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1、第五章 燃烧过程和燃烧设备v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。v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 20:20v一、煤的着火、燃烧v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
2、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6095。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12/21/2022v焦炭燃烧阶段气固反应v1动力燃烧v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。v2过渡燃烧v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
3、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。v3扩散燃烧v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。12/21/2022v二、着火、熄火的热力条件v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v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。v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
4、炉中的着火温度，对烟煤为400500C；对贫煤、无烟煤和焦炭为650800C12/21/2022v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。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；Tb112/21/2022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Q2Tb2Tzh12/21/2022Tzh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
5、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TxhQ212/21/2022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12/21/2022三、煤粉的着火三、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
6、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。12/21/2022v四、影响煤粉着火的因素v在煤粉炉中，燃烧所需的空气被分成一次风和二次风。v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；v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
7、煤粉空气混合物的温度升高到煤粉能够着火。v影响煤粉气流着火的主要因素是：v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。v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。12/21/2022v1燃料性质的影响v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。v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
8、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。v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。v煤的细度增加，化学反应速度加快，放热量增加。v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。12/21/2022v2一次风量的影响v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
9、火和燃烧的需要这两个要求。v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。v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=Vdafv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。12/21/2022煤粉燃烧器中的一次风份额煤粉燃烧器中的一次风份额煤 种挥
10、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2100.150.2贫 煤10170.150.2烟 煤17300.250.3烟 煤30500.30.30.4褐 煤370.350.4油 页 岩80900.50.6泥 煤70 在使用300C以上的热风输送煤粉时，r1=0.20.25。12/21/2022v3.一次风温的影响v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=20C时的着火热为100%，则当煤粉空气混合物的初温为T0=300C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
11、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。v我国电厂在燃用无烟煤时，所设计的预热空气温度一般为350420C，以尽量使煤粉空气混合物的初温接近300C。12/21/2022v4.炉内散热条件v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。v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300M
12、W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。12/21/2022v5.燃烧器结构和布置v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。v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
13、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。12/21/2022v6.锅炉负荷v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。v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。v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50BMCR，甚至更低。v综上所述，为组织煤粉气流
14、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；提高一次风温、采用合适的一次风量和一次风速，以减小着火热；采用合适的煤粉细度等。12/21/2022v五、燃烧良好的条件v要组织良好的燃烧过程，其标志就是尽量接近完全燃烧，也就是在保证炉内不结渣的前提下，燃烧速度快，而且燃烧完全，得到最高的燃烧效率。12/21/2022v1.供应合适的空气量v燃料完全燃烧的必要条件。空气量常用过量空气系数来表示，直接影响燃烧过程的过量空气系数是炉膛出口过量空气系数l”。如果l”过小，即空气量供应不足，会增大不完全燃烧热损失q3和q4，使燃烧效
