锅炉原理课件：燃烧方式与燃烧设备

锅炉原理燃烧方式与燃烧设备室燃燃烧方式及其设备1层燃燃烧方式及其设备2旋风炉燃烧方式及其设备3主要内容4 流化床燃烧方式及其设备锅炉燃烧方式分类01/144室燃燃烧方式及其设备1层燃燃烧方式及其设备2旋风炉燃烧方式及其设备3主要内容4 流化床燃烧方式及其设备锅炉燃烧方式分类02/144一、室燃燃烧方式及其设备3/144按燃料在炉内的燃烧方式不同，锅炉可分为四大类：室燃炉：主要用于电站锅炉，燃料以粉状(煤粉)、雾状(燃油)或气态(燃气)随空气喷入炉膛中，以悬浮状态进行燃烧。主要包括四角切圆、墙式对冲燃烧、W型火焰炉等燃烧方式，是本课程重点研究的燃烧方式。层燃炉：主要用于工业锅炉，燃料以一定♘度分布在炉排上进行燃烧，又称“火床炉”。包括固定炉排炉、活动手摇炉排炉、振动炉排炉、下饲式炉排炉等。一、室燃燃烧方式及其设备4/144旋风炉：燃料和空气在旋风筒内高速旋转，筒壁温度很高并在筒壁上形成熔融灰渣层,气流的高速旋转作用将煤粒抛向筒壁并粘着在熔融灰渣层中进行燃烧。沸腾炉：粒状床料及燃料放置在水平布风板上，空气以一定速度由下至上通过布风板，气流使料层内的颗粒呈“沸腾”状态(流化状态)，燃料颗粒在沸腾层内燃烧。又称“流化床锅炉”。室燃燃烧方式及其设备1层燃燃烧方式及其设备2旋风炉燃烧方式及其设备3主要内容4 流化床燃烧方式及其设备0 锅炉燃烧方式分类5/144一、室燃燃烧方式及其设备6/144室燃锅炉：煤粉炉煤粉炉的炉膛和燃烧器直流燃烧器及其布置(四角切圆锅炉)旋流燃烧器及其布置(墙式锅炉)W火焰炉燃油炉燃气炉一、室燃燃烧方式及其设备7/144一、室燃燃烧方式及其设备—煤粉炉8/1441、煤粉炉的炉膛和燃烧器煤粉炉燃烧设备的组成:炉膛

+燃烧器

+

供风设备

+制粉设备炉膛:锅炉最重要的部件之一，既是燃烧的场所，也是热交换的场所(主要是辐射热交换)。燃烧器:锅炉最主要的燃烧设备，将燃料与空气按一定的比例、速度和混合方式送入炉膛。煤粉炉的炉膛应满足以下要求：良好地组织炉内燃烧过程：有良好的炉内空气动力场，各壁面热负荷均匀，火焰在炉内的充满度要好，减少气流的死滞区，同时要避免火焰冲墙贴壁，避免结渣。足够的容积和高度，保证燃料在炉内有足够的停留时间，以利于燃尽。能布置合适的辐射受热面，保证合适的蒸发吸热量，合适的炉膛出口烟温，确保炉膛出口后的对流受热面不结渣和安全工作。炉膛受热面(水冷壁)具有可靠的水动力特性。结构紧凑，金属耗量少，便于制造、安装、检修和运行。9/144一、室燃燃烧方式及其设备—煤粉炉性能良好的燃烧器应满足以下要求：保证煤粉气流迅速稳定的着火；及时供应空气，燃料和空气在炉膛内充分混合，保证必须的燃烧强度，使燃料在炉内能达到完全燃烧，保证锅炉安全经济运行。保证良好的炉内空气动力场和火焰在炉内的充满度，良好地组织炉内燃烧过程，且不会冲墙贴壁，避免结渣。有较好的燃料适应性和负荷调节范围。能有效地减少NOx的生成与排放，减少环境污染。结构简单，流动阻力较小。10/144一、室燃燃烧方式及其设备—煤粉炉进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的，而是按着火、燃烧、减少NOx排放、炉膛结渣等因素的需要而合理组织、分别送入。按作用不同，燃烧所需空气可分为：①

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。②

二次风：与一次风分别送入炉膛，待一次风煤粉气流着火后再发生混合，补充煤粉继续燃烧所需要的空气。③

燃尽风：部分二次风在主燃区下游(一、二次风燃烧器上部区域)送入炉膛，起降低NOx作用。④

三次风：11/144一、室燃燃烧方式及其设备—煤粉炉煤粉燃烧器按出口气流特性可以分为：直流燃烧器：由一组矩形或圆形的喷口组成，喷出的一、二次风都是不旋转的直流射流。多用于四角切圆锅炉。旋转燃烧器：出口为旋转射流。(携带煤粉的)一次风和二次风在燃烧器内通过不同的管道进入炉膛，二次风都是旋流、一次风可以是旋流、也可不是旋流。多用于墙式对冲锅炉。8/144一、室燃燃烧方式及其设备—煤粉炉一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧2、直流燃烧器及其布置可布置在炉膛四角:四角切圆锅炉可布置在炉膛中部的拱顶:W火焰炉四角切圆锅炉是目前应用最广泛的燃烧方式之一。13

/144四角切圆锅炉在炉内形成切圆燃烧14

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆锅炉直流燃烧器布置在炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线切于炉膛中心的假想切圆，使气流在炉内强烈旋转。15

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧注意：虽然四角切圆锅炉采用直流燃烧器，但燃烧器射流的切圆布置使炉内流场整体具有强烈的旋流特性。16

