第五章煤粉燃烧理论基础及燃烧设备

电厂锅炉原理及设备12/27/2023第五章煤粉熄灭实际根底及熄灭设备第一节 熄灭的根本实际第二节 煤粉气流的着火和熄灭第三节 煤粉熄灭器及点火设备第四节 煤粉炉的炉膛及其特性第五节 熄灭调整实验方法 12/27/2023第一节 熄灭的根本实际熄灭概念 ——燃料与氧化剂进展的发热与发光的高速化学反响单相〔均相〕反响多相〔异相〕熄灭12/27/2023不同形状物质的熄灭自然界里的一切物质，在一定温度和压力下，都以一定形状〔固态、液态、气态〕存在。这三种形状的物质熄灭过程是不同的。固体和液体发生熄灭，需求经过分解和蒸发，生成气体，然后由这些气体成分与氧化剂作用发生熄灭。气体物质不需求经过蒸发，可以直接熄灭。12/27/2023一、化学反响速度化学计量方程式化学反响速度的表示1〕反响物耗费的速度或生成物浓度添加的速度2〕单位：mol/m3·s3〕影响反响速度的要素〔1〕原始反响物的性质〔2〕反响系统的条件：反响物浓度、温度、压力、能否有催化反响或连锁反响12/27/20231．C对ω的影响1〕化学反响本质 ——一定条件下，不同反响物分子彼此碰撞 →单位t内碰撞次数↑→ω↑ ┠单位V内反响物分子数〔物质C〕2〕ω与C的关系——质量作用定律〔1〕均相反响 一定T下，ω与参与化学反响的各反响物 的C成正比，各反响物浓度项方次取相应 的反响系数〔2〕多相熄灭 单位t内炭粒外表上O浓度的变化——ωB3〕结论：假设T、V一定，反响物C↑→ω↑12/27/2023甲烷熄灭12/27/20232．T对ω的影响1〕反响速度常数k〔假设反响物C不随t变化〕 Arrhenius定律2〕〔1〕假设C不变，ω与T成指数关系：T↑→ω↑〔2〕景象解释：活化分子的碰撞才是反响的有效碰撞〔3〕T一定，E↑→ω↓3〕实践炉内熄灭：C、p根本不变，T↑→加速熄灭反响，缩短熄灭时间12/27/20233．p对ω的影响1〕V不变，p↑→C↑→ω↑2〕ω与p的n次方成正比： 12/27/20234．催化反响1〕催化作用：催化剂参与反响系统，引起ω变化2〕特点〔1〕催化剂可影响ω，但本身不受影响〔2〕一定条件下不能改动平衡形状，只能改动到达平衡的t〔本质是改动E〕12/27/20235．连锁反响1〕作用：使化学反响自动延续加速进展2〕机理3〕反响过程〔1〕链的激发构成过程〔2〕链的传送过程〔3〕链的断裂过程4〕不分支连锁反响 分支连锁反响12/27/2023二、氧的分散速度1．炭粒的熄灭：炭粒在外表与O进展2．O的分散速度：ωks=αks〔C0－CB〕1〕〔C0－CB〕——供应熄灭足够空气量2〕d↓→外表积↑→与O的反响面积↑→O耗费↑→CB↓→〔C0－CB〕↑→ωks↑——减小d3〕气流与炭粒的相对速度↑→扰动↑→O向炭粒外表的供应速度↑，熄灭产物分开外表的速度↑→ωks↑12/27/2023三、熄灭速度与熄灭区域1．炭粒的多相熄灭反响2．炭粒熄灭速度ωks：单位外表上的实践反响速度3．稳定熄灭：ωB=ωks=ωr4．熄灭过程反响区域12/27/20231．炭粒的多相熄灭反响1〕参与熄灭的O从周围环境分散到炭粒的反响外表2〕氧气被炭粒外表吸附〔最快〕3〕在炭粒外表进展熄灭化学反响4〕熄灭产物由炭粒解吸附〔最快〕5〕熄灭产物分开炭粒外表，分散到周围环境中〔较快〕12/27/20234．熄灭过程反响区域1〕动力熄灭区〔T<1000℃〕取决于T和燃料反响特性 →提高T以强化动力熄灭工况2〕分散熄灭区〔T>1400℃〕 →改善分散混合条件，相对速度↑或d↓3〕过渡熄灭区〔1000℃<T<1400℃〕 →提高T，改善分散混合，强化分散煤粉锅炉〔1〕粗煤粉：炉膛高温区，接近分散熄灭〔2〕其他煤粉：炉膛熄灭中心外，都为过渡、动力区层燃炉：分散区→强化熄灭→强迫通风12/27/2023第二节 煤粉气流的着火和熄灭一、煤粉的熄灭过程二、熄灭过程着火和熄火的热力条件三、煤粉气流的着火四、熄灭完全的条件12/27/2023一、煤粉的熄灭过程 1．