電廠鍋爐煤粉燃燒概論

1、電廠鍋爐燃燒電廠鍋爐燃燒理論概述理論概述炭粒的燃燒過程與影響因素炭粒的燃燒過程與影響因素燃燒的三個區(qū)域燃燒的三個區(qū)域著火和熄火的熱力條件著火和熄火的熱力條件煤粉氣流著火的影響因素煤粉氣流著火的影響因素燃燒完全的條件燃燒完全的條件直流射流的特性、直流燃燒器的種類、特點、布直流射流的特性、直流燃燒器的種類、特點、布置方式置方式旋流射流的特性、旋流燃燒器的種類與特點、布旋流射流的特性、旋流燃燒器的種類與特點、布置方式置方式本節(jié)重點及難點本節(jié)重點及難點第一節(jié)第一節(jié) 煤粒燃燒過程：首先被預(yù)熱干燥,蒸發(fā)出水分,然后開始析出揮發(fā)物;析出的揮發(fā)物在足夠高的溫度下,與周圍空間中的氧作用在煤粒附近著火燃燒,形成光

2、亮的火焰;揮發(fā)物燃燒時 ,煤粒被加熱,當(dāng)揮發(fā)物析出并燃燒完畢后,煤焦已是足夠熱,足可以和擴散進(jìn)入的氧化合物進(jìn)行燃燒反應(yīng), 此時揮發(fā)物的可見火焰燃燒已漸為煤焦的無焰燃燒所代替。 揮發(fā)物的燃燒有兩個作用: 妨礙煤焦本身的燃燒(氧先被揮發(fā)物截去消耗掉) 加熱煤焦,對煤焦著火燃燒有利。 揮發(fā)分析出的過程就是熱分解過程, 揮發(fā)分析出速度與時間的關(guān)系是指數(shù)函數(shù)關(guān)系, 即隨時間的增加而遞減。關(guān)于揮發(fā)分析出的過程目前有兩種不同見解: 某些碳粒燃燒理論研究者認(rèn)為(傳統(tǒng)見解): 煤的主要成分是焦炭, 焦炭的燃燒速度決定了煤粒的燃燒速度。揮發(fā)分的析出只是在燃燒開始階段的一個短暫過程, 還不到煤粒燃燒時間的10,而焦

3、炭的燃燒時間要占90以上。這種論點的根據(jù)就是根據(jù)煤粒質(zhì)點燃燒跡象的攝影試驗 ,在試驗過程中發(fā)現(xiàn)有短暫的閃光掠過, 被認(rèn)為是揮發(fā)分的完全燃燒時間。 最新研究資料表明:在煤粒燃燒過程中,揮發(fā)分并不是僅在開始階段析出,而是不斷析出,其析出過程和焦炭燃燒交叉進(jìn)行,幾乎延續(xù)到煤粒燃盡的最后階段,因而使得煤粒附近的物理化學(xué)更為復(fù)雜。有人的解釋為: 煤粒中心的熱分解過程進(jìn)行的速度取決于煤粒直徑的大小, 以及周圍溫度、壓力、氣流運動等。 當(dāng)煤粒受熱時,煤粒外層的水分、油質(zhì)等首先蒸發(fā)汽化,蒸發(fā)的氣體和水蒸氣在周圍形成壓力,這個壓力使氣體和水蒸氣向煤粒內(nèi)部和外部擴散。一部分氣體通過外殼的氣孔向外擴散;另一部分向煤

