燃料与燃烧设备.ppt

单元3燃料与燃烧设备,,,目录,,3.1燃料的种类与特征,固体燃料包括煤、木柴、木炭、焦炭和甘蔗。目前供热锅炉燃用的固体燃料主要是煤。煤是由远古植物残骸没入水中，又被地层覆盖经地质化学作用而形成的有机生物岩，是一种有机化合物和无机化合物的复杂混合物。按煤的煤化程度不同分为褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤四类。,,褐煤因外观呈棕褐色而得名。由于它的煤化程度较低，发热量不高，一般在1150～2100kJ/kg。褐煤质地松脆，易风化，易自燃，难以贮存，也不宜远运，属于地方性低质煤。我国褐煤储量不多，主要产于东北、西南等地区。,3.1燃料的种类与特征,3.1.1.1褐煤,,烟煤的碳含量高，易于着火和燃烧，而且灰分和水分含量一般较少，其发热量较高。烟煤呈黑色，质地松软，具有一定光泽，燃烧时多烟。它是自然界中分布最广泛和品种最多的煤种。我国煤炭按煤的干燥无灰基挥发分中Vdaf的含量和焦结性划分为10大类，除无烟煤和褐煤外的8个品种统称为烟煤。其中优质烟煤焦结性强，是焦化工业的主要原料，多用于冶金。对于含较多灰分、较多水分的烟煤，以及在烟煤精选过程中得到的洗中煤和泥煤等是劣质烟煤，常用作锅炉燃料。我国烟煤储量丰富，产地遍布全国，开滦、抚顺、大同、淮南平朔、阜新和义乌等许多煤矿都盛产优质烟煤。,3.1燃料的种类与特征,3.1.1.2烟煤,,在锅炉行业中，将烟煤的8个品种中的贫煤和挥发分相近于贫煤的瘦煤归为一类，合称贫煤。贫煤的煤化程度低于无烟煤，与烟煤相比，贫煤较难着火和燃烧，燃烧时火焰短，焦结性差，发热量介于无烟煤和一般烟煤之间。,3.1燃料的种类与特征,3.1.1.3贫煤,,无烟煤俗称白煤，是煤化程度最高的煤种。它的挥发分含量很少，碳含量高，所以着火相当困难，且不容易燃尽烧透。无烟煤燃烧时无烟，只有很短的青蓝色火焰，其焦渣呈粉末状，无粘结性。因碳含量高，内部杂质和外部杂质又少，发热量一般都比较高，大多Qnet，ar20930～25120kJ/kg，但由于氢含量较少，其发热量比部分优质烟煤要低。,3.1燃料的种类与特征,3.1.1.4无烟煤,,无烟煤呈灰黑色，具有金属光泽，质地坚硬，不易研磨。它贮存时稳定，不易自燃。我国无烟煤储量仅次于烟煤，主要产地在华北、西北和中南地区，如京西、阳泉、晋城、焦作和金竹山等地。除了以上主要煤种外，我国用作锅炉燃料的还有油页岩、泥煤、煤矸石和石煤等。,3.1燃料的种类与特征,,锅炉常用的液体燃料有重油、渣油和轻柴油三类。燃油的特点是碳和氢的含量较高，水分含量较少，所以发热量很高，通常规定发热量为40600～43100kJ/kg。柴油一般用于中小型供热锅炉、生活锅炉以及大型锅炉的点火和稳定燃烧，重油则大多用于电站锅炉。,3.1燃料的种类与特征,,柴油是一种密度较小的燃料油，黏度小，流动性好，雾化不用预热，可用直接点火方式启动锅炉，柴油含硫量较小，对环境污染也小。但它容易挥发，发生火灾的可能性和危险性大。目前，小型锅炉燃用柴油的日趋增多，通常用的是D号轻柴油。锅炉设计用代表性0号轻柴油的油值资料列于表3.1（见P23）。,3.1燃料的种类与特征,3.1.2.1柴油,,重油是石油炼制加工工艺中提取轻质馏分汽油、煤油和柴油后的重质馏分和残透的总称。重油的成分与煤一样，是由碳、氢、氧、硫和灰分、水分组成。它的主要成分是碳和氢，灰分、水分含量很少。其发热量高而稳定，对环境污染小，属于一种清洁型燃料。,3.1燃料的种类与特征,3.1.2.2重油,,重油常用作锅炉燃料，氢含量多，发热量高，极易着火与燃烧，而且可以方便地实现管道输送，便于运行调节，贮存和管理都较简便。锅炉燃用的重油，一般是由常压重油、减压重油和裂化重油等按一定比例调和制成。重油按其在50℃时的恩氏黏度E50分为20、60、100和200四个牌号，20号重油适用于较小油喷嘴（30kg/h以下）的燃油炉；60号燃油用在中等喷嘴的燃油炉上；100号和200号燃油用在具有预热设备的大型喷嘴的锅炉上。,3.1燃料的种类与特征,,渣油是石油炼制过程中得到的残余物，它的主要成分是高分子烃类和胶状物质，可直接用作燃料使用。渣油的黏度较大，加热到一定温度就能流动，其贮存、输送及管理都很方便。表3.1（见P23）为目前我国设计用代表性燃油品种的油值资料。,3.1燃料的种类与特征,3.1.2.3渣油,,锅炉用的气体燃料主要有天然气、高炉煤气、焦炉煤气和城市煤气。天然气一般分为两类从天然气田开采出来的，称为干天然气；在石油产区与石油产品一起开采出来的天然气，含有石油蒸气的，称为伴生天然气。天然气主要成分是甲烷，体积份数可达65～99，其次为乙烷等饱和碳氢化合物，还有重碳氢化合物，少量硫化氢及惰性气体等。天然气发热量较高，标准状态下的低位发热量为36000～42000kJ/m3。