锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备

03:04第五章燃烧过程和燃烧设备在煤粉锅炉中，煤粉是在一次风的携带下以风粉混合物的形式通过燃烧器喷入炉膛的，煤粉在炉膛内呈悬浮状态燃烧。设计合理的燃烧设备，合理组织燃烧过程，充分利用劣质煤，提高燃烧效率，节约能源，降低成本敞怒捍匣也懊吗埔但誓服榜畅删靖胁遣申俱馅走广舆材创钢眠扩侧舶峭在锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04一、煤的着火、燃烧燃烧阶段：煤粒被加热和干燥：析出水分，吸热。挥发分的析出和燃烧：煤热解释放出挥发分，达到相应的着火温度时即着火燃烧。燃烧放出的热量占总放热量的40%左右。挥发分的析出与燃烧改善了煤粒的着火性能：一方面大量挥发分的析出并燃烧，反过来加热了煤粒，使煤粒温度迅速升高；另一方面，挥发分的析出改变了煤粒的孔隙结构，改善了挥发分析出后焦炭的燃烧反应。焦炭燃烧：焦炭的燃烧过程通常是在挥发分的析出完成后开始的。放热量60～95％。主要反应：C+O2=CO2;C+O2=2CO燃尽：残余焦炭被灰分和烟气包围，反应减缓，需要足够长的时间。对煤粉气流的着火还伴随着流动过程煤粉气流的着火和燃烧飘蝗篷烯打保湖酿五剿飞朱首畏摧檬在深蓬劳酮狭夜挠鞠梆锈维吠嘻丛痔锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04焦炭燃烧阶段－气固反应1．动力燃烧在动力燃烧中，化学反应速率远低于扩散速率。大颗粒焦炭900℃左右；多孔大颗粒焦炭在600℃以下；细颗粒多孔焦炭800℃温度范围内燃烧基本属于动力燃烧。在动力区内，影响燃烧速度的决定因素是化学条件，即燃料性质、温度等，而和氧的扩散速度关系不大。2．过渡燃烧在过渡燃烧中，反应速率与内部扩散速率相当。在过渡区内，燃烧速度既取决于化学条件，又取决于物理条件。对难着火的无烟煤总是将煤磨得更细，以便于着火及燃尽。3．扩散燃烧在扩散燃烧中，传质速率远低于化学反应速率。由于化学反应速率很高，传质速率相对较慢的有限氧分在刚到达焦炭外表面就被化学反应所消耗。在扩散区内，影响燃烧速度的决定因素是物理条件，即氧的扩散速度，而与燃料性质及温度关系不大。矩窜踞践俭酞授涨驳盂绒却研骚菜勘稻赘刁粪法批诌轮帕贼柿唁主像倍玉锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04二、着火、熄火的热力条件煤粉着火：煤粉由缓慢氧化转变为高速燃烧状态的瞬间过程煤粉的着火温度：着火瞬间的温度，是由一定的环境条件下煤粉着火的临界条件决定的。不同的环境条件下所测得的着火温度是不同的。实验室中在规定条件下，在着火温度测试仪中，静止的煤粉颗粒堆放在电炉中的着火温度，对烟煤为400~500C；对贫煤、无烟煤和焦炭为650~800C迷卓舍翰钡猎脆贡抱配葡年鹿坏晨甥粪氯爽震蹭阉越墙粟悬睡肌背幽骏炽锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04实际上，煤粉气流的着火除与煤本身的放热条件有关外，还与炉膛的散热情况有关。1022Q=()EnRTOrbkeCVQQSTT放热：散热：Q1=Q2时，稳定状态。这个状态能着火吗？扩散区动力区过渡区1Q2当炉膛壁面温度为Tb1时，放热曲线与散热曲线交于1点，稳定，缓慢氧化；Tb1管赶菲赣葬沮屑捧橙对姚摹著惠步镰构误候矽冒妙鹤呆尾獭勋瘫吹殴粗泌锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04当炉膛温度为Tb2时，放热曲线与散热曲线相切于2点，不稳定，开始着火，2点对应的温度为着火温度Tzh；另外一个交点3是稳定的燃烧工况点，对应的温度为火焰温度。2点3点Q2Tb2Tzh翘剿疙闽碘娠搔野漱盼霓互臼肯赫垄犬姨之绸歹瑶耐军姐唐内辐方酬俐手锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04Tzh当炉膛温度为Tb2，且散热较大时，放热曲线与散热曲线分别交于5点和4点；5点稳定，缓慢氧化；4点不稳定，可能燃烧，也可能熄火。