锅炉原理5.ppt

2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page1,第五章煤粉燃烧理论与设备,1燃烧基本理论2煤粉气流的着火与燃烧3煤粉燃烧器4煤粉火炬的稳燃技术5煤粉炉的炉膛及其特性,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page2,,1燃烧基本理论,1、燃烧的概念2、燃烧化学反应速度描述3、均相反应，质量作用定律4、非均（多）相反应5、燃烧反应平衡常数6、阿累尼斯Arrhinius定律7、典型煤种的反应活化能E,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page3,燃烧的概念,燃烧是伴随有发光发热的一种特殊的氧化反应，其反应物为氧气与各种燃料。,,均相燃烧,气体燃料的燃烧,非均相燃烧,固体燃料的燃烧,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page4,,化学反应速度的大小用反应物或生成物浓度的变化来表示,设有两种物质A、B，其化学反应方程式如下,燃料,氧化剂,燃烧产物,燃烧化学反应速度描述,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page5,反应物A、B的浓度；a、b反应物A、B的反应系数；k反应的速度常数。,均相反应，质量作用定律,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page6,非均（多）相反应,炭或煤的反应速度可用下式描述,单位容积可燃混合物内煤粉的表面积；氧的浓度。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page7,燃烧反应平衡常数,可逆反应，当正逆反应达到平衡时有,,KC即为反应系统达到平衡时的平衡常数。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page8,用各组分的分压力来表示的反应系统中各反应物的浓度,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page9,阿累尼斯Arrhinius定律,K0指前因子，或反应物分子的碰撞总次数；E－反应物的反应活化能或发生反应所要求的最低能量；R－通用气体常数；T－反应环境的温度。,数学描述,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page10,反应物的活化能越低，反应速度越快，反应越能在相对较低的温度下进行。反应的环境温度越高，则反应的速度越快。,物理意义,-有效碰撞占总碰撞次数的比例,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page11,典型煤种的反应活化能E,无烟煤126～147kJ/gmol；,烟煤104～126kJ/gmol；,褐煤84～104kJ/gmol；,煤龄越长，反应的活化能越大，反应越难进行；煤龄越短，反应的活化能越小，反应越易进行。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page12,,煤的着火与燃烧特性,着火与燃烧特性的概念燃烧特性指标燃料特性指标着火难易指标热解特性指标煤的燃烬特性,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page13,着火与燃烧特性的概念,着火由缓慢的氧化反应迅速过渡到剧烈自动加速反应过程，反应系统的温度出现阶跃性升高。,燃烧特性反映燃料着火难易、燃烧稳定性、燃烧速度、燃烧效率、不同阶段燃烧动力学规律的燃烧技术指标。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page14,燃烧特性指标,各种燃料在不同条件下燃烧反应动力学的准确数学描述，即阿累尼乌斯定律中K0、E的准确数学描述。,工程上采用一些技术指标定性、近似描述煤的着火与燃烧特性。,燃料特性指标着火难易指标热解特性指标燃烬性指标,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page15,燃料特性指标,VdafC/HFC/Vdaf,越高，着火越容易，燃烧稳定性越好。,越高，煤化程度越高，着火越难。,越高，煤中的挥发分相对含量越低，着火越困难。,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page16,,燃烧过程中实际释放的Vdaf量、成分有别于工业分析中得到的Vdaf，其控制因素,煤种特性加热环境的温度加热时间的长短煤粉颗粒的直径,Vdaf煤着火温度、燃烧稳定性及燃烧效率的重要指标。,煤龄越长，Vdaf越小。,T越高，Vdaf越大。,时间越长，Vdaf越大。,煤粉越细，Vdaf越大。,,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page17,挥发分对燃烧的影响,Vdaf（,）挥发分对着火温度的影响,着火温度（℃）,Vdaf挥发分对稳燃负荷的影响,无油稳燃负荷（）,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page18,,煤粉气流着火指数与挥发分间的关系,FI℃,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page19,着火难易指标,煤的反应活化能E燃料的反应活化能越低，着火越容易，燃烧速度越快；着火温度Ti煤粉粒子或煤粉气流开始着火燃烧时的温度，为着火温度。着火的显著标志就是反应系统的温度一阶跃升高。着火指数FI制取200400目窄筛分煤粉试样，使煤粉高度离散地缓慢通过炽热的试验炉膛，取能使煤粉颗粒着火的最低炉膛温度为煤粉颗粒的着火指数。