,3.1燃料的种类与特征,,油田伴生气与原油共存，是在石油开采过程中因压力降低而析出的气体燃料。它由甲烷和其他一些烃类组成，甲烷的体积份数达80左右，标准状态下的低位发热量为39000～44000kJ/m3。高炉煤气是炼铁高炉的副产品，产量很大。它的主要成分是一氧化碳和氢气，前者体积份数占20～30，后者占5～15。高炉煤气中含有较多的惰性气体、二氧化碳和氮气，体积份数可高达55～70，所以它的发热量很低，一般仅为3200～4000kJ/m3。由于高炉煤气中含有大量一氧化碳，在使用时应特别注意防止煤气中毒。高炉煤气常用于冶金炉，只有剩余时才作为锅炉燃料。,3.1燃料的种类与特征,,焦炉煤气，是煤在炼焦过程中的副产品，含有大量的氢和甲烷，它们的体积份数分别可达46～61和21～30，也含有少量的氮、二氧化碳和诸如焦油雾等其他杂质。这种煤气的发热量较高，标态下的低位发热量为15000～17200kJ/m3，是一种优质燃料。由于焦炉煤气中可以提取较多的诸如笨、氨和焦油等，所以它是主要的化工原料，作为锅炉燃料烧掉是不经济的。,3.1燃料的种类与特征,,城市煤气比较复杂，除用液化石油气外，常用人工煤气。分为煤制气和油制气两大类。煤气组成也是变化的，有时是两种煤气掺混后供应城市。液化石油气是开采和炼制石油过程中的副产品，其主要成分是丙烷（C3H8）、乙烷（C4H10）、丙烯（C3H6）、丁烯（C4H8），标态下低位发热量为83740～113040kJ/m3。煤制气中，干馏煤气主要成分是甲烷（CH4）和氢，发热量为16750～20900kJ/m3；水煤气和发生炉煤气主要成分是一氧化碳和氧，发热量很低，为5440～10500kJ/m3；油制气中，催化裂解气主要成分是氢、甲烷和一氧化碳，发热量为18840～23030kJ/m3。热裂解气主要成分是甲烷、乙烯和丙烯，发热量为41870kJ/m3左右。,3.1燃料的种类与特征,,燃气容易点火，燃烧迅速、完全，燃烧设备简单，调整方便，易于实现自动化，便于管道输送，卫生条件好。其氮、硫、灰分含量少，是比较清洁的燃料，燃烧气体燃料有利于环境保护。但某些气体具有毒性和使用不当易发生爆炸的危险，使用时必须严格遵守有关操作规程和采取安全措施。锅炉常用的气体燃料见表3.2（见P25）。,3.1燃料的种类与特征,,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,以煤的燃烧为例说明固体燃料的燃烧过程。煤的燃烧就是煤的剧烈氧化。煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般要经过四个阶段1水分蒸发阶段煤进入炉膛受热后，水分即开始蒸发，当温度达到100～150℃时，水分全部被蒸发。2挥发物着火阶段煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之陆续析出，当温度达到着火点时，挥发物即开始燃烧。,,3焦炭燃烧阶段煤中的挥发物着火燃烧后，余下的炭和灰组成的固体物就是焦炭。此时焦炭的温度很快升高，紧接着猛烈燃烧，放出大量的热量。煤燃烧的速度和燃烬程度主要取决于这个阶段。4燃烬阶段该阶段是使灰渣中残存的焦炭尽量烧完，以降低锅炉热损失，节约用煤。以上四个阶段虽有先有后，但不是截然分开的。在锅炉的炉膛中各阶段互相影响，互相重叠交叉进行。如在水分蒸发阶段就有挥发物析出，到燃烧阶段，挥发物还在继续析出。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,液体燃料的燃烧过程是一个非常复杂的物理化学过程，可以认为由以下四个阶段组成1燃油的雾化阶段利用燃烧器中的喷燃器或雾化器（俗称油枪）将燃油雾化成很细的雾状油滴，一般油滴的直径为10～200pcm，直径小于50pcm的油滴占85以上。使燃油雾化成为尽可能均匀的单独液滴，并将这些液滴均匀地分布在炉膛的空气流当中，这是燃油完全燃烧的先决条件。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,2油粒蒸发和化学反应阶段分布均匀的油雾在炉膛高温作用下吸收热量首先蒸发成气体状，然后产生化学反应形成烷类、烯类碳氢化合物，也称为油的汽化过程。燃油的雾化质量越高，蒸发与化学反应就越强烈，进入燃烧过程也就越迅速。3油气和空气的混合过程油雾受热分解成烃类油气后即与炉膛里的空气混合形成可燃的气体混合物。4燃烬阶段已形成的可燃气体混合物在高于其燃点的温度下即开始燃烧直至燃烬。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,液体燃料的燃烧本质上是一种蒸发燃烧。在液体微粒着火前，首先开始蒸发，在油滴的表面形成燃油蒸气，所以，液体燃料的燃烧实质上是燃油蒸气与空气的燃烧，是一种气态物质的均相燃烧过程。