/144四角切圆锅炉直流燃烧器17

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧18

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧19

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧一次风20

/144预热空气预热空气燃尽风燃烧器燃烧器风门挡板，控制挡板开度条件燃烧器风量四角切圆锅炉风道系统一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧燃烧器风室结构21

/144煤粉管道结构一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧燃煤电厂四角切圆锅炉燃烧器配风的调控:22

/144切圆燃烧方式直流燃烧器的布置(a)正四角布置；(b)正八角布置；(c)大切角正四角布置；(d)同向大小双切圆方式；(e)正反双切圆方式；(f)两角相切，两角对冲方式；(g)双室炉膛切圆方式；(h)大切角双室炉膛方式23

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧切圆燃烧方式的特点：布置在炉膛四角的燃烧器射流相切于假想切圆，使气流在炉内强烈旋转，有利于燃料与空气的扰动混合。煤粉气流着火所需热量，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。直射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽，煤种适应性强。火焰在炉内充满度较好，炉膛空间利用充分。燃烧器多层布置(不少于三层)风粉管布置复杂。24

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧燃烧器射流的偏斜25

/144四角切圆燃烧器的射流偏斜及切圆直径:四角切圆锅炉中的实际切圆直径要远大于燃烧器射流的假想切圆直径。燃烧器射流在进入炉膛空间后，会受到炉内流场的影响，出现一定的气流偏斜，是导致这一现象的主要原因。一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆燃烧器的射流偏斜及切圆直径:(速度,m/s)四角切圆锅炉横截面速度矢量分布26

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆燃烧器的射流偏斜及切圆直径:当燃烧器多层布置时，下层气流在向上(炉膛出口)运动的过程中不断的被卷吸到上层气流中，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8~10倍。固态排渣煤粉炉的假想切圆直径（单位：mm）27

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧燃烧器射流的偏斜28

/144流偏向压力低的一侧。四角切圆燃烧器的射流偏斜及切圆直径:引起燃烧器射流偏斜的主要原因包括：燃烧器射流在进入炉膛后受到炉膛整体旋流的影响。邻角燃烧器射流流的横向推力。燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，内侧夹角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，迫使射一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧29

/144影响切圆直径的因素:一、二次风动量：二次风射流动量矩对燃烧器射流偏斜起主要作用，而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。因此，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。假想切圆直径djx：较大的djx可使邻角射流更易达到下角射流的根部，对射流偏斜的影响更强烈，导致更大切圆直径。燃烧器的高宽比：高宽比越大，燃烧器射流越易偏斜，切圆直径越大。一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧30

/144切圆直径对锅炉燃烧运行的影响:切圆直径过大：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；但着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；射流偏斜增大，容易引起炉膛水冷壁结渣；火焰旋转强烈易导致炉膛出口残余旋转较大，引起较大烟温和过热汽温偏差。切圆直径过小：炉内高温火焰集中在炉膛中央，远离炉墙，炉膛四周的温度水平较低，不利于煤粉气流的着火，也不利于炉膛水冷壁的传热。一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧直流燃烧器的热力参数:直流燃烧器一次风喷口的布置层数及其热负荷的参考数值增大锅炉容量，靠一次风喷口层数增加。因为单个喷口的热负荷不可能成正比地增加，否则会导致炉膛局部热负荷过高而引起结渣；还会因燃烧中心温度过高，使NOx增加。容量增大，炉膛的深度和宽度也会增大，也要求一、二次风气流有较大的负荷和射程。31

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆锅炉燃烧器的配风:四角切圆锅炉的燃料与空气由垂直布置的一组燃烧器喷口以直流射流的形式喷入炉膛。燃烧器的配风(即通过每个燃烧器的风量)对煤粉与空气在炉内的混合、煤粉气流的着火、燃烧及燃尽、炉内的流场形态、传热、污染物生成与排放、炉膛的结渣沾污等方面有着至关重要的影响。下二次风喷口一次风煤粉喷口一次风煤粉喷口32

/144中间二次风喷口

上二次风喷口

一次风煤粉喷口

中间二次风喷口

一次风煤粉喷口

中间二次风喷口一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆锅炉燃烧器的配风: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：一、二次风喷口相间布置，即在二个一次风喷口之间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。均等配风33

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆锅炉燃烧器的配风:分级配风：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。为提高低挥发分煤的着火稳定性：分级配风34

/144二次风在煤粉着火和燃烧初期基本不掺入一次风煤粉射流中，而是在煤粉着火燃烧后再分阶段送入，强化与燃烧着的煤粉气流的后期混合，促使燃料燃烧与燃尽。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。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。一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆锅炉燃烧器的配风:燃烧器一、二次风率：切圆燃烧方式直流燃烧器的一、二次风率(占总风量比例)主要根据燃煤的Vdaf值和着火条件来决定，同时也考虑制粉系统的采用情况。直流燃烧器的一次风率推荐值一次风率确定后，每个一次风煤粉喷口的风量通常是平均分配的。35

/144一、室燃燃烧方式及其设备—切圆燃烧四角切圆锅炉燃烧器的配风:燃烧器一、二次风速：直流燃烧器的一、二、三次风速推荐值一次风速w1主要取决于煤粉的着火性能：对直吹式制粉系统或用乏气送粉中间仓储式制粉系统取下限，热风送粉取上限；二次风速w2主要考虑气流的射程，以保证煤粉空气在燃烧后期混合良好并使之完全燃烧，一、二次风速比w2/

w1一般是1.1~2.3；三次风速一般较高，使之有较大的穿透深度，较好地与火焰混合，以利其中含有的少量煤粉燃尽。36

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧3、旋流燃烧器及其布置一次风和二次风分别用不同的管道与燃烧器连接。一、二次风在燃烧器内的通道也是隔开的。二次风射流都是旋转射流，一次风射流可旋或不旋流，但总气流都绕轴线旋转。墙式对冲燃烧是目前应用最广泛的燃烧方式之一。37