15、率降低；l”过大，会降低炉温，也会增加不完全燃烧热损失。因此，l”有一个最佳值，使（q2q3q4）之和为最小值，这个值要通过燃烧调整试验来取得。v一般l”1.21.2512/21/2022v2.保证适当高的炉温v根据阿累尼乌斯定律，燃烧反应速度与温度成指数关系。因此炉温对燃烧过程有着极其显著的影响。炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧过程便进行得猛烈，燃烧也易于趋向完全。v炉温过高不但会引起炉内结渣，也会引起膜态沸腾，同时因为燃烧反应是一种可逆反应，过高的炉温当然会使正反应速度加快，但同时也会使逆反应（还原反应）加快，逆反应（还原反应）速度加快，意味着有较多燃烧产物又还原，这样同样等于燃烧不完全。
16、v通过试验证明，锅炉的炉温在中温区域（10002000）内比较适宜。当然，在中温区域，在保证炉内不结渣的前提下，可以尽量提高些。12/21/2022v3.足够的燃烧时间v在一定的炉温下，一定细度的煤粉要有一定的时间才能燃尽。煤粉在炉内的停留时间，是煤粉自燃烧器出口一直到炉膛出口这段行程所经历的时间。v在这段行程中，煤粉要从着火一直到燃尽，才能燃烧完全，如果在炉膛出口处煤粉还在燃烧，将增加燃烧热损失,同时会导致炉膛出口烟气温度过高，使过热器结渣和过热汽温升高，运行不安全。v煤粉在炉内的停留时间主要取决于炉膛容积、炉膛截面积、炉膛高度及烟气在炉内的流动速度，这都与炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷有关
17、，即要在锅炉设计中选择合适的数据，而在锅炉运行时切不可超负荷运行。12/21/2022v炉膛容积热负荷v炉膛容积热负荷是指单位时间送入炉膛单位容积的平均热量，以燃料收到基低位发热量计算，单位：kW/m3，可以表示为：12/21/2022vqv越大，则炉膛容积越小，炉膛越紧凑，投资越小。v但过大，则单位炉膛容积在单位时间内的燃煤量过大，炉内烟气流量增加，烟气流速加快，使燃料在炉内的停留时间缩短，不能保证燃料完全燃烧。同时炉膛容积相对较小，布置足够的水冷壁有困难，不但难以满足锅炉容量的要求，而且会使燃烧区域及炉膛出口的烟气温度升高，从而导致炉内及炉膛出口后的对流受热面结渣。v过小，则会使炉膛容积过
18、大，不但造价高，同时会使炉内温度水平降低，燃烧不完全，着火也困难，甚至可能熄火。vqv的选取除与锅炉容量有关外，还与燃烧方式、燃料特性有关。v对于固态排渣煤粉炉：v无烟煤：qv=110140kW/m3v贫 煤：qv=120165kW/m3v烟 煤：qv=140200kW/m3v褐 煤：qv=90150kW/m3。v大容量锅炉的qv要比中、小容量锅炉选得小一些。v600MW级统计qv取值范围84112kW/m3（烟煤）。12/21/2022v炉膛截面热负荷：v炉膛截面热负荷指热负荷按炉膛截面积计算，单位时间送入炉膛的平均热量（以燃料收到基低位发热量计算，单位：MW/m2）12/21/2022v反
19、映燃烧器区域的温度水平v如果过高，说明炉膛截面积小，炉膛横截面周界也小，炉膛呈瘦高形，燃料在燃烧区域放出的热量，周围没有足够的水冷壁受热面去吸收它，使温度过高，当然对着火有利，但却容易引起燃烧器附近受热面结渣。v如果过低，炉膛呈矮胖形，则烟气不能充分利用炉膛容积，烟气在离开炉膛时还未得到充分的冷却，会使炉膛出口以后的受热面结渣；同时燃烧器区域的温度降低，虽然不会结渣，但对着火不利。因此，必须选择合适的炉膛容积热负荷和截面热负荷。v一般：qA=34.5MW/m2v600MW级大容量锅炉，qA=45.9MW/m212/21/2022v燃烧器区域炉壁热负荷：v按照燃烧器区域炉膛单位炉壁面积折算，单位
20、时间送入炉膛的平均热量称为燃烧器区域炉壁热负荷qr 反映了燃烧器区域的温度水平。但qr还能反映火焰的分散或集中情况。qr愈大，说明火焰愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，这对燃料的稳定着火有利，但却容易造成燃烧器区域的壁面结渣。推荐值：褐煤：qr=0.931.16MW/m2无烟煤及贫煤：qr=1.42.1MW/m2；烟煤：qr=1.281.40MW/m2。600MW级大容量锅炉，qr=0.952.1MW/m2（烟煤）。12/21/2022v炉膛壁面热负荷：v炉膛壁面热负荷qf是单位炉膛壁面单位时间吸收的平均热量，也称炉壁热流密度炉膛壁面热负荷qf的数值愈高，表明单位壁面所吸收的热量愈大，说明炉
