工业锅炉第3章燃烧过程和燃烧设备

1第三章燃烧过程和燃烧设备23－1燃料（1）－定义和分类定义：为了取得热量而使之燃烧的工质德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫天然人工固体燃料煤、木柴焦炭、木炭液体燃料原油汽油、煤油气体燃料天然气高炉煤气分类1：物态和获得方法动力燃料工艺燃料分类2：用途33－1燃料（2）－煤的成分和基准碳、氢、氧、氮、硫、灰、水挥发份、水、焦炭（固定碳和灰分）元素分析成分工业分析成分收到基ar，arrived应用基y空气干燥基ad，airdry分析基f干燥基d，dry干燥基g干燥无灰基daf，dryashfree可燃基r新旧基准对比43－1燃料（3）－煤的特征参数煤的发热量高位发热量低位发热量标准煤折算成分灰的性质变形温度DT（t1）软化温度ST（t2）熔化温度FT（t3）53－2燃烧计算（1）－概述锅炉计算热力计算水力计算烟风阻力计算强度计算辅助计算结构计算传热计算燃烧产物计算（空气和烟气）热平衡计算物质平衡能量平衡63－2燃烧计算（2）－燃烧计算和热平衡计算燃烧计算前提空气：空气量烟气：烟气量1kg收到基燃料理想气体燃烧计算内容热平衡计算锅炉效率燃料消耗发热量基准温度73－3燃烧过程（1）－基本概念定义：发光发热的高速化学反应三要素：燃烧程度：燃烧分类：均相燃烧非均相燃烧燃烧区域：动力区过渡区扩散区2222000111bksOOOzOkskskckcckckk可燃质氧化剂温度燃烧效率100－q3－q483－3燃烧过程（2）－煤燃烧过程与纯碳燃烧的区别：灰分挥发份燃烧过程：煤析出水分析出挥发分焦炭挥发分着火燃烧烟气固定碳燃烧灰渣加热干燥热解释放着火前的准备阶段燃烧阶段燃尽阶段煤的干燥挥发分析出及焦炭形成挥发分析出及焦炭着火燃烧灰渣93－3燃烧过程（3）－火炬工况97％的可燃质在25％的时间内燃烧3％的可燃质在75％的时间内燃烧103－3燃烧过程（4）－层燃与扩散2222000111bksOOOzOkskskckcckckk层燃方式颗粒直径15～25mm燃烧易进于扩散燃烧区提高空气与焦炭颗粒之间的相对速度加强送风dDks2温度1000～1100℃113－3燃烧过程（5）－液体和气体燃烧液体燃烧油气化温度低于着火温度油燃烧是油蒸气的燃烧燃烧前先行气化气体燃烧可燃气体与空气混合着火燃烧雾化蒸发油气与空气混合着火燃烧123－4燃烧设备（1）－要求及时、连续稳定着火燃烧高的热效率高的热负荷运行安全可靠燃料适应性负荷调节性自动化程度要求一A三T空气量（Air）气固混合（Turbulence）炉膛温度（Temperature）停留时间（Time）133－4燃烧设备（2）－种类层燃炉（火床燃烧）流化床（沸腾燃烧）室燃炉（悬浮燃烧）旋风炉（漩涡燃烧）种类143－4燃烧设备（3）－特性参数（1）炉排面积热负荷qR单位炉排面积、单位时间内燃料燃烧释放的热量，kW/m2意义：确定炉排面积qR炉排面积单位面积炉排燃烧出力炉排工作条件煤层厚度底层吸热和着火风速通风阻力漏风炉膛温度火床平整较粗煤屑153－4燃烧设备（3）－特性参数（2）炉膛容积热负荷qv单位炉膛容积、单位时间内燃料燃烧释放的热量，kW/m3意义：确定炉膛容积炉排通风截面比rtf炉排上通风孔隙的总面积与炉排有效面积之比，％意义：确定炉排通风阻力和冷却条件%100RtftfAAr强制通风7～10％自然通风20～25％低挥发分：qR炉排温度rtf气流速度减小通风阻力163－5层燃炉（1）－概况特点炉排煤在炉排上呈一定厚度燃烧层可燃挥发分和细煤末悬浮燃烧焦炭燃料层中燃烧种类固定炉排炉下饲式炉链条炉排炉往复炉排炉抛煤机炉振动炉排炉173－5层燃炉（2）－固定炉排炉之单层（1）燃烧过程煤抛撒在炽热焦炭层空气穿过炉排和灰渣层高温烟气及耐火砖衬辐射热空气和热烟气对流传热燃料层厚度减薄渣层厚度增加清除手工