

轴向速度衰减较快，射程短，后期扰动弱2023/5/18PrinciplesofBoilerPage110旋流强度n:表征旋转程度(气流旋转动量矩/轴向动量)。随着n的不同，旋转射流有三种不同的流动状态

封闭气流

n较小，弱旋或不旋，中心没有回流区或回流区较小，回流区负压小，主射流受到压缩，旋转射流呈封闭状态，特性接近直流射流.旋流射流空气动力特性

开放气流

n较大，射流内、外侧的压力差逐渐接近，射流中心形成较大回流区，延长到速度很低处才封闭，形成开放式的结构2/2

全扩散气流

n和扩展角很大，射流外卷吸作用强烈，使外侧压力小于中心压力，整个射流向外全部张开，外侧回流区全部消失旋转射流的流动状态存在三个速度分量wt,wr,wa，从内外两侧卷吸高温烟气速度分量比直流衰减快旋转射流的扩散角比直流的大qV——气体的容积流量；ρ——气体密度；dp——旋流器喷口直径；rx——气流旋转半径；wt，wa——气流切向和轴向速度旋流数旋转动量矩轴向动量旋转射流的特点旋流燃烧器烟气回流卷吸和煤粉着火过程旋转射流2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1152023/5/18PrinciplesofBoilerPage116着火过程的物理模型直流射流中煤粉的着火角置直流燃烧器煤粉气流在空间受热着火过程的示意图

1k—一次空气2k—二次空气

3—旋转火焰的方向

4—上游邻角的火焰送到向火面的高温烟气

5—背火面卷吸的热烟气6—一、二次风的过早混入煤粉气流的燃尽过程1)氧气占空气中的质量百分数为23.2%;

2)碳表面的反应主要是:4C+3O2－＞2CO2+2CO。

3)煤粉颗粒的密度ρp可近似按1000kg/m3取值。2023/5/18大型电站锅炉优化运Page119旋流燃烧器的特点利用强烈的旋转气流产生高温回流区，达到强化燃料着火和燃烧的目的。减轻炉膛出口扭转残余导致过热器区热偏差的现象燃烧器均匀布置，入炉热量较均匀，可避免炉膛中部温度过高而结渣各燃烧器单独组织燃烧，可通过调整旋流燃烧器的旋转强度，达到调节回流区大小的目的，相互间影响比较小对炉膛形状不如四角切圆直流燃烧方式要求严格，不必一定接近正方形，有利于尾部受热面的方便布置当锅炉容量增加时，单只燃烧器的功率不必相应增，只需相应增加炉膛宽度和燃烧器个数2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1202、旋流燃烧器的结构与类型

旋流燃烧器根据结构不同，分为

蜗壳式旋流燃烧器

采用蜗壳作旋流器

叶片式旋流燃烧器

采用叶片作旋流器型式

旋流器一次风二次风蜗壳型双蜗壳单蜗壳叶片+蜗壳旋转直流，带中心扩流锥经蜗壳旋转旋转旋转经叶片旋转叶片型轴向叶片切向叶片直流或弱旋直流或弱旋旋转旋转1/62023/5/18PrinciplesofBoilerPage121旋流燃烧器的类型