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,气体燃料的燃烧比固体燃料、液体燃料的燃烧容易发生，燃烧也要快得多。根据气体燃料与空气的混合方式不同，在锅炉中有两种燃烧方式。1.扩散式燃烧气体燃料和助燃空气分别送入燃烧室，然后边混合边燃烧。其燃烧过程取决于气体燃料和助燃空气的混合扩散过程，称之为扩散燃烧。扩散燃烧的优点是燃烧稳定。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,2.动力式燃烧气体燃料和助燃空气预先均匀地混合后再送入燃烧室内燃烧，整个燃烧过程主要取决于可燃混合气体氧化的化学动力过程，故称之为动力燃烧。动力燃烧的优点是燃烧热效率较高，燃烧室的容积可较扩散式小，但其对空气量的控制要求更严格。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,燃料是否完全燃烧主要有以下四个条件1.燃油雾化的直径燃油雾化颗粒直径越小其蒸发表面积就越大，这不仅能加速燃油的蒸发过程，而且有利于燃料和助燃空气的混合，是保证燃烧迅速和完全的条件。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,2.充足的助燃空气充足的助燃空气不仅仅指与燃油化合所需要的理论空气量，而是大于理论空气量的过剩空气量。由于燃油颗粒和助燃空气在炉膛中并不是均匀分布于各个角落，因此必须有过量的空气才能保证燃料颗粒的完全燃烧。3.足够的温度燃料的完全燃烧需要获得一定的热量来维持加热、蒸发、着火、燃烧，直至完全燃烧的整个过程。要达到燃料的完全燃烧必须要有足够高的燃烧温度，任何不利于燃烧的因素或者因炉膛内负荷过低达不到足够的燃烧温度，都不能使燃料完全燃烧。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,4.足够的燃烧空间燃料颗粒与氧的化合反应需要有一定的空间，只有满足了燃烧所需要的空间才能使燃料颗粒在炉膛中达到完全燃烧的程度。也就是说足够的炉膛容积也是燃料颗粒完全燃烧的条件。,3.2燃料的燃烧过程及燃烧条件,,3.3锅炉的燃烧设备,汽锅和炉子是锅炉的两个基本组成部分。燃料是在炉子中燃烧的，炉子作为锅炉的燃烧设备，有多种形式。按照燃烧方式的不同，可划分为如下三类层燃炉燃料被层铺在炉排上进行燃烧的炉子，也叫火床炉。是目前国内供热锅炉中采用最多的一种燃烧设备，常用的有手烧炉、风力机械抛煤机炉、链条炉排炉，以及往复炉排炉和振动炉排炉等多种形式。流化床炉燃料在炉膛中完全被空气流所“流化”形成一种类似于液体沸腾状态燃烧的炉子，又名沸腾炉。是目前能脱硫、脱氮和燃用几乎所有固体燃料的一种高效、清洁燃烧设备。,,室燃炉燃料随空气流进入炉室且呈悬浮状燃烧的炉子，又名悬燃炉，如燃用煤粉的煤粉炉，燃用液体、气体燃料的燃油炉和燃气炉。我国是以煤为主要能源的国家，锅炉配置的燃烧设备主要是层燃炉和煤粉炉。对于供热锅炉主要是层燃炉，并以链条炉排炉作为代表形式。对于电站锅炉，由于容量大、参数高，通常配置煤粉炉。随着我国城市建设的需要和环境保护要求的提高，中、小型燃油燃气锅炉需求量日益增长。,3.3锅炉的燃烧设备,,人工操作层燃炉也即手烧炉，是最古老、最简单的燃烧设备。它的加煤、拨火和除渣三项主要操作均由人工完成，劳动强度大，而且燃烧效率较低，还周期性地冒黑烟，污染环境，目前已很少采用，这里不再赘述。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3.1.1人工操作层燃炉,,加煤、拨火和除渣三项主要操作部分或全部机械化的层燃炉，统称机械化层燃炉，其形式有机械风力抛煤机炉、链条炉排炉、往复炉排炉、振动炉排炉和下饲燃煤式炉等多种，其中链条炉排炉应用最为广泛。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3.1.2机械化层燃炉,,1.链条炉的构造链条炉是一种典型的前饲式炉子。煤自炉前由缓缓移动的链条炉排引入炉内，与空气气流交叉而遇，如图3.1所示。炉排由主动链轮带动，由前向后徐徐运动，煤靠自重通过煤闸门被带入炉内，并逐渐依次完成预热干燥、挥发物析出、燃烧和燃烬各阶段，形成的灰渣最后由装置在炉排末端的除渣板铲落渣斗。煤闸门可以上、下升降，是用以调节所需煤层厚度的。除渣板俗称老鹰铁，其作用是使灰渣在炉排上略有停滞而延长它在炉内停留时间，以降低灰渣含碳量，同时也可减少炉排后端的漏风。,3.3锅炉的燃烧设备,,煤闸门至除渣板的距离，称为炉排有效长度，约占链条总长的40。在链条炉排的腹中框架里设置有几个能单独调节送风的风仓，燃烧所需的空气穿过炉排的通风孔隙进入燃烧层，参与燃烧反应。