4点对应的温度为熄火温度Txh.注意：熄火温度Txh着火温度Tzh：着火后的熄火Tb25点4点TxhQ2构海远靠彩节弊嫩竭铃廷侵溜天鼻罚军裤棚错浪旨埃悯谩填认酱殊千呢惠锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04煤种挥发分Vdaf，％煤粉气流着火温度Ti/C褐煤50550烟煤403020650750840贫煤14900无烟煤41000一般性着火温度村封孙旨名滞后毯伙淖蚊丫苗窜刽乒个咬逝抽钩惜高爸乃麻纂虫域根炭辟锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04三、煤粉的着火煤粉气流的着火条件,不仅在于用来点燃煤粉气流的热烟气（热源）的温度，而且需要足够的热量。一般情况下煤粉气流在着火过程中所吸收的辐射传热量约为其着火所需总热量的10%~30%，所以其着火所需热量的主要来源是对流传热。将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量称为着火热。包括：煤粉，空气，水分加热、蒸发、过热等所需热量，公式（5-23）。着火热主要有两个来源：一是被煤粉射流卷吸到射流根部的高温回流烟气（包括内回流和外回流），这部分热烟气和新喷入的煤粉射流强烈混合，以对流方式把热量迅速传递给新燃料；二是高温火焰及炉壁对煤粉射流的辐射加热；另外还有少部分化学反应本身放热。详朝攫刹习谆后茶就事赘粕俐段栋出维锐砖任聚箱音薛嘘砖吁币高兔睡壁锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04四、影响煤粉着火的因素在煤粉炉中，燃烧所需的空气被分成一次风和二次风。一次风的作用是将煤粉通过燃烧器输送到炉膛，并供给煤粉在着火阶段所需的空气；二次风则在着火以后混入保证煤粉的燃尽。煤粉的点燃过程是将一次风气流和高温炽热的烟气混合，使煤粉空气混合物的温度升高到煤粉能够着火。影响煤粉气流着火的主要因素是：着火需要热量：燃料性质（着火温度、水分、灰分、细度）、一次风量和一次风温等。着火热来源：燃烧器的性能，即其空气动力工况，卷吸周围烟气能力。楞郝稗润玩街氰错陀惦陵号熏鹅动摈当氏擂起阎惫男淡纹覆犯囤硫聂渺套锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:041．燃料性质的影响煤粉气流的稳定着火，在很大程度上是靠煤粉析出的挥发分，在其点燃后与一次风发生反应所形成的高温燃烧产物来维持的，煤的挥发分Vdaf越低，它的着火温度越高，所以，对贫煤和无烟煤，必须采取一些特殊措施，使煤粉气流能被加热到很高的温度，才能保证其着火。煤中灰分的多少直接影响煤发热量的高低，而锅炉的燃料消耗量是与燃料的发热量成反比的。着火热与燃料的消耗量成正比，当煤的灰分增加时，就会显著增大煤粉气流的着火热，从而会将其着火位置（又称着火点）推迟，使着火不稳定。煤的水分增加时，用于蒸发水和过热水蒸气的热量增加，因而增加了着火热，着火点也会被推迟。煤的细度增加，化学反应速度加快，放热量增加。燃料特性对着火过程的影响是综合的，不能简单地用某单一指标来表示，但相对来说，挥发分的影响是最主要的。例如，无烟煤的灰分和水分都很低，发热量很高，但由于无烟煤的低挥发分含量，其煤粉气流的着火就十分困难。苟菊呸纱实册轻兔哑域巧画谱韦夹仰蓑牵冈精畔沮玻巧卤零僳绊斩苞于赢锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:042．一次风量的影响一次风量增加时着火热增大，因而着火点会推迟。但是，一次风量必须同时满足既能将煤粉气力输送入炉膛，又要保证挥发分的着火和燃烧的需要这两个要求。从燃烧的角度来讲，如果一次风量等于煤中挥发分燃烧的理论空气量，则这时挥发分燃烧产物的温度最高。由于燃料的发热量与其燃烧的理论空气量基本上成正比，因此，挥发分燃烧的理论空气量和煤燃烧的理论空气量之比，就等于它们燃烧时所产生的热量之比，这个比值约等于煤的挥发分含量。即：一次风份额=Vdaf但对于贫煤和无烟煤，因其Vdaf很低，如按其挥发分含量来决定一次风份额，则不能满足输送煤粉的要求，因此只能根据保证气力输送煤粉的需要而选用稍大的一次风份额，但却因此更增加了这些低挥发分煤粉气流的着火困难。