煤粉熄灭的三个阶段1〕着火前的预备阶段〔吸热〕 煤粉气流被烟气加热→T↑→M蒸发→枯燥煤粉热分解，析出V〔煤的特性、加热T和速度〕→V着火熄灭→放出的热量加热炭粒→炭粒温度↑→到达一定T并有O接触→炭粒着火熄灭2〕熄灭阶段〔放热〕 煤粉颗粒部分着火熄灭 →熄灭分散到整个外表3〕燃尽阶段 炭粒变小，外表构成灰壳， 少量未燃尽炭继续熄灭12/27/202312/27/2023一、煤粉的熄灭过程 2．炭粒的熄灭1〕煤粉熄灭的关键〔1〕可燃质的主要部分〔2〕熄灭过程最长〔3〕放热量份额大2〕熄灭机理 一次反响 二次反响3〕不同T下炭粒熄灭过程〔1〕T<1200℃〔2〕T>1200℃4〕影响炭粒熄灭的要素 T、能否等温、炭粒的几何外形和构造、炭粒周围气流性质12/27/2023二、熄灭过程着火和熄火的热力条件1．着火和Tzh1〕缓慢氧化形状→高速熄灭形状的瞬间——着火2〕转变瞬间的T——Tzh2．熄灭过程中的放热和吸热1〕熄灭室内煤粉空气混合物熄灭的放热量Q12〕熄灭过程中向周围介质的散热量Q23．Q1-T、Q2-T变化曲线及分析4．加快着火的方法1〕加强放热：散热条件不变，C↑、p↑、T0↑2〕减少散热：放热条件不变，T0↑，气流速度↑、熄灭室保温12/27/202312/27/2023三、煤粉气流的着火1．着火过程2．煤粉熄灭特点之一：较难着火3．理想的煤粉气流着火——熄灭器喷口不远处4．着炽热Qzh：包括加热煤粉及空气〔一次风〕，并使煤粉中M加热、蒸发、过热所需热量5．影响煤粉气流着火的主要要素6．结论12/27/20231．着火过程煤粉空气混合物→熄灭器→喷入炉膛→卷吸高温烟气〔湍流分散、回流〕+高温火焰辐射→被迅速加热→热量到达一定T→着火12/27/20233．理想的煤粉气流着火1〕着火过早→熄灭器喷口烧坏、附近结渣2〕着火太迟→推迟整个熄灭过程→q4↑ →火焰中心上移→炉膛出口受热面结渣12/27/20235．影响煤粉气流着火的主要要素1〕燃料性质：Vdaf、M、A、R902〕一次风温3〕一次风量〔r1zj〕〔1〕大→Qzh↑→着火推迟〔2〕过小→缺O→限制熄灭过程的开展〔3〕需满足输粉要求〔煤粉堵塞〕4〕一次风速〔适宜风速选取〕〔1〕过高→流量↑→煤粉气流加热速度↓〔2〕过低→熄灭器喷口烧坏，煤粉管道堵塞5〕炉内散热条件——敷设卫燃带〔留意结渣〕6〕熄灭器构造特性〔1〕一、二次风混合〔2〕尺寸7〕锅炉负荷——着火稳定性条件限制了调理范围12/27/20236．结论1〕稳定着火过程的首要条件：组织剧烈的煤粉气流与高温烟气的混合→供应足够Qzh2〕减小Qzh的有效措施：提高一次风温、适宜的一次风量和风速3〕难燃煤稳定着火常用方法：较细较均匀煤粉，敷设卫燃带12/27/2023四、熄灭完全的条件1．熄灭效率：ηr=100－〔q3+q4〕%2．完全熄灭的原那么性条件1〕供应充足而又适宜的空气量αl〞——必要条件2〕适当高的炉温3〕空气和煤粉的良好扰动和混合4〕足够的炉内停留时间12/27/2023第三节 煤粉熄灭器及点火设备煤粉炉熄灭设备煤粉熄灭器〔喷燃器〕点火安装炉膛熄灭器作用将一、二次风送入炉膛，组织气流构造，迅速稳定着火及时供应空气，风粉充分混合，迅速完全熄灭12/27/2023第三节 煤粉熄灭器及点火设备熄灭器要求〔1〕空气动力场，着火，风粉混合→熄灭稳定性、经济性〔2〕燃料顺应性，调理性，调理范围→顺应煤种和负荷变化的需求〔3〕控制NOx生成→维护环境〔4〕运转可靠，便于维修〔5〕易于实现远程或自动控制型式〔按出口气流特征〕直流熄灭器：直流射流〔组〕旋流熄灭器：旋转〔+直流〕射流〔组〕12/27/2023一、旋流煤粉熄灭器1.旋转射流的特性〔1〕内回流区：反向气流 卷吸周围介质 +射流外边境〔2〕旋转效应衰减快：一样初始动量下，射程比直流短〔3〕扩展角大：随旋转强度增大而增大12/27/2023旋转射流流动形状封锁气流：弱旋转开放气流：内回流区全分散气流：飞边→火焰贴墙→炉墙、水冷壁结渣12/27/20232.