在炉膛的两侧，分别装置有纵向的防渣箱。它一半嵌入炉墙，一半贴近运动着的炉排而敞露于炉膛。通常是以侧水冷壁下集箱兼作防渣箱。防渣箱的作用一是保护炉墙不受高温燃烧层的侵蚀和磨损；二是防止侧墙粘结渣瘤，确保炉排上的煤横向均匀满布，避免炉排两侧严重漏风而影响正常燃烧。,3.3锅炉的燃烧设备,,2.链条炉排的结构形式链条炉排的结构形式有多种，目前我国供热锅炉常用的是鳞片式链条炉排和链带式链条炉排。（1）鳞片式链条炉排如图3.2所示为不漏煤型鳞片式链条炉排的结构图。在炉排宽度方向上有若干根平行设置的链条1，链条上装有炉排中间夹板5或侧密封夹板6，炉排片7就嵌插在左右夹板之间，一片紧挨一片地前后交叠成鳞片状，以减少漏煤损失，一般仅有0.05～0.20的煤漏掉。两片之间有一定的缝隙作为空气进入燃烧层的通道，炉排的通风截面比约为6。由于通风孔道略向前倾，有利于将炽热气流导向炉子前端，以加速引火燃烧。,3.3锅炉的燃烧设备,,嵌插炉排片的夹板用链销固定在承受拉力的链条上。平行工作的各根链条，借拉杆3依次相串联，拉杆外的节距套管2则用以保证各根链条平行相隔一定的距离。链条和炉排片通过套于节距套筒外的铸铁滚筒4支挂在炉排支架上，并可沿支架的支承面滚动前进，如图3.3所示。当炉排行至尾部并转入空行后，炉排片借自重一片片地顺序翻转过来，倒挂在夹板间，借以卸除残留的灰渣、煤屑。在空行时也渐被冷却。在支架的前、后端各有一轴，前轴为主动轴，其上的链轮带动炉排运行；后轴为从动轴，轴上有光滑的大圆滚筒，可让链条自由滚滑而过。主动轴的一端，通过一套变速装置与拖动的电动机相连。链条炉排速度一般为2～20m/h，依燃料品种和负荷大小而异。,3.3锅炉的燃烧设备,,由于鳞片式链条炉排采用较细的圆钢将各组链条相串，组成柔性结构，因此它具有一个重要优点当主动轴上几个链轮之间齿形略有参差时，各链条可以自行调整，仍保持链节和链轮的良好啮合。此外，承受拉力的链条被置于炉排面之下，免受燃烧层的直接加热，从而使炉排运行更趋可靠。再则，炉排片的装卸十分方便，甚至可在不停炉的情况下更换损坏的炉排片。但是这种炉排结构比较复杂，金属耗量和机械加工量较大。此外，它的刚性差，特别是炉排较宽时，容易发生成组炉排片脱落和卡住等事故。所以，鳞片式链条炉排的宽度不能太宽，一般不大于4.5m。,3.3锅炉的燃烧设备,,（2）链带式链条炉排较小容量的供热锅炉，大多采用轻型链带式链条炉排。这种炉排的炉排片形状酷似链节，如图3.4所示。将这些“链节”串联成一个宽阔的环形链带，紧紧地绷绕在前、后轴轮上。图3.5为国产快装锅炉上的轻型链带式链条炉排总图。轻型链带式链条炉排是用若干圆钢将众多炉排片9串联而成。在两侧和中间安插有由主动链环构成的链条，它直接与主动轴承上的链轮相啮合。链轮转动时，通过两侧和中间的若干链条带动整个炉排自前向后运动。此型炉排的通风截面比为5.5～12。,3.3锅炉的燃烧设备,,轻型链带式链条炉排结构简单,制造加工较为方便，而且金属耗量远小于鳞片式炉排，1m2有效炉排重600～700kg，仅为鳞片式炉排重量的2/3左右。但此型炉排的主动链环受的拉力大，又处于高温下工作，容易拉断，其余的一般炉排片厚度很薄，也是既受力又受热，运行中有时也会断裂。,3.3锅炉的燃烧设备,,无论哪一种形式的链条炉排，在运行时炉排的运动部分和两侧的固定墙板之间都存在着相对运动，其间必须保持有必要的间隙。间隙过大，空气会大量窜入炉内，影响燃料燃烧，使炉温降低，热损失增大；间隙过小，则又可能因热膨胀而卡死炉排或加重炉排与两侧炉墙摩擦，增大动力消耗。因此，必须在炉排两侧的间隙部位装设侧密封装置。鳞片式炉排采用了接触式侧密封装置，如图3.6所示。用石棉绳塞住与炉外相通的间隙，用密封薄板和密封搭板阻隔由风室穿向炉内的漏风。,3.3锅炉的燃烧设备,,3.链条炉的燃烧过程链条炉中的煤燃烧过程是沿着炉排长度由前往后分阶段进行的，其燃烧分布区见图3.7。煤在Ⅰ区中预热干燥，从O1K线所示的斜面开始析出挥发物。煤随炉排移动到中部Ⅱ区，煤在O1K至O2H区间内析出全部挥发物。从O2H线开始焦炭着火燃烧，温度上升至更高，燃烧进行得异常激烈，是煤的主要燃烧阶段。由于燃烧层厚度一般超过氧化区的高度，因此焦炭燃烧区又可分氧化区Ⅲa和还原区Ⅲb两块。来自炉排下的空气中的氧气在氧化区中被迅速耗尽，燃烧产物中的二氧化碳和水蒸气上升至还原区，立即被灼热的焦炭所还原，此处温度略低于氧化区。燃烧着的煤移动到炉排后端成灰渣，即灰渣形成区Ⅳ。,3.3锅炉的燃烧设备,,链条炉的工作与手烧炉不同，煤自煤斗滑落在冷炉排上，而不是铺撒在灼热的燃烧层上。进入炉子的煤，主要依靠来自炉膛的高温辐射，自上而下着火、燃烧。显而易见，着火条件不如手烧炉有利，是一种“单面引火”的炉子。链条炉着火准备阶段的条件不如手烧炉，造成贫煤、无烟煤在链条炉中难以燃用。