21、内烟气温度水平愈高。qf如果过大，就会造成水冷壁结渣。此外，qf的数值也是判断膜态沸腾是否会发生的主要指标之一。qf的数值主要决定于燃煤性质，对于固态排渣煤粉炉，qf的建议值为：褐煤，100kW/m2；烟煤和无烟煤，140kW/m2。12/21/2022v4.空气和煤粉的良好混和与扰动v煤粉燃烧是多相燃烧，燃烧反应主要在煤粉的表面进行。燃烧反应速度主要取决于煤粉的化学反应速度和氧气扩散到煤粉表面的扩散速度(过渡燃烧)。v要做到完全燃烧，除保证足够高的炉温和供应合适的空气量之外，还必须使煤粉和空气充分扰动混合，及时将空气输送到煤粉的燃烧表面去，煤粉和空气接触才能发生燃烧反应。v要求燃烧器的结构特
22、性优良，一、二次风配合良好，并有良好的炉内空气动力场。v煤粉和空气不但要在着火、燃烧阶段充分混合，而且在燃尽阶段也要加强扰动混合。因为在燃尽阶段中，可燃质和氧的数量已经很少，而且煤粉表面可能被一层灰分包裹着，妨碍空气与煤粉可燃质的接触，所以此时加强扰动混合，可破坏煤粉表面的灰层，增加煤粉和空气的接触机会，有利于燃烧完全。12/21/2022煤粉锅炉的燃烧设备v煤粉炉的燃烧设备由燃烧室（炉膛）、燃烧器和点火装置组成。12/21/2022炉膛v煤粉炉的炉膛是燃料燃烧的场所，它的四周布满了蒸发受热面（水冷壁），有时也设有墙式再热器，炉膛也是热交换的场所，所以炉膛是锅炉最重要的部件之一。v煤粉炉的炉膛
23、既要保证燃料的完全燃烧，又要合理组织炉内换热、布置适当的受热面以满足锅炉容量的要求，并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。12/21/202212/21/2022炉膛的结构应当满足下列要求：合理布置燃烧器，使燃料迅速着火；有良好的炉内空气动力场，使各壁面的热负荷均匀；既要使火焰在炉膛的充满度好、减少气流的死滞区，而且要避免火焰冲墙、避免结渣。炉膛要有足够的容积和高度以保证燃料在炉内的停留时间并完全燃烧。能够布置适当的蒸发受热面，满足锅炉容量的要求。可靠的水循环动力特性，保证水循环可靠。炉膛出口烟气温度适当以确保炉膛出口及以后受热面不结渣和安全工作。炉膛结
24、构紧凑，金属及其它材料用量少；便于制造、安装、操作和维护。炉膛截面一般为矩形或方形。12/21/2022v炉膛的结构和尺寸与煤种、燃烧方式、燃烧器的型式和布置、火焰的形状和行程等很多因素有关。现代煤粉炉的炉壁是一个由炉墙围成的立体空间，其四壁布满水冷壁，常规的煤粉炉炉膛结构图。1炉膛；2水冷壁；3冷灰斗；4燃烧器；5屏式过热器，6折焰角12/21/2022v在固态排渣煤粉炉炉膛中，煤粉和空气在炉内强烈燃烧，火焰中心温度可达1500以上，灰渣处于液态。v由于水冷壁的吸热，烟温逐渐降低，炉膛出口处的烟温一般要冷却至1100以下，使烟气中的灰渣冷凝成固态，以防止结焦。v煤粉燃烧生成的灰渣分为两部分，
25、其中80%95%为飞灰，它们随烟气向上流动，经屏式过热器进入对流烟道；剩下约5%20%的大渣粒或渣块落入冷灰斗。v炉底是由前后水冷壁管弯曲而成的倾斜灰斗。为了便于灰渣自动滑落，冷灰斗斜面的水平倾斜角应在大于500。12/21/2022v现代大容量锅炉的炉膛顶部都采用平炉顶结构，平炉顶可利用顶棚管过热器作骨架采用敷管炉墙，简化炉顶结构，而且前水冷壁管取消了斜顶棚的倾斜段，使侧墙水冷壁管受热长度相同，水循环情况得到改善。v高压及高压以上压力的锅炉，炉膛上部及炉膛出口处还布置屏式过热器，以降低炉内温度，防止结焦。v后水冷壁上部变成折焰角，折焰角约为炉膛深度的20%30%，折焰角即改善了火焰在炉内的充
26、满程度，又使烟气对屏式过热器的冲刷由斜向改为横向，改善了屏式过热器的传热和磨损。折焰角还延长了水平烟道的长度，便于布置过热器和再热器，使锅炉整体结构紧凑。12/21/2022炉膛截面积：炉膛截面积：A A=ab（a-宽度，宽度，b-深度）深度）炉膛容积：炉膛容积：Vl F1=0.5g(b+p)/2 F2=bh F3=0.5(b+o)i F4=0.5(j+f)o F5=0.5t(j+q)Vl=a(F1+F2+F3+F4+F5)燃烧器区域壁面积：燃烧器区域壁面积：BA(uHt)BA=2(a+b)(c+3000)炉膛投影有效辐射受热面：炉膛投影有效辐射受热面：EPRS Lp=p+m+(h+i)+f+
