燃烧原理及设备-燃烧器、点火装置及炉膛(锅炉设备运行)

燃烧原理及设备燃烧器、点火装置及炉膛

将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并组织一定的气流结构，使燃料能迅速稳定地着火；1.及时供应空气，使燃料与空气充分混合在炉内达到完全燃烧。2.具有良好的调节性能，以适应煤种和锅炉负荷变化，并且流动阻力较小，运行可靠。3.煤粉燃烧器

出口气流为直流射流或直流射流组的燃烧器直流燃烧器出口气流包含有旋转射流的燃烧器旋流燃烧器燃烧器分类01直流燃烧器02旋流燃烧器03煤粉燃烧器及燃烧方式的新发展分以下三部分对燃烧器进行学习：

（一）直流燃烧器

射流带动周围烟气随射流一起流动，从而射流质量逐渐增加，此过程叫卷吸。射流速度的降低称为衰减。射流轴向速度衰减至某一数值时所在截面与喷口间的距离称为射程。喷口截面越大，初速w0越高，射程越长。射程长表示射流衰减慢，在烟气中贯穿能力强，对后期混合有利。集中大喷口比多个分散小喷口射流的射程长。射流抗偏斜的能力称为射流刚性。

直流燃烧器的出口是由一组圆形、矩形或多边形喷口组成。

直流射流的特性直流紊流自由射流示意图:

锅炉点火火焰图:

射流初速越大，刚性越强，越不易偏斜。对矩形截面喷口，喷口高宽比越小，刚性越好。在炉内几股射流平行或交叉时一般是刚性大的射流吸引刚性小的射流，并使其偏斜。

直流燃烧器布置及炉内燃烧工况由于切圆燃烧创造了良好的着火、燃烧、燃尽条件，对煤种有广泛的适应性，尤其能适应低挥发分煤种的燃烧。直流燃烧器布置：四角切圆。直流燃烧器布置方式图空气动力特性图

直流燃烧器的配风方式特点：a.二次风喷口上下、或左右交错布置b.二次风喷口间距较近(1)均等配风（喷口布置图）适用：烟煤和褐煤直流煤粉燃烧器布置方式图:

切圆燃烧的直流燃烧器空气动力特性图:

切圆燃烧的直流燃烧器空气动力特性图:

直流燃烧器的配风方式

分级配风方式是指把燃烧所需的二次风分级分阶段地送入燃烧的煤粉气流中。⑵分级配风（喷口布置图）特点：a.一次风口较集中地布置在一起，二次风口分层布置b.一、二次风口保持较大距离适用：无烟煤、贫煤和劣质烟煤

直流燃烧器切圆燃烧方式，由于着火条件较好，后期混合强烈，还能根据不同煤种的燃烧要求，控制一、二次风混合时间，改善混合与燃尽程度，对煤种适应性较广。因此，在我国大型煤粉锅炉中，得到普遍应用。

直流燃烧器完毕均等配风的直流燃烧器喷口布置图:

分级配风的直流燃烧器喷口布置图:

（二）旋流燃烧器

⑴具有内外两个回流区⑵射流衰减快⑶旋转强度从燃烧器喷出的气流在炉膛中旋转扩散，由于炉膛是充满高温烟气的有限空间，射流速度又高，故近似为紊流旋转射流。

与直流射流相比，旋转射流有许多不同的特点：

旋流射流的特性旋转强度的选择主要依据燃煤特性，同时考虑炉膛形状、尺寸和燃烧器布置方式等。对容易着火的煤，不需要过多的烟气来加热煤粉气流，故旋转强度可选得小些。对难着火的煤则旋转强度应选得大些。旋转强度过大，射流会突然贴墙，这种现象称为气流飞边。飞边会造成喷口和水冷壁结渣，甚至烧坏燃烧器。旋流燃烧器:

旋流射流图:

旋流燃烧器布置图:

多层盘式稳焰器:

（二）旋流燃烧器

1)前墙2)两面墙从燃烧器喷出的气流在炉膛中旋转扩散，由于炉膛是充满高温烟气的有限空间，射流速度又高，故近似为紊流旋转射流。

旋流燃烧器布置方式：

旋流燃烧器布置及炉内工况

前墙布置的燃烧器可以得到较长的火炬，煤粉管道较短且长度大体一致，各燃烧器煤粉均匀；但炉内气流扰动不强烈，燃烧后期混合较差，炉内火焰充满程度不佳，若调节不当，火焰喷射到后墙易结渣。两面墙布置时，燃烧器可布置在前后墙和两侧墙对冲或交叉布置，火焰呈双L形。两面墙对冲布置时，两方火炬在炉室中央对撞，可加强煤粉和高温烟气的混合；两面墙交叉布置时，两方炽热火炬互相穿插，改善了炉内火焰充满程度。（旋流燃烧器炉内空气动力工况图）旋流燃烧器炉内空气动力工况图:

（二）旋流燃烧器

锅炉低负荷运行、燃烧器切换时，炉宽和炉深方向的烟温偏差会增大，影响炉膛出口受热面的工作状况。

旋流燃烧器型式:

这种布置的缺点切向叶片蜗壳轴向叶片（旋流器示意图）（三）煤粉燃烧器及燃烧方式的新发展

为了改善燃烧器的着火稳燃性能和扩大锅炉的负荷调节范围，降低煤粉燃烧时NOx生成量，满足环保要求，近年来国内外一些新型的煤粉燃烧器。

浓淡型煤粉燃烧器:一次风气流中的煤粉浓度是影响煤粉着火和低负荷燃烧稳定性的一个重要因素。提高煤浓度，相当于减少了这部分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

旋流燃烧器的类型

旋流燃烧器的一、二次风通过旋流器形成旋转射流，根据旋流器的结构不同，旋流燃烧器分为型

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旋流燃烧器的类型:

直流蜗壳式

双蜗壳式

轴向可动叶轮式

旋流器:

（三）煤粉燃烧器及燃烧方式的新发展

浓煤粉的一次风量，可降低煤粉气流的着火热；煤粉浓度提高后，析出的挥发分的浓度也较高；同时，煤粉浓度提高可降低着火温度。因此浓煤粉比淡煤粉容易着火。

浓淡型煤粉燃烧器原理：在一次风煤粉通道中设置了煤粉浓缩器，以实现煤粉的浓淡分离。

浓缩煤粉气流的方法:百叶窗式浓缩器弯头浓缩旋风分离径向浓淡旋流煤粉燃烧器示意图（三）煤粉燃烧器及燃烧方式的新发展

低NOx煤粉燃烧器:低NOx煤粉燃烧器的型式很多，有SGR(SeparateGasRecirculation)型燃烧器、PM(PollutionMinimum)型燃烧器和双调风燃烧器等双调节低NOx燃烧器示意图WR型直流煤粉燃烧器结构图:

径向浓淡旋流煤粉燃烧器结构图:

PM型直流煤粉燃烧器:

双调节低NOx燃烧器:

（三）煤粉燃烧器及燃烧方式的新发展

W形火焰锅炉炉膛由下部和上部两部分组成，下部炉膛的深度比上部大80%～120%。

W形火焰燃烧方式

一次风煤粉气流从炉膛腰部前后拱上的燃烧器向下喷出，到达炉膛下部后向上转弯，形成W形火焰。燃烧过程基本在下部炉膛内完成，上部炉膛除了使燃烧趋于完全外，还对受热面进行辐射换热，使高温烟气逐渐冷却下来。一次风粉气流先下行后180°转弯向上，增大了煤粉气流与高温烟气的接触。拱下炉膛中形成的W形火焰的高温烟气正好回流到煤粉气流的根部。W型火焰煤粉锅炉示意图有利于煤粉气流的着火。