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧B&W

DRB-4Z旋流燃烧器38

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧B&W

DRB-4Z旋流燃烧器示意图一次风和二次风分别用不同的管道与燃烧器连接。一、二次风在燃烧器内的通道也是隔开的。一次风粉入口二次风入口39

/144墙式对冲燃烧锅炉前后墙安装燃烧器40

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧燃烧器安装在风箱内预热空气预热空气一次风41

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧炉内墙式旋流燃烧火焰42

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧前后墙对冲燃烧煤粉锅炉前墙燃烧器烟气后墙燃烧器43

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧旋流式燃烧器的工作原理:二次风(和一次风煤粉气流)通过旋流器时，发生旋转，在燃烧器喷口附件即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。每个旋流燃烧器都形成一个基本独立的火焰。(对比切圆锅炉由所有燃烧器射流形成的总体旋流火焰)旋流燃烧器工作原理44

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧a.封闭气流b.开放气流旋流的气流结构型式:根据气流旋流强度的大小，旋流气流可能呈现三种结构型式：封闭气流、开放气流、全扩散气流。旋流强度增加c.全扩散气流45

/144旋流的气流结构型式:一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧(速度,

m/s)46

/144旋流的气流结构型式:一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧(速度,

m/s)47

/144蜗壳式旋流燃烧器叶片式旋流燃烧器(DRB-4Z)48

/144常用旋流燃烧器分类(按使气流产生旋转方法)蜗壳式燃烧器：将气流切向引入一个圆柱形导管(蜗壳)而形成旋流气流。叶片式燃烧器：利用燃烧器风道内的导向叶片而形成旋流气流。旋流叶片一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧单蜗壳扩锥型旋流燃烧器1—扩流锥；2—一次风扩散管口；3—一次风管；4—二次风锅壳；5—一次风连接管；6—二次风舌形挡板；7—连接法兰；8—点火喷嘴装设孔49

/144单蜗壳扩锥型旋流燃烧器一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧单蜗壳扩锥型旋流燃烧器也称直流蜗壳式扩锥型旋流燃烧器。二次风气流通过蜗壳旋流器产生旋转，成为旋转射流。一次风经中心管直流射出，不旋转。一次风中心管出口处有一个扩流锥，使一次风气流扩展开来，并在一次风出口中心处形成回流区，回流高温烟气，使煤粉气流着火、燃烧稳定。扩流锥可以用手轮通过螺杆来调节气流的扩展角。扩展角愈大，形成的回流区愈大。一、二次风两股气流平行向外扩展，由于二次风的动量较大，故可与一次风混合，共同形成一股旋转射流。这种燃烧器的特点是一次风阻力小、射程远、后期扰动好，煤种的适应性较好，可以燃用较差的煤，但其扩流锥容易烧坏。50

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧双蜗壳旋流燃烧器51

/144双蜗壳旋流燃烧器1—中心风管；2—一次风锅壳；3—二次风锅壳；4—一次风通道；5—油嘴喷装设备；6—一次风内套管；7—连接法兰；8—舌形挡板；9—火焰检测器安装管一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧双蜗壳旋流燃烧器一、二次风都是通过各自的蜗壳而形成旋转射流。一、二次风旋转的方向通常相同，中心装有一根中心管，可以装置点火用的重油喷嘴。在一、二次风蜗壳的入口处装有舌形挡板，可以调节气流的旋流强度。出口气流前期混合很强烈，其结构简单，适于燃用挥发分较高的烟煤和褐煤，也能用于燃烧贫煤，所以小型煤粉炉常采用它。但舌形挡板调节性能不很好，燃料的适应范围不广；阻力较大，不宜用于直吹式制粉系统；燃烧器出口处的气流速度和煤粉浓度分布都不很均匀，所以在燃用低挥发分的现代大、中型锅炉就很少用它。52

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧轴向叶片旋流燃烧器用轴向叶片使气流产生旋转的燃烧器称为轴向叶片式旋流燃烧器。二次风通过轴向叶片的导向，形成旋转气流进入炉膛。轴向叶片可是固定的，也可是移动可调的。一次风也有不旋转的和旋转的两种。这种燃烧器的中心回流区较小、较长，只适合燃用易着火的高挥发燃料。在我国，主要用来燃用Vdaf≥25%，低位发热量Qar,net≥16800kJ/kg的烟煤和褐煤。53

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧轴向叶片式旋流燃烧器一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧B&W

DRB-4Z旋流燃烧器示意图一次风粉入口二次风入口轴向旋流叶片54

/144切向叶片旋流燃烧器二次风切向进入燃烧器，通过切向叶片变成旋转气流送入炉膛。可动切向叶片可通过改变叶片角度使二次风产生不同的旋流强度，以改变高温烟气回流区的大小。55

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧切向叶片旋流燃烧器Hitachi

HT-NR3旋流燃烧器切向旋流叶片一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧56

/144双调风旋流燃烧器双调风燃烧器二次风被分成内外两股(内二次风、外二次风)，内、外二次风皆为可调。调节内、外二次风的挡板和导向叶片，就可改变内、外二次风的流量比、旋转强度，内、外二次风间以及二次风与一次风粉间的混合，从而调节着火与火焰的形状。57

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧双调风旋流燃烧器双调风旋流燃烧器(DRB-4Z)外二次风旋流叶片内二次风旋流叶片58

