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1、第六章 燃烧原理和燃烧设备1 1 1 1 燃料燃烧的基本原理燃料燃烧的基本原理燃料燃烧的基本原理燃料燃烧的基本原理2 2 2 2 直流煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器3 3 3 3 旋流煤粉燃烧器旋流煤粉燃烧器旋流煤粉燃烧器旋流煤粉燃烧器4 4 4 4 煤粉炉炉膛煤粉炉炉膛煤粉炉炉膛煤粉炉炉膛5 5 煤粉炉点火系统煤粉炉点火系统煤粉炉点火系统煤粉炉点火系统6 6 煤粉燃烧新技术煤粉燃烧新技术煤粉燃烧新技术煤粉燃烧新技术4煤粉炉炉膛uu一、固态排渣煤粉炉的炉膛一、固态排渣煤粉炉的炉膛炉膛的作用、要求和形状炉膛的作用、要求和形状炉膛结构参数炉膛结构参数uu二、燃烧器布置及其炉内
2、空气动力特性二、燃烧器布置及其炉内空气动力特性直流煤粉直流煤粉燃烧器的布置及其炉内空气动力特性燃烧器的布置及其炉内空气动力特性旋流煤粉旋流煤粉燃烧器的布置及其炉内空气动力特性燃烧器的布置及其炉内空气动力特性uu三、煤粉炉的结渣三、煤粉炉的结渣结渣的危害结渣的危害影响结渣的因素影响结渣的因素防止结渣的措施防止结渣的措施 炉膛的作用：炉膛是煤粉燃烧的空间，也是锅炉的换热部件。炉膛的作用：炉膛是煤粉燃烧的空间，也是锅炉的换热部件。炉膛的作用：炉膛是煤粉燃烧的空间，也是锅炉的换热部件。炉膛的作用：炉膛是煤粉燃烧的空间，也是锅炉的换热部件。对炉膛的要求：对炉膛的要求：对炉膛的要求：对炉膛的要求：具有合适
3、的热强度，以保证炉内足够的高温，使煤粉进入炉膛后具有合适的热强度，以保证炉内足够的高温，使煤粉进入炉膛后能迅速稳定地着火；同时能满足煤粉气流在炉内充分发展、均匀混能迅速稳定地着火；同时能满足煤粉气流在炉内充分发展、均匀混合和完全燃烧（即燃料在炉膛内有足够的停留时间）。合和完全燃烧（即燃料在炉膛内有足够的停留时间）。具有良好的炉内空气动力特性，一是避免火焰冲撞炉墙，保证水具有良好的炉内空气动力特性，一是避免火焰冲撞炉墙，保证水冷壁不结渣；二是使火焰在炉膛中有较好的充满程度，减少炉内停冷壁不结渣；二是使火焰在炉膛中有较好的充满程度，减少炉内停滞旋涡区，减少不完全燃烧热损失；三是尽可能减少污染物的生
4、成滞旋涡区，减少不完全燃烧热损失；三是尽可能减少污染物的生成量（炉膛出口的量（炉膛出口的NONOX X和和SOSOX X等排放量应符合环保要求），保护环境。等排放量应符合环保要求），保护环境。炉膛空间内能布置足够的受热面，将炉膛出口烟浊降到灰分软化炉膛空间内能布置足够的受热面，将炉膛出口烟浊降到灰分软化温度温度STST以下，保证炉膛出口及其受热面不结渣。以下，保证炉膛出口及其受热面不结渣。炉膛结构紧凑，金属耗量少，便于制造、安装、检修。炉膛结构紧凑，金属耗量少，便于制造、安装、检修。炉膛结构紧凑，金属耗量少，便于制造、安装、检修。炉膛结构紧凑，金属耗量少，便于制造、安装、检修。对煤质和负荷的变
5、化有较宽的适应性。对煤质和负荷的变化有较宽的适应性。对煤质和负荷的变化有较宽的适应性。对煤质和负荷的变化有较宽的适应性。1、煤粉炉炉膛的作用、要求和形状1、煤粉炉炉膛的作用、要求和形状 影响炉膛设计的主要因素：影响炉膛设计的主要因素：影响炉膛设计的主要因素：影响炉膛设计的主要因素：燃料特性、燃烧方式、排渣方式。燃料特性、燃烧方式、排渣方式。燃料特性、燃烧方式、排渣方式。燃料特性、燃烧方式、排渣方式。影响炉膛的形状尺寸设计的主要因素：影响炉膛的形状尺寸设计的主要因素：影响炉膛的形状尺寸设计的主要因素：影响炉膛的形状尺寸设计的主要因素：燃料种类、燃烧方式、燃烧器布置及火焰的燃料种类、燃烧方式、燃烧