27、sq+r+n+h EPRS=2(F1+F2+F3+F4+F5)+aLp+Fp FP:炉内过热器有效辐射受热面积炉内过热器有效辐射受热面积炉膛结构计算炉膛结构计算12/21/2022v作业v试根据图示结构和前述热平衡计算结果，计算炉膛结构参数和各热负荷 qv，qA，qr，如热负荷超出范围，推荐炉膛结构，并重新计算12/21/2022燃烧器v燃烧器是煤粉锅炉的主要燃烧设备，其作用是保证燃料和燃烧用空气在进入炉膛时能充分混合、及时着火和稳定燃烧。v送入煤粉炉燃烧器的空气，按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入，按送入空气的作用不同，可将送入燃烧器的空气分为三种，即一次风、二次风和三次风。v一次风即携
28、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，一次风数量一般较少。v待煤粉气流着火后再送入的空气称为二次风。二次风补充煤粉继续燃烧所需要的空气并着重起扰动、混合作用。v当煤粉制备系统采用中间储仓式热风送粉时，在磨煤机内干燥原煤后排出的乏气，因其中含有10%15%的细小煤粉需要充分利用，可将这股乏气由单独的喷口送入炉膛燃烧，这股乏气称为三次风。12/21/2022v煤粉炉燃烧器的基本要求：（1）能使煤粉气流稳定地着火；（2）着火以后，一、二次风能及时合理混合，确保较高的燃烧效率；（3）火焰在炉内的充满程度好，且不会冲墙贴壁，避免结渣；（4）有较好的燃料适应性和负荷调节范围
29、；（5）阻力较小；（6）能减少NOx的生成，减少对环境的污染。按其出口气流特性分为两大类：v直流燃烧器：其出口气流为直流射流或直流射流组的燃烧器。v旋流燃烧器：其出口气流为旋转射流的燃烧器。12/21/2022v旋流燃烧器v在旋流燃烧器中，携带煤粉的一次风和不携带煤粉的二次风分别用不同的管道与燃烧器连接。在燃烧器中，一、二次风的通道也是隔开的。二次风射流都是旋转射流，一次风射流可以是旋转射流也可以是不旋转的直流射流，但燃烧器总的出口气流都是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流。v布置：前墙或前后墙v旋流的产生：蜗壳、导向叶片。出口气流一边旋转，一边螺旋式运动，形成带旋转运动的扩展射流v喷口：圆形v特
30、点：扩散角大，回流区大，早期混合强烈，但衰减快，后期混合较差，射流较短v应用：高挥发分的烟煤和褐煤 12/21/2022旋流强度对旋转射流特性的影响 12/21/2022v随着旋流强度的不同，旋转射流的气流结构型式不同。当旋流强度很小时，出口气流不旋转或者旋转很微弱，这时的气流称为弱旋转气流，如图(a)所示。这时气流中心不出现回流区，或回流区很小，变成基本上是封闭气流，它不具有旋转射流的一般特性。v当逐步增大旋流强度时，射流内、外侧压力逐步接近，这时，沿着主气流方向，有中心回流区，并且中心回流区延长到主气流速度很低时才封闭，这种气流称为开放气流，如图(c)。v如果再继续增大旋流强度到一定程度，
31、扩展角随之增大，气流外侧压力小于中心回流区的压力。气流在内外侧压力差的作用下，向四周扩展开来，形成全扩散气流，如图(b)所示。这样的气流离开燃烧器后便会贴墙运动（飞边），就会使燃烧器喷口烧坏，也会使燃烧器周围结渣。因此在实际应用时，应控制适当的旋流强度，使气流成为开放气流。而且要能回流大量高温烟气到火炬根部，加速燃料的着火和燃烧。12/21/2022v旋流燃烧器外形12/21/2022旋流燃烧器出口12/21/202212/21/2022单蜗壳旋流燃烧器 1扩流锥;2一次风扩散管口;3一次风管;4二次风蜗壳;5一次风连接管;6二次风蛇形挡板;7法兰;8点火喷雾嘴口12/21/2022v双蜗壳旋
32、流燃烧器12/21/2022v单蜗壳，双蜗壳v特点:v结构简单、操作方便v调节性能差，流动阻力大，不适于直吹式制粉系统v外形尺寸较大、速度和浓度分布不均匀v煤种适应性差v很少采用12/21/2022轴向叶片式旋流燃烧器1拉杆；2一次风口；3一次风舌形挡板；4一次风管；5二次风叶轮；6二次风壳；7油喷嘴；8扩流锥；9二次风进口12/21/2022v利用轴向叶片使二次风气流产生旋转。v这种燃烧器的二次风是通过轴向叶片的导向，形成旋转气流进入炉膛的。燃烧器中的轴向叶片可以是固定的，也可以是移动可调的。v一次风有不旋转的和旋转的两种，调节比较灵活，调节性能也较好。v这种燃烧器的中心回流区较小、较长，因