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧一次风入口外二次风入口外二次风旋流叶片(20片)内二次风旋流叶片(12片)双调风旋流燃烧器内二次风入口一次风浓测入口一次风淡测入口浓测一次风旋流叶片(12片)59

/144(a)前墙布置；(b)两面墙对冲或交错布置；(b-1)两面墙交错布置；(b-2)两面墙对冲布置；(c)半开式炉膛对冲布置；(d)炉底布置；(e)炉顶布置旋流燃烧器的布置方式:一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧60

/144旋流燃烧器的布置方式:锅炉容量较小：一般将旋流燃烧器布置在前墙，单排或多排布置。锅炉容量较大：则采用前后墙对冲或交错布置，单排或多排布置。前墙布置：布置方便，适宜与磨煤机煤粉管道的连接。但炉内空气动力场却在主气流上下两端形成两个明显的停滞涡流区，炉膛火焰的充满度较差，燃烧后期的混合也不好。前后墙布置：两面墙上的燃烧器喷出的火焰在炉膛中央互撞，火焰大部分向炉膛上方运动，少量烟气下冲到冷灰斗。因此，炉内火焰充满度较好，燃烧后期的扰动混合也较强。61

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧旋流燃烧器的运行参数:旋流燃烧器的性能除由燃烧器的型式和结构特性决定外，还与它的运行参数有关，主要包括：一次风率r1及一次风速w1；二次风率r2及二次风速w2；一、二次风速比w2/w1；热风温度其中，一次风率直接影响煤粉气流着火的快慢，特别是对低挥发分煤，为加快着火，应限制一次风量，降低着火热，使风粉混合物能较快加热着火。同理，也应采用较低的一次风速，以增强煤粉着火的稳定性。62

/144一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧表

4-1表

4-2表

4-3一、室燃燃烧方式及其设备—墙式燃烧63

/144一、室燃燃烧方式及其设备—W型火焰炉W型火焰炉:64

/144一、室燃燃烧方式及其设备—W型火焰炉W型火焰燃烧方式:W型火焰炉膛由下部的拱形着火炉膛和上部的辐射炉膛组成。拱形着火炉膛的深度比辐射炉膛大80%~120%。着火炉膛前后突出部分的顶部构成拱顶，煤粉喷嘴和二次风喷嘴从炉拱顶向下喷射进入炉膛。设计思想：低挥发分煤难以着火和燃尽，为低挥发分煤稳定的着火和燃烧，需要在着火区保持高温，加速着火，并有足够长的燃烧行程，以利燃尽。W型火焰炉示意图着火炉膛辐射炉膛拱顶65

/144一、室燃燃烧方式及其设备—W型火焰炉66

/144W型火焰炉CO浓度分布侧视图一、室燃燃烧方式及其设备—W型火焰炉W型火焰炉示意图W型火焰炉的燃烧过程:煤粉和二次风气流从炉拱顶向下喷射进入炉膛，炉拱顶下面的着火炉膛中的高温火焰正好位于煤粉气流的根部，同时着火炉膛的部分水冷壁上敷设了卫燃带，形成着火区的高温，有利于着火。当着火的高温气流向下流动扩展，在着火炉膛的下部与三次风相遇后，再180º转弯向上流动，形成W型火焰。W型火焰加长了煤粉颗粒在炉内的行程和滞留时间，有利于无烟煤、贫煤等难67

/144以燃尽的低挥发分煤种的完全燃烧。一、室燃燃烧方式及其设备—W型火焰炉W型火焰炉示意图W型火焰燃烧方式的主要特点:W型火焰在炉膛内的火焰行程较长，增加了煤粉在炉内的停留时间，有利于低挥发分煤的燃尽。火焰的燃烧中心就在煤粉喷嘴出口附近，煤粉喷出后就直接受到高温烟气的加热，着火区炉膛又铺设了卫燃带，提高了着火区的温度水平，有利于低挥发分煤的着火和燃烧。空气可以沿火焰行程逐渐加入，不但有利于煤粉的着火、燃烧，还可以控制NOx的生成与排放。可以采用直流燃烧器或旋流燃烧器，68

/144灵活组织煤粉的着火和燃烧过程。2、燃油炉原理上与煤粉炉相似为强化油的燃烧，必须：提高雾化质量，减小油滴直径。(b)增大空气和油滴的相对速度。(c)合理配风。炉膛分：冷炉底、热炉底需注意：腐蚀、污染物排放措施：掺水、低氧、烟气再循环、分级69

/144一、室燃燃烧方式及其设备—燃油炉3、燃气炉设备简单，结构紧凑，易于自动化，污染也较轻。易燃、易爆、有毒，须有防爆，防漏等措施。另外，应用受地域和经济性的限制。燃烧器也分为旋流式和直流式两大类70

/144一、室燃燃烧方式及其设备—燃气炉室燃燃烧方式及其设备1层燃燃烧方式及其设备2旋风炉燃烧方式及其设备3主要内容4 流化床燃烧方式及其设备0 锅炉燃烧方式分类71

/144二、层燃燃烧方式及其设备72

/144层燃炉：层燃炉的工作特性固定炉排炉移动炉排炉二、层燃燃烧方式及其设备73

/144层燃炉一定♘度的燃料层在炉排(或称炉篦)上燃烧称为层燃，也叫火床燃烧。为实现操作的机械化，已有很多炉排的结构型式和与之相配合的辅助机构。按燃料层相对于炉排的运动方式,可分为：燃料层不移动的固定火床炉，如手烧炉和抛煤机炉燃料层随炉排面一起移动的炉子，如链条炉和抛煤机链条炉燃料层沿炉排面移动的炉子，如倾斜推饲炉和振动炉排炉二、层燃燃烧方式及其设备固定火床炉的燃烧过程新燃料从上方投入到燃烧的炙热的燃料层上。新煤即受到上部炉膛内高温火焰和炉墙的辐射加热，又受到下部炙热燃料层和从下而上的高温燃烧产物(烟气)的加热，温度迅速升高，经过干燥、挥发分析出乃至着火燃烧。燃烧形成火焰74

/144新燃料还原层氧化层灰渣层炉篦空 气炉 膛的燃烧产物穿过燃烧层进入炉膛。2.