W形火焰锅炉的燃烧器型式可以是直流燃烧器，也可以是轴向叶片型旋流燃烧器。目前使用较多的是带旋风分离器对煤粉进行浓缩的燃烧器。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，煤粉气流和部分二次风从炉顶拱向下喷射，在燃烧室下部与二次风相遇后，再1800转弯向上流经燃尽室炉膛，形成W形火焰，350MW机组W型火焰煤粉锅炉:

W型火焰燃烧方式的特点:

煤粉气流着火条件好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燃烧器喷口向下，允许较低风速较低的NOx生成量可采用浓淡燃烧器，且空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，分段燃烧燃烧效率高炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的停留时间W型火焰燃烧方式的特点:

减少飞灰磨损和环境污染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炉膛出口热偏差小上部炉膛深度小；气流在炉膛内不旋转，无残余扭转有良好的负荷调节性能负荷变化时，着火炉膛火焰中心温度变化不大着火区水冷壁敷设卫燃带炉顶拱可减少对燃尽室的放热卫燃带附近易结渣；管路布置复杂；成本高适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧N0X、S0X的控制技术

分级燃烧，再燃烧法，浓淡偏差燃烧，低氧燃烧和烟气再循环等

影响NOx生成的主要因素：

温度温度越高，NOx生成量越大

过剩空气系数

=1.1～1.2范围内，NOx的生成量最大

燃煤性质

燃煤含N量越高，转化为NOx也就越多

低NOx的燃烧技术:煤炭脱硫、燃烧过程脱硫和烟气脱硫

硫的脱除技术:（空气）分级燃烧

以二次风形式送入剩余空气，使燃料在空气过剩区域燃尽，空气量虽多，但火焰温度较低，生成的NOx也较少

第一级

：

第二级:空气分级燃烧将燃烧所需的空气分两阶段从燃烧器送入。送入理论空气量的80%左右，使燃料在缺氧、富燃条件下燃烧，燃烧速度和炉膛温度降低，抑制NOx的生成（空气）分级燃烧的类型

燃烧室中的分级燃烧:

主燃烧器上部设燃尽风（OFA）空气喷口主燃烧器送入约80%的空气量（

<1），燃烧器区处于富燃状态；OFA喷口送入剩余空气（燃尽风）（

>1），使燃料燃尽燃烧室沿高度分成富燃区和燃尽区

燃烧器分级燃烧:

二次风分两部分送入一部分二次风在煤粉着火后及时送入(

<1），在火焰根部形成富燃区；剩余的二次风稍迟送入（

>1），形成了燃尽区，促进煤粉燃尽再燃烧法（燃料分级）

其余(20～15)%的燃料以再燃燃料（二次燃料）的形式被喷入，形成富燃料（

1）、还原性气氛。燃烧生成碳氢化合物基团，并与一次燃烧区内生成的NOX反应，NOX被还原为N2

一次燃烧区（主燃烧区）：

再燃烧区（第二燃烧区）:送入二次风（顶部燃尽风），保证燃料燃尽（

1）

燃尽区:炉内燃烧分成三个区域:(80～85)%的燃料以正常过剩空气系数（

1）配置空气进行燃烧，为氧化性或稍还原性气氛再燃烧法（燃料分级）

从一次风或三次风喷口送入，脱硫剂在炉内停留的时间较长，有充分的反应时间，但炉内高温区会使部分已形成的CaSO4分解从炉膛出口附近送入，温度较适合CaO与SO2反应，生成的CaSO4也不会被分解，但反应时间较短，可导致反应减缓或终止

