鍋爐原理與設備第四章燃燒設備演示文稿

鍋爐原理與設備第四章燃燒設備演示文稿第一頁，共四十一頁。第四章燃燒設備

煤粉燃燒器

燃燒器的作用

直流燃燒器

旋流燃燒器W型火焰燃燒技術

W型火焰爐膛結構

W型火焰燃燒技術的特點

煤粉爐爐膛

爐膛的要求

評價爐膛結構的參數

低負荷穩(wěn)燃及低NOx煤粉燃燒技術

低負荷穩(wěn)燃技術

低NOx煤粉燃燒技術第二頁，共四十一頁。4.1電站鍋爐的燃燒設備性能良好的燃燒設備應滿足的條件：將燃料和燃燒用空氣送入爐膛，形成良好的空氣動力場，保證燃料迅速穩(wěn)定著火。及時供應空氣，與燃料適時混合，使燃料達到完全燃燒。燃燒穩(wěn)定，爐內不結焦。良好的燃料適應性。NOX的生產量控制在允許范圍內。第三頁，共四十一頁。燃燒器的作用是將燃料與燃燒所需空氣按一定的比例、速度和混合方式經噴口送入爐膛。其主要作用為：向鍋爐爐膛內輸送燃料和空氣；組織燃料和空氣及時、充分地混合；保證燃料進入爐膛后盡快、穩(wěn)定地著火，迅速、完全地燃盡。一、燃燒器的作用4.2煤粉燃燒器的射流特點4第四頁，共四十一頁。

一次風攜帶煤粉送入燃燒器的空氣。主要作用是輸送煤粉和滿足燃燒初期揮發(fā)分燃燒對氧氣的需要。二次風待煤粉氣流著火后再送入的空氣。二次風補充煤粉繼續(xù)燃燒所需要的空氣，并起氣流的擾動和混合的作用。三次風對中間儲倉式熱風送粉系統，為充分利用細粉分離器排出的含有10%～15%細粉的乏氣，由單獨的噴口送入爐膛燃燒，這股乏氣稱為三次風。二、通過燃燒器的空氣第五頁，共四十一頁。

三、直流燃燒器直流燃燒器的一、二、三次風分別由垂直布置的一組圓形或矩形的噴口以直流湍流自由射流的形式噴入爐膛，根據燃煤特性不同，一、二次風噴口的排列方式可分為均等配風和分級配風。直流射流的主要特點：沿流動方向的速度衰減比較慢具有比較穩(wěn)定的射流核心區(qū)一次風和二次風的后期混合比較強6第六頁，共四十一頁。第七頁，共四十一頁。

均等配風燃燒器一、二次風噴口相間布置，即在兩個一次風噴口之間均等布置一個或兩個二次風噴口，或在每個一次風口的背火側均等布置二次風口，各二次風噴口的風量分配較均勻均等配風燃燒器一、二次風口間距較?。?0-160mm），有利于一、二次風的較早混合，使一次風煤粉氣流著火后能迅速獲得足夠的空氣，達到完全燃燒

均等配風適用于燃用高揮發(fā)分煤種，常稱為煙煤、褐煤型配風方式1.均等配風直流燃燒器第八頁，共四十一頁。

分級配鳳是指把二次風分級分階段地送入燃燒的煤粉氣流中。

分級配風燃燒器一次風噴口相對集中布置，并靠近燃燒器的下部，二次風噴口則分層布置，一、二次風噴口間保持較大的距離(160-350mm)，燃燒所需要的二次風分階段送入燃燒的煤粉氣流中，強化氣流的后期混合，促使燃料燃燒與燃盡。2.分級配風直流燃燒器第九頁，共四十一頁。

分級配風燃燒器一次風噴口高寬比大，卷吸量大；煤粉氣流相對集中，火焰中心溫度高，有利于低揮發(fā)分煤的著火、燃燒。

分級配風適合于燃用低揮發(fā)分煤種或劣質煙煤，常稱為無煙煤、貧煤型配風方式。

第十頁，共四十一頁。

下二次風防止煤粉離析，避免未燃燒的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致過分下沖，避免冷灰斗結渣，風量較小中二次風是均等配風方式煤粉燃燒階段所需氧氣和湍流擾動的主要風源，風量較大上二次風提供適量的空氣保證煤粉燃盡，是分級配風方式煤粉燃燒和燃盡的主要風源，風量較大3.直流燃燒器各層二次風的作用第十一頁，共四十一頁。