但由于其整个燃烧过程是沿炉排长度连续完成，避免了燃烧的周期性，其燃烧效率比手烧炉高。,3.3锅炉的燃烧设备,,4.改善链条炉燃烧的措施（1）分区配风如前所述，链条炉的燃烧过程是分区的，沿炉排长度方向燃烧所需空气量各不相同。在煤的热力准备阶段，基本不需要空气。在灰渣形成阶段，可燃物所剩无几，需要空气也不多。空气需用量最大的区段在炉排中段挥发物和焦炭的燃烧区域。如果对供给的空气不加以分配和控制，即采用统仓送风，就会出现炉排中段燃烧所需空气量不足，而炉排前端和后端空气量过剩的情况，必然会影响炉内燃烧的正常进行，使锅炉热损失增加。,3.3锅炉的燃烧设备,,为了向炉排不同部位供应适量的空气，保证煤的燃烧过程正常进行，对链条炉采用分区配风的方式。将炉排下的风仓沿炉排长度方向分隔成几个区段，互相隔开做成风室，每个风室各自装设调节风门以调节风量。一般是将炉排下面分隔成4～6个独立的送风室，空气由炉子一侧送入。对于较宽的炉子，则由锅炉左、右两侧同时送风，以免空气分布不均。采用分区送风并加以调节后，送风量的分配如图3.8中虚线所示。统仓送风时送风量的分配情况如该图中ab线所示，而沿炉排长度所需空气量的曲线如该图cd线所示。从cd曲线中看出，大部分所需空气都在中部，若采用统仓送风，就会存在空气供需不平衡现象。,3.3锅炉的燃烧设备,,（2）炉拱炉拱在链条炉中有着相当重要的作用。它不但可以改变燃料层上升气流的方向，使可燃气体与空气得以良好混合，同时，炉拱还有加速新入炉的煤着火燃烧的作用。为改善链条炉着火条件，加速煤的燃烧，通常把链条炉燃烧室的前、后墙内壁设置成向炉内凸出的拱形，称为炉拱。靠近炉前的小煤斗，位于燃烧室前墙上的拱称为前拱，位于燃烧室后墙上的拱叫做后拱。前拱用来反射炉内的辐射热，加速新煤的预热和着火，并减少炉排前端燃烧时对水冷壁管的辐射，保持该处的温度，强化燃烧，同时保证煤闸门不会因受高温而烧坏。,3.3锅炉的燃烧设备,,后拱用来将炉排后部的过剩空气导向燃烧中心，与可燃气体混合。同时也使导向前端的烟气中未燃尽的炽热炭粒在气流转弯时分离下来，落在前端新煤上，有助于新煤的燃烧。当燃用无烟煤时，通常采用低而长的后拱来改善燃烧条件。因此，后拱又称作对流拱，如图3.9所示。拱的结构形状和尺寸与燃用的煤种密切相关。燃用烟煤和褐煤的链条炉，因这种煤的挥发分都较高，着火并不困难，重要的是使炉内气流获得更强烈的扰动和混合。因此，一般采用高而短的前拱，其目的主要是与后拱配合，造成一个扰动气流的“喉口”。前拱的长度，一般以保证喉口的烟速在7～10m/s为宜，如图3.10所示。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3锅炉的燃烧设备,,（3）二次风在链条炉中，除了砌筑炉拱外，还常常布设二次风。在燃烧层上方借喷嘴送入炉膛高速气流，以进一步强化炉内气流的扰动和混合，从而防止结焦，降低气体不完全燃烧热损失和炉膛过量空气系数。此外，布置于后拱的二次风能将高温烟气引向炉前，以增补后拱作用，帮助新燃料着火。二次风作用不在于补给空气，主要在于加强对烟气的扰动和混合。因此，作为二次风的工质，可以是空气，也可用蒸汽或烟气。,3.3锅炉的燃烧设备,,二次风的布置形式视锅炉类型和燃料品种而异。小容量锅炉，其炉膛深度也小，常取前墙或后墙单面布置，二次风喷嘴的位置应尽可能低些。一般二次风初速控制在50～80m/s，二次风量控制在总风量的5～15，相应风压为2000～4000Pa。最后强调的是，上述设置分区送风、炉拱和二次风等措施，不仅适用于改善链条炉的燃烧条件，也适用于其他类似燃烧过程的炉型中。,3.3锅炉的燃烧设备,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.1链条炉结构简图,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.2鳞片式链条炉排结构,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.3鳞片式链条炉排总图,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.4轻型链带式链条炉排片及主动链环,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.5轻型链带式链条炉排总图,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.6接触式侧密封装置,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.7链条炉排上燃烧分布区,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.8送风量的分配,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.9燃用无烟煤的链条炉,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.10燃用烟煤、褐煤的链条炉,,流化床燃烧是20世纪60年代开始发展起来的新型燃烧技术。