06第六章燃烧设备和煤粉燃烧新技术

第六章燃烧设备和煤粉燃烧新技术第六章燃烧设备和煤粉燃烧新技术【内容】第一节锅炉燃烧设备概述第二节直流式煤粉燃烧器第三节旋流式燃烧器第四节煤粉炉炉膛第五节煤粉气流的着火燃烧第六节低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术第七节Ｗ型火焰燃烧技术第八节油燃烧器与点火器第九节循环流化床燃煤锅炉第一节锅炉燃烧设备概述一、不同的煤燃烧方式火床炉，煤粉炉，循环流化床锅炉二、煤粉锅炉燃烧设备的组成炉膛+燃烧器+供风设备+制粉设备三、煤粉燃烧器的作用与类型燃烧器的作用：输送煤粉和一次空气，组织煤粉气流的着火、稳定和低污染燃烧。燃烧器的类型：直流燃烧器旋流燃烧器四、炉膛的作用与类型炉膛的作用：经济、安全地组织和完成燃烧过程和传热过程。煤粉锅炉炉型：П型炉最多，分为四角燃烧、墙式燃烧；W型火焰炉，塔式炉，旋风炉等五、锅炉燃烧设备的发展方向高效、低污染的燃烧技术和设备。六、与炉内燃烧过程相关的问题(1)受热面积灰、结渣；(2)受热面金属表面的高温腐蚀；(3)蒸发受热面中水动力的安全性；(4)氧化氮等污染物的生成；(5)火焰在炉膛容积中的充满程度。*燃烧器的作用燃烧器的作用：向锅炉炉膛内输送燃料和空气；组织燃料和空气及时、充分地混合；保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火，迅速、完全地燃尽。具体的说：将煤粉与空气混合气流按有利的方式送入炉膛，造成有利的空气动力场，保证煤粉气流及时着火、强烈燃烧、洁净燃烧、良好燃尽。分类：直流燃烧器旋流燃烧器第二节直流式煤粉燃烧器1一喷口；2一射流等速核心区；3一射流边界层；4一射流的外边界；5一射流内边界；6一射流源点；7一扩展角；8一速度分布等温自由射流的结构特性及速度分布直流射流的基本特性从喷口喷出来的直流射流，是湍流自由射流。2231mmxRyww式中xw——在距喷口J处与轴线垂直的截面上任意点的轴向速度，m／s；mw——上述截面上轴线的速度，m／s；y——任意点到射流轴线的距离，m；mR——该截面的半宽度，即是轴线与外边界的距离，m。射流另一特性为射程。所谓射程，是指射流某一截面上的轴线速度mw降低到某一不为零的数值时(即保持一定的余速，有人认为降到005.0wwm时)，该截面与喷口之间的距离。第二节直流式煤粉燃烧器一、直流式煤粉燃烧器的特性1．不旋转，射流扩展角小，卷吸能力小，单只燃烧器的着火性能差，炉膛充满度差；2．射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽；3．采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火好，混合强烈；4．多层布置（不少于三层）。二、直流燃烧器的类型1．均等配风一、二次风喷口间隔布置，混合较快，适用于挥发分较高的煤种。2.分级配风(1)目的：在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉既能稳定着火、又能完全燃烧。(2)特点使着火区保持比较高的煤粉浓度，以减少着火热；燃烧放热比较集中，使着火区保持高温燃烧状态，适用于难燃煤；煤粉气流刚性增强，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力加强。(3)一次风集中布置的问题着火区煤粉高度集中，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，使喷嘴出口附近气流速度分布不均，容易出现空气、煤粉分层现象。三、四角布置直流燃烧器的工作原理1、工作原理主要表现为几个过程：(1)煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；(2)射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；(3)煤粉气流的着火过程；(4)煤粉与二次风空气的混合过程；(5)四股气流形成的切圆旋转过程；(6)焦碳的燃尽过程。100215010019.4100100100111zhqargrzfgrzfzhqargrkrzhtctMMQQttMcMccVBQ2、“自点燃”作用1k-一次风；2k-二次风；3-旋转火焰的方向；4-上邻角燃烧器送到向火面的高温烟气；5-背火面卷吸的热烟气；6-一次风与二次风的过早混合四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径1、气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：（1）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。（2）射流偏斜还受射流两侧“补气”条件的影响。（3）燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大。（4）当燃烧器多层布置时，上层气流不断的被卷吸到下层气流中，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。2、切圆直径过大问题优点：（1）上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近，煤粉的着火条件较好。（2）这时炉内气流旋转强烈，气流扰动大，使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。问题：(1)火焰容易贴墙，引起结渣；(2)着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；(3)火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温火焰的粘度很大，到达炉膛出口处，残余旋转较大，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，因而既容易引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣或超温。五、一次风与二次风1一次风量一次风量应该既能满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，又能满足输送煤粉的需要。如果同时满足这两个条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。2一次风速一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定；大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰；过低刚性弱，易偏斜卷吸能力弱，着火延迟“回火”，烧坏喷口易发生空气、煤粉分层，甚至引起煤粉沉积。3一次风温提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一。根据煤质挥发分含量的大小，一次风温既应满足使煤粉尽快着火，稳定燃烧的要求，又应保证煤粉输送系统工作的安全性。