4、粒內(nèi)部擴散,到達(dá)煤粒中心時,因該處溫度較低,氣體就凝結(jié)。這樣,揮發(fā)分的析出就受到了抑制,使得析出過程拖得很長。 揮發(fā)分陸續(xù)不斷地析出,就更加劇了煤粒周圍濃度埸的復(fù)雜性。 目前, 對于揮發(fā)物在煤粒燃燒過程中的作用問題還是研究的比較少的。從進(jìn)一步的研究結(jié)果表明, 煤焦的燃燒并不象我們所設(shè)想的那樣在揮發(fā)物完全燒完后才開始的 ,而是和揮發(fā)物的燃燒一起交叉進(jìn)行,而且相互作用,相互影響著。因此,我們在討論中,把煤粒燃燒分成揮發(fā)物燃燒階段和碳粒燃燒階段,這只能是近似的分析。近些年來,已有人開始探討揮發(fā)物析出在煤粒過程中的影響問題。 例如,實驗表明,煤粒的燃燒速度比煤焦炭有所降低 ,這顯然是揮發(fā)物的燃燒對煤粒

5、燃燒過程具有一定的 抑制作用。隨著揮發(fā)物的逐漸燒盡,對于煤粒燃燒速度的這種抑制作用的影響也將逐漸減小。 關(guān)于煤粒燃燒速度的計算是比較復(fù)雜的, 在計算時必須考慮揮發(fā)物與焦炭顆粒同時燃燒等因素,因此目前來說,有關(guān)煤粒燃燒速度的精確計算公式還是不易導(dǎo)出的, 一般所使用的都是一些近似公式, 課本中公式P249(7-46)就是一個近似公式.定義定義： 單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加，單位物濃度的增加，單位 對于反應(yīng)對于反應(yīng) 瞬時化學(xué)反應(yīng)速度可表示為瞬時化學(xué)反應(yīng)速度可表示為3molmshHgGbBaAtcAAddtcBBddtcGGddHHdCdt濃度濃度溫度

6、溫度壓力壓力催化反應(yīng)催化反應(yīng)炭粒與氧的燃燒化學(xué)反應(yīng)是在炭粒表面進(jìn)炭粒與氧的燃燒化學(xué)反應(yīng)是在炭粒表面進(jìn)行的。由于化學(xué)反應(yīng)消耗氧，炭粒反應(yīng)表行的。由于化學(xué)反應(yīng)消耗氧，炭粒反應(yīng)表面氧濃度面氧濃度CB小于周圍介質(zhì)中的氧濃度小于周圍介質(zhì)中的氧濃度CO，周圍環(huán)境的氧不斷向炭粒表面擴散。周圍環(huán)境的氧不斷向炭粒表面擴散。氧擴氧擴散過程的快慢散過程的快慢用氧的擴散速度表示。用氧的擴散速度表示。B0ksksCC ksoBCCRedNu 相對速度2oksksDNud0.5ksrE RTTke隨溫度變化緩慢受溫度影響大kskskskskskkkkk和同時提高過渡區(qū)：加強擾動等提高擴散區(qū)：提高反應(yīng)系統(tǒng)的溫度提高動力區(qū)：

7、減小粒徑減小粒徑層燃爐層燃爐煤粉爐煤粉爐擾動擾動炭粒直徑炭粒直徑強制通風(fēng)強制通風(fēng)擾動擾動、炭粒直徑、炭粒直徑溫度溫度、燃料性質(zhì)、燃料性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié)著火前的準(zhǔn)備階段著火前的準(zhǔn)備階段燃燒階段燃燒階段燃盡階段燃盡階段 用時最長用時最長7575三個過程既串聯(lián)又并聯(lián)三個過程既串聯(lián)又并聯(lián)煤粉氣流的著火煤粉氣流的著火 由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的燃燒狀態(tài)的瞬間過程稱為著火，轉(zhuǎn)變時的瞬間溫燃燒狀態(tài)的瞬間過程稱為著火，轉(zhuǎn)變時的瞬間溫度稱為著火溫度度稱為著火溫度著火、熄火的熱力條件著火、熄火的熱力條件 煤粉氣流燃燒時要煤粉氣流燃燒時要放出熱放出熱量量，同時又向周圍介質(zhì)，同時又向周圍介

