第六章燃烧设备和洁净煤燃烧技术

第六章燃烧设备和煤粉燃烧新技术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。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作用：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。2、“自点燃”作用四、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：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。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。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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。---燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。ABQqnetarA.netarQ.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——围燃带面积修正系数；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：L——燃烧器上一次风中心至屏下端距离，m;Wy——烟气在炉内的平均上升速度，m/s;yWLmin3、炉膛结构结渣性参数与着火稳定因素相同，用Jz表示：JZ=qA+qR三、炉膛受热面结渣的影响因素1、受热面结渣的形成过程当熔融的灰渣接近受热面时，若未被冷却凝固，并与受热面相碰，大块渣积聚在受热面外壁上，便形成了“结渣”现象。2、受热面积灰或结渣的危害(1)使炉内传热变差，加剧结渣过程。(2)炉膛出口的受热面超温。(3)水冷壁积灰、结渣较多时，多数并发高温腐蚀。(4)使锅炉效率降低。(5)水冷壁尤其是过热器结渣严重时，大块渣落下，可能扑灭火焰或砸坏炉底水冷壁，造成恶性事故。3、影响受热面结渣的主要因素(1)煤灰特性和化学组成(2)炉膛温度水平(3)火焰贴墙(4)过量空气系数(5)煤粉细度(6)吹灰(7)燃用混煤4、防止受热面结渣的基本条件一是炉内应布置足够的受热面来冷却烟气，使烟气贴近受热面时，烟气温度降低到灰的熔点温度以下，即保证灰渣贴近受热面时被凝固；二是组织一、二次风形成良好的气流结构，保证火焰不直接冲刷受热面。四、火焰充满度因为死滞漩涡区的存在会给锅炉运行带来下述问题：(1)炉膛容积利用不好。(2)造成热偏差。五、炉膛负压1、煤粉炉的正常炉膛负压炉内压力比外界大气压力低2～6Pa(mm水柱)。维持正常的炉膛负压，不仅对锅炉经济运行作用很大，而且对运行调节十分有益。2、炉膛负压太大的危害(1)炉膛负压太大，说明引风机抽吸力过大。此时，炉内气流明显向上翘，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，引起汽温升高或过热器结渣。(2)气流上翘，火焰行程缩短，导致不完全燃烧。(3)对于四角燃烧炉，由于气流上翘，使四股气流的相互作用变差，甚至切圆形成不好，煤粉气流相互点燃的作用变弱，燃烧变得不稳定。如果煤质着火性能变差时，还可能引起灭火。(4)漏风增大，使烟气体积增加，烟气流速相应升高。这时排烟损失增加；受热面磨损加剧；汽温升高；炉膛温度降低，影响燃烧稳定性；火焰向上运动速度增大，一部分燃料未来得及完全燃烧就被排出炉外，因而造成不完全损失增大等一系列不良影响。(5)炉膛负压急剧升高时，可能发生炉膛内爆事故,造成水冷壁