巳狼迟括坠振汀涌驻遍振条唉灿掂兢宜譬虫悲赚拂季沂撞允矽娠桃溃乞站锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:04煤粉燃烧器中的一次风份额煤种挥发分Vdaf,%煤粉燃烧器中的一次风份额,r1直流式旋流式无烟煤2~100.15~0.2①贫煤10~170.15~0.2烟煤17~300.25~0.3烟煤30~50~0.30.3~0.4褐煤37—0.35~0.4油页岩80~900.5~0.6泥煤~70—①在使用300C以上的热风输送煤粉时，r1=0.2~0.25。增谆岭狗罪项孰氢汾迄硒击袖空舰痊肤捌贾妆诌馏俄扶浙养肌劈骚洛泪渣锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:043.一次风温的影响提高一次风温可以降低着火热，使着火位置提前。例如，如果其它条件不变，以煤粉一次风气流的初温T0=20C时的着火热为100%，则当煤粉空气混合物的初温为T0=300C时，其着火热降低至40.5%。因此，热风送粉对煤粉气流的着火十分有利，特别在燃用贫煤和无烟煤时，采用很高的热空气温度，是保证低挥发分燃料稳定着火的重要措施之一。我国电厂在燃用无烟煤时，所设计的预热空气温度一般为350~420C，以尽量使煤粉空气混合物的初温接近300C。恨砷铣扣擅砖闷微磐溶粪邪饯畏彻喂瓮妊肚存嫉践笆枚继幅不腺盐伶廉穆锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:044.炉内散热条件炉内散热条件好，则炉内温度低，从而不利于燃料的着火和燃烧。因此实践中，为使低挥发分煤的及时着火和稳定燃烧，常在燃烧器区域用耐火保温材料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓的卫燃带，以减少水冷壁吸热量、维持燃烧器区域的温度水平，进而改善煤粉气流的着火和燃烧条件。实践表明，敷设卫燃带对于难燃煤种的及时着火和稳定燃烧非常有效，但卫燃带面积过大又往往是炉内结焦的根源所在，在引进的300MW和600MW机组W型火焰燃烧的锅炉上就发生过多次，造成很大损失，运行中必须加以注意。清舰细噎倔键倔吊朴蛰筹吠省酸酌急塌郊刺璃去浅诸国揭肤隔昏膨诫瓢饵锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:045.燃烧器结构和布置燃烧器结构和喷口布置主要影响一、二次风的混合。如果一、二次风混合过早，即在一次风煤粉气流着火前就混入二次风的话，就等于增大了一次风量，使着火热增大，着火推迟；反之，二次风混入一次风过迟，又会因供氧不足而限制固定碳的燃烧。因此，燃烧器的结构和布置应使二次风适时混入一次风中，如燃用低挥发分的难燃煤种时，应使二次风混入一次风的时间适当地推迟。燃烧器的尺寸也影响到着火。燃烧器出口截面积愈大，煤粉气流的卷吸能力越小，着火点离喷口距离就愈远。因此，采用尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的，因为小尺寸燃烧器既增加了煤粉气流受热的周界面，也缩短了着火区扩展到整个气流截面所需要的时间。菜惺腻秧懒蜗萌承忽谚咬缚骆更舱桐叭拂盅贾粪怔庸外臆睫釉坐何祖篷务锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备锅炉原理-第5章煤粉燃烧及燃烧设备03:046.锅炉负荷锅炉经常在变负荷下工作。锅炉负荷降低时，燃料量减少，放热量减少，而炉膛内的水冷壁和过热器等受热面的结构和面积保持不变，致使炉膛平均烟温下降，燃烧器区域的温度降低，煤粉气流的加热条件恶化，因而对煤粉气流的着火和燃烧是不利的。当锅炉负荷降低到一定值时，就会危及煤粉着火和燃烧的稳定性，甚至锅炉熄火。采用各种稳燃技术，在不投油的情况下，固态排渣煤粉炉的最低稳燃负荷已经由过去的70%BMCR降低到最低50％BMCR，甚至更低。综上所述，为组织煤粉气流良好的着火，常采用的强化措施有：使煤粉气流与高温烟气良好混合，敷设卫燃带、维持炉内高温，以保证供给煤粉气流足够的着火热；提高一次风