8、質(zhì)散熱散熱。這兩個互相矛盾過。這兩個互相矛盾過程的發(fā)展，可能使燃燒過程發(fā)生（著火）或者停程的發(fā)展，可能使燃燒過程發(fā)生（著火）或者停止（熄火）止（熄火）定義定義 將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量計算計算1111001004.191002510100100garzhkrqzharqzhMQV ccMcttMMtct 一次風(fēng)一次風(fēng)煤粉煤粉水分水分爐后水分爐后水分燃料性質(zhì)燃料性質(zhì)一次風(fēng)性質(zhì)一次風(fēng)性質(zhì)爐內(nèi)散熱條件爐內(nèi)散熱條件燃燒器結(jié)構(gòu)特性燃燒器結(jié)構(gòu)特性鍋爐負(fù)荷鍋爐負(fù)荷供應(yīng)充足而又合適的空氣量（供應(yīng)充足而又合適的空氣量（Air）適當(dāng)高的爐溫適當(dāng)高的爐溫(Temper

9、ature)空氣和煤粉的良好擾動和混合空氣和煤粉的良好擾動和混合(Turbulence)在爐內(nèi)要有足夠的停留時間在爐內(nèi)要有足夠的停留時間(Time)43qq100第三節(jié)第三節(jié)燃燒空間燃燒空間換熱部件換熱部件足夠的空間和合理的結(jié)構(gòu)，以足夠的空間和合理的結(jié)構(gòu)，以組織組織燃燒，減小不完全燃燒損失燃燒，減小不完全燃燒損失有合理的溫度場和良好的爐內(nèi)空氣有合理的溫度場和良好的爐內(nèi)空氣動力特性，動力特性，保證穩(wěn)定完全燃燒保證穩(wěn)定完全燃燒；避；避免火焰沖墻，免火焰沖墻，防止水冷壁結(jié)渣防止水冷壁結(jié)渣布置足夠的輻射受熱面，布置足夠的輻射受熱面，保證爐膛保證爐膛出口煙溫出口煙溫，防止?fàn)t膛出口及其后的防止?fàn)t膛出口及其

10、后的受熱面結(jié)渣受熱面結(jié)渣直流燃燒器直流燃燒器旋流燃燒器旋流燃燒器射程射程 射流軸向速度射流軸向速度w wm m與射流初始速度與射流初始速度w w0 0的比值降低的比值降低到某一不為零的數(shù)值（如到某一不為零的數(shù)值（如0.050.05）時的截面與噴口間）時的截面與噴口間的距離的距離 卷吸能力卷吸能力剛性剛性 射流抗偏轉(zhuǎn)的能力射流抗偏轉(zhuǎn)的能力擴展角擴展角 均等配風(fēng)均等配風(fēng) 適用于燃用高揮發(fā)分煤種，常稱為適用于燃用高揮發(fā)分煤種，常稱為煙煤、褐煙煤、褐煤型煤型配風(fēng)方式。配風(fēng)方式。分級配風(fēng)分級配風(fēng) 適合于燃用低揮發(fā)分煤種或劣質(zhì)煤，常稱為適合于燃用低揮發(fā)分煤種或劣質(zhì)煤，常稱為無煙煤和貧煤無煙煤和貧煤配風(fēng)方式

11、。配風(fēng)方式。 相間布置相間布置均等布置均等布置風(fēng)量分配較均勻風(fēng)量分配較均勻間距較小間距較小著火后能迅速獲著火后能迅速獲得足夠的空氣得足夠的空氣一次風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng) 一次風(fēng)噴口相對一次風(fēng)噴口相對集中布置集中布置，并靠近燃燒器的，并靠近燃燒器的下部，下部，二次風(fēng)噴口則分層布置二次風(fēng)噴口則分層布置，一、二次風(fēng)噴，一、二次風(fēng)噴口間口間保持較大的距離保持較大的距離，燃燒所需要的，燃燒所需要的二次風(fēng)分二次風(fēng)分階段送入階段送入燃燒的煤粉氣流中，有利于揮發(fā)份低燃燒的煤粉氣流中，有利于揮發(fā)份低的無煙煤、貧煤燃燒。的無煙煤、貧煤燃燒。二次風(fēng)二次風(fēng)分級風(fēng)分級風(fēng)一次風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)二次風(fēng)分級配風(fēng)圖上、下