直流蜗壳式双蜗壳式轴向可动叶轮式

2/62023/5/18大型电站锅炉优化运Page122旋流燃烧器的分类蜗壳式双蜗壳型三蜗壳和多蜗壳型蜗壳—中心扩流锥型轴向叶轮—蜗壳型轴向叶片式轴向可动叶轮型双通道外混式轴向叶轮型切向叶片式切向—轴向导叶型切向导叶型切向可动叶片型带直流风的切向叶片型（双调风型）2023/5/18PrinciplesofBoilerPage123旋流燃烧器的结构3/6旋流燃烧器蜗壳轴向叶片切向叶片单蜗壳锥形旋流燃烧器特点：对煤种适应性较双蜗壳式好，可燃用挥发分较低的贫煤双蜗壳旋流燃烧器特点：一次风阻力大；出口气流速度和煤粉浓度分布不均匀轴向叶片旋流煤粉燃烧器注：适用于Vdaf≥25%，Qar,net,p≥16800kJ/kg的烟煤和褐煤注：适用于Vdaf≥25%的烟煤和褐煤切向叶片旋流煤粉燃烧器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage129双调风旋流煤粉燃烧器双调风低NOx煤粉燃烧器2023/5/18TestingTechnologyofBoilerPage131双调风旋流燃烧器简图2023/5/18PrinciplesofBoilerPage132双调风旋流煤粉燃烧器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage133双调风旋流煤粉燃烧器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1342023/5/18PrinciplesofBoilerPage1352023/5/18PrinciplesofBoilerPage1362023/5/18PrinciplesofBoilerPage1372023/5/18PrinciplesofBoilerPage1384/6旋流燃烧器图片2023/5/18PrinciplesofBoilerPage139旋流煤粉燃烧器的结构5/62023/5/18PrinciplesofBoilerPage1406/6旋流煤粉燃烧器的结构2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1413、旋流燃烧器的布置旋流燃烧器前墙布置不受炉膛截面宽、深比限制，布置方便，与磨煤机联接煤粉管道短.主气流上下两端形成明显的停滞旋涡区，炉膛火焰的充满程度较差.炉内火焰的扰动较差，不利于燃烧后期的扰动和混合.

1/22023/5/18PrinciplesofBoilerPage142

燃烧器前后墙或两侧墙布置两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动性也较强若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣

旋流燃烧器的布置

旋流燃烧器炉顶布置只在采用W火焰燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用,后面讲述2/22023/5/18PrinciplesofBoilerPage143前墙燃烧器后墙燃烧器烟气前后墙对冲燃烧煤粉锅炉二、直流燃烧器1、直流射流空气动力特性

2、直流燃烧器的类型

3、直流燃烧器的布置直流燃烧器:

出口气流为直流射流或直流射流组。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage145直流燃烧器图片与四角布置2023/5/18PrinciplesofBoilerPage146直流燃烧器四角布置2023/5/18PrinciplesofBoilerPage147

湍流自由射流是直流燃烧器各喷口以较高的初速（Re≥105）和一定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间（炉膛内充满高温、静止介质（烟气），煤粉浓度为零）的煤粉气流.

湍流自由射流除了做整体运动外，流体微团还具有纵向脉动和横向脉动，后者对对热质交换起着重要作用1-喷口；2-核心区；3-边界层；4-外边界；5-内边界；6-源点；7-扩展角；8-速度分布等温自由射流的结构特性及速度分布WH=0，CH=0，TH>T01、直流射流空气动力特性1/5W0C0T02023/5/18PrinciplesofBoilerPage1481-喷口；2-核心区；3-边界层；4-外边界；5-内边界；6-源点；7-扩展角；8-速度分布WH=0，CH=0，TH>T0直流射流空气动力特性2/5射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动(速度差大卷吸大).射流横断面不断扩展，流量Q增加；煤粉浓度C下降；温度T升高；轴向速度W逐渐减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中直流射流的特点只有轴向速度和径向速度，射流不旋转直流的射程比旋转射流的长喷口尺寸越大，射程越长随高宽比增大，射流周界面增大，卷吸能力增强刚性大的射流吸引刚性小的射流并使其偏转2023/5/18PrinciplesofBoilerPage150直流射流空气动力特性3/5

射流核心区

射流中心尚未被周围气体混入，保持初速w0的区域

湍流边界层

核心区维持初速w0的边界称为内边界；射流与周围气体的分界称为外边界。内、外边界间区域为湍流边界层，其内为射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体

转折截面

核心区消失，只在射流轴线保持初速w0的某点对应的截面。在转折截面前的射流段称为初始段，在转折截面后的射流称为基本段

扩展角

射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角1-喷口；2-核心区；3-边界层；4-外边界；5-内边界；6-源点；7-扩展角；8-速度分布WH=0，CH=0，TH>T02023/5/18PrinciplesofBoilerPage151

卷吸量Q

外边界卷吸的高温烟气量圆形喷口的卷吸量小于矩形喷口；一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的直流Q＜旋流Q；直流射流适用于无烟煤，后期混合好直流射流空气动力特性4/5

射流卷吸周围气体越多，衰减较快。直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射流的衰减较慢

射程L

射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的距离

射程反映轴向速度wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气体的穿透能力。直流射程L>旋流射程L(同等条件下)2023/5/18PrinciplesofBoilerPage152

射流的刚度射流组的流动过程射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。刚度不够，射流偏移到炉墙，引起结渣；偏向其他射流，干扰其工作.射流的初始动量越大，刚度越大.