6、器布置及火焰的燃料种类、燃烧方式、燃烧器布置及火焰的燃料种类、燃烧方式、燃烧器布置及火焰的形状和行程等。形状和行程等。形状和行程等。形状和行程等。2、煤粉锅炉炉膛型式 炉膛燃烧器炉膛燃烧器布置方式布置方式型炉型炉切向燃烧切向燃烧半开式半开式型型炉切向燃烧炉切向燃烧型炉对冲型炉对冲（交错）燃烧（交错）燃烧型炉型炉前墙燃烧前墙燃烧W型炉型炉W燃烧燃烧炉膛炉膛型式型式排渣方式排渣方式固态固态液态液态固态固态固态固态固态固态燃烧器燃烧器型式型式直流式直流式直流式直流式旋流式旋流式旋流式旋流式旋流式旋流式直流式直流式煤粉锅炉炉膛型式lowNOxconcentricfiringsystem低低NOx同轴燃
7、烧系统同轴燃烧系统 typicaloverfireairboiler典型的过热空气锅炉典型的过热空气锅炉直流燃烧器的布置，如图直流燃烧器的布置，如图6-12所示的几种形式：所示的几种形式：四角布置切圆燃烧方式一、二次风不等切圆布置一次风靠向火侧布置，二次风靠炉墙侧布置，二次风与一次风之间偏转一定角度。其优点是：保持了邻角气流相互点燃的优势；将火焰与炉墙“隔开”，形成“气幕”，使火焰不贴墙，减轻或避免水冷壁结渣；降低NOx的生成量。其缺点是：容易引起煤粉气流与二次风的混合不良、可燃物的燃烧不充分。四角布置切圆燃烧方式切圆燃烧的炉内空气动力特性 影响一次风煤粉气流偏斜的主要因素有：上游邻角射流的横
8、向推力与一次风射流的刚性 炉膛的断面形状会影响射流两侧的补气条件，如图6-15所示。燃烧器的结构特性：高度和高宽比越大，越不利假想切圆直径的影响：切圆直径大的好处：可使邻角火炬的高温烟气更易于到达下角射流根部，有利于煤粉气流着火；可使炉膛内旋转气流的旋转强度也大，扰动更强烈，使燃烧后期混合加强，有利于燃尽过程。切圆直径大的坏处：一次风射流的偏斜也增大，更容易引起水冷壁结渣；会因炉内旋转气流到达炉膛出口时，仍有较大的残余旋转而引起烟温和过热器汽温偏差。四角切圆燃烧方式存在的主要问题炉内容易结渣；炉膛出口及水平烟道两侧烟温的偏差较大，大容量锅炉这一问题更加严重。运行中各角二次风分配不均，影响炉内火
9、焰中心位置，影响煤粉的燃尽度。采用摆动式燃烧器需经常维护，影响其灵活性。煤粉锅炉炉膛型式有折焰角的前墙布置方式有折焰角的前墙布置方式旋流煤粉燃烧器的布置形式，旋流煤粉燃烧器的布置形式，如图如图6-16所示的几种形式：所示的几种形式：有折焰角的有折焰角的前后墙对冲布置方式前后墙对冲布置方式前前墙墙燃燃烧烧器器后后墙墙燃燃烧烧器器烟气烟气前前后后墙墙对对冲冲燃燃烧烧煤煤粉粉锅锅炉炉旋流燃烧器的布置方式有：前墙布置（L形火焰）、两面墙对冲或交错布置（双L形火焰）前墙布置前墙布置（L形火焰）形火焰）两面墙对冲布置两面墙对冲布置（双（双L形火焰）形火焰）两面墙交错布置两面墙交错布置（双（双L形火焰）形火