12、二次風(fēng)上、下二次風(fēng)周界風(fēng)周界風(fēng)夾心風(fēng)夾心風(fēng)十字風(fēng)十字風(fēng)位于燃燒器上方位于燃燒器上方具有一定的下傾角（具有一定的下傾角（715）風(fēng)速：風(fēng)速：50 60m/s寬調(diào)節(jié)比燃燒器（寬調(diào)節(jié)比燃燒器（WR燃燒器）燃燒器）PM燃燒器燃燒器原理：煤粉穩(wěn)燃技術(shù)原理：煤粉穩(wěn)燃技術(shù) 低低NOxNOx燃燒技術(shù)燃燒技術(shù)煤粉氣流通過管道彎頭時，受離心力作用分成煤粉氣流通過管道彎頭時，受離心力作用分成濃淡兩股濃淡兩股煤粉噴嘴出口處的波紋擴流錐，可在噴嘴出口形成一個煤粉噴嘴出口處的波紋擴流錐，可在噴嘴出口形成一個穩(wěn)定的回流區(qū)穩(wěn)定的回流區(qū)一次風(fēng)噴嘴設(shè)有一次風(fēng)噴嘴設(shè)有周界風(fēng)周界風(fēng)，可避免一次風(fēng)噴口燒壞；，可避免一次風(fēng)噴口燒壞；切向

13、燃燒方式切向燃燒方式U型火焰燃燒型火焰燃燒W型火焰燃燒型火焰燃燒出口氣流是一股繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)出口氣流是一股繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)射流，煤粉氣流著火熱量，來源于旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)射流，煤粉氣流著火熱量，來源于旋轉(zhuǎn)射流內(nèi)、外邊界同時卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃?。卷吸量?nèi)、外邊界同時卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃?。卷吸量較大但射程短，適用于揮發(fā)份較高的煤種。較大但射程短，適用于揮發(fā)份較高的煤種。射程射程 射流軸向速度射流軸向速度w wm m與射流初始速度與射流初始速度w w0 0的比值降低的比值降低到某一不為零的數(shù)值（如到某一不為零的數(shù)值（如0.050.05）時的截面與噴口間）時的截面與噴口間的距離的距離 卷吸能力

14、卷吸能力剛性剛性 射流抗偏轉(zhuǎn)的能力射流抗偏轉(zhuǎn)的能力根據(jù)氣流的旋流強度的大小，旋流式燃燒器形成的火根據(jù)氣流的旋流強度的大小，旋流式燃燒器形成的火焰形狀可能有三種：封閉式火焰、開放式火焰、飛邊焰形狀可能有三種：封閉式火焰、開放式火焰、飛邊火焰?；鹧?。 單蝸殼旋流煤粉燃燒器單蝸殼旋流煤粉燃燒器雙蝸殼旋流煤粉燃燒器雙蝸殼旋流煤粉燃燒器軸向葉片型旋流煤粉燃燒器軸向葉片型旋流煤粉燃燒器切向葉片式旋流煤粉燃燒器切向葉片式旋流煤粉燃燒器雙調(diào)風(fēng)低雙調(diào)風(fēng)低NOx煤粉燃燒器煤粉燃燒器第四節(jié)第四節(jié)作用作用 機組啟動時點燃主燃燒器的煤粉氣流機組啟動時點燃主燃燒器的煤粉氣流 低負(fù)荷運行時穩(wěn)定著火和燃燒低負(fù)荷運行時穩(wěn)定著火