扩展角θθ决定射流的形状及两相邻射流开始混合点.混合点位置对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充有很大影响.直流湍流自由射流的θ相对较小.直流射流空气动力特性5/52023/5/18PrinciplesofBoilerPage1532、直流燃烧器均等配风

均等配风燃烧器:一、二次风喷口相间布置，即在二个一次风喷口之间(或一次风喷口侧部--侧二次风)均等布置一个或二个二次风喷口，各二次风喷口的风量分配较均匀

均等配风燃烧器一、二次风口间距较小，有利于一、二次风的较早混合，使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧1/3直流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛，根据燃煤特性不同，一、二次风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风

均等配风适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟煤、褐煤型配风方式

直流煤粉燃烧器的型式均等配风直流煤粉燃烧器特点：一、二次风喷口相间布置，间距较近，一、二次风自喷口喷出后能很快混合2023/5/18PrinciplesofBoilerPage155

分级配风燃烧器：一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器的下部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保持较大的距离，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中，强化气流的后期混合，促使燃料燃烧与燃尽。

分级配风燃烧器：一次风喷口高宽比大，卷吸量大；煤粉气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧。3、直流燃烧器分级配风2/3分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式。分级配风直流煤粉燃烧器分级配风直流煤粉燃烧器的特点：一次风喷口呈狭长形，可增大煤粉气流的着火周界，从而增加高温烟气的卷吸能力，有利于煤粉气流的着火一次风喷口集中布置，煤粉放热集中，使着火稳定并可增强一次风的刚性和贯穿能力一、二次风喷口间距较大，一、二次风混合迟，有利于无烟煤和劣质煤的着火二次风分级布置，按燃烧需要分级配风，即有利于着火也有利于煤粉后期的燃尽周界风或夹心风可增强气流刚性，防止气流偏斜热风送粉便于稳定着火；三次风风速高，便于穿透高温烟气进入炉膛中心2023/5/18PrinciplesofBoilerPage158

下二次风防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小。

中二次风是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要风源，风量较大。

上二次风提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃烧和燃尽的主要风源，风量较大。

燃尽风

喷口位于整组燃烧器的最上部，送入剩余15%的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内NOX生成量，有利于燃料的燃尽。

周界风位于一次风喷口的四周，周界风的风层薄；风量小；风速较高。可防止喷口烧坏，适应煤质的变化。此外，可布置的二次风还有侧二次风、中心十字二次风和夹心风等。4、直流燃烧器各层二次风的作用3/32023/5/18TestingTechnologyofBoilerPage1592023/5/18TestingTechnologyofBoilerPage1602023/5/18TestingTechnologyofBoilerPage1612023/5/18PrinciplesofBoilerPage162

切圆燃烧方式的特点煤粉气流着火所需热量，除依靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐射热以外，主要是靠来自上游邻角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热，着火条件好火焰在炉内充满度较好，燃烧后期气流扰动较强，有利于燃尽，煤种适应性强风粉管布置复杂5、直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式

切圆燃烧方式直流燃烧器的布置

炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转。四角切圆锅炉方案

PlasmaIgnitionSystem等离子燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。四角切圆锅炉方案

PlasmaIgnitionSystem

等离子燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。四角布置直流燃烧器的工作原理直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，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，同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流。直流喷燃器四角切圆燃烧四角布置直流燃烧器的工作原理

煤粉气流在正常燃烧时，一般在距离喷口0.5～1.0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。直流喷燃器四角切圆燃烧2023/5/18PrinciplesofBoilerPage167

邻角气流的横向推力

其大小取决于四角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动量矩起主要作用；一次风射流本身的动量（刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素。切圆燃烧方式实际气流并不能完全沿轴线方向前进，会出现一定的偏斜，严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙。造成炉膛水冷壁结渣.6、一次风煤粉气流的偏斜1/2

增加一次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风射流的偏斜。但一次风速受着火条件限制，不能相应提高；而为加强炉内气流的扰动，二次风速也不宜降低。一、二次风速推荐值见表。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage168

假想切圆直径dJX

较大的dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽；但dJX过大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差.一次风煤粉气流的偏斜2/2