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page20,,,,,活化能E与煤种、燃烬度间的关系,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page21,典型烟煤、无烟煤的着火温度指数,煤粉浓度对煤粉气流着火指数℃的影响,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page22,热解特性指标,挥发分初析温度Ts加热过程中，挥发分开始析出的温度。Ts越低，说明煤种可以在较低的温度下析出挥发分，有利于煤的着火。挥发分最大释放速度峰值dG/dtmax是DTG曲线上的最大峰值。该值越大，说明煤种在单位时间内释放出的挥发分量越多，越易达到着火所要求的最低挥发分浓度,煤的精确热分解简称热解特性通常在差热天平中进行,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page23,对应于dG/dtmax的温度Tmax是DTG曲线上最大峰值所对应的温度。该温度越低，说明煤种在较低的温度下就可以快速释放出大量的挥发分。Tmax是衡量煤种着火难易的一个重要指标。1/3对应的温度区间该温度区间越宽，说明煤种可以在较宽的温度范围内快速释放大量的挥发分，对温度的变化不很敏感，对稳定着火有利。,,,,热解特性指标,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page24,热重分析仪的TG、DTG曲线,,,TG,DTG,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page25,,,,,,dG/dtmax,,对应于dG/dtmax的温度Tmax,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page26,,,,,,,dG/dtmax,,1/3dG/dtmax,,,,,ΔT1/3,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page27,加热速率对热解特性的影响,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page28,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page29,,,几种煤的燃烧DTG分布曲线,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page30,煤的燃烬特性,煤粒从着火开始至完全燃烧时所需的时间t；从着火开始，在规定的时间内所燃烬的份额r。,燃烬特性通常在差热天平中通过TG曲线得到。,影响燃烬特性的主要因素煤种、细度、燃烧温度、氧气浓度,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page31,温度对燃烬率的影响,时间s,燃烬率（）,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page32,炉膛热负荷对燃烬率的影响,未燃烬损失（）,炉膛容积热强度（MW/m3）,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page33,炉膛壁温对NOx生成及燃烬率的影响,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page34,温度与不同阶段时的燃烬特性,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page35,温度与不同阶段时的燃烬特性,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page36,燃烧速率与煤种、燃烧进程间的关系,1煤2煤,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page37,燃烧速率与煤种、燃烧进程间的关系,,,3煤种,4煤种,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page38,几种煤的热重曲线,,2煤粉气流的着火与燃烧,1煤粉燃烧的一般过程2煤粉流着火与燃烧的特点,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page40,1、煤粉燃烧的一般过程,煤粉喷入炉内后，煤粉粒子经历的过程挥发分的析出、着火燃烧，对煤粉气流的着火与燃烧稳定性具有重要的影响；焦碳的燃烧过程决定了煤燃烧过程的长短与燃烧效率。,,加热升温水分析出挥发分析出挥发分着火燃烧焦碳着火、燃烧与燃烬。,,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page41,（1）煤粉粒子的热分解,热解的概念及其种类概念热分解是指将煤加热至600K以上温度时，煤中的大分子断裂成小分子或某些官能团的化学键断裂，产生小分子气态有机物质的现象或过程。快速热分解加热速率大于104k/s，且热解时间小于1s。对于100m以下粒径的煤粉粒子，将其投入高温炉膛中的加热时。慢速热分解加热速率在1～10K/S，热解时间达几分钟或几小时的过程。中速热分解介于以上两种之间。如固定床、流化床及工业分析中的热分解。,种类,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page42,,（2）煤粒热解的主要产物及其物理化学变化,热分解过程中煤粒子会发生以下变化得到的焦碳成为多孔结构，比表面积发生变化a温度越高挥发分越多内孔越多比表面积越大；b因挥发分的析出，煤有着不同程度的膨胀;c当快速热分解时，煤粉粒子会产生爆裂现象。,,热解过程中产生气态物质的大致次序,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page43,（3）影响挥发分数量与产量的因素,煤的种类地质年龄短的煤，挥发分产量高；加热速率当环境温度一定时，主要通过煤粉粒子的细度来体现速率越高，则产量越高；加热终温终温越高，则产量越高；加热时间时间越长，则产量越高。