33、此只适合燃用易着火的高挥发分燃料。v在 我 国，主 要 用 来 燃 用 Vdaf25%，低 位 发 热 量Qnet,ar16800kJ/kg 的烟煤和褐煤，还没有用它燃用贫煤和无烟煤的经验。12/21/2022切向叶片可调式旋流燃烧器12/21/2022v这种燃烧器的一次风也有旋转和不旋转两种，二次风则通过可动的切向叶片，变成旋转气流送入炉膛。v这种燃烧器的阻力较小，为使一次风能形成回流区，常在一次风出口中装有一个多层盘式稳焰器，稳焰器可以前后移动，以调节中心回流区的形状和大小。v这种切向可动叶片旋流燃烧器，一般只适合于燃用Vdaf25%的烟煤。12/21/2022德国Babcock低氮型DS
34、双调风旋流分级燃烧器12/21/2022v切向叶片式低NOx旋流燃烧器（邹县5机组）FosterWheeler12/21/2022东锅HT-NR3低NOx燃烧器12/21/202212/21/202212/21/2022（a）前墙布置；（b）两面墙对冲或交错布置；（b-1）两面墙交错布置；（b-2）两面墙对冲布置；（c）半开式炉膛对冲布置；（d）炉底布置；（e）炉顶布置旋流燃烧器的布置方式12/21/2022（a）前墙布置；（b）相对对冲布置；（c）相对错开布置 12/21/2022v1.前墙布置v优点：(1)煤粉管道短，阻力小；且煤粉及空气的分配比较均匀（因为磨煤机一般布置在炉前）。(2)炉
35、宽和对流烟道的宽度及汽包的长度便于相互配合，可以不受炉膛截面宽、深比的限制。(3)当燃烧器单只功率选择恰当并布置合理时，炉膛出口烟气温度偏差较小。v缺点：(1)炉膛火焰充满度较差，使炉膛空间的有效利用率降低（后墙上部的折焰角可稍起补偿作用）。(2)炉内火焰扰动较小，后期混合较差。(3)负荷过低需要切断部分燃烧器时，会引起炉内温度分布和烟气流速不够均匀。12/21/2022v2.对冲布置（主要指前后墙对冲）v优点：(1)炉内火焰充满好，扰动强。(2)沿炉膛宽度的烟温及速度分布比较均匀，对过热器保护好，且过热器温偏差也较小（对冲布置时该偏差22C，四角布置时则为55C左右）。(3)防结渣性能较好，
36、因为热量输入沿炉宽较均匀，避免了炉膛中部烟温过高。v缺点：(1)风、粉管道的布置比较复杂。(2)为在后墙布置燃烧器，加大后墙与对流井之间距离，使锅炉布置不够紧凑。12/21/2022v如果锅炉容量较小，一般将旋流燃烧器布置在前墙，单排布置或多排布置，锅炉容量较大时，则可采用前后墙或两侧墙对冲或交错布置，单排或多排布置。12/21/2022v邹县电厂5机组旋流燃烧器布置图-前后墙对冲布置12/21/2022锅炉燃烧器前墙布置方案锅炉燃烧器前墙布置方案 12/21/2022e.火炬向下f.火炬向上旋转方向对炉内整体气流的影响12/21/2022直流燃烧器12/21/20221喷口；2等速核心区；3
37、射流边界层；4射流外边界；5射流内边界；6射流源点；7扩散角；8速度分布 由于射流的卷吸作用，与周围烟气进行着强烈的物质交换和热量交换，不断地将烟气卷吸到射流中来，随射流一起运动，因此射流的流量逐渐增加，截面逐渐扩大，流速逐渐减小。12/21/2022v喷口尺寸越大，初速越高，即初始动量越大，射程越长。射程长表示射流衰减慢，在烟气介质中贯穿能力强，对后期混合有利。集中大喷口比分散的多个小喷口的射流的射程长。v当喷口流通截面不变时，将一个大喷口分成多个小喷口，由于射流周界面增大，卷吸烟气量也增加。v对于矩形截面的喷口，当初速与喷口流通面积不变时，随喷口高宽比的增大，射流周界面增大，卷吸能力也增大
38、。v射流卷吸周围烟气后流量增加，流速自然会衰减下来。卷吸能力越强速度衰减越快，射程就越短。v炉膛并非无限大的空间，在炉内微小的扰动，也会导致射流偏离原有轴线方向发生偏转。v射流抗偏转的能力称为射流的刚性。射流的动量愈大，刚性愈强。对矩形截面喷口，喷口的高宽比愈小，刚性愈好。v在炉内几股射流平行或交叉时，一般是刚性大的射流吸引刚性小的射流，并使其偏转。12/21/2022v直流煤粉燃烧器喷出的一、二次风都是不旋转的直流射流，喷口一般都是狭长形。直流煤粉燃烧器可以布置在炉膛的前后墙、炉膛四角或炉膛顶部，从而形成不同的燃烧方式，如切圆燃烧方式、U形、W形火焰燃烧方式等。v我国直流燃烧器放在炉膛四角的
