锅炉与锅炉房设备第4章(6课时).

第4章燃烧设备主要内容：层燃炉1流化床炉2粉煤炉3燃油炉4燃气炉5燃烧设备的工作强度与选型6燃烧定义：燃烧是燃料中的可燃物质与氧进行的剧烈氧化反应，它的出现同时伴随着发光、发热的强烈化学反应。燃烧是锅炉工作的第一步，其任务是尽可能地充分地将燃料的化学能转化为热能，为锅炉本体的工作提供热源，从分析锅炉的各项热损失可知，几乎每一项热损失都与燃烧工况有关。所以，合理组织燃烧是提高锅炉热效率的关键。4.1.燃烧设备分类燃烧设备的分类：由于燃料的种类、特性的不同以及锅炉容量的差异，燃烧设备的形式也是多种多样的。按结构的特点，燃烧设备基本可分为三类：火床炉、火室炉和沸腾炉。目前工业锅炉中用于燃煤的炉型最普遍的是火床炉，火室炉用于燃用煤粉和油、气，沸腾炉在我国一般用于燃用劣质燃料如煤矸石。燃烧设备的分类：1.层燃炉——固体燃料被层铺在炉排上进行层状燃烧的炉子，如手烧炉、链条炉、抛煤机炉，往复炉排炉和振动炉排炉等；2.室燃炉——燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬浮状燃烧的炉子，又名悬燃炉；如：煤粉炉、油炉、气炉等；3.流化床炉——燃料被气流托起携带呈上下翻滚沸腾状燃烧的炉，又名沸腾炉。如：流化床、鼓泡床、循环流化床、增压流化床等；能脱硫、脱氮的高效清洁燃烧设备。我国用炉特点：层燃炉和煤粉炉用于供热：层燃炉，链条炉排炉为主，中小型燃油燃气锅炉用于发电：煤粉炉对燃烧设备的基本要求：1.燃料能及时着火并稳定燃烧；2.具有较高的燃烧效率；3.具有高的燃烧强度；4.良好的负荷适应性及调节性能；5.安全可靠；6.自动化程度高；7.燃烧产物中大气污染物少。固体燃料的燃烧过程：习惯上，把燃料的燃烧过程划分为四个阶段：1.预热：送入炉内的新鲜燃料，接受炉内高温烟气的对流及辐射加热以及热粒子的导热，温度逐渐升高，水分渐渐逸出直到完全烘干。2.着火：燃料进一步被加热温度进一步升高，挥发分放出，并在炉内高温的作用下着火。3.挥发物与焦炭的燃烧：炉内的热量与着火后燃料自身的热量使燃料进一步升温，挥发物与焦炭进入燃烧过程。Q1固体燃料的燃烧过程：4.燃烬：随着燃烧的进行，燃料中的灰渣逐步形成，由于燃料的燃烧总是是由表及里的，所以灰渣逐最先在颗粒的表层出现并形成灰壳(裹灰)，随着灰壳的增厚，空气与内层的可燃物接触越来越困难，燃烧速度显著减缓。•均相燃烧反应：所有的反应物和生成物都处于同样的相态的燃烧过程称为均相燃烧。反应速度w：单位时间、单位体积内消耗的反应物或生成的生成物。它受到反应物的浓度、压力、温度等反应条件以及反应物本身的化学性质的影响。Q1•多相燃烧反应：多相燃烧，比如煤粉粒子的燃烧，与均相燃烧相比，多了一个传质的环节，如图所示：CCF面（火焰锋面）以上分析仅是为了说明多相反应的机理而进行的一个定性分析，得出的定性结论为：多相燃烧反应的燃烧速度取决于两个环节：一个是化学反应的动力学特性，另一个是氧气的质量传递特性，或者说，多相燃烧反应受到反应动力学和传质两种因素的限制。燃烧强度：炉排面(可见)热负荷：把所有的可燃床的热量都看成是在炉排面释放出来的，则单位时间单位面积的炉排面上相应的放热量称为炉排面可见热负荷。式中，R—炉排面有效面积。qR是衡量火床炉燃烧强度的一个重要参数。qR越大，燃烧越强烈，设计qR时往往考虑煤种的影响。qR大相应炉排尺寸小，节省空间和钢材。RQBqnetvarR,,燃烧强度：炉膛容积(可见)热负荷：把所有的可燃室的热量都看成是在炉膛空间释放出来的，则单位时间单位体积的炉膛里相应的放热量称为炉膛容积可见热负荷。式中，v—炉膛有效容积。qv是衡量火室炉燃烧强度的一个重要参数。qv越大，燃烧越强烈，设计qv时往往考虑气种的影响。qv大相应炉膛尺寸小，节省空间和钢材。VQBqnetvarV,,火床燃烧设备（层燃炉）的分类：•固定炉排炉•链条炉排炉•抛煤机炉•往复炉排炉•振动炉排炉4.2.