15、和燃燒分類分類 三級點火裝置（電火花點火器）三級點火裝置（電火花點火器） 二級點火裝置（電弧點火器、二級點火裝置（電弧點火器、高能點火器高能點火器）第五節(jié)第五節(jié)燃燒反應(yīng)速度決定于燃燒反應(yīng)速度決定于化學(xué)反應(yīng)動力因素化學(xué)反應(yīng)動力因素，而氧的擴散過程對燃燒反應(yīng)速度影響很小，而氧的擴散過程對燃燒反應(yīng)速度影響很小，這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為動力燃燒區(qū)這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為動力燃燒區(qū)擴散速度化學(xué)反應(yīng)速度）（ksk1000Tksk溫度溫度、燃料性質(zhì)、燃料性質(zhì)0zrkkkC即燃燒反應(yīng)速度只決定于燃燒反應(yīng)速度只決定于氧的擴散速度氧的擴散速度，即擴，即擴散到反應(yīng)表面氧遠(yuǎn)不能滿足化學(xué)反應(yīng)的需要，散到反應(yīng)表面氧遠(yuǎn)不能滿足化學(xué)反應(yīng)

16、的需要，這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為擴散燃燒區(qū)。這個反應(yīng)溫度區(qū)稱為擴散燃燒區(qū)。zksrksokC即擴散速度化學(xué)反應(yīng)速度）（ksk1400Tksk擾動擾動、炭粒直徑、炭粒直徑燃燒反應(yīng)速度取決于燃燒反應(yīng)速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度和擴散速化學(xué)反應(yīng)速度和擴散速度度，這個反應(yīng)溫度稱為過渡燃燒區(qū)，這個反應(yīng)溫度稱為過渡燃燒區(qū) 反應(yīng)溫度介于反應(yīng)溫度介于10001400時時 0z0rCC111kkks擾動擾動、炭粒直徑、炭粒直徑溫度溫度、燃料性質(zhì)、燃料性質(zhì)三次風(fēng)三次風(fēng)不同燃料的著火、熄火溫度不同不同燃料的著火、熄火溫度不同同種燃料不同測試條件有不同的著火、同種燃料不同測試條件有不同的著火、熄火溫度熄火溫度,dafzhVT易著

17、火，,dafzhzhVQTzharQM煙溫輻射換熱著火難ararAA吸熱爐溫著火推遲灰殼對燃盡有阻礙90R著火推遲反應(yīng)表面積燃盡困難1zhtQ 加速著火1t 著火距離過近燃燒器燒壞或結(jié)焦阻礙著火氧使反應(yīng)速度著火初期得不到足夠的著火推遲VQVzh11r 一次風(fēng)量一次風(fēng)率總風(fēng)量1V風(fēng)速燃燒器噴口燒壞風(fēng)速輸粉管道堵塞減小散熱，提高燃燒器區(qū)域溫度減小散熱，提高燃燒器區(qū)域溫度水平水平措施：措施：衛(wèi)燃帶衛(wèi)燃帶本質(zhì)：本質(zhì)：一、二次風(fēng)混合情況一、二次風(fēng)混合情況二次風(fēng)分批混入，做到既不缺氧二次風(fēng)分批混入，做到既不缺氧又不降低爐溫，且混入要強烈又不降低爐溫，且混入要強烈1V過早二次風(fēng)混入及時過晚后期燃燒缺氧BB負(fù)

18、荷吸熱水冷壁吸熱爐溫燃燒器區(qū)域溫度著火不利噴口尺寸噴口尺寸 噴口尺寸噴口尺寸，初始動量，初始動量，射程，射程初速初速 初速初速，射程，射程直流射流射程直流射流射程旋流射流射程旋流射流射程噴口形式噴口形式 多個小噴口，周界面多個小噴口，周界面，卷吸力，卷吸力高寬比高寬比 高寬比高寬比，周界面，周界面，卷吸力，卷吸力動量動量 動量動量，剛性，剛性高寬比高寬比 高寬比高寬比，剛性，剛性 可決定射流的形狀及可決定射流的形狀及兩相鄰射流開始混合兩相鄰射流開始混合點，其位置對煤粉氣點，其位置對煤粉氣流著火和空氣的及時流著火和空氣的及時補充有很大影響，直補充有很大影響，直流湍流自由射流的流湍流自由射流的相相