39、切圆燃烧方式应用得最为广泛。v其特点为：v流动：强烈旋转，螺旋上升，旋转大火球v着火条件好v煤种适应性广v后期扰动混合强烈，燃尽条件好12/21/2022直流燃烧器布置煤粉燃烧火焰方式(a)切圆燃烧方式(b)U形火焰燃烧方式(c)W形火焰燃烧方式 12/21/2022（a）正四角布置；（b）正八角布置；（c）大切角正四角布置；（d）同向大小双切圆方式；（e）正反双切圆方式；（f）两角相切，两角对冲方式；（g）双室炉膛切圆方式；（h）大切角双室炉膛方式 12/21/2022v四角布置的直流燃烧器射出的四股气流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。v一方面由于气流在炉膛中心发生旋转，另一方面由于引
40、风机抽力、迫使气流上升，在炉膛中心形成一股螺旋上升的气流。v从着火角度来看，每股煤粉气流除依靠本身卷吸高温烟气和接受炉膛辐射热外，由于每只燃烧器都能将一部分高温火焰吹向相邻燃烧器的根部，形成相邻煤粉气流互相引燃。此外，气流旋转上升时，由于离心力的作用，气流向四周扩散，使炉膛中心形成负压(即真空)，造成高温烟气由上向下流到火焰根部。因此，煤粉气流有比较理想的着火条件。v从燃烧角度来看，由于气流在炉膛中心强烈旋转燃烧，煤粉与空气的混合较好，炉膛中心火焰温度高，这就加速了煤粉的燃烧，所以煤粉气流的燃烧条件也是理想的。v从燃尽角度来看：由于旋转上升气流即改善了炉内气流的充满度，又延长了煤粉在炉内停留的
41、时间，这对煤粉的燃尽是有利的。12/21/2022直流燃烧器结构及分类v直流煤粉燃烧器的出口是由一组圆形、矩形或多边的喷口所组成。v一次风煤粉气流、二次风和中间储仓式制粉系统热风送粉时的乏气（三次风）均分别由不同喷口以直流射流的形式喷入炉膛。v燃烧器喷口之间保持一定距离，以满足煤粉稳定着火和燃烧的需要，高度方向上整个燃烧器呈狭长形。v喷口射出的直流射流多为水平方向，也有的向上或向下倾斜一定角度。在国内，直流燃烧器就常采用可摆动式的，锅炉运行时可上、下摆动200250的角度，主要用于调节再热汽温。v根据一二次风口的布置分为：均等配风分级配风12/21/2022均等配风燃烧器一次风12/21/20
42、22侧二次风均等配风直流燃烧器 12/21/202212/21/2022外高桥三期燃烧器布置外高桥三期燃烧器布置12/21/2022v均等配风结构特点：v一、二次风喷口相间布置，即在两个一次风喷口之间均等布置一个或两个二次风喷口，或者在每个一次风喷口的背火侧均等布置二次风喷口。一、二次风相互紧靠，只有较小的间距。这样有利于一、二次风的较早混合，使一次风煤粉气流在着火后就能够得到足够的空气补充。v燃烧器最高层为上二次风喷口：供应上排煤粉燃烧器所需的空气；提供炉内未燃尽的煤粉继续燃烧时所需空气；强化燃尽阶段的混合。v最低层为下二次风喷口：供应下排煤粉燃烧器所需空气；把煤粉气流中析出的大颗粒托住，延
43、长在炉内的停留时间，减少q4损失；降低炉膛下部温度，防止结焦。12/21/2022分级配风燃烧器 12/21/2022上锅煤粉燃烧器上锅煤粉燃烧器 12/21/2022v分级配风燃烧器，适用于无烟煤和难着火的贫煤。v分级配风的原则是：待一次风煤粉气流着火后，仅送入部分二次风，待燃烧继继扩展后，再以高速喷入二次风，与已燃烧的煤粉气流强烈混合，这种布置可以加强煤粉气流的后期混合，促使残余焦炭燃尽。v在分级配风方式中，常将一次风口集中布置。这种布置燃烧器的高宽比较小，可以加大煤粉气流对高温烟气的卷吸能力，增强气流的刚度和穿透能力，使煤粉气流集中，燃烧集中，火焰中心温度水平提高，对燃烧一些难着火的煤种
44、有利。v上二次风和中二次风不但保证煤粉气流燃烧所需要的氧气，而且加强了气流扰动，强化了混合过程；上二次风向下倾斜50 150，以压低火焰中心位置；下二次风从煤粉气流下侧提供氧气，并防止火焰下冲。12/21/2022v在燃用低挥发分煤的直流燃烧器的一次风喷口四周，有时常布置一层二次风，称为周界风。布置周界风有利于将周围的高温烟气卷吸进一次风煤粉气流中，以提高煤粉气流的温度，有利于煤粉气流的着火，也可保护一次风喷口防止烧坏。v如果设计和使用不当，周界风反而会妨碍一次风与高温烟气的接触。a）周界风；（b）夹心风；（c）十字风 12/21/2022v为了避免周界风妨碍一次风直接卷吸高温烟气的不利影响，