炉内钙基脱硫剂—石灰石（CaCO3）：

炉内脱硫剂送入方式:烟气中含灰量增加，导致受热面沾污、结渣与磨损加重；灰中的钙与酸液反应生成不溶于水的CaSO4，造成空预器堵塞

存在的主要问题:石灰石进入炉膛后，受热分解的CaO和CO2，CaO与炉内SO2反应形成固体CaSO4，经除尘器脱除

二、点火装置

点火装置的作用

2）稳燃：当锅炉低负荷运行或煤质变差时，由于炉温降低影响着火稳定性，甚至有灭火的危险时也用点火装置来稳定燃烧或作为辅助燃烧设备。1）点火：启动时点燃主燃烧器的煤粉气流。采用过渡燃料的点火装置带煤粉预燃室的点火装置两种点火装置煤粉炉的点火装置长期以来普遍采用过渡燃料的点火。希望做到少油或无油点火。（点火装置示意图）1.采用过渡燃料的点火装置

点火装置的作用

二级过渡：油—煤系统三级过渡：气—油—煤系统电火花点火常用的电气引燃方式有点火步骤：电气引火，再逐级点燃一至两种着火能量较小的过渡燃料，如液化气、轻柴油、重油等，最后点燃主燃烧器的煤粉气流。

高能点火电弧点火

现代煤粉炉和燃油炉一般采用电气引燃的高能点火装置。它主要包括高能点火器、点火燃烧器及火焰检测器三部分。

由点火变压器产生的能量峰值很高的脉冲（电压2300～2500V）直流电通过高压电缆输入半导体电嘴的火花棒，这样就在电嘴火花棒的端头与套管端头之间的表面产生强烈的电火花，以此作为能源，直接点燃油枪喷出的油雾，再点燃主燃烧器喷出的煤粉气流。点火装置多置于主燃烧器内（直流燃烧器在二次风上，旋流燃烧器在中心管内）。点火时，半导体电嘴和油枪分别由电动和气动推进和退出。当伸进炉膛点火时，通电通油点火。若主煤粉气流点火成功，电嘴和油枪自动退出，以免停用时被烧坏。现代大容量锅炉的燃烧器和炉膛内均装有火焰检测器。旋流煤粉预燃室的点火装置

带煤粉预燃室的点火装置:

煤粉预燃室是个带辅助煤粉燃烧器的小型燃烧室，燃烧室内壁用耐火材料覆盖。辅助煤粉燃烧器有旋流式和直流式加钝体。无油点火技术正在研究中。

三、固态排渣煤粉炉的炉膛炉膛的作用、要求和参数1.固态排渣煤粉炉炉膛结构2.炉膛旋流煤粉预燃室的点火装置

（一）炉膛的作用、要求和参数:炉膛是供煤粉燃烧的空间，也称燃烧室。煤粉燃烧过程的进行不仅与燃烧器的结构有关，而且在很大程度上决定于炉膛的结构，决定于燃烧器在炉膛中的布置及其所形成的炉内空气动力场的特性。炉膛既是燃烧空间，又是锅炉的换热部件。因此，它的结构既要保证燃料完全燃烧，连续可靠地工作而又不发生炉膛结渣，同时又应使烟气在达到炉膛出口处冷却到对流受热面安全工作所允许的温度。为此炉膛应满足如下基本要求：⑴具有足够的空间和合理的形状，以便组织燃料的燃烧，减小不完全燃烧热损失。

固态排渣煤粉炉锅炉的形状及温度分布图炉膛观火孔:

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旋流煤粉预燃室的点火装置

（一）炉膛的作用、要求和参数:⑵能布置足够的受热面将炉膛出口烟温θl″降到灰分软化温度ST以下（θl″<ST）,保证炉膛出口及其后受热面不结渣。⑶有合理的炉内温度场和良好的炉内空气动力特性，满足燃烧过程的需要，既能创造炉内足够的高温，又能使火焰充满良好，保证燃料在炉内稳定着火和完全燃烧。旋流煤粉预燃室的点火装置

炉膛的两个参数:⑴炉膛容积热负荷单位时间、单位炉膛容积内燃料燃烧释放的热量。kJ/(m3·h)Vl——炉膛容积，m3。qv

反映了煤粉在炉内停