流化床炉不仅因燃烧效率高、传热效果好以及结构简单、钢耗量低，而且它的燃料适应性广，能燃用包括煤矸石、石煤、油页岩等劣质煤在内的所有固体燃烧，特别是它具有氮氧化物NO2排放少，采用石灰石低成本炉骨脱硫，灰渣便于综合利用等优点，受到世界各国的普遍重视，得到迅速发展。,3.3锅炉的燃烧设备,,1.流化床炉及其特性流化床燃烧是一种介于层状燃烧与悬浮燃烧之间的燃烧方式。煤预先经破碎加工成一定大小的颗粒而置于布风板上，其厚度在500mm左右，空气则通过布风板由下向上吹送，如图3.11所示。当空气以较低的气流速度通过料层时，煤粒在布风板上静止不动，料层厚度不变，这一阶段称为固定床（图3.12a）。这正是煤在层燃炉中的状态，气流的推力小于煤粒重力，气流穿过煤粒间隙，煤粒之间无相对运动。,3.3锅炉的燃烧设备,,当气流速度增大并到达某一较高值W1j时，气流对煤粒的推力恰好等于煤粒的重力，也即此时床层颗粒完全由空气流托曳，不再受布风板支持，煤粒开始飘浮移动，料层高度略有增长。如气流速度继续增大，煤粒间的空气隙加大，料层膨胀增高，所有的煤粒、灰渣纷乱混杂，上下翻腾不已，颗粒和气流之间的相对运动十分强烈。这种处于流化状态的料床，称为流化床（图3.12b）。这种燃烧方式，即为流化床燃烧技术。当风速继续增大并超过一定限度Wjx时，稳定的流化床工况就被破坏，颗粒将全部随气流飞走。物料的这种运动状态叫做气力输送（图3.12c），正是煤粉在煤粉炉中随气流悬浮燃烧的情景。,3.3锅炉的燃烧设备,,2.流化床炉的形式与结构流化床炉的形式有鼓泡流化床炉和循环流化床炉两种。（1）鼓泡流化床炉鼓泡流化床炉是流化床炉的主要炉型，因进入流化床的空气部分以气泡形态穿过料层而得名。图3.11为此型炉子的结构示意图，主要由给煤机、布风板、风室、灰渣溢流口，以及沉浸受热面等几部分组成。,3.3锅炉的燃烧设备,,（2）循环流化床炉循环流化床炉是在炉膛里把颗粒燃料控制在特殊的流化状态下燃烧，细小的固体颗粒以一定速度携带出炉膛，再由气固分离器分离后在距布风板一定高度处送回炉膛，形成足够的固体物料循环，并保持比较均匀的炉膛温度的一种燃烧设备。图3.13为一循环流化床锅炉结构简图。炉膛不分流化段和悬浮燃烧段，其出口直接与气固分离器相接。来自炉膛的高温气经分离器进入对流管束，而被分离下来的飞灰则经回料器重新返回炉内，与新添加的煤一起继续燃烧并再次被气流携带出炉膛，如此往复不断地循环。燃尽的灰渣则从炉子下部的排灰口（冷灰管）排出。,3.3锅炉的燃烧设备,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.11流化床炉结构示意图,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.12料层的不同状态（a）固定床；（b）流化床；（c）气力输送,,3.3锅炉的燃烧设备,3.3锅炉的燃烧设备,图3.12料层的不同状态（a）固定床；（b）流化床；（c）气力输送,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.11流化床炉结构示意图,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.13循环流化床锅炉结构简图,,煤粉炉和燃油炉、燃气炉统称为室燃炉。与层燃炉相比，无论是炉子结构，还是燃料的燃烧方式，室燃炉都有自己的特点第一，它没有炉排，燃料是随空气流入炉内，燃料燃烧的各个阶段都是在悬浮状态下进行和完成的，其容量的提高不再受炉排的构造和布置的限制；第二，燃料的燃烧反应面积很大，与空气混合良好，可以采用较小的过量空气系数，燃烧速度和效率比层燃炉高；第三，由于燃料在室燃炉停留时间一般都很短促，为保证,3.3锅炉的燃烧设备,,燃烧充分完全，因而炉膛体积大；第四，燃料适应性广，可以燃用固体、液体和气体燃料；第五，燃烧调节和运行、管理易于实现机械化和自动化。煤粉炉是把煤先磨成煤粉，然后用空气将煤粉喷入炉内呈悬浮状燃烧的炉子。煤被磨成煤粉后，与空气的接触面大为增加，这不仅改善了着火条件，也强化了燃烧，使煤粉炉的煤种适应范围较广，而且燃烧也较完全，锅炉热效率高达90以上。煤粉炉多用于大容量的电厂锅炉。在供热锅炉中，由于它需要配置磨煤设备，电耗大，系统也较复杂，且不能低负荷运行和压火，以及飞灰多，易污染环境等原因，应用受到限制。