10、焰）旋流燃烧器的旋流燃烧器的布置方式有：布置方式有：3、W型火焰炉膛结构 W W W W形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛（燃烧形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛（燃烧形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛（燃烧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。前者室）和上部的辐射炉膛（燃尽室）组成。前者室）和上部的辐射炉膛（燃尽室）组成。前者室）和上部的辐射炉膛（燃尽室）组成。前者的深度比后者约大的深度比后者约大的深度比后者约大的深度比后者约大80808080120%120%120%120%燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，并布置燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，并布置燃尽室前后墙向外扩展
11、构成炉顶拱，并布置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，燃烧器，煤粉气流和二次风从炉顶拱向下喷射，燃烧器，煤粉气流和二次风从炉顶拱向下喷射，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，再在燃烧室下部与三次风相遇后，再在燃烧室下部与三次风相遇后，再在燃烧室下部与三次风相遇后，再18018000转弯向转弯向转弯向转弯向上流经燃尽室炉膛，形成上流经燃尽室炉膛，形成上流经燃尽室炉膛，形成上流经燃尽室炉膛，形成W W W W形火焰。形火焰。形火焰。形火焰。锅炉设备整体布置图片WW型火焰炉膛型火焰炉膛型火焰炉膛型火焰炉膛4、W型火焰燃烧方
12、式的特点炉膛温度高炉膛温度高炉膛温度高炉膛温度高 煤粉喷嘴出口处于燃烧中心煤粉喷嘴出口处于燃烧中心煤粉喷嘴出口处于燃烧中心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，同时炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时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可减少对燃尽室的放热可减少对燃尽室的放热可减少对燃尽室的放热 着火区水冷壁敷设卫燃带着火区水冷壁敷设卫燃带着火区水冷壁敷设卫燃带着火区水冷壁敷设卫燃带较低的较低的较低的较低的NOxNOxNOxNOx生成量生成量生成量生成量空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，空气沿着火焰行程
13、逐步加入，易实现分级配风，空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，分段燃烧分段燃烧分段燃烧分段燃烧。可控制较低的过剩空气系数可控制较低的过剩空气系数可控制较低的过剩空气系数可控制较低的过剩空气系数炉膛内的火焰行程长炉膛内的火焰行程长炉膛内的火焰行程长炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的，增加了煤粉在炉内的，增加了煤粉在炉内的，增加了煤粉在炉内的停留时间停留时间停留时间停留时间W型火焰燃烧方式的特点烟气中的飞灰含量少烟气中的飞灰含量少烟气中的飞灰含量少烟气中的飞灰含量少火焰在下部着火炉膛底部转弯火焰在下部着火炉膛底部转弯火焰在下部着火炉膛底部转弯火焰