加煤、拨火、清渣手烧炉183－5层燃炉（2）－固定炉排炉之单层（2）成分变化空气穿过炉排和灰渣层遇高温焦炭反应放热煤层温度升高（氧化层）CO2浓度增加（氧化层）氧化与还原层分界达极值残余O2遇焦炭还原（还原层，吸热）193－5层燃炉（3）－固定炉排炉之单层（3）着火迅速而稳定燃烧时间充足（司炉确定）煤种适应性强（停留时间）燃烧过程周期性（间断加煤）特点新煤层双面引火下方炽热燃烧层上方高温烟气空气加热进入燃烧层203－5层燃炉（4）－固定炉排炉之单层（4）炉排要求风量分布机械强度散热能力自洁性能炉排结构板状（8～15％）条状（20～40％）加强筋通风孔炉排长度不超过2.2m材料：铸铁213－5层燃炉（5）－固定炉排炉之双层（1）上炉排下炉排下炉门上炉门中炉门燃烧室烟气出口结构特点上下两层炉排上炉排：水冷却管下炉排：普通铸铁上炉排以上：风室下炉排以下：灰坑上下炉排之间：燃烧室上炉门：加煤和供风（常开）中炉门：点火和拨火（全关）下炉门：出灰和进风（部分）223－5层燃炉（6）－固定炉排炉之双层（2）燃烧过程上炉门：新煤&供风上炉排：高温烟气向下到燃烧室上炉排：细小煤粒（继续燃烧）炽热焦炭（继续燃烧）燃烧特点着火迅速稳定（新煤&炽热焦炭）节约燃料15～20％（两次燃烧）煤种适应性强（停留时间）没有周期性冒黑烟（炉门开关）烟尘排放浓度低（烟气向下）反烧233－5层燃炉（7）－下饲式（1）燃烧过程顶部煤层引火点燃预热、干燥、挥发份、焦炭焦炭燃烧氧化层氧化层放热向下传导氧化层下移灰渣层变厚碳燃尽燃烧周期结束燃烧自上而下明火反烧243－5层燃炉（8）－下饲式（2）燃烧特点燃烧自上而下空气供应充足没有还原层q3减少烟囱不冒黑烟间隔投煤周期性燃烧炉缸炉门汽锅风室煤缸滑轨电动机活塞顶升机构框架式小车抽板抽板顶升给煤机连续反烧给煤除灰机械化253－5层燃炉（9）－链条炉排炉（1）煤斗煤闸门炉排主动链轮分区送风仓防渣箱看火孔及检查门除渣板（老鹰铁）灰斗渣斗263－5层燃炉（10）－链条炉排炉（2）主要设备炉排：自前向后（2～20m/h）炉排长度：煤闸门到除渣板炉排深度：参与燃烧的炉排有效深度煤闸门：调节煤层厚度除闸板：灰渣铲落至灰斗单独风仓：炉排腹中框架防渣箱：保护炉墙避免紧贴燃烧层部位结渣保证煤均匀布满炉排轻型链带式横梁式鳞片式273－5层燃炉（11）－链条炉排炉（3）轻型链带式煤闸门283－5层燃炉（12）－链条炉排炉（4）预热干燥挥发分析出燃烧焦炭燃烧还原层焦炭燃烧氧化层燃尽燃烧过程O2H：温度达1100～1200℃O1：氧浓度降低O3：氧浓度耗尽，还原区出现O4：氧浓度负值，空气不足O5：所需氧量减小尾部渣层含碳29燃烧特点前饲式燃料供给方式着火条件差冷炉排单面引火（接受炉膛高温辐射）导热自上而下炉排自前向后没有周期性（燃烧工况不随时间变动）人工拨火，机械加煤和除灰燃烧具有区段性（首尾空气过剩，中部空气不足）3－5层燃炉（13）－链条炉排炉（5）两者叠加形成倾角30强化燃烧措施合理配风采用炉拱增设二次风3－5层燃炉（14）－链条炉排炉（6）措施之一分段送风ab：统仓送风进风量cd：燃烧所需空气量虚线：分段送风进风量31措施之二——采用炉拱3－5层燃炉（15）－链条炉排炉（7）前拱后拱喉口二次风32炉拱定义：以某种形状突出在炉膛内部的部分炉墙（耐火材料）3－5层燃炉（16）－链条炉排炉（8）炉拱作用：合理组织炉内热辐射和热烟气流动无烟煤：及时着火；烟煤：增强混合炉拱种类：前拱、后拱前拱作用：炉内火焰和高温烟气的辐射热传递到新煤区（足够的敞开度）后拱作用：和前拱形成喉口，加速炉内高温烟气的扰动高温烟气和炽热炭粒输送到燃烧区（依靠负压）烟气和炭粒转弯向上时分离落在新煤层形成“火雨”对燃尽区保温促燃（足够的覆盖度）333－5层燃炉（17）－链条炉排炉（9）炉拱设置原则依据：燃料性质难燃煤（无烟煤、贫煤、发热量低的劣质煤）前拱＋低而长的后拱易燃煤（