燃烧所需空气(一次风)自炉篦下进入燃料层，经过炉篦和灰渣层时被加热。被加热的空气上升与燃料层相遇并燃烧，生成CO2和CO，并大量放热。随燃烧反应的进行，空气中的氧很快被消耗殆尽。燃料层中进行氧化反应的这一层称为氧化层。二、层燃燃烧方式及其设备空 气炉 膛干燥干馏区还原区氧化区灰渣区75

/144氧化时放出的热量，一部分用于加热烟气并被烟气带走，另一部分则用来加热燃料层本身，使其温度升高。氧化层内生成的CO2继续上升，遇到上层的炙热焦炭而发生还原反应，部分CO2被还原成CO，这一层被称为还原层。由于CO2的还原反应是吸热反应，所以随着还原反应的进行还原层内的温度自下而上是逐渐降低的。二、层燃燃烧方式及其设备干燥干馏区还原区氧化区灰渣区76

/144氧化时放出的热量，一部分用于加热烟气并被烟气带走，另一部分则用来加热燃料层本身，使其温度升高。从还原层来的烟气(CO,CO2,N2,H2O)向上进入新燃料区并对其加热，然后同煤中的挥发分都上升到炉膛中继续燃烧。氧化层和还原层的♘度主要取决于燃料的种类和燃料层内的温度。氧化层的♘炉膛度大约是燃料颗粒直径的3~4倍，而还原层的♘度为氧化层的4~6倍。还原层比氧化层♘，是因为还原层内温度逐渐降低，还原反应速度逐渐减缓。空气二、层燃燃烧方式及其设备链条炉最常用的机械化层燃炉。链条炉中的炉排如图履带一样，燃料自煤斗加到链条炉排上，燃料层随炉排一起运动。燃烧过程中，燃料逐渐由煤闸门移动到炉排末端，因此燃烧的各个阶段也就依次分布在整个炉排长度上。链条炉示意图1—煤斗；2—煤闸门；3—炉排；4—主动链轮；5—分段送风仓；

6—防焦箱；7—看火孔及检查门；8—除渣板；9—渣斗；10—灰斗；11—后墙水冷壁管；12—后墙水冷壁下集箱；13—前墙水冷壁下集箱；14—前墙水冷壁管燃料77

/144二、层燃燃烧方式及其设备链条炉的燃烧过程燃烧沿炉排长度由前往后分阶段进行。78

/144链条炉排上煤层燃烧区域的分布1-新燃料区；2-析出挥发分区；3-焦炭燃烧区(3a-氧化区，3b-还原区)；4—燃尽区室燃炉燃烧方式及其设备1层燃炉燃烧方式及其设备2旋风炉燃烧方式及其设备3主要内容4 流化床燃烧方式及其设备0 锅炉燃烧方式分类79

/144旋风炉燃烧方式及其设备二次风入口80

/144一次风粉入口旋风炉利用高速旋转的空气流使煤粒高速旋转并强烈燃烧，其中，二次风高速切向喷入旋风筒，一次风粉经旋流燃烧器送入，在筒内产生强烈的旋流。旋风筒壁安装绝热耐火材料，筒内燃烧温度及筒壁温度很高，灰渣都呈熔化状态，并附着在高温筒壁上形成熔融灰渣层。撞击筒壁的煤粒即附着在灰渣层内，可长时间在炉内停留燃烧，故旋风炉适合燃烧较粗煤粒。旋风炉燃烧方式及其设备旋风炉的一次风流线81

/144旋风炉的二次风流线（部分）旋风炉燃烧方式及其设备旋风炉内的二次风的入口、炉内壁、内壁渣层82

/144二次风切向进入旋风炉燃烧方式及其设备细煤粒运动轨迹83

/144粗煤粒运动轨迹旋风炉进入旋风筒内粗煤粒受到旋转气流的离心作用被抛向筒壁并粘着在熔融灰渣层中，可保持在炉内长时间燃烧。这些煤粒既受到高温渣层加热，又受到高速二次风冲刷，燃烧非常强烈。细煤粉则随筒内气流一起运动，悬浮燃烧。旋风筒内各层气流间的速度梯度很大，

强烈的湍流强化了混合和燃烧过程。旋风炉旋风炉燃烧方式及其设备排渣孔84

/144旋风炉旋风筒内燃烧产生的烟气由旋风筒进入炉膛。旋风筒内的熔渣则通过筒底部的排渣孔流入炉膛。旋风炉燃烧方式及其设备旋风炉及主炉膛温度分布85

/144旋风炉燃烧方式及其设备旋风炉旋风筒内的熔渣通过筒底部的排渣孔流入炉膛。炉膛下部水冷壁和炉底同样附有绝热耐火材料，保持下炉膛温度和灰渣处于熔融状态。熔渣最终通过炉底排渣口落入水箱。炉底排渣孔炉膛水箱旋风筒排渣孔86