14、在下部着火炉膛底部转弯180180180180向上流动时，向上流动时，向上流动时，向上流动时，可使烟气中部分飞灰分离出来可使烟气中部分飞灰分离出来可使烟气中部分飞灰分离出来可使烟气中部分飞灰分离出来有利于组织良好的着火、燃烧过程有利于组织良好的着火、燃烧过程有利于组织良好的着火、燃烧过程有利于组织良好的着火、燃烧过程可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧器，也可采用高浓度煤粉燃烧器器，也可采用高浓度煤粉燃烧器器，也可采用高浓度煤粉燃烧器器，也可采用高浓度煤粉燃烧器有良好的负
15、荷调节性能有良好的负荷调节性能有良好的负荷调节性能有良好的负荷调节性能负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧一、固态排渣煤粉炉的炉膛炉膛结构参数 炉膛容积热强度炉膛容积热强度是指在单位时间、单位炉膛容积内，燃料完全燃烧释放的热量，即 式中 燃料消耗量，kg/h；燃料收到基低位发热量，kJ/kg；炉膛容积，m3。1.炉膛容积热强度炉膛容积热强
16、度在一定程度上反映了煤粉和烟气在炉内停留时间的长短和出口烟气被冷却的程度。，煤粉在炉内停留时间缩短，燃烧可能不完全；同时由于 炉内所能布置的受热面少，烟气冷却不够可能引起炉膛出口受热面结渣。相反，不仅会使锅炉造价和金属耗量增加，还会导致炉膛温度过低，燃烧速度减慢，燃烧不完全。对固态排渣煤粉炉，炉膛容积热强度 大致在90200kW/m3之间。一、固态排渣煤粉炉的炉膛炉膛结构参数炉膛截面热强度炉膛截面热强度是指在单位时间、燃烧器区域单位炉膛横截面积上，燃料完全燃烧放出的热量，即 式中 炉膛橫断面面积，m2。炉膛截面热强度炉膛的大体形状由 和 一起来确定。当 一定时，炉膛就瘦长些，此时，燃烧器区域燃
17、料放出大量热量没有足够的水冷壁受热面来吸收，就会使燃烧器区域的局部温度过高，导致燃烧器区域的结渣；，炉膛就矮胖些，这样燃烧器区域温度太低，又不利于燃料稳定着火。对低挥发分煤，为改善着火条件，应取大些；对灰熔点ST较低的煤，为避免结渣，就取小些。的推荐值随着锅炉容量的增大而增大。值一般在36MW/m2之间。一、固态排渣煤粉炉的炉膛炉膛结构参数燃烧器区域壁面热强度 燃烧器区域壁面热强度是指在单位时间内，燃烧器区域的单位炉壁面积上，燃料完全燃烧放出的热量，即 式中 燃烧器区域壁面面积，m2。一、固态排渣煤粉炉的炉膛炉膛结构参数燃烧器区域壁面热强度 不仅反映了燃烧器区域的温度水平，还能反映燃烧器在不同
18、布置下火焰的分散与集中情况。越大，说明火焰越集中，燃烧区域的温度水平就越高，这对燃料的着火和维持燃烧的稳定是水利的。但是，过高，就意味着火焰过分集中，致使燃烧器区域局部温度过高，容易造成燃烧器区域水冷壁结渣。一般固态排渣煤粉炉 值多在0.92.1MW/m2之间。三、煤粉炉的结渣在炉膛火焰温度为14001600的情况下，灰分呈熔化或软化状态，灰粒是以液态或半液态的形式黏到受热管壁上，然后被受热面管壁冷却形成一层密实的灰渣层，称为结渣。其危害是：使传热减弱、工质吸热量减少，排烟温度升高，排烟热损失增大，锅炉效率降低；炉膛受热面结渣导致炉膛出口烟温升高，过热蒸汽超温，为维持汽温稳定，有时运行中不得不
19、限制锅炉负荷；结渣往往不均匀，因而水冷壁结渣会对水循环系统安全性和水冷壁的热偏差带来不利影响；炉膛出口对流受热面结渣可能堵塞部分烟道，引起过热器热偏差，同时增加烟道阻力和风机电耗；受热面一旦结渣，管壁表面粗糙升高，导致结渣进一步加剧；炉膛上部的渣块掉落下来，会砸坏冷灰斗处的水冷壁管子，甚至堵塞排渣口而导致锅炉被迫停运。三、煤粉炉的结渣影响结渣的因素：燃煤的灰分特性；炉膛的设计特性；燃烧器的安装、检修质量。防止结渣的措施防止受热面附近温度过高；避免炉内生成过多还原性气体；做好燃料管理，保持合适的煤粉细度；加强运行监视，及时吹灰打渣。水冷壁的结渣 结渣的产生结渣的产生液态的软化的渣粒在液态的软化的