烟煤、褐煤）前拱或前拱＋短而高的后拱34措施之三——增设二次风3－5层燃炉（18）－链条炉排炉（10）含义：燃烧层上方借助喷嘴以高速喷入炉膛空间的若干强烈气流布置方式前墙布置后墙布置前后墙布置作用：加强炉内气流扰动（空气、高温烟气或蒸汽）353－5层燃炉（19）－链条炉排炉（11）前墙布置单面布置高温烟气的辐射热导向燃烧中心防止前拱区的新煤提前着火引燃高挥发份燃料前后墙布置双面布置上下错列旋转气流（延长时间，分离作用）后墙布置单面布置高温烟气的辐射热导向前拱区加速新煤准备阶段及挥发份逸出低挥发份优质烟煤喉口部位向下倾斜10~25°严禁二次风直接吹射到煤的燃烧层面363－5层燃炉（20）－链条炉排炉（12）链条炉排炉的运行燃料层厚度：煤闸门（100～150mm）炉排速度：燃烧出力与燃烧经济送风量：适应负荷的变动最为灵敏（扩散区）粒度：堆积，通风阻力（0～25mm，最大38mm，小于3mm不大于30％）粘结性：强（阻力），弱（细屑）挥发分：低（着火），高（燃烧空间）水分：高（延长干燥），低（细屑）8～10％灰分：灰分（灰垫，不大于30％），灰熔点（通风，t3高于1200℃）燃料性质燃烧调节高挥发分：薄煤层、快送煤（亦适用于粒度均匀、粘结性强）低挥发分：厚煤层、慢送煤（亦适用于高水分、高灰分）锅炉负荷变化：先调风，再调煤调节原则373－5层燃炉（21）－往复炉排炉（1）1活动炉排片2固定炉排片3支撑棒4炉拱5燃尽炉排6渣斗7固定梁8活动框架9滚轮10电动机11推拉杆12偏心轮活动炉排片在固定炉排片上往复运动给煤、出渣、拨火机械化383－5层燃炉（22）－往复炉排炉（2）活动炉排片往复推饲活动炉排片耙拨煤层新煤推饲到炽热火床（双面引火）着火炭粒返未燃煤层（引火种）击碎焦块脱落灰壳燃烧特点煤种适应性好金属耗量低活动炉排片头部始终接触炽热焦炭脱落或烧坏的炉排使焦炭脱落至风仓炉排冷却条件差（无空行程）漏风漏煤大393－5层燃炉（23）－抛煤机炉（1）抛煤机分类•风力抛煤机•机械－风力抛煤机•机械抛煤机风力抛煤机借助高速气流前部粗后部细机械抛煤机借助旋转叶片前部细后部粗风力播煤装置倾斜板给煤装置击煤机构403－5层燃炉（24）－抛煤机炉（2）煤斗推煤活塞调节手轮冷却风道播煤风槽侧风管转动挡板4调节平板5冷却风喷口6击煤叶片7转子机械－风力抛煤机•机械播散为主（击煤叶片和转子）•风力播散为辅（播煤风槽、侧风管和冷却风道）•粒度分布均匀•前部细后部粗•给煤量：推煤活塞行程•抛程：转子和调节平板413－5层燃炉（25）－抛煤机炉（3）抛煤机炉分类抛煤机固定炉排炉（不大于10t/h及相应容量热水锅炉）抛煤机链条炉排炉（大于10t/h及相应容量热水锅炉）前部细后部粗抛煤机正转炉排（风力抛煤机）抛煤机反转炉排（机械－风力抛煤机或机械抛煤机）后部细前部粗423－5层燃炉（26）－抛煤机炉（4）机械－风力抛煤机翻转炉排炉门进风口看火门飞灰复燃装置播煤风口433－5层燃炉（27）－抛煤机炉（5）双向引火（新煤颗粒均匀覆盖在炽热的焦炭燃烧层）着火条件优越煤种适应性广（尤其是粘结性强和灰熔点低的煤）炉排的冷却度高（炉排与炽热焦炭燃烧层之间有灰渣层）粒度分布均匀呈簿煤层的燃烧（30～50mm）热惯性小，调节灵敏煤层厚度均匀（允许较大风速和qR）分段送风的分段数细煤屑燃烧飞灰复燃装置炉膛容积（qR）二次风（抛煤机上方，阻止细煤屑逃逸）燃烧特点443－5层燃炉（28）－振动炉排炉特点：炉排受周期性变化惯性力作用产生与水平面呈夹角的往复振动煤层沿破坏炉排方向跳跃推进缺陷：锅炉本体、地基和厂房破坏风仓密封（漏煤）限制应用453－5层燃炉（29）－小结特点炉排煤在炉排上呈一定厚度燃烧层可燃挥发分和细煤末悬浮燃烧焦炭燃料层中燃烧种类固定炉排炉下饲式炉链条炉排炉往复炉排炉抛煤机炉振动炉排炉463－6流化床锅炉（1）－基本概念（1）颗粒静止不动浮力小于重力料层高度不变流速线