旋流式燃烧器的工作原理

燃烧器的作用燃烧器是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分，它的作用是把煤粉和燃烧所需的空气送入炉膛，合理地组织煤粉气流，并良好地混合，促使燃料迅速而稳定地着火和燃烧。一个良好的燃烧器应具备的确良基本条件是：（1）一二次风出口截面应保证适当的一二次风风速比；（2）出口气流有足够的扰动性，使气流能很好地混合；（3）煤粉气流的扩散角，能在一定范围内任意调节，以适应煤种变化的需要；（4）沿出口截面煤粉的分布应均匀；（5）结构应简单、紧凑，通风阻力应小。旋流式燃烧器１、旋流式燃烧器的工作原理旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。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。射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。与此同时，在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区。外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和图4-19旋转气流煤粉气流。由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风的混合比较强烈，使燃烧过程连续进行，不断发展，直至燃尽。２、旋流式燃烧器的类型按照旋流器的结构，旋流式燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式、切向叶片式三大类，常用的有以下几种：单蜗壳式蜗壳式双蜗壳式三蜗壳式旋流式燃烧器轴向叶轮式单调风切向叶片式双调风３、双调风旋流式燃烧器双调风旋流式燃烧器是在单调风燃烧器的基础上发展出来的。双调风式燃烧器是把燃烧器的二次风通道分为两部分，一部分二次风进入燃烧器的内环形通道，另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道。图4-20双调风旋流燃烧器在内环形通道中装有旋流叶片，旋流叶片是可动的，通过传动装置可使叶片同步转动，调节叶片的旋转角度，能改变二次风的旋流强度，使燃烧保持稳定。外二次风量是由二次风道中的可动叶片控制的。通过传动装置可以改变叶片的开度。当叶片全开时，外二次风量达到最大，这时外而次风大致是直流射流。在外二次风的影响下，从燃烧器射出的整个射流的旋转强度减弱，气流拉长，内回流区变小。当叶片逐渐关闭时，外二次风量逐渐减小，使整个射流的旋流强度增大，气流缩短，内回流区逐渐变大。双调风燃烧器把二次风先后两批送入炉膛，这种配风方式称为分级配风。由于空气的分级送入，使煤粉和空气的混合变得缓慢，便于进行燃烧调节。双调风燃烧器的主要优点是由于空气的分级送入，实践证明，采用双调风燃烧器既能有效地控制温度型NOx；又能限制燃料型NOx。此外燃烧调节灵活，有利于稳定燃烧，对煤质有较宽的适应范围。4、旋流式燃烧器的布置与供风方式大容量锅炉布置有几十只旋流式燃烧器，虽然单个的燃烧器形成的火焰可独立燃烧，但各个旋转气流之间仍有相互作用，对燃烧有一定的影响作用。当两个燃烧器旋转方向相反时，两个燃烧器之间的切向速度升高，火焰向上。当两个燃烧器旋转方向相同时，燃烧器之间时切向速度减小，火焰向下。这样就影响火焰中心位置和燃烧效率，进而影响到过热器的汽温特性及汽温调节。大容量锅炉上，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。采用大风箱供风时，风道系统简单，但单个燃烧器的调节性能比较差。近年来，为了提高锅炉的安全性和经济性，趋向于采用小功率燃烧器。因为单只燃烧器功率过大，会带来以下问题：（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。这样，单只燃烧器的功率不能太大，因而燃烧器的数量不能太少。当采用大风箱送风时，不能准确调节各个燃烧器的风煤比，也不利于控制NOx。因此趋向于采用分隔风箱配风。即风箱被分隔成很多小风室，每个小风室又有独立的风量调节挡板，给燃烧调节带来灵活、便利的条件。６、旋转气流的特性与直流射流相比，旋转气流同时具有向前运动的轴向速度和沿圆周运动的切向速度，这就使气流在流动方向上，沿轴向与切向的扰动能力增强，因而气流衰减速度比较快，射程短。旋转气流的主要特性表现为旋流强度。燃烧器出口气流的旋流强度取决于燃烧器中旋流燃烧器的结构；取决于从喷口射出的旋流风与直流风的动量比；此外还与燃烧器的阻力和烟气的粘度等因素有关。在封闭式旋流火焰中，在火焰根部卷吸高温烟气，形成回流区，这种火焰可卷吸火焰自身燃烧放出的热量，具有一定的自稳定着火能力，但因回流量小，不适合燃烧难燃的煤。旋流式燃烧器出口有时可能是开放式气流，这时旋转气流将高温烟气从炉膛中卷吸进来，因而其着火稳定性主要依赖于炉内烟气温度。