炉膛和燃烧器的结构特性

燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，内侧（向火侧）夹角α1大，且有上游邻角气流横扫过来，补气条件充裕；面向炉墙的一侧（外侧）夹角α2小，且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气，补气条件很差，射流两侧因此出现压差，迫使射流偏向压力低的一侧.2023/5/18PrinciplesofBoilerPage169炉膛内火焰结构π型布置锅炉炉膛内火焰结构比较内容前后墙对冲燃烧切圆燃烧前墙后墙切圆燃烧塔式布置锅炉炉型火焰冲刷水冷壁几率差（带有熔融态灰的热烟气易冲刷水冷壁管壁，发生结焦、积灰）小大大炉内空气动力场均匀旋转气流旋转气流锅炉基础荷载基准相当大炉膛防结渣性能好煤种适应性能煤适应性好（采用挡板调节再热汽温）再热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经济性和煤适应性均有影响§3煤粉火炬的稳燃与低NOx技术强化燃烧：强化着火：准备阶段、初期。炉膛下部。稳燃。强化燃尽：后期，炉膛上部。减小不完全燃烧。设计阶段：炉膛qv等炉膛与燃烧器的配合，切圆直径等燃烧器设计和选择风速选择运行阶段：一/二次风率二次风的配风总风量（炉膛出口过量空气系数）燃烧器的运行方式燃烧器的调节：与燃烧器有关§3煤粉火炬的稳燃与低NOx技术1、稳燃原理2、钝体燃烧器3、高浓度煤粉的稳燃作用4、稳燃腔煤粉燃烧器5、双通道煤粉燃烧器6、水平浓缩煤粉燃烧器7、WR燃烧器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1721、稳燃原理

利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力

用钝体产生回流，如钝体燃烧器等；

用速度差产生回流，如大速差同轴射流燃烧器；

用叶片产生回流，如旋流预燃室；

采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离，浓相(0.8～1.2kg煤粉/kg空气)处于炉膛内的向火面，有利于着火和燃烧，煤粉淡相(0.2～0.4kg煤粉/kg空气)处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受煤粉的冲刷磨损、高温腐蚀和结渣.2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1732、钝体燃烧器

钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口1出口处安装一个三角形的非流线形物体—钝体2

煤粉空气流经钝体后，在钝体后面产生一个较大的高温回流区3

煤粉气流由喷口射出，遇到钝体后，由于煤粉颗粒惯性大，在回流区边缘附近集聚，形成一个高煤粉浓度区域

在钝体的导流下，一次风射流的扩展角显著增大，射流外边界卷吸高温烟气的能力有所增加在尾部区形成回流旋涡，加强高温烟气的卷吸。把高温烟气带回钝体附近,此处煤粉浓度较大,可以稳定燃烧。钝体燃烧器中钝体的作用:采用这种结构后，上煤粉气流绕过它以后射入炉膛，在离一次风喷口不远处形成一个束腰射流。在束腰部的两侧外缘形成高温、高煤粉浓度和有适当氧气浓度的区域，成为点燃煤粉气流的良好着火热源，从而稳定炉内燃烧。其结构为在常规直流煤粉燃烧器一次风口内加装一个船型火焰稳定器，并在其中心设有点火小油枪。火焰稳燃船燃烧器

煤粉气流

束腰气流2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1763、高浓度煤粉的稳燃作用

提高煤粉化学反应速度

降低煤粉气流着火温度

减少煤粉气流的着火热

增加辐射吸热量

降低污染物Nox的排放2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1774、稳燃腔煤粉燃烧器

稳燃腔煤粉燃烧器由稳燃腔腔体、钝体和煤粉浓淡分离三角滑块组成

稳燃腔腔体腔体使钝体后回流区封闭，煤粉气流经钝体后一段距离仍汇合成一股气流，不致改变炉内气体动力场；将钝体置于腔体内，钝体前腔体有一渐扩段，相对减低了气流的速度，可避免钝体烧坏，减轻磨损

三角形滑块

一次风直管段中的三角形滑块可进行煤粉的浓淡分离，在燃烧器出口得到所需的煤粉浓相和淡相进入炉膛燃烧

钝体置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后形成一个回流区，卷吸炉内的高温烟气加热煤粉气流，强化着火、燃烧2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1785、双通道煤粉燃烧器