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page44,（4）煤粒子的着火机理与燃烧物理模型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,煤粒,煤粒子周围挥发分的浓度较低,,煤粒子周围挥发分的浓度较高，达到着火所需的最低浓度,,,,,煤粒子周围的挥发分着火燃烧,,挥发分,,火焰,焦碳,煤粒,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page45,（5）燃烧过程中煤粒型态变化物理模型,缩核模型等径模型爆裂模型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page46,（6）基本结论,小的煤粉颗粒比大颗粒更易于着火；不能热分解的物质，着火发生表面；完全热分解的物质，着火发生于气相；煤粉粒子为部分热分解物质，其着火方式取决于粒径、挥发分含量、环境氧浓度等因素的影响，既可能发生气相着火、固相着火、气固两相同时着火。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page47,2煤粉气流着火与燃烧的特点,（1）在煤粉流中，煤粉流以两相流的特点与周围高温烟气发生换热而使煤粉粒子着火燃烧。传统的观点是对流换热为主；最新的一种观点以辐射换热为主。（2）着火后的煤粉颗粒流，粒子除了与周围的气体间发生对流换热外，还有粒子间的辐射换热。（3）因煤粉流的存在，一旦着火，则存在火焰的传播。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page48,（4）着火总是在热交换最强烈的区域先发生，对于不同的燃烧器，具体如下在约1500℃的高温环境中，典型的煤粉气流的着火时间为150～200ms。内回流型燃烧器在中心与外边缘几乎同时发生着火，有时中心区域先发生着火，其原因是中心回流使加热温度快速升高。简单直流煤粉燃烧器着火在最外边缘首先发生，然后向轴心传播发展。,煤粉气流着火与燃烧的特点,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page49,,钝体煤粉燃烧器着火示意图,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page50,稳燃腔燃烧器出口燃烧器火焰示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page51,3煤粉气流的燃烧稳定性（着火与熄火）,控制理论的稳定性概念将燃烧室视为一控制系统，当这个系统的输入参数如燃料特性、风煤配比、气流初始温度等在一个有界的范围内变化时，如果该系统的输出如放热量、燃烧室内的温度等能维持在一个稳定的范围内，则该系统是稳定的，即燃烧是稳定的。,传统的稳定性概念即燃料在某一热力环境中燃烧时燃烧过程能连续不断地进行，外观表现为火焰不熄火。,（1）稳定性概念,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page52,,（a）直流煤粉燃烧器b钝体煤粉燃烧器燃烧稳定性（温度）对燃料量的动态响应,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page53,（2）燃烧稳定性的理论解释,着火温度理论当燃料与氧化剂在不同的化学当量配比条件下，其着火温度是不同的，其内在原因可从反应活化能与质量作用角度来解释。在某一瞬间，燃烧稳定的条件为Te燃烧室的环境温度；Ti燃料的着火温度。此时的稳定性指标即为燃烧室内的温度水平。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page54,着火的热平衡理论,Q1燃烧放热量；Q2燃烧产物与燃烧室壁面间的换热；V可燃混合物容积；Qr燃烧反应热；Co2煤粉表面氧的浓度；α对流换热系数；S燃烧室壁面面积。,,,,,,,,,,,,空气,燃料,烟气,,,,,,,,,,Q2,,Q1,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page55,,燃烧稳定性的图解表示方法,,,,,,,T,Q,Q23,Q22,Q21,Q1,,,,Tf0,T1,Tb2,Tb1,,,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page56,（3）影响燃烧稳定性的因素,燃料性质燃料性质、煤粉细度；燃烧室内的温度水平；燃烧室的散热条件；煤粉气流的初温；风煤配比；燃烧器的气动特性；,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page57,（4）煤粉稳定燃烧的理论与工程技术措施,稳定燃烧的理论,着火温度理论着火热平衡理论,稳定燃烧的工程技术措施,燃烧器技术回流型、浓淡型、复合型。卫燃带技术燃烧调整技术配风方式、燃烧器投运行方式等。火焰在线监测技术,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page58,,（5）影响炉内燃烧效率的因素及改善对策,影响因素分析,,,燃料反应活性越高局部温度越高。炉膛设计热负荷容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域壁面热负荷。卫燃带的面积、位置、厚度。