四角切圓燃燒方式直流燃燒器的布置爐膛四角或接近四角布置，四個角燃燒器出口氣流的軸線與爐膛中心的一個或兩個假想圓相切，使氣流在爐內強烈旋轉。4.直流燃燒器四角布置切圓燃燒方式四角切圓燃燒方式第十二頁，共四十一頁。

切圓燃燒方式的特點

煤粉氣流著火所需熱量，除依靠本身外邊界卷吸煙氣和接受爐膛輻射熱以外，主要是靠來自上游鄰角正在劇烈燃燒的火焰的沖擊和加熱，著火條件好。火焰在爐內充滿度較好，燃燒后期氣流擾動較強，有利于燃盡，煤種適應性強風粉管布置復雜第十三頁，共四十一頁。切圓燃燒方式直流燃燒器的布置（a）正四角布置（b）正八角布置（c）大切角正四角布置（d）同向大小雙切圓（e）正反雙切圓（f）兩角相切，兩角對沖置（h）大切角雙室爐膛方式（g）雙室爐膛切圓方式第十四頁，共四十一頁。

大切角正四角布置：大容量鍋爐常采用。把爐膛四角切去，在四個切角上安裝燃燒器。除具有正四角布置的特點外，還可形成切角形水冷壁。既可增大燃燒器噴口兩側的空間，使兩側補氣條件差異更小，射流不易偏斜；切角水冷壁形成燃燒器的水冷套，保護噴口不易被燒壞。

正四角布置：中小容量煤粉爐常采用。爐膛截面為正方形或接近正方形的巨型，燃燒器布置在四個角上，燃燒器噴口的幾何軸線和爐膛兩側墻的夾角接近相等，射流兩側的補氣條件差異很小，氣流向壁面的偏斜較小，因而煤粉火炬的充滿程度較好，熱負荷較均勻。第十五頁，共四十一頁。

采用同向大小雙切圓方式，適用于截面深寬比較大的爐膛或由于爐膛四角有柱子，而不能四角布置，燃燒器只能布置在兩側墻靠角的位置。可改變氣流偏斜，防止實際切圓的橢圓度過大；采用正反雙切圓方式，兩股氣流反切，可減少實際切圓的橢圓度；采用兩角相切，兩角對沖方式，可減少氣流相切時實際假想圓的直徑，減低氣流的旋轉強度，防止氣流的過分偏斜，但卻使燃燒后期的混合擾動變差。第十六頁，共四十一頁。

切圓燃燒方式實際氣流并不能完全沿軸線方向前進，會出現一定的偏斜，嚴重時會導致燃燒器出口射流沖墻貼壁，造成爐膛水冷壁結渣。

鄰角氣流的撞擊（主要原因）爐內

氣流圍繞假想切圓旋轉所產生的旋轉動量矩有關，其中二次風射流的動量矩其主要作用。適當增加一次風動量或減小二次風動量，都會減小旋轉動量矩，減弱氣流的偏斜。一次風煤粉氣流的偏斜17第十七頁，共四十一頁。

射流兩側“補氣”條件的影響燃燒器射流兩側卷吸煙氣形成負壓，向火側受到上游鄰角氣流的撞擊，補氣充裕，壓力較高；背火側補氣條件差，壓力較低，射流兩側因此形成壓差，迫使射流偏向壓力低的一側，甚至迫使氣流貼墻，引起結渣。第十八頁，共四十一頁。

燃燒器的高寬比（h/d）對射流彎曲變形影響較大高寬比愈大，射流形狀愈寬而薄；其“剛性”就愈差，因而，射流愈容易彎曲變形。第十九頁，共四十一頁。

假想切圓直徑dim

較大的dim可使鄰角火炬的高溫煙氣更易達到下角射流的根部，擾動更強烈，有利于煤粉氣流著火、燃盡；但dim過大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁結渣；爐膛出口較大的殘余旋轉會引起煙溫和過熱汽溫偏差。第二十頁，共四十一頁。