燃烧器一次风喷口上、下侧各开一个一次风口，形成双一次风通道两股一次风以贴壁射流形式进入一突扩室，其间形成高温烟气回流，稳定煤粉的着火和燃烧

1/2

两个一次风喷口两侧壁腰部布置腰部二次风腰部风全开，可屏蔽一次风形成的高温烟气回流，用于调节煤粉着火点位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣2023/5/18PrinciplesofBoilerPage179双通道煤粉燃烧器

下一次风口两侧各装1个直径为Φ6～8mm的高速蒸汽射流管流速可在0～音速之间调节。高速气流产生的强烈回流与一次风射流产生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据不同煤种对着火热的要求，通过改变高速蒸汽射流的压力可改变高温烟气回流量。适用于极难燃煤种。2/2

双通道煤粉燃烧器是通过改变腰部二次风风量和高速射流蒸汽压力来控制煤粉着火，达到低负荷稳燃和适应煤种变化的目的2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1806、水平浓缩煤粉燃烧器

燃烧器一次风管内采用百叶窗式浓缩器

百叶窗将一次风在水平方向上分成浓、淡两股气流，百叶窗的最后一级叶片可调，用来调节煤粉的浓缩比，以满足各种负荷和煤种变化的需要

燃烧器出口设置钝体和侧面风

钝体用来形成一定的烟气回流起稳燃作用，侧面风可保护水冷壁避免高温腐蚀和结渣2023/5/18PrinciplesofBoilerPage181

百叶窗锥形轴向分离器2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1867、WR燃烧器

煤粉气流通过管道弯头时，受离心力的作用分成浓淡两股，喷嘴中间的水平肋片将其保持到离开喷口以后的一段距离，形成煤粉浓淡偏差燃烧。

煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，将高温烟气不断回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳着火。WR燃烧器又称直流式宽调节比摆动燃烧器，是一种高浓度煤粉燃烧器.结构简单，由喷嘴前端板、波纹扩流锥及喷嘴整体套装而成

一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；由于周界风和一次风首先混合，还可调节一次风煤粉浓度，以适应煤种变化。直流式宽调节比摆动燃烧器特点：浓淡分离作用：提高低挥发分煤的着火稳定性和低负荷的稳燃能力2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1888、旋风分离式煤粉燃烧器

50％的空气和少量（约占10％～20％）煤粉组成的低浓度煤粉气流从旋风分离器上部的抽气管通过燃烧器乏气喷嘴送入炉膛（三次风）

50％的空气和80%以上的煤粉形成的高浓度煤粉气流从旋风分离器下部流出，然后垂直向下通过主燃烧器进入炉膛（一次风）

调节乏气量是适应煤种变化的一种手段煤质变差，开大乏气调节挡板，抽出的乏气量增加，煤粉浓度随之增加，有利于煤粉气流的着火燃烧.