旋流煤粉熄灭器的型式12/27/2023〔1〕单蜗壳型旋流煤粉熄灭器优点：一次风阻力小，射程远，后期扰动好 煤种顺应性好，可燃用低V贫煤缺陷：易烧坏、结渣12/27/2023烧毁的熄灭器12/27/2023烧毁的熄灭器12/27/2023〔2〕双蜗壳旋流煤粉熄灭器优点：出口气流前期混合剧烈，可燃用烟煤、褐煤和贫煤缺陷：燃料适用范围不广 一次风阻力大，不宜直吹式制粉系统 气流速度、煤粉浓度分布不均12/27/2023〔3〕轴向叶片型旋流煤粉熄灭器特点 1〕调理性能较好 2〕中心回流区较小、较长 3〕适宜燃用高V烟煤、褐煤12/27/2023〔4〕切向叶片式旋流煤粉熄灭器12/27/2023〔5〕双调风低NOx煤粉熄灭器优点：空气分级送入、熄灭调理灵敏、有利稳定熄灭、煤质顺应范围宽、可防止结渣或腐蚀12/27/2023导流叶片鼓风式旋流分散熄灭器12/27/2023二、直流煤粉熄灭器1.直流射流的特性〔1〕直流湍流自在射流： 初始段 根本段〔2〕射程：长〔与喷口尺寸、射流初速有关〕→衰减慢，贯穿才干强→后期混合好〔3〕卷吸烟气才干：高/宽↑→卷吸力↑→速度衰减↑→射程↓〔4〕射流刚性：高/宽↓→刚性↑→不易偏转，吸引刚性小的射流12/27/20232.直流煤粉熄灭器的型式构造：狭长形，由一组喷口〔圆形、矩形或多边形〕组成流动介质：一次风煤粉气流、二次风、乏气〔中间储仓式，热风送粉〕直流射流方向：程度、倾斜一定角度〔向上、向下〕12/27/2023〔1〕均等配风直流煤粉熄灭器一、二次风喷口相间布置适宜燃用烟煤、褐煤12/27/2023〔2〕分级配风直流煤粉熄灭器把二次风分级分阶段送入熄灭的煤粉气流中适宜燃用无烟煤、贫煤、劣质烟煤12/27/2023〔2〕分级配风直流煤粉熄灭器设计和布置上的特点 1〕喷口呈狭长形：高/宽↑→着火周界↑→卷吸才干↑→利于煤粉气流着火 2〕喷口集中布置：着火区煤粉浓度↑，放热集中→火焰中心T↑→利于煤粉 迅速稳定着火 →一次风射流刚性、贯穿才干↑→火焰偏斜↓，风粉后期混合↑ 3〕一、二次风喷口间距加大：一、二次风混合推迟，利于着火 4〕二次风分级布置：利于前期着火和后期熄灭 5〕周界风、夹心风：风速↑→气流刚性↑→防止气流偏斜和熄灭器烧坏 影响着火稳定 6〕三次风：布置在熄灭器上方，有下倾角，风速高12/27/2023锅炉内部#1/#2熄灭器及水冷壁布置12/27/2023〔3〕几种改良的直流煤粉熄灭器宽调理比熄灭器PM熄灭器12/27/2023三、点火安装1.作用〔1〕点燃主熄灭器煤粉气流〔2〕稳定着火、熄灭〔3〕辅助熄灭2.点火方式〔1〕三级点火：气体燃料—雾化燃料油—煤粉气流〔2〕二级点火：燃料油—煤粉气流3.点火器12/27/2023电火花点火器12/27/2023电弧点火器12/27/2023高能点火器12/27/2023等离子煤粉熄灭器12/27/2023等离子点火系统组成12/27/2023等离子熄灭器12/27/2023第四节 煤粉炉的炉膛及其特性一、煤粉锅炉的炉膛1.炉膛构造需满足的要求〔1〕空间足够，外形合理〔2〕炉内温度场和空气动力特性良好〔3〕布置足够辐射受热面，炉膛出口烟温合理2.影响炉膛外形、尺寸的要素 燃料种类、熄灭方式、熄灭器布置、火焰外形和行程3.炉膛程度横截面选取〔1〕直流熄灭器：正方形或接近正方形的矩形〔2〕旋流熄灭器：长方形4.炉膛宽度的选取〔1〕顺应过热器和尾部受热面布置的需求〔2〕与汽包长度相匹配12/27/2023二、熄灭器的布置及炉内空气动力特性1.旋流熄灭器〔1〕布置要求 a.各熄灭器火焰自在开展，相邻射流不相互关扰 b.坚持适当间隔：熄灭器间、与临近炉墙间、与冷灰斗上缘间 c.相邻气流旋转方向相反12/27/2023二、熄灭器的布置及炉内空气动力特性1.旋流熄灭器〔2〕前墙布置 a.优点：煤粉管道短，煤粉分配均匀，炉膛宽度方向烟温偏向小 b.缺陷：火焰扰动弱，后期混合差，死滞漩涡区大，火焰充溢程度差，易结渣12/27/2023二、熄灭器的布置及炉内空气动力特性1.旋流熄灭器〔3〕两面墙布置 a.优点：死滞漩涡区减少，火焰充溢混合程度好 b.缺陷：风、粉管道布置复杂，炉膛宽度