火床燃烧设备火床炉：火床炉又称为层燃炉，指燃料铺在炉排面上进行燃烧的设备。这种燃烧设备很古老，至今仍普遍使用，但已发展成具有各种各样的形式。它具有工作可靠，运行简单，造价低廉等优点，成为我国燃煤工业锅炉燃烧设备的主流。火床燃烧设备的形式：火床炉虽然具有各种形式，但具有一个共同特点，就是都具有炉排。炉排是火床炉的关键部件，它担任着支撑燃料层，实现通风的任务，往往还同时要负担输煤和出煤。火床炉中燃料层是主要的燃烧场所，绝大部分可燃质都是在燃料层内燃尽的，燃烧过程具有分层的特点，所以往往又称为层燃炉。现有的火床炉有以下几种形式：链条炉排炉，抛煤机炉，往复炉排炉，振动炉排炉等。一、抛煤机炉：抛煤机炉有两种形式，即抛煤机固定炉排炉（又称为抛煤机翻转炉排炉）与抛煤机链条炉排炉，前者适于较小容量的锅炉(一般10t/h)，现已逐步被淘汰，后者在容量10t/h中常采用。•风力抛煤机：借助于高速气流（又称播煤风）来播撒燃料，播煤特点为近细远粗；•机械抛煤机：借助于叶桨的击打来播撒燃料，播煤特点为近粗远细；•风力-机械抛煤机：先借助于叶桨的击打，再借助于高速气流来播撒燃料，播煤特点偏向于机械抛煤，为近粗远细。机械-风力抛煤机：抛煤机炉炉排：通常采用链条炉排承接煤粒来形成抛煤机炉的火床，炉排同时承担出渣的任务。炉排的转向根据播煤特点来选择：将抛煤机所在的炉墙定为前墙，则考虑到粗大煤粒需要更多的燃尽时间，所以对于机械抛煤机和风力-机械抛煤机，应当采用炉排自后向前的转向，称为“抛煤机倒转链条炉排炉”；对于风力抛煤机，应当采用炉排自前向后的转向，称为“抛煤机正转链条炉排炉”。由于风力-机械抛煤机被广泛应用，所以抛煤机倒转链条炉排炉最为常见。抛煤机倒转链条炉排炉的火床：抛煤机前墙后墙出渣抛煤机炉的燃烧特点：1.空中焦化，无限制着火，适应于难着火煤种和易结焦性煤种。2.空中飞行，有煤粒分选作用，床层空隙率高，火床通风均匀性好，灰渣热损失低。3.薄煤层燃烧，负荷调节灵敏，火床温度相对较低，对易结渣煤种也比较适应。4.5.初始排尘浓度高，颗粒物污染严重。提高其燃烧效率的措施：飞灰再燃；二次风；遮煤拱。大，热效率低。与,大34qqafhfh二、链条炉排燃烧设备：链条炉排是一种古老的燃烧方式，已有上百年的历史，结构完善技术成熟，应用广泛。我国的工业锅炉中有75%左右的炉型是链条炉，其容量从D=0.5t/h至35t/h被广泛采用，近期还有向大型化发展的趋势。国内有的厂家正着手生产65t/h和120t/h的链条炉。链条炉除了在工业上应用之外，小型火电厂也常常使用，比如35t/h链条炉配6000KW的发电机组在我国相当普遍。链条炉排燃烧设备示意图：链条炉排燃烧特点：1.燃烧阶段按长度方向分布，有明显的分层结构。2.燃料层平静无干扰。料层内的颗粒子间无相对运动，所以在燃用粘结性强的煤或易结渣的煤时都易破坏层内的通风，因此链条炉对易结焦煤种和低灰熔点煤种不太适宜。燃料层平稳带来的好处是飞灰份额较小，因此受热面磨损和积灰相对较轻，除尘器的负担也不重。3.分仓送风：由于燃烧阶段按长度分布，所以沿长度方向各段应配以不同的风量，为此采用分仓送风的结构。4.单面引燃，着火条件差。燃料进入炉膛之后向火侧被加热，引燃过程是由上向下进行的而床层的导热能力较差，因此整个床层的着火时间很长。引燃困难是这种炉型的一个缺点。由于着火较难，所以链条炉在燃用难着火的燃料如无烟煤或低热值的劣质煤时较困难。链条炉排燃料层的结构特征：链条炉排火床表面浓度分布：链带式链条炉排：主要是用于较小容量的锅炉，一般≤6t/h，优点是金属耗量低。鳞片式链条炉排：主要是用中等容量的锅炉，一般6-35t/h，优点是可靠性高，漏煤率低。鳞片式链条炉排的工作状态：横梁式链条炉排：优点是可靠性极高，主要是用较大容量的锅炉，以及对可靠性要求极高的场所。链条炉排的侧密封：链条炉排的挡渣器：分流压增：风室布置在上下回转面之间，高度受到限制，考虑到风室的深度等于炉排的宽度，所以风室呈现低而深的形状，从而出现所谓“分流压增”现象，使得沿炉排宽度方向上出现配风不均匀。