主燃烧器两侧有高速二次风气流同时喷入特点：集烟气再循环、分级燃烧和浓淡燃烧为一体的低NOx燃烧器作用：提高低负荷的稳燃能力并显著降低NOx排放9、PM燃烧器煤粉燃烧器一次风二次风中心回流10、煤粉预燃室燃烧器PAX型燃烧器11、热风置换型（半直吹式）燃烧器§4煤粉低NOx燃烧技术常见的低NOX燃烧技术低过量空气燃烧（低氧燃烧）在保证完全燃烧的情况下，使燃料在炉内总体过量空气系数较低的工况下燃烧。浓淡偏差在炉膛多只燃烧器中，选择几只燃烧器使部分燃料在空气不足条件下燃烧，即燃料过浓或富燃料燃烧，其余燃烧器使燃料在空气过量条件下燃烧，即过淡或富空气燃烧。在燃烧器的燃烧区域内，因燃料燃烧不完全，燃烧温度下降，从而抑制NOx的生成。因富燃料火焰较长，富空气火焰较短，若两者配合适当，相互补充，可实现燃料的完全燃烧。最适宜用在燃气锅炉上。空气分级燃烧把燃烧用的空气由原来的一股分为两股或多股。在燃烧开始阶段加入部分空气，造成一次气流燃烧区域的富燃料状态，燃料部分燃烧，使得有机结合在燃料中氮的一部分生成无害的氮分子，从而抑制燃料NOx的生成。作为完全燃烧用的其余二次风，喷射到富燃料区域的下游，形成二次燃烧区，实现燃料的完全燃烧。燃料分级燃烧2023/5/18195燃料分级燃烧难燃煤燃烧与低NOx煤粉燃烧器难燃煤燃烧难燃煤包括低挥发分煤种和劣质煤，其中低挥发分煤通常指的是可燃基挥发分小于20%的煤种，主要为贫煤和无烟煤；劣质煤通常指的是含水分或灰分较高，同时发热量较低的煤种。劣质煤一般只能作为坑口电站燃料，并以流化床或循环流化床燃烧方式燃烧。难燃煤的燃烧存在着火难、稳燃难、燃尽难和NOx生成浓度高的“三难一高”特点，在煤粉锅炉中需要采用一些特殊的措施。这些措施包括：①使用着火稳燃性能良好的煤粉燃烧器，适度提高截面积热负荷和降低容积热负荷，在炉膛燃烧器区的水冷壁上适当敷设卫燃带；②提高一次风进入炉膛时的气粉混合物温度，包括采用中间储仓式制粉系统。③热风送分，以及妥善处理三次风；④降低煤粉细度；⑤保持较低的一次风空气燃料比，包括采用较低的一次风流量和较低的一、二次风速也包括浓淡燃烧技术。⑥混煤燃烧，与其他挥发分高些的煤种混合提高入炉煤的总体燃料性能；⑦采用W型火焰燃烧锅炉等。低NOx煤粉燃烧器低NOx煤粉燃烧器，就是燃煤锅炉中为了减少NOx排放而使用的燃烧器。NOx是NO与NO2的统称，是锅炉煤粉燃烧排放的一种主要污染物，它可以损坏人类的身体健康和破坏生态环境。对于燃煤锅炉，燃烧过程中形成的NOx绝大部分以NO的形式生成和排放，而其最主要的生成机理为燃料型NO。研究表明，固态排渣煤粉锅炉的NOx中有60%-80%在燃烧区的着火区内形成。因此，低NOx燃烧器的设计原则，是①使煤粉颗粒聚集在一个还原性气氛中热解，将煤粉中挥发分集中快速地释放出来；②在燃烧器的着火区内通过配风，采用低过量空气系统，以形成“富燃料燃烧”或称“贫氧燃烧”的还原性气氛。同时，③控制煤粉与二次风的混合，适当地延迟着火燃烧时间、降低燃烧强度和火焰温度。低NOx旋流燃烧器（1）空气分级低NOx燃烧器原理：在燃烧器喷口附近的着火区形成a<1的富燃料区。除了使一次风中的a远远小于1，以使得在燃烧器喷口附近的煤粉最早着火区形成强烈的还原性气氛，从而有效地抑制了NOx的生成外，二次风要分成两股甚至三股，分级送入已着火的煤粉气流。在煤粉着火燃烧的开始阶段，只加入部分二次风，继续维持一段距离的富燃料燃烧，形成一级燃烧区。其后，另一股二次风则应送至一级燃烧区的下游，形成a>1的二次燃烧区，以使燃料完全燃烧。空气分级低NOx燃烧器原理示意图燃料分级低NOx燃烧器

一次风与煤粉混合物在喷口1附近着火并与旋流的二次风混合，形成一级燃烧区。一级燃烧区中，燃烧在a略小于1的条件下进行，因此可以保证煤粉在锅炉运行的全部负荷范围内均有很高的着火稳定性。在距中心一次燃料喷口一定距离处，沿半径反向对称布置有四个二次燃料喷口2。二次燃料在a2=0.55的条件下被送入炉膛，并在距喷口一定距离处和来自一级燃烧区的火焰混合，形成还原性气氛很强的二级燃烧区，推迟了燃烧过程，使火焰温度降低，抑制了热力型NOx的生成。保证煤粉完全燃烧的“火上风”由OFA喷口3送入燃烧器上部的炉膛，和来自二级燃烧器的火焰混合，在过量空气系数a=1.25的条件将煤粉燃尽。德国MSM的低NOx旋流燃烧器示意图1-过量空气系数略小于1的一次燃料喷口；2-过量空气系数略小于1的二次燃料喷口；3-完全燃烧所需的OFA喷口烟气再循环低NOx燃