,3.3锅炉的燃烧设备,,原煤先经碎煤率不高的碎煤机打碎，然后再在磨煤机中磨制成煤粉。磨煤机种类很多，常用的有竖井式磨煤机、风扇式磨煤机和筒式磨煤机（又名球磨机）。供热锅炉容量不大，通常采用结构简单、电耗及金属量都较低的竖井式磨煤机或风扇式磨煤机。竖井式磨煤机是一种快速锤击式磨煤机，由外壳、转子和竖井组成。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3.3.1煤粉制备设备－磨煤机,,经过预先除铁、破碎后的碎煤自进煤口送入，煤在锤子的高速打击和外壳甲板的撞击下变成细末煤粉，细粉被从两侧轴向进入的热空气携带，经竖井由喷口进入炉膛燃烧。竖井有一定高度，粗粉由于重力作用，被分离重新落回磨煤机，继续粉碎至所需的细度。当煤粉的细度不符合要求时，还可以通过改变挡板角度进行调节。为保证竖井的分离作用，其截面和高度均有一定要求，截面积取决于竖井中气流的速度，通常气流速度为1.5～3.0m/s，竖井高度一般不低于4m。,3.3锅炉的燃烧设备,,竖井式磨煤机的运行功率主要取决于磨煤量，其制粉电耗不会因负荷的降低而增大。竖井既可以作为煤粉分离设备，又是磨煤机和炉子的连接通道，结构简单而紧凑。风扇式磨煤机的结构形式与风机相似，主要由叶轮、机壳等部件组成。煤随热空气轴向进入，受装于叶片上的冲击板的冲击和与护板的撞击而被打碎成细粉。在磨煤机上部装了分离器，合乎细度要求的煤粉经燃烧器吹入炉膛燃烧。,3.3锅炉的燃烧设备,,燃烧器是煤粉炉的重要组成部分，其作用是将煤粉和空气送入炉膛，并使它们良好地混合，迅速而稳定地着火燃烧和尽可能地充满整个炉膛空间。目前，在小型煤粉炉上用得较多的燃烧器有蜗壳式和旋流式两种。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3.3.2燃烧器,,蜗壳式燃烧器又有单蜗壳和双蜗壳两种。前者的一次风为直流，二次风气流通过蜗壳旋流器产生旋转。后者由大小两个蜗壳和套管组成，煤粉随一次风由小蜗壳进入炉内，二次风则由大蜗壳送入，一、二次风经蜗壳产生旋转运动，沿套管呈螺旋形前进，进入炉膛形成锥形扩散的旋转射流。因其射流中心为负压区，造成高温烟气回流，使一次风和煤粉的温度迅速升高而着火燃烧。如图3.14所示。,3.3锅炉的燃烧设备,,图3.15所示为轴向叶片可调节的旋流式燃烧器。它与蜗壳式燃烧器的主要区别是没有一次风的小蜗壳，只是在出口装置有蘑菇形扩散锥。一次风携带煤粉进入一次风壳，借蘑菇形扩散锥的作用，使煤粉气流一进炉膛就迅速向四周扩散。二次风由叶轮上的轴向叶片导向，造成旋转。叶轮的位置是可调的，当叶轮拉出时，叶轮和二次风壳的圆锥形壳壁之间间隙增大，部分二次风便从间隙里直流而过。这股直流二次风和叶轮中流出来的旋转二次风混合在一起，其旋转强度比全部二次风通过叶轮时的旋转强度有所减弱。因此，只要调节叶轮位置，即改变间隙大小，就可调节气流的旋转强度，调节比较灵活，调节性能也较好。,3.3锅炉的燃烧设备,,根据燃烧需要，旋转强度可调的二次风旋转射流会带动一次风旋转流动，借旋转离心力使射流迅速扩展成锥形体（图3.15）。旋转射流的扩散使火焰在炉膛中的充满度良好，另一方面射流内缘和外缘会带动周围气流一起向前流动，形成卷吸现象。由于卷吸作用，在燃烧器中心线附近造成负压区，于是燃烧器远处的高温烟气被回流到煤粉气流的后部来，促进和改善了煤粉的着火燃烧。旋转射流在卷吸了烟气后，其轴向速度迅速衰减，切向速度也由于射流的扩散使转动半径加大而衰减，因而射流的射程较短，不致冲到对面炉墙上而形成渣瘤，影响正常运行。,3.3锅炉的燃烧设备,,在一次风管中还可伸入重油雾化喷雾，以供煤粉炉升火时燃油点火之用。旋流式燃烧器的旋流强度易于调节，有利于燃烧的调整。它的一次风阻力较小，故可配用于竖井式磨煤机炉，但二次风阻力较大，一般为700～1500Pa。,3.3锅炉的燃烧设备,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.14SZS101.3W型锅炉简图,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.15旋流式燃烧器,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.15旋流式燃烧器,,煤粉炉的炉膛，既是供煤粉燃烧的空间，又是锅炉换热的重要组成部件。与层燃炉相比，煤粉炉的炉膛体积大，使煤粉气流在炉膛中的停留时间不致太短，以满足燃烧的需要。煤粉炉的炉膛体积热负荷qV，通常推荐为140～235kW/m3，据此可确定炉膛体积的大小。对于燃用无烟煤、贫煤和灰熔点低的煤，取较小值；对于燃用挥发分和灰熔点高的煤，则取较大值。