4二次风量和风速二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温火焰的粘度很大，二次风必须以很高的速度才能穿透火焰，以增强空气与焦碳粒子表面的接触和混合，故通常二次风速比一次风速提高一倍以上。5二次风温从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制，传热面积愈大，金属耗量就愈多，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置。六、三次风、周界风、夹心风1、三次风概念：在中储式制粉系统中，细粉分离器将煤粉和输送煤粉的空气分离后，形成乏气。乏气中带有10%的细煤粉。这部分乏气一般送入炉膛燃烧，形成三次风。三次风的特点是温度低，水分大，煤粉细。三次风对燃烧及汽温调节的不利影响：(1)使火焰温度降低，燃烧不稳定。(2)火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热汽温与再热汽温偏高，汽温调节幅度增大。同时增大过热器热偏差。(3)三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加；(4)三次风量较大时，风速也增大，易扰乱炉正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。2、周界风周界风的作用是：(1)冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形；(2)少量热空气与煤粉火焰及时混合。(3)周界风的速度比煤粉气流的速度要高，能增加一次风气流的刚度，防止气流偏斜；并能托住煤粉，防止煤粉从主气流中分离出来而引起不完全燃烧；(4)高速周界风有利于卷吸高温烟气，促进着火，并加速一、二次风的混合过程。3、夹心风夹心风的作用：(1)补充火焰中心的氧气，同时也降低了着火区的温度，而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响；(2)高速的夹心风提高了一次风射流的刚度，能防止气流偏斜，而且增强了煤粉气流内部的扰动，这对加速外缘火焰向中心的传播是有利的；(3)夹心风速度较大时，一次风射流扩展角减小，煤粉气流扩散减弱，这对于减轻和避免煤粉气流贴壁，防止结渣有一定作用；(4)可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一。七、摆动式燃烧器摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动20~30度，用来改变火焰中心位置的高度，调节再热蒸汽温度。并便于在启动和运行中进行燃烧调节，控制炉膛出口烟温，避免炉膛内受热面结渣。摆动式燃烧器运行中容易出现的问题是：因喷口受热变形，使摆动机构卡死，或摆动不灵活。摆动机构上的传动销磨损或受热太大时，容易被剪断。八、大容量锅炉的典型燃烧器结构九、直流式燃烧器布置方式我国不少电厂对四角切圆燃烧方式进行了改进，其主要特点为：(1)一、二次风不等切圆布置。这种方法是将一、二次喷口按不同角度组织切圆，二次风靠炉墙一侧，一次风靠内侧布置。这种布置方式既保持了邻角相互点燃的优势，又使炉内气流流动稳定，火焰不贴炉墙，因而防止了结渣。但容易引起煤粉气流与二次风的混合不良，可燃物的燃烧不充分。一次风喷口以小切圆方式布置，二次风喷口射出的气流与一次风气流偏转一个角度，即称为偏转二次风，如图6-12所示。这种方法的特点是在燃料着火后，及时供应二次风，将火焰与炉墙“隔开”，形成一层“气幕”，在水冷壁附近区域造成氧化性气氛，可提高灰熔点温度，减轻水冷壁的结渣。还可以降低ＮＯx的生成量。适用于燃用烟煤及挥发分较高的贫煤。(2)一次风正切圆、二次风反切圆布置。这种布置方法可减弱炉膛出口的残余旋转，从而减小了过热器的热偏差，并能防止结渣。(3)一次风对冲、二次风切圆布置。这种方法减小了炉内一次风气流的实际切圆直径，使煤粉气流不易贴壁，因而能防止结渣，而且能减弱气流的残余旋转。十、四角切圆燃烧锅炉的残余旋转第三节旋流式燃烧器a)理想流线b)实际流线第三节旋流式燃烧器一、旋流式燃烧器的工作原理煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。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。二、分类1，可动叶片双调风旋流燃烧器2，双调风燃烧器3，蜗壳式燃烧器三、旋流式燃烧器的布置与供风方式旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。四、单只燃烧器的热功率单只燃烧器功率过大，会带来以下几个问题：(1)炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。(2)炉膛受热面局部热负荷过高，易引起水冷壁的传热恶化和直流锅炉的水动力多值性。(3)切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响较大。(4)切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温的影响较大，影响过热器的安全性和汽温调节。(5)一、二次风的气流太厚，不利风粉混合。(6)燃烧调节不太灵活。五、旋转火焰的特性根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成的火焰形状可能有三种：封闭式火焰、开放式火焰、飞边火焰。第四节煤粉炉炉膛一、燃烧煤粉对炉膛的要求(1)创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；(2)将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有的受热面不结渣；(3)布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；(4)尽可能减少污染物的生成量；(5)对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性。二、评价炉膛结构的参数1、炉膛结构着火稳定性参数A、炉膛截面热负荷qAqA的意义是指在单位时间内、单位炉膛截面积上，燃料燃烧放出的热量。A---炉膛横截面积，m2。通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。B---燃煤量，kg/s。Qar,net---燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。ABQqnetarA.B、燃烧器区域的壁面热负荷qRa、b——炉膛深度、宽度；HR——燃烧器区域高度，一般取上层一次风喷口上方1.5米处和下层一次风喷口下方1米处的距离；ζ——卫燃带面积修正系数；RnetarRHbaBQq)(2.２、炉膛结构燃尽性参数A、炉膛容积热负荷qvVL——炉膛容积，m3。炉膛容积热负荷qv的意义是指在单位时间内、单位炉膛容积内，燃料燃烧放出的热量LnetarVVBQq.B、燃料在炉内的停留时间燃料在炉内的停留时间可用下述关系表示：