,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page59,炉膛（燃烧室）燃烧器,燃烧设备,煤粉燃烧器油燃烧器点火装置,,,,,直流燃烧器旋流燃烧器,一次风喷咀二次风喷咀三次风喷咀,,直流一次风、二次风旋流二、三次风,,电火花点火电弧点火半导体高能点火,空气雾化蒸汽雾化,,,自冷灰斗至炉膛出口的燃烧空间,,燃烧设备的基本概念,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page60,,3煤粉燃烧器,一、旋流燃烧器二、直流燃烧器,燃烧器的作用与要求通过燃烧器的空气,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page61,煤粉燃烧器种类,直流燃烧器旋流燃烧器,回流型燃烧器浓淡燃烧器,一次旋流一次直流二次旋流一次直流二次旋流三次旋流一次旋流二次旋流三次旋流,,,气流没有切向流动速度分量,气流有切向流动速度分量,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page62,,旋流燃烧器,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page63,直流燃烧器,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page64,燃烧器的作用与要求,将燃料与燃烧所需空气,按一定的比例、速度和混合方式,经喷口送入炉膛.保证充分混合、及时着火、稳定燃烧，燃尽火焰在炉内的充满程度好，不冲墙贴壁，避免结渣有较好的燃料适应性和负荷调节范围能减少NOX的生成，减少对环境的污染结构简单，流动阻力较小,,要求,作用,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page65,,进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的，按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入，按作用不同，可分为三种一次风携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需要,,通过燃烧器的空气,二次风待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用,三次风对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的含有10～15细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，这股乏气称为三次风,,,一、旋流燃烧器,1、旋流射流空气动力特性2、旋流燃烧器的结构与类型3、旋流燃烧器的布置,旋流燃烧器出口气流包含有绕燃烧器轴线旋转的旋转射流。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page67,,*旋流燃烧器出口气流包含绕燃烧器轴线旋转的旋转射流。*一、二次风用不同管道与燃烧器连接，燃烧器内一、二次风通道隔开。*二次风射流为旋转射流,一次风射流可以是旋转射流,也可以是直流。,1、旋流射流空气动力特性,1/2,旋流射流具有比直流射流大得多的扩展角，射流中心形成回流区，射流内、外同时卷吸炉内高温烟气，卷吸量大,旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种,从燃烧器喷出的气流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，早期湍动混合强烈,轴向速度衰减较快，射程短，后期扰动弱,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page68,旋流强度n表征旋转程度气流旋转动量矩/轴向动量。随着n的不同，旋转射流有三种不同的流动状态封闭气流n较小，弱旋或不旋，中心没有回流区或回流区较小，回流区负压小，主射流受到压缩，旋转射流呈封闭状态，特性接近直流射流.,旋流射流空气动力特性,开放气流n较大，射流内、外侧的压力差逐渐接近，射流中心形成较大回流区，延长到速度很低处才封闭，形成开放式的结构,2/2,全扩散气流n和扩展角很大，射流外卷吸作用强烈，使外侧压力小于中心压力，整个射流向外全部张开，外侧回流区全部消失,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page69,2、旋流燃烧器的结构与类型,旋流燃烧器根据结构不同，分为蜗壳式旋流燃烧器采用蜗壳作旋流器叶片式旋流燃烧器采用叶片作旋流器,1/6,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page70,旋流燃烧器的类型,直流蜗壳式双蜗壳式轴向可动叶轮式,2/6,,,,,,,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page71,旋流燃烧器的结构,,3/6,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page72,,4/6,,旋流燃烧器图片,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page73,旋流煤粉燃烧器的结构,5/6,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page74,6/6,,旋流煤粉燃烧器的结构,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page75,双调风旋流煤粉燃烧器,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page76,,3、旋流燃烧器的布置,旋流燃烧器前墙布置不受炉膛截面宽、深比限制，布置方便，与磨煤机联接煤粉管道短.主气流上下两端形成明显的停滞旋涡区，炉膛火焰的充满程度较差.炉内火焰的扰动较差，不利于燃烧后期的扰动和混合.,1/2,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page77,,燃烧器前后墙或两侧墙布置两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动性也较强若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣,,旋流燃烧器的布置,旋流燃烧器炉顶布置只在采用W火焰燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用,后面讲述,2/2,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page78,前墙燃烧器,,后墙燃烧器,,,,,,,,,,,,烟气,前后墙对冲燃烧煤粉锅炉,,,二、直流燃烧器,1、直流射流空气动力特性2、直流燃烧器的类型3、直流燃烧器的布置,直流燃烧器出口气流为直流射流或直流射流组。