/144旋风炉旋风炉燃烧方式及其设备旋风炉炉膛底部排渣孔87

/144旋风炉燃烧方式及其设备/144旋风炉的优点(与固态排渣炉相比)旋风炉内燃烧过程非常强烈，粗煤粒附着在熔渣层内燃烧，炉内滞留时间长，因而显著提高了炉膛容积热强度、缩小了炉子尺寸。可燃用粗煤粉，制粉设备简单，制粉电耗降低，甚至可以取消磨煤设备。排渣率高，大部分灰分以液态熔渣排出，烟气中飞灰浓度低，受热面和引风机的磨损减轻。旋风炉燃烧方式及其设备/144旋风炉的缺点适用煤种受灰熔点和熔渣粘度-温度特性限制。锅炉负荷调节范围小，不能快速起、停。炉内燃烧温度高，NOx排放高。需要高压头风机来保持二次风的高风速，因而风机电耗高。室燃炉燃烧方式及其设备1层燃炉燃烧方式及其设备2旋风炉燃烧方式及其设备3主要内容4 流化床燃烧方式及其设备0 锅炉燃烧方式分类90/144内容1、流化床燃烧简介2、鼓泡流化床燃烧方式及其设备3、循环流化床燃烧方式及其设备91/144三、流化床燃烧方式及其设备三、流化床燃烧方式及其设备92/144流化床燃烧简介1921年，Winkler发现固体流化现象。1960s，用于煤燃烧，发展迅速，成为三种主要燃烧方式之一：o

悬浮燃烧（室燃炉）o

固定床燃烧（层燃炉）o

流化床燃烧流化床燃烧方式是一种介于固定床燃烧和悬浮燃烧之间的燃烧方式，流化床燃烧方式的优点：高传热率、高热强度、燃料适应性极强、能有效地脱硫除硝。三、流化床燃烧方式及其设备93/144流化现象和流化床将固态颗粒均匀置于底部有开孔容器内，形成一床层。流体自下而上通过床层时，随流速不同，会出现不同的现象：低流速时，颗粒受到的升力小于颗粒自身重力，颗粒在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过。此时床层称为固定床；在固定床状态下，床层的空隙率不变，床高不变。随流速增大，颗粒受到的升力也随之增大，一些颗粒在某些部位开始振动或游动，床层空隙率增大，床高于固定床,此种状态称为膨胀层；三、流化床燃烧方式及其设备94/144流速继续增大至某一数值时，流体对颗粒的作用力与颗粒的自身重量相平衡，全部颗粒处于悬浮状态，颗粒将在床层内作上下、左右、前后的激烈运动，这种现象称为固体的流态化，此时的床层称为临界流化床，相应的床层空隙率称为临界床层空隙率，达到临界状o态的流体速度wY

为临界流化速度（最小流化速度、起流速度）。如流速进一步增加到某一数值时，颗粒重量已不足以平衡流体对其的作用了，颗粒将被气流带走，此种情o况称为输送床，相应的流速wYY称为极限速度(飞出速度、终端速度）。形成流化床的流速区间：wY

<wo o o<wYY三、流化床燃烧方式及其设备不同流速时床层的变化95/144a-b段(固定床阶段):气体在颗粒间隙中的实际流速与空截面流速wo

呈线性关系；因此料层阻力与wo

呈二次曲线关系。b-c段(流化床阶段):到达临界点b后，进入流化床阶段，尽管空气量增加,但床层空隙率和流通面积也相应成比例增大，因此气流实际流速和料层阻力也基本不变。是判断料层是否流态化的依据。c-段:到达极限点c后，流速达到o极限速度wYY