45、可以布置夹心风。即竖直布置在一次风口中的一个二次风喷口。v夹心风的作用在于：能及时补充煤粉气流着火后燃烧所需要的空气，但却不影响着火；并可以提高一次风射流的刚性，使一次风射流减少偏斜；强化了煤粉气流的湍流脉动，有利于煤粉和空气的混和；改变夹心风量的大小，可以作为煤种和负荷变动时燃烧调节的手段。12/21/2022v锅炉不同负荷时燃烧器的投入方式 运行方式锅炉负荷MCR5磨运行80%100%4磨运行70%80%3磨运行40%70%2磨运行（10%30%BMCR煤油混烧）10%40%油枪运行030%12/21/2022四角布置切圆燃烧的主要问题 v(1)一次风煤粉气流的偏斜v在实际燃烧过程中，从燃
46、烧器喷口射出的气流并不能保持沿喷口几何轴线方向前进，而会出现一定程度的倾斜，实际气流的切圆直径总是大于假想切圆直径。v由于一次风煤粉气流动量最小，刚性最差，因此一次风煤粉气流的偏斜也最厉害。虽然适当的偏斜对煤粉气流的引燃有利，但偏斜严重时，会导致煤粉气流冲刷炉墙而造成水冷壁结渣，因此应避免一次风煤粉气流的偏斜。12/21/2022v影响一次风煤粉气流偏斜的因素主要有：v1)射流两侧的补气条件。煤粉气流的两侧卷吸炉内烟气，在射流两侧形成负压区，但侧烟气补气条件比侧要充分的多，气流两侧的压力不同，就存在压差。在此压差作用下，迫使射流向侧偏转，因此一般应采用正方形炉膛或炉膛宽深比小于1.1，切圆的直
47、径也不宜过大。但切圆直径太小，会使炉内气流旋转和混合不强烈，不利于煤粉气流的着火和燃烧，一般假想切圆直径为6001200mm。将同一角的燃烧器分成上下2组，中间留有一定距离，就可以起到平衡气流两侧压力的作用，防止偏斜。v2)上游邻角射流的横向推力与射流的刚性。由于直流射流的动量大，因此上游邻角射流对下游射流会产生较大的横向推力，迫使下游流向炉墙一侧偏斜。一次风动量愈大，射流刚性愈强，一次风射流抵抗偏斜的能力就愈强，射流的偏斜也就愈小。v3)燃烧器的结构特性。燃烧器的高宽比或一次风喷口的高宽比愈大，射流的刚性或一次风的刚性就越小，就越容易产生偏斜。因此当燃烧器高度过大时，也应该对燃烧器进行分组。
48、12/21/202212/21/2022v(2)炉内容易结渣v炉内温度或炉内局部温度过高、煤的灰燃点降低时，处于熔融状态的灰粒粘黏并积聚在受热面或炉墙上的现象称为结渣。v如果一次风速过低，煤粉气流着火离燃烧器喷口太近，燃烧器周围容易结渣；一次风管风量分布不均易造成炉膛火焰偏斜，炉膛火焰中心向风量小的一角倾斜，使其附近水冷壁结渣；二次风速低、刚性弱，对一次风的保护能力降低，一次风容易贴壁，还会使一次风在着火早期得不到足够的氧量而产生还原性气氛，造成炉内结渣；当采用摆动式燃烧器向下摆动调节汽温时，如下排燃烧器距冷灰斗转弯处较近，易造成冷灰斗结渣等。12/21/2022v(3)炉膛出口及水平烟道两侧
49、烟温的偏差较大v在四角燃烧锅炉中，燃烧器区域的高温火炬是强烈旋转的，在炉膛出口处，虽然旋转强度有所减弱，但仍存在较大的残余旋转，造成炉膛出口处烟温和烟速的偏差，导致过热器、再热器的热偏差，甚至超温爆管。v一般炉膛出口处的烟温偏差能达100，严重时甚至达到300。气流逆时针方向旋转时，左侧烟温高于右侧烟温，左侧烟速高于右侧烟速。v(4)采用摆动式燃烧器需经常维护v采用摆动式燃烧器的目的是调节再热蒸汽温度。但由于燃烧器长期面对炉内高温火焰的烘烤，极易因超温变形而卡涩。为避免卡涩，应定期进行维护，保证其动作的灵活性。12/21/2022v（5）炉膛灭火v由于锅炉炉膛内煤粉气流的存量小，炉内的热容量就
50、很小，因此一旦煤粉气流中断，或煤质变差，或锅炉负荷过小，就极易产生锅炉灭火，因此在锅炉低负荷运行或煤质很差时，就要严密监视运行状态，防止发生灭火事故。12/21/2022煤粉燃烧器稳燃技术钝体燃烧器 12/21/2022船形火焰稳定器（徐旭常）12/21/2022低NOx燃烧器 12/21/2022PM燃烧器（日本三菱）Pollutant Minimum12/21/2022WR宽调节比燃烧器（美国CE）可用于水平和垂直安装 12/21/202212/21/2022W火焰炉膛12/21/2022W火焰燃烧器12/21/202212/21/2022一次风置换燃烧器12/21/2022炉内脱氮新技术