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page80,直流燃烧器图片与四角布置,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page81,直流燃烧器四角布置,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page82,,湍流自由射流是直流燃烧器各喷口以较高的初速（Re≥105）和一定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间（炉膛内充满高温、静止介质（烟气），煤粉浓度为零）的煤粉气流.湍流自由射流除了做整体运动外，流体微团还具有纵向脉动和横向脉动，后者对对热质交换起着重要作用,1、直流射流空气动力特性,1/5,W0C0T0,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page83,,直流射流空气动力特性,2/5,射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动速度差大卷吸大.射流横断面不断扩展，流量Q增加；煤粉浓度C下降；温度T升高；轴向速度W逐渐减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page84,,,,,直流射流空气动力特性,3/5,射流核心区射流中心尚未被周围气体混入，保持初速w0的区域,湍流边界层核心区维持初速w0的边界称为内边界；射流与周围气体的分界称为外边界。内、外边界间区域为湍流边界层，其内为射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体,转折截面核心区消失，只在射流轴线保持初速w0的某点对应的截面。在转折截面前的射流段称为初始段，在转折截面后的射流称为基本段,扩展角射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page85,,卷吸量Q外边界卷吸的高温烟气量圆形喷口的卷吸量小于矩形喷口；一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的直流Q＜旋流Q；直流射流适用于无烟煤，后期混合好,,直流射流空气动力特性,,4/5,射流卷吸周围气体越多，衰减较快。直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射流的衰减较慢,射程L射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的距离射程反映轴向速度wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气体的穿透能力。直流射程L旋流射程L同等条件下,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page86,,,射流的刚度射流组的流动过程射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。刚度不够，射流偏移到炉墙，引起结渣；偏向其他射流，干扰其工作.射流的初始动量越大，刚度越大.,扩展角θθ决定射流的形状及两相邻射流开始混合点.混合点位置对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充有很大影响.直流湍流自由射流的θ相对较小.,直流射流空气动力特性,5/5,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page87,,,2、直流燃烧器均等配风,均等配风燃烧器一、二次风喷口相间布置，即在二个一次风喷口之间或一次风喷口侧部--侧二次风均等布置一个或二个二次风喷口，各二次风喷口的风量分配较均匀均等配风燃烧器一、二次风口间距较小，有利于一、二次风的较早混合，使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧,1/3,,直流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛，根据燃煤特性不同，一、二次风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风,均等配风适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟煤、褐煤型配风方式,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page88,,分级配风燃烧器一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器的下部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保持较大的距离，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中，强化气流的后期混合，促使燃料燃烧与燃尽。分级配风燃烧器一次风喷口高宽比大，卷吸量大；煤粉气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧。,3、直流燃烧器分级配风,2/3,分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式。,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page89,,,,,,下二次风防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小。