，颗粒就不能停留在床层内，而为气体所带出。三、流化床燃烧方式及其设备料层高度空隙中实际流度料层阻力流化床空截面流速owYowYYwo临界点极限点96/144三、流化床燃烧方式及其设备97/144流态化现象流态化是一种利用流动流体的作用使固体颗粒群悬浮，从而使固体颗粒床层具有流体的某些表观特征的过程。流态化的特征：任一高度处静压等于此高度以上单位床截面内固体颗粒重量床表面总保持水平，床层形状保持容器的形状固体颗粒从底部或侧面的孔口中排出密度高于床层表观密度的物体会下沉，密度小的物体浮在床面上三、流化床燃烧方式及其设备气体流化床的拟流体性质98/144三、流化床燃烧方式及其设备99/144流态化现象流化用的流体可以是气体，也可是液体。散式流态化：对于一般的液-固流态化，两相密度差较小，颗粒均匀地分布在整个流化床内，且随着流速增加床层均匀膨胀，床内孔隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很小。聚式流态化：而一般的气-固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体做湍流运动，床层中的空隙率水时间的不同而变化。三、流化床燃烧方式及其设备流化现象100/144三、流化床燃烧方式及其设备101/144三、流化床燃烧方式及其设备102/144流化床燃烧的分类：流化床燃烧方式是一种介于层状燃烧和悬浮燃烧之间的燃烧方式，流化床燃烧设备按流体动力特性可分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉。按工作条件又可分为常压和增压流化床锅炉。流化床燃烧锅炉可分为常压鼓泡流化床锅炉、常压循环流化床锅炉、增压鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床锅炉。三、流化床燃烧方式及其设备2、鼓泡流化床燃烧方式及其设备、鼓泡流化床的特征颗粒上下翻滚，如同沸腾，故又称为“沸腾炉”。由于沸腾床中有大量的气泡，又称为鼓泡流化床。鼓泡床示意图103/144三、流化床燃烧方式及其设备鼓泡床的流体动力特性104/144三、流化床燃烧方式及其设备a)气泡105/144b)节涌c)沟流d)分层2.2、几种异常沸腾床三、流化床燃烧方式及其设备106/144、鼓泡流化床的燃烧过程鼓泡床中保持着很♘的灼热料层，相当于很大的一个“蓄热池”，其中新加入的燃料大约只占5%。新燃料进入床层后，由于床层内颗粒之间的剧烈扰动和混合，迅速受到加热，并着火燃烧。沸腾炉的煤粒一般较粗，而流化速度不大于3m/s。因此燃煤进入炉床后，基本沉积在炉膛下部与热床料混合，不易被吹浮到炉膛出口被烟气带走，只能在床内上下循环翻腾燃烧，炉内停留时间很长，可以燃尽变成炉渣，最后从溢流口排出。燃煤中含有部分较细颗粒，这些颗粒在炉内停留时间很短，迅速被烟气带出炉膛。三、流化床燃烧方式及其设备107/144鼓泡床燃烧的优越条件：①着火燃烧迅速。灼热料层很♘，相当于大蓄热池，新燃料占5％，床层固体颗粒间剧烈扰动和混合，燃料加热迅速强烈，着火燃烧迅速。②保证燃尽。因很♘的料层，燃料在料层内上下循环翻腾，增长了停留时间。③接触和混合比较完善。空气和颗粒的相对速度较大，同时扰动剧烈，因此空气和燃料的接触和混合比较完善。三、流化床燃烧方式及其设备108/144鼓泡床燃烧的不利条件：燃烧的温度受限制过高的炉温会导致结渣，破坏流化床的工作。通常鼓泡床平均温度控制在850~950℃左右，因此属于低温燃烧。采取下述措施对强化燃烧有利：防止局部碳量过分集中。可多点给煤，最好气力给煤。减小床层中的气泡直径。应用小孔风帽等。减小颗粒直径，即应用比较细的燃料。三、流化床燃烧方式及其设备109/144、鼓泡流化床的传热过程据热平衡计算，当床层保持950～1000℃时，需从床层吸走热量45～55%，否则，床层温度就会升高而造成结焦。这种热量传递一般靠埋在沸腾燃烧层中的“埋管”受热面来完成。鼓泡床内的固体颗粒浓度很大，容积热容量是气体的103倍，在沸腾状态下中受到强烈的扰动和混合，床层的温度很均匀，也因此，燃烧层对埋管的传热极其强烈，传热系数可达230～290

W/(m2·K)，甚至更高。三、流化床燃烧方式及其设备110/144鼓泡床与埋管之间的热量传递主要通过颗粒对流放热；颗粒隙间气体对流放热；床层辐射放热。影响传热系数主要因素：空截面气流速度颗粒尺寸埋管的几何特性沸腾床温度。三、流化床燃烧方式及其设备111/144、沸腾炉的结构特点布风装置布风装置是沸腾炉的关键部件，沸腾床的流化质量很大程度上取决于布风装置的结构。主要作用是均匀分配气体，使空气沿炉膛底部截面均匀进入炉膛内，以保证燃料颗粒的均匀流化。只有在停沸条件下，才需要起支呈燃料的作用。使用最广泛的是风帽式布风装置。它是由花板(多孔板)、风帽和风室等组成。其中花板和风帽组成一体，统称为布风板。三、流化床燃烧方式及其设备布风装置布风板112/144三、流化床燃烧方式及其设备113/144布风装置①

花板由钢板或铸铁板制成的多孔平板，它用来固定风帽，并使之按一定方式排列，以达到均匀布风。②

风帽风帽是一种弹头状的物体，它的上端封闭，称为帽头，下端敞开，制成插头，垂直地插于花板上的插孔中。风帽的颈部开有一圈水平的或略向下倾斜的小孔。小孔风速有一合理的数值范围，一般为35～45

m/s，相应的开孔率（风帽小孔总面积和布风板面积之比）为2.2～2.8%左右。三、流化床燃烧方式及其设备有菌形(蘑菇形)，柱形、球形和伞形。应用最广的是菌形风帽，柱状风帽是目前应用较多的一种新型风帽。114/144风帽的结构及其固定a)菌形风帽；b)柱状风帽；c)风帽的固定1—风帽；2—耐火混凝土充填(保护)层；3—花板三、流化床燃烧方式及其设备②

风室(风箱)是进风管和布风板之间的空气均衡容积。等压风室结构简单且使用效果最好。115/144三、流化床燃烧方式及其设备2.5.2

炉膛结构116/144沸腾炉倒锥形炉膛简图1—进风口；2—进料口；3—溢流灰口；4—风帽三、流化床燃烧方式及其设备进料方式可分为正压进料和负压进料两种。进料口设在正压区(溢流口以下)者，称为正压进料；进料口设在负压区(溢流口以上)者，称为负压进料。1—炉墙2—溜煤管3—进料口4—平衡管117/144溜煤管简图三、流化床燃烧方式及其设备118/144、沸腾炉的优点及问题优点：①