风室静压分流压增的原因：根据伯努里方程，风室内的流线上，总压P是定值，所以，流线上有：P=静压+动压=P0+ρu2=常数对于任意一个截面，流速u正比于当地流量，所以在风室中，流量大的截面上静压低而流量小的截面上静压高，由于分流作用，沿着流程风量不断下降而静压不断升高，最终形成了如图所示的静压分布。由于穿过火床的局部流量密度取决于静压差，就形成了炉排宽度方向上的风量分布的不均匀。链条炉排风室结构：炉排宽度方向上的配风不均匀性（也称横向配风不均匀性）对火床燃烧将造成极其不利的影响。为了消除这种影响，一般采用结构措施。常用的结构措施有：•倾斜仓底；•内阻挡件；•双面送风；•大风室小风斗。链条炉排风室结构：倾斜仓底内阻挡件双面送风小风斗链条炉排炉膛：火床表面的各种气体成分的分布具有明显的不均匀性，比如挥发份集中在火床前部，一氧化碳集中在火床中部，而火床的前部和后部有大量的过剩氧气。炉膛空间是上述可燃气体与氧气发生燃烧反应的场所，如何合理地组织这部分燃烧过程，将直接决定着气体不完全燃烧热损失的大小。另外，炉膛内的辐射热流还是新鲜燃料着火的点火源，如何组织炉内辐射直接决定着燃料层的着火是否顺利。可见，链条炉排炉的炉膛要承担两个基本的任务：合理组织炉内空气动力场以保证可燃气体的燃尽；合理组织炉内的辐射场以保证顺利着火。炉拱：指伸入炉膛的那部分炉墙。按照布置的位置，可以分为前拱、中拱和后拱。炉膛前拱后拱中拱前拱：又称辐射拱、焦拱，其作用是通过再辐射的机理将高温烟气和高温火床表面的辐射转移到新鲜燃料层，以强化新鲜燃料层的着火。按照辐射换热的基本规律，作为重辐射面的前拱需要保证对于高温烟气、高温火床面以及新鲜燃料层皆有较大的角系数。它的主要结构参数为拱高和覆盖率。前拱高温烟气高温火床面新鲜燃料层后拱：又称对流拱。它的主要作用为导流作用，使得火床后部的过剩氧气被输送到火床中部，同时由于后拱出口处具有一定的烟气流速，其动量将影响到火床中部上方的烟气流场，使得高温烟气区前移，强化了前拱的引燃作用。它的主要结构参数为出口高度、覆盖率和出口形状，出口形状为锐边出口可以造成边界层分离从而强化导流作用。后拱高温烟气高温火床面火床燃尽区前后拱的配合：前拱与后拱的合理配合，可以使得各自的作用更加有效，既使前拱的引燃作用得到强化，又可使得前拱区的挥发份与过剩氧气、后拱区的过剩氧气、前后拱之间的一氧化碳等有充分的混合机会和混合强度，最终在前后拱之间的区域形成一个可燃气体的强烈燃烧区。后拱可燃气体的强烈燃烧区高温火床区火床燃尽区前拱新鲜燃料层二次风：单独送入炉膛的强烈射流称为二次风。如同炉拱一样，二次风也是组织炉内流场的一个有效手段。二次风还有一个特殊的优势，就是具有很大的动量，所以它不仅可以改变炉内的流场，还能够强化炉内的湍流混合，从而进一步强化炉膛空间的悬浮燃烧，这一点不仅对气体可燃物有利，也对飞灰的燃尽十分有利。在链条炉排炉中，飞灰份额大约在15%左右，但是飞灰的含碳量约为灰渣的3倍，飞灰造成了很大的固体不完全燃烧热损失。因此，二次风可以显著地减少气体不完全燃烧热损失和飞灰热损失。二次风参数选择与布置：二次风速：二次风的穿透深度与出口动量直接相关，过小的风速作用不明显，过大的风速使二次风占用空气量过多，且电耗增大。二次风的布置方式：低挥发分煤种：二次风作用助燃空气，多布置在前墙。高挥发分煤种：助燃的必要性消失，二次风的布置比较自由，既可用空气，亦可用蒸汽，可布置在后墙，可水平布置，亦可下倾，如果采用前后墙对冲布置，可下倾15-20度；如果采用在炉膛的四角布置，为加大扰动，可以使用水平倾角40-45度布置。二次风的射流流场：二次风的衰减规律：初速为W0时(圆喷口)式中，ws：距喷口s处的射流中心处速度a：紊流系数，一般a=0.07d0：喷口内径ws=5m/s时，气流对混合已基本不起作用。对长方形喷口，d0为当量直径，a=0.113145.048.000dsawws三、往复推饲炉排炉：由固定炉排片和活动炉排片相间组成，