中二次风是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要风源，风量较大。上二次风提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃烧和燃尽的主要风源，风量较大。燃尽风喷口位于整组燃烧器的最上部，送入剩余15的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内NOX生成量，有利于燃料的燃尽。周界风位于一次风喷口的四周，周界风的风层薄；风量小；风速较高。可防止喷口烧坏，适应煤质的变化。此外，可布置的二次风还有侧二次风、中心十字二次风和夹心风等。,4、直流燃烧器各层二次风的作用,3/3,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page90,切圆燃烧方式的特点煤粉气流着火所需热量，除依靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐射热以外，主要是靠来自上游邻角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热，着火条件好火焰在炉内充满度较好，燃烧后期气流扰动较强，有利于燃尽，煤种适应性强风粉管布置复杂,5、直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式,切圆燃烧方式直流燃烧器的布置炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转。,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page91,邻角气流的横向推力其大小取决于四角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动量矩起主要作用；一次风射流本身的动量（刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素。,,切圆燃烧方式实际气流并不能完全沿轴线方向前进，会出现一定的偏斜，严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙。造成炉膛水冷壁结渣.,,6、一次风煤粉气流的偏斜,,,1/2,增加一次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风射流的偏斜。但一次风速受着火条件限制，不能相应提高；而为加强炉内气流的扰动，二次风速也不宜降低。一、二次风速推荐值见表。,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page92,,,假想切圆直径dJX较大的dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽；但dJX过大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差.,一次风煤粉气流的偏斜,2/2,炉膛和燃烧器的结构特性燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，内侧（向火侧）夹角α1大，且有上游邻角气流横扫过来，补气条件充裕；面向炉墙的一侧（外侧）夹角α2小，且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气，补气条件很差，射流两侧因此出现压差，迫使射流偏向压力低的一侧.,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page93,炉膛内火焰结构,,4煤粉火炬的稳燃技术,1、稳燃原理2、钝体燃烧器3、高浓度煤粉的稳燃作用4、稳燃腔煤粉燃烧器5、双通道煤粉燃烧器6、水平浓缩煤粉燃烧器7、WR燃烧器,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page95,1、稳燃原理,,利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力用钝体产生回流，如钝体燃烧器等；用速度差产生回流，如大速差同轴射流燃烧器；用叶片产生回流，如旋流预燃室；,采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离，浓相0.8～1.2kg煤粉/kg空气处于炉膛内的向火面，有利于着火和燃烧，煤粉淡相0.2～0.4kg煤粉/kg空气处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受煤粉的冲刷磨损、高温腐蚀和结渣.,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page96,,2、钝体燃烧器,钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口1出口处安装一个三角形的非流线形物体钝体2煤粉空气流经钝体后，在钝体后面产生一个较大的高温回流区3,煤粉气流由喷口射出，遇到钝体后，由于煤粉颗粒惯性大，在回流区边缘附近集聚，形成一个高煤粉浓度区域,在钝体的导流下，一次风射流的扩展角显著增大，射流外边界卷吸高温烟气的能力有所增加,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page97,3、高浓度煤粉的稳燃作用,提高煤粉化学反应速度降低煤粉气流着火温度减少煤粉气流的着火热增加辐射吸热量降低污染物Nox的排放,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page98,,4、稳燃腔煤粉燃烧器,稳燃腔煤粉燃烧器由稳燃腔腔体、钝体和煤粉浓淡分离三角滑块组成,稳燃腔腔体腔体使钝体后回流区封闭，煤粉气流经钝体后一段距离仍汇合成一股气流，不致改变炉内气体动力场；将钝体置于腔体内，钝体前腔体有一渐扩段，相对减低了气流的速度，可避免钝体烧坏，减轻磨损,三角形滑块一次风直管段中的三角形滑块可进行煤粉的浓淡分离，在燃烧器出口得到所需的煤粉浓相和淡相进入炉膛燃烧,,钝体置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后形成一个回流区，卷吸炉内的高温烟气加热煤粉气流，强化着火、燃烧,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page99,5、双通道煤粉燃烧器,燃烧器一次风喷口上、下侧各开一个一次风口，形成双一次风通道两股一次风以贴壁射流形式进入一突扩室，其间形成高温烟气回流，稳定煤粉的着火和燃烧,,1/2,两个一次风喷口两侧壁腰部布置腰部二次风腰部风全开，可屏蔽一次风形成的高温烟气回流，用于调节煤粉着火点位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page100,双通道煤粉燃烧器,下一次风口两侧各装1个直径为Φ6～8mm的高速蒸汽射流管流速可在0～音速之间调节。