可燃极低劣的燃料：高灰分、低热值、低挥发分、甚至含碳量在15％以上的炉渣。②

燃烧热负荷和埋管传热系数非常高，可大大缩减炉膛尺寸为同容量其它型锅炉的一半左右，减少金属耗量和安装费用。③

污染物排放低：低温燃烧，可降低NOx排放；易于在床料中加入石灰石等添加剂，降低SO2排放。④

沸腾炉灰渣具有低温烧透性质，便于综合利用。⑤

负荷凋节性能好。2.6三、流化床燃烧方式及其设备119/144问题：①

锅炉热效率低54～68％。q4很大。②

埋管磨损快三个月到半年。防磨后，可达一年以上。③

电耗大比煤粉炉高一倍。3、循环流化床燃烧方式及其设备3.1

循环流化床的原理和特点120/144三、流化床燃烧方式及其设备40年代早期，许多流化床是运行在相对较高的速度下的，此后，因为技术上的困难，运行流化速度降低。50~60年代许多研究机构开始进行流态化的研究，研究重点放在流化床的气泡特性等方面。这样，对低速流化床的认识有了很大提高，而高速流态化过程则几乎被忽略，因为这段时间投运的流化床也基本上是鼓泡流化床。最近10多年高速流态化过程的开展和摩羯特定工艺的要求，使循环流化床技术得到了广泛的应用，在短短十几年内从实验室研究发展到了电站应用。三、流化床燃烧方式及其设备循环流化床的流体动力特性121/144三、流化床燃烧方式及其设备循环流化床燃烧锅炉的基本特点由快速流化床(上升段)、气固物料分离装置和固体物料回送装置所组成。循环流化床锅炉的主要特征在于未燃尽煤粒离开炉膛出口后，经气固分离和回送装置送回床层循环燃烧。122/144三、流化床燃烧方式及其设备123/144循环流化床的特点可归纳如下：①

不再有清晰的界面，颗粒充满整个上升段空间；②

强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体；③

颗粒气体相对速度大，流化速度为鼓泡床的2~3倍；④

床层压降随流化速度和颗粒质量流量而变化；⑤

强烈的颗粒返混、颗粒的外部循环和良好的横向混合，上升段内温度分布均匀；⑥

改变上升段内的存料量，固体物料在床内的停留时间可在几分钟到数小时范围内调节;⑦

流化气体的整体性状呈塞状流。为什么循环流化床锅炉技术在较短的时间内能够在国内外得到迅速发展和广泛应用？几乎保持了沸腾炉的所有优点几乎可以解决沸腾炉的主要缺点，除电耗高外。124/144三、流化床燃烧方式及其设备三、流化床燃烧方式及其设备125/144问题：①

大型化困难。尽管循环流化床锅炉发展很快，已投运的单炉容量已大于1000t/h，更大容量的锅炉正在研制中。但由于受技术和辅助设备的限制，更大容量难实现。②

自动化水平要求高。系统比常规锅炉复杂。③

磨损严重。磨损仍比常规锅炉大得多。3.3循环流化床锅炉的分类主要区别在分离器的类型和工作温度，以及是否设置外部换热器等。按分离器型式：①

旋风分离型循环流化床锅炉。②

惯性分离型循环流化床锅炉。③

炉内卧式分离型循环流化床锅炉。④

炉内旋涡型分离型循环流化床锅炉。⑤

组合分离型循环流化床锅炉。126/144三、流化床燃烧方式及其设备按分离器工作温度：①

高温分离型循环流化床锅炉；②

中温分离型循环流化床锅炉；③

低温分离型循环流化床锅炉(适合鼓泡床)；④

组合分离型循环流化床锅炉(两级分离)。更趋于采用高温分离器！127/144三、流化床燃烧方式及其设备三、流化床燃烧方式及其设备按有无外置式流化床换热器：①

有外置式流化床换热器的循环流化床锅炉。锅炉气温的调节比较灵活，但锅炉结构复杂②

无外置式流化床换热器的循环流化床锅炉。锅炉结构相对简单，但燃烧与传热调节复杂带外置式换热器(b)无外置式换热器(c)无外置式换热器(带不同数量的屏式过热器)128/144三、流化床燃烧方式及其设备按固体颗粒物料的循环倍率：物料循环量是设计和运行控制中的一个十分重要的参数，通常用循环倍率来描述物料循环量，定义：R

循环物料量投煤量①

低倍率循环流化床锅炉1～5。②

中倍率循环流化床锅炉6～20。③

高倍率循环流化床锅炉大于20。高倍率循环流化床锅炉的循环倍率最高可达40～200。129/144三、流化床燃烧方式及其设备3.4循环流化床锅炉的构成循环流化床锅炉燃烧系统由流化床燃烧室、布风板、飞灰分离收集装置、飞灰回送器等组成，有的还配置外部流化床热交换器。分离器炉膛返料器布风板130/144三、流化床燃烧方式及其设备①

燃烧室横截面为矩形，宽度一般为深度2倍以上，下部为倒锥型结构。燃烧室下部区域为流化床的密相区，颗粒浓度较大，是燃料着火和燃烧的主要区域，此区域壁面上敷设耐热耐磨材料。上部区域为稀相区，颗粒浓度较小，壁面上主要布置水冷壁受热面，或过热蒸汽受热面，通常炉膛上部空间布置屏式受热面。底部为布风板，流化风(一次风)经布风板送入床层内，二次风口布置在密相区与稀相区之间。131/144三、流化床燃烧方式及其设备132/144②

布风板位于燃烧室底部，将其下部的风室与炉膛隔开。保证一次风穿过布风板进入炉膛，达到对颗粒均匀流化；另一方面对床料起支撑作用。为满足均匀流化，布风板必须具有足够阻力压降，一般占烟风系统总压降的~30%。③

分离器布置在炉膛出口烟气通道上，是保证循环流化床锅炉固体颗粒物料可靠循环的关键部件之一。炉膛出口烟气携带的固体颗粒（灰粒、未燃尽焦炭、脱硫添加剂颗粒等）中的95%以上分离下来，再通过返料器送回炉膛进行循环燃烧。三、流化床燃烧方式及其设备133/144④

回料装置将分离下来的固体颗粒由分离器出口送回炉膛燃烧室的装置，通常称为返料器。分离器出口压力较低，而燃烧室压力较高，另一作用是防止燃烧室的烟气反串进入分