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3.3.3炉膛,,煤粉炉的炉膛除要有适当体积外，还必须有合理的几何形状。一般来说，过于瘦长的炉膛，气流充满程度虽好，但水冷壁附近的烟气温度往往过高，易造成结渣，过于矮胖的炉膛，燃烧器附近温度较低，不利煤粉着火，且火焰充满也差，煤粉气流在炉内停留时间相对较短。因此，煤粉炉的炉膛截面热负荷qF的推荐值一般为1860～2330kW/m2。炉膛要便于布置水冷壁，水冷壁布置的数量应使炉膛出口烟气温度在1000～1100℃，略低于灰的软化温度t2为宜。过高易造成受热面结渣，过低又影响燃尽，降低锅炉经济性。,3.3锅炉的燃烧设备,,从燃烧器至炉膛出口要有足够行程，也称火焰长度，其值随煤种和锅炉容量大小而异。对于小型供热锅炉，火焰长度也不宜小于6～7m。至于炉膛的宽度和深度，宽深比一般在1～1.2。炉膛深度不宜过小，以免火焰喷到对面炉墙而引起结渣。综上所述，一个合理的炉膛结构，应组织好燃烧，获得较高的燃烧效率，有合理的温度场，防止和避免局部热负荷过大和发生结渣现象，有良好的炉内空气动力工况，使火焰不贴壁，不冲对面炉墙，火焰充满度好，有较好的燃烧适应能力。,3.3锅炉的燃烧设备,,油作为一种液体燃料，有两类燃烧方式。一类为预蒸发型，燃料油先行蒸发为油蒸气，然后按一定比例与空气混合进入燃烧室燃烧，如装有化油器的汽油机；另一类为喷雾型，燃料油被喷雾器（喷嘴）雾化为油的微小油粒在燃烧室内燃烧，燃油炉采用的就是这种燃烧方式。,3.3锅炉的燃烧设备,,锅炉燃用重质油时，需要预先加热以降低其黏度，再由油泵加压送至炉前，然后通过油喷嘴喷入炉内，此时油被散开并形成极细的雾状油滴，这个过程称为雾化。雾化后的油滴置于高温、含氧的介质中，吸热并蒸发为蒸气，再和喷入炉中的空气混合，进而继续吸热而升温，当达到着火条件（一定的温度和浓度）时即着火、燃烧。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3.4.1油的燃烧过程,,油及其蒸气都是由碳氢化合物组成的，其中高分子碳氢化合物所占的比例较大。它们若在与氧接触前已达到高温（700℃），则会因缺氧、受热而发生分解，热解产生固体碳和氢，这种固体碳即为炭黑颗粒。另外，如有尚未蒸发的油滴会因急剧受热发生裂化，一部分较轻的分子从油滴中飞溅而出，较重的部分可能变成固态物质焦粒或沥青。炭黑颗粒和焦粒不仅造成固体不完全燃烧热损失，而且还将污染环境。因此，必须重视油喷嘴的设计、制造，以保证油的雾化质量。,3.3锅炉的燃烧设备,,气态的碳氢化合物，包括油蒸气以及热解、裂化产生的气态产物，当与氧分子接触后并达到着火温度时便开始剧烈的燃烧反应，即便是炭黑颗粒和焦粒也有可能在这种条件下开始燃烧。油从油喷嘴向炉内喷射形成雾化炬,如图3.16所示。这股射流在炉膛内含氧的高温介质中，其中油蒸气和热解、裂化产物等可燃物不断向外扩散，而空气（氧分子）则不断向内扩散。当二者混合达到一定程度（化学当量）时，就开始着火燃烧并形成火焰锋面。火焰锋面上产生的热和炉膛辐射热又将微细油粒加热，继而蒸发和燃烧。,3.3锅炉的燃烧设备,,由上不难发现，油粒的燃烧经历了两个互相依存的过程一方面燃烧反应需要由油的蒸发来提供反应物质；另一方面油的蒸发又需依赖燃烧反应提供热量。如果燃烧处于稳态过程中，油的蒸发速度和燃烧速度应该相等。所以，当油蒸气和氧的混合燃烧过程强烈时，只要有油蒸气可以即刻燃尽，也即此时的燃烧速度取决于蒸发速度；如果蒸发速度很快而燃烧缓慢，显然燃烧过程的速度此时取决于油蒸气和空气混合物的燃烧速度。换言之，油的燃烧过程不只包括混合物的均相燃烧，同时还包含有对油粒表面的传热和传质过程。,3.3锅炉的燃烧设备,,3.3锅炉的燃烧设备,图3.16油的雾化与燃烧,,前已提及，油的雾化质量对燃烧速度和燃烧的完全程度起着重要作用。雾化的目的就是提高油的总表面积，如果将1kg油雾化成直径为30μm的油粒，总表面积约达200m2，可以大为强化油的燃烧。油的雾化过程是一个复杂的物理过程，需要消耗能量。按消耗的能量来源，雾化方法分为两类，即依靠蒸汽和空气等雾化介质消耗的能量（如蒸汽雾化油喷嘴）和由机械能提升的油自身压力，如机械离心式雾化油喷嘴和转杯式雾化油喷嘴。,3.3锅炉的燃烧设备,3.3.4.2油的雾化,,油喷嘴也叫油雾化器，它的作用是把油雾化成雾状粒子，并使油雾保持一定的雾化角和流量密度，促使其与空气混合，以强化燃烧过程和提高燃烧效率。油喷嘴的形式很多，常用的有机械雾化喷嘴、蒸汽雾化喷嘴和转杯式雾化喷嘴等多种。,3.3锅炉的燃烧设备,,1.机械雾化喷嘴机械雾化喷嘴又名离心式雾化喷嘴，分为简单压力式和回油式两种。最常用的是切向槽简单压力式雾化喷嘴，如图3.17所示。经油泵升压的压力油从进油管经分流片的小孔汇合到环形槽中，然后流经旋流片的切