高速气流产生的强烈回流与一次风射流产生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据不同煤种对着火热的要求，通过改变高速蒸汽射流的压力可改变高温烟气回流量。适用于极难燃煤种。,2/2,,双通道煤粉燃烧器是通过改变腰部二次风风量和高速射流蒸汽压力来控制煤粉着火，达到低负荷稳燃和适应煤种变化的目的,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page101,6、水平浓缩煤粉燃烧器,燃烧器一次风管内采用百叶窗式浓缩器百叶窗将一次风在水平方向上分成浓、淡两股气流，百叶窗的最后一级叶片可调，用来调节煤粉的浓缩比，以满足各种负荷和煤种变化的需要,,燃烧器出口设置钝体和侧面风钝体用来形成一定的烟气回流起稳燃作用，侧面风可保护水冷壁避免高温腐蚀和结渣,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page102,,7、WR燃烧器,煤粉气流通过管道弯头时，受离心力的作用分成浓淡两股，喷嘴中间的水平肋片将其保持到离开喷口以后的一段距离，形成煤粉浓淡偏差燃烧。,,煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，将高温烟气不断回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳着火。,WR燃烧器又称直流式宽调节比摆动燃烧器，是一种高浓度煤粉燃烧器.结构简单，由喷嘴前端板、波纹扩流锥及喷嘴整体套装而成,一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；由于周界风和一次风首先混合，还可调节一次风煤粉浓度，以适应煤种变化。,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page103,8、旋风分离式煤粉燃烧器,50％的空气和少量（约占10％～20％）煤粉组成的低浓度煤粉气流从旋风分离器上部的抽气管通过燃烧器乏气喷嘴送入炉膛（三次风）,50％的空气和80以上的煤粉形成的高浓度煤粉气流从旋风分离器下部流出，然后垂直向下通过主燃烧器进入炉膛（一次风）,调节乏气量是适应煤种变化的一种手段煤质变差，开大乏气调节挡板，抽出的乏气量增加，煤粉浓度随之增加，有利于煤粉气流的着火燃烧.,主燃烧器两侧有高速二次风气流同时喷入,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page104,5煤粉炉炉膛及其特性,1、煤粉炉炉膛的作用2、煤粉锅炉炉膛型式3、W型火焰炉膛结构4、W型火焰燃烧方式的特点,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page105,炉膛是燃料燃烧和热交换（主要是辐射能交换）的场所保证燃料燃烧完全（燃料在炉膛内有足够的停留时间）。布置合适的受热面、合理组织炉内热交换满足锅炉容量的要求；同时使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工作所允许的温度。炉膛出口的NOX和SOX等排放量应符合环保要求炉膛结构紧凑，金属耗量少、；制造、安装、检修方便。,1、煤粉炉炉膛的作用,影响炉膛设计的主要因素燃料特性、燃烧方式、排渣方式。,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page106,2、煤粉锅炉炉膛型式,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page107,煤粉锅炉炉膛型式,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page108,3、W型火焰炉膛结构,W形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛（燃烧室）和上部的辐射炉膛（燃尽室）组成。前者的深度比后者约大80～120,燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，并布置燃烧器，煤粉气流和二次风从炉顶拱向下喷射，在燃烧室下部与三次风相遇后，再1800转弯向上流经燃尽室炉膛，形成W形火焰。,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page109,4、W型火焰燃烧方式的特点,1/2,炉膛温度高煤粉喷嘴出口处于燃烧中心炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时可减少对燃尽室的放热着火区水冷壁敷设卫燃带,较低的NOx生成量空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，分段燃烧。可控制较低的过剩空气系数,炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的停留时间,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,Page110,,,,,,,2021/3/25,PrinciplesofBoiler,P