19、對較小對較小上二次風(fēng)作用上二次風(fēng)作用供應(yīng)上排煤粉燃燒器所需空氣供應(yīng)上排煤粉燃燒器所需空氣提供爐內(nèi)未燃盡煤粉所需空氣提供爐內(nèi)未燃盡煤粉所需空氣作用作用冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形少量熱空氣與煤粉火焰及時混合少量熱空氣與煤粉火焰及時混合周界風(fēng)的速度比煤粉氣流的速度要高，能增加周界風(fēng)的速度比煤粉氣流的速度要高，能增加一次風(fēng)氣流的剛度，防止氣流偏斜一次風(fēng)氣流的剛度，防止氣流偏斜高速周界風(fēng)有利于卷吸高溫?zé)煔?，促進(jìn)著火，高速周界風(fēng)有利于卷吸高溫?zé)煔?，促進(jìn)著火，并加速一、二次風(fēng)的混合過程。并加速一、二次風(fēng)的混合過程。作用：作用： 補充火焰中心的氧氣，同時也降低了著火區(qū)

20、的補充火焰中心的氧氣，同時也降低了著火區(qū)的溫度溫度高速的夾心風(fēng)提高了一次風(fēng)射流的剛度，能防高速的夾心風(fēng)提高了一次風(fēng)射流的剛度，能防止氣流偏斜，而且增強了煤粉氣流內(nèi)部的擾動止氣流偏斜，而且增強了煤粉氣流內(nèi)部的擾動作用：作用：冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形冷卻一次風(fēng)噴口，防止噴口燒壞或變形將一次風(fēng)噴口分為四個小噴口，減少煤粉氣流將一次風(fēng)噴口分為四個小噴口，減少煤粉氣流分布不均程度分布不均程度在燃燒器附近增大回流區(qū)和回流量，在燃燒器附近增大回流區(qū)和回流量，獲較強的高溫?zé)煔饣亓鳙@較強的高溫?zé)煔饣亓鳚獾蛛x則可以提高燃燒器出口局濃淡分離則可以提高燃燒器出口局部的煤粉濃度部的煤粉濃度合理配風(fēng)形成合理氧

21、濃度分布合理配風(fēng)形成合理氧濃度分布降低一次風(fēng)煤粉氣流的降低一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱著火熱著火后著火后放熱量增加放熱量增加，促進(jìn)著火并穩(wěn)，促進(jìn)著火并穩(wěn)燃燃增加爐內(nèi)火焰黑度和輻射吸熱量，增加爐內(nèi)火焰黑度和輻射吸熱量，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣呋鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣冉档徒档蚇OX的生成量（缺氧燃燒）的生成量（缺氧燃燒）溫度型（熱力型）：溫度型（熱力型）：N2在在超過超過1500攝氏度攝氏度的高溫下的高溫下氧化氧化生成生成NOx ，溫度越高，溫度越高NOx的生成量越多。的生成量越多。2530 燃料型：燃料型：Nar受熱受熱分解和分解和氧化氧化生成生成NOx。其占。其占NOx總量的總量的7080%快速型：快速型： N2和碳?xì)淙剂舷仍诟邷叵路磻?yīng)生成中間和碳?xì)淙剂舷仍诟邷叵路磻?yīng)生成中間產(chǎn)物產(chǎn)物N、NCH、CN等，然后快速與氧反應(yīng)，生成等，然后快速與氧反應(yīng)，生成NOx?？諝夥旨壢紵諝夥旨壢紵剂戏旨壢紵剂戏旨壢紵凉獾紵凉獾紵裏煔庠傺h(huán)煙氣再循環(huán)第一級第一級 送入理論空氣量的送入理論空氣量的80%80%左右，使燃料在左右，使燃料在缺氧、富燃條件下燃燒缺氧、富燃條件下燃燒 ，燃燒速度和爐膛溫度，燃燒速度和爐膛溫度降低，抑制了降低，抑制了N