20、渣粒在凝固之前冲刷凝固之前冲刷水冷壁或炉墙形成，结渣自动加剧。水冷壁或炉墙形成，结渣自动加剧。结渣的危害结渣的危害 受受热热面面吸吸热热减减少少，炉炉温温升升高高，水水冷冷壁壁高高温温腐腐蚀蚀；燃燃烧烧工工况况恶恶化化；燃燃料料消消耗量增加；耗量增加；炉炉膛膛出出口口烟烟温温及及排排烟烟温温度度升升,过过热热蒸蒸汽汽超超温温；降降低低锅锅炉炉出出力力和和效效率率；炉炉膛膛结渣，煤耗量增加，炉膛出口结渣时，炉膛的负压值减小，严重时甚至会出现正压。结渣，煤耗量增加，炉膛出口结渣时，炉膛的负压值减小，严重时甚至会出现正压。大大块块焦焦渣渣自自行行脱脱落落时时可可能能压压灭灭炉炉膛膛火火焰焰，导导致致
21、熄熄火火，并并会会砸砸坏坏冷冷灰灰斗斗水水冷壁管，造成设备损坏；冷壁管，造成设备损坏；造成烟通的造成烟通的局部堵塞局部堵塞，增加烟道阻力和引风机的负荷，使厂用电增大。，增加烟道阻力和引风机的负荷，使厂用电增大。水冷壁水冷壁管外烟气温度最高，易发生结渣、高温腐蚀及水动力异常。管外烟气温度最高，易发生结渣、高温腐蚀及水动力异常。影响水冷壁结渣因素 煤质特性煤质特性 煤煤灰灰熔熔点点温温度度STST低低，灰灰粒粒向向水水冷冷壁壁运运动动过过程程中中没没有有凝凝固固，易易形形成成结结渣渣。高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣，会高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣，会自动加剧。自动加剧。炉内温度与空气动力场炉
22、内温度与空气动力场 切圆直径偏大，火焰偏斜、贴壁或冲墙形成炉内局部结渣切圆直径偏大，火焰偏斜、贴壁或冲墙形成炉内局部结渣 燃烧器区域壁面热负荷燃烧器区域壁面热负荷q qrrrr q qrrrr较大，燃烧器区域释放的热量大，炉温高，易引起炉内结渣较大，燃烧器区域释放的热量大，炉温高，易引起炉内结渣 卫燃带卫燃带 敷设敷设卫燃带的炉膛炉温较高，易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣卫燃带的炉膛炉温较高，易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣水冷壁结渣的防治 选择适当的炉膛热强度及切圆直径；避免炉内温度过高选择适当的炉膛热强度及切圆直径；避免炉内温度过高 组组织织良良好好的的空空气气动动力力场场，避避免免火火焰焰偏偏斜斜、贴贴壁壁冲冲墙墙；炉炉内内局局部温度过高部温度过高 保保持持适适当当的的过过剩剩空空气气量量，过过剩剩空空气气量量大大，炉炉膛膛出出口口温温升升高高；过过剩剩空空气气量量太太小小，燃燃烧烧不不完完全全，造造成成还还原原性性气气氛氛使使灰灰熔熔点点温温度度降低，促进炉内结渣。降低，促进炉内结渣。避免锅炉超负荷运行避免锅炉超负荷运行 采用采用适当的煤粉细度，提高煤粉的均匀度适当的煤粉细度，提高煤粉的均匀度 加强运行监视，及时吹灰、清渣。加强运行监视，及时吹灰、清渣。1、四角布置的直流燃烧器的调节措施有哪些？2、简述影响一次风煤粉气流偏斜的原因及对锅炉运行的影响？作业与思考题作业与思考题