图4-21封闭气流飞边气流形成贴壁火焰，引起结渣。因次实际运行中应避免旋流强度过大而导致飞边气流的出现。旋流强度可以调节，根据煤质着火性能和锅炉负荷，调节气流的旋流强度，可获得良好的燃烧状态。由于旋流式燃烧器所形成的火焰是单个独立可调的，因而调节的灵活性比较大，容易维持稳定燃烧。调节气流的旋流强度时，回流区大小相应变化，高温烟气的回流量也随着发生变化。因为内回流区的大小和回流量在稳定着火燃烧方面作用很大，所以对于不同的煤质应具有不同的旋流强度。例如，烟煤容易着火，只需要较小的回流区和回流量，就能稳定着火和燃烧。而无烟煤着火困难，需要有较大的中心回流区和回流量，但不希望形成飞边气流。除了回流区大小和回流量外，回流区长度对着火也有一定影响，因为比较长的回流区能使气流延伸到温度更高的烟气深层，因而直接关系到回流烟气的温度水平。提高旋流强度，既能强化内回流区的作用，又能强化空气与可燃物的混合，以及高温烟气与煤粉、空气的混合。随着旋流增强，内回流区变得更宽更强，但图4-22开放气流同时也会带来一些问题。即一次风与二次风以及内回流与外回流的过早强烈混合，会降低一次风中煤粉的浓度和火焰温度，这对着火的稳定性又是不利的。因此，提高旋流强度给稳定着火造成两个相互对立和相互矛盾的条件。增强内回流对着火造成的有利条件从某一点开始，又被太强的过早混合破坏了。为了解决这一矛盾，可通过运行调节或试验确定出适应燃烧不同煤质的最佳旋流强度和相应的混合强度以及混合点位置。燃烧器的组成采用前后墙对冲燃烧方式，燃烧器布置图见图10。若干只（数量见附表）低NOx燃烧器分前墙三层，后墙二层布置在炉膛前后墙上，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。燃烧器上部布置有燃尽风(OFA)风口，若干只（数量见附表）燃尽风风口分别布置在前后墙上。在低NOx燃烧器中，燃烧的空气被分为四股，它们是：直流一次风、旋流内二次风、旋流外二次风和中心风。燃烧器示意图见图。【一次风】一次风由一次风机提供。一次风管内靠近炉膛端部布置有一个煤粉浓缩器。【内二次风、外二次风】燃烧器风箱为每个燃烧器提供内二次风和外二次风。【燃尽风(OFA)】燃尽风风口包含两股独立的气流：中央部位为非旋转的气流，它直接穿透进入炉膛中心；外圈气流是旋转气流，用于和靠近炉膛水冷壁的上升烟气进行混合。大风箱燃烧器区域设有大风箱，大风箱被分隔成多层风室，每层燃烧器一个风室。大风箱对称布置于前后墙，设计入口风速较低，风箱内风量的分配取决于燃烧器自身结构特点及其风门开度，保证燃烧器在相同状态下自然得到相同风量，利于燃烧器的配风均匀。燃烧器每层风室的入口处均设有风门挡板，所有风门挡板均配有执行器，可程控调节。执行器上配有位置反馈装置，且具有故障自锁保位功能。大风箱和燃烧器的载荷通过风箱的桁架，传递给支撑梁；支撑梁的一端与垂直搭接板相连，另一端与固定在钢结构上的恒力弹簧吊架相连。大风箱示意图见图13。这样，大风箱和燃烧器的大部分载荷不由螺旋水冷壁支撑，避免了对螺旋水冷壁造成损坏。油燃烧器及其点火器：除前墙最下层采用等离子点火外，其它每只燃烧器装有1支点火油枪用于点火。每只点火油枪配有自身的高能点火器。高能点火器、油枪及其各自的推进器设计成组合一体型式，结构紧凑，并且能够完全满足程控点火的要求。运行注意事项1、在燃烧器一次风弯头前设置有冷却空气阀系统，其主要设备为带执行器的关断阀和逆止阀。运行基本要求为：1）在启动油枪投运时（阀开启），提供燃烧初期的空气；2）燃烧器停用时（阀开启），提供冷却空气冷却燃烧器一次风管；3）燃煤时，关断阀关闭。2、在启动油枪投运过程中，不允许油煤同轴燃烧运行方式，即同一燃烧器不能同时投启动油枪和煤粉。3、在燃烧器投运时，必须开启燃烧器本体密封风及冷却风管路上的有关阀门，以防止燃烧器出现烧损。4、在燃烧器投运时，必须保证一次风速不能过高或过低。5、燃烧器停运时，应该将大风箱入口挡板置于冷却位，同时将燃烧器旋流外二次风执行器置于冷却位（即通常所谓的关位）。6、燃烧器油枪需每隔一段时间进行动作试验，发现卡塞或动作不灵活需及时处理，以保证需要时能立即投用。7、燃烧器油枪、窥视孔等吹扫管路需定时吹扫，以防积灰。燃烧器运行调整1）当锅炉负荷达到30%～40%BMCR范围后，应注意使风量与燃料量相匹配，继续升负荷时应先增风量后增燃料。降负荷时先减燃料量，后减风量。2）当锅炉负荷处在最低不投油稳燃负荷以下时，应有油枪助燃；当锅炉负荷在最低不投油稳燃负荷以上时，可逐步停运油枪。3）同层煤粉喷嘴的出力相差不应超过5%；当投运的煤粉喷嘴层数超过一层时，原则上还应使各层煤粉喷嘴的出力一致。4）停某一煤粉喷嘴时，应以一定的风量对该煤粉喷嘴及其管道系统进行吹扫，吹扫风量及时间应通过试验加以确定。5）锅炉不同工况、负荷下，煤粉喷嘴的投运数量主要应使各运行喷嘴的风速与设计工况尽可能地接近。6）当全炉膛有两层及以上煤粉喷嘴在投运时，不允许一侧有超过另一侧两层及以上的燃烧器运行。