旋流燃燒器出口氣流是一股繞燃燒器軸線旋轉的旋轉射流一、二次風用不同管道與燃燒器連接，在燃燒器內一、二次風通道隔開。二次風射流均為旋轉射流,一次風射流可以是旋轉射流,也可以是直流射流。旋流燃燒器是一組圓形噴口。一、旋轉射流4.3旋轉射流和旋流煤粉燃燒器的射流特點第二十一頁，共四十一頁。

旋流射流具有比直流射流大得多的擴展角，射流中心形成回流區(qū)，射流內、外同時卷吸爐內高溫煙氣，卷吸量大。

從燃燒器噴出的氣流不但具有軸向速度，而且具有很高的切向速度，早期湍動混合強烈。

軸向速度衰減較快，射流射程較短，后期擾動較弱。二、旋轉射流的特點第二十二頁，共四十一頁。第二十三頁，共四十一頁。

表征旋轉射流旋轉程度的特征參數，定義為氣流相對于軸線的旋轉動量矩M與氣流的軸向動量K及定性尺寸L乘積的比值，即隨著n的不同，旋流燃燒器形成三種不同的射流狀態(tài)封閉式氣流（封閉式火焰）n較小，出口氣流旋流強度很小，射流中心不出現回流區(qū)或回流區(qū)很小，基本上是封閉氣流。在火焰根部卷吸高溫煙氣，形成回流區(qū)；可卷吸火焰自身燃燒放出的熱量，具有一定的自穩(wěn)定著火能力。但回流量小，不適合燃燒難燃的煤三、旋流強度n封閉氣流—弱旋轉射流開放式射流全擴散式射流第二十四頁，共四十一頁。

開放式旋轉射流（開放式火焰）n較大，射流內、外側的壓力差逐漸接近，射流中心形成較大回流區(qū)，延長到速度很低處才封閉，其著火穩(wěn)定性主要依賴于爐內煙氣溫度。

全擴散式射流（飛邊火焰）射流外卷吸作用強烈，使外側壓力小于中心壓力，整個射流向外全部張開，氣流離開燃燒器后，貼墻運動，引起結渣。第二十五頁，共四十一頁。

旋流燃燒器通常前墻布置，前后墻對沖或交錯布置

若鍋爐容量較小，一般將旋流燃燒器布置在前墻，單排或多排布置；若鍋爐容量較大，采用前后墻或兩側墻對沖或交錯布置，單排或多排布置四、旋流燃燒器的布置第二十六頁，共四十一頁。常用的旋流燃燒器第二十七頁，共四十一頁。旋流燃燒器的布置

燃燒器前后墻或兩側墻布置兩面墻上燃燒器噴出的火炬在爐膛中央互相撞擊后，火焰大部分向爐膛上方運動，爐內的火焰充滿程度較好，擾動性也較強若對沖的兩個燃燒器負荷不相同，則爐內高溫火焰將向一側偏移，造成結渣

旋流燃燒器爐頂布置只在采用W火焰燃燒技術的較矮的下爐膛中才應用第二十八頁，共四十一頁。NOx生成機理溫度型（熱力型）NOx：空氣中的氮氣在高溫下（1500℃以上）氧化而生成，占NOx總量的10%-20%。燃料型NOx：燃料中含有的氮化合物（主要是揮發(fā)分中的氮化合物）在燃燒過程中熱分解而又接著被氧化而生成，占NOx總量的75%左右?？焖傩蚇Ox：燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成的，占NOx總量的5%左右。4.5低NOx燃燒第二十九頁，共四十一頁。

影響NOx生成的主要因素火焰溫度和高溫下的燃燒時間（或滯留時間）燃燒過程中，溫度越高，生成的NOx量越大，尤其是熱力NOx量在2000℃以上時幾乎瞬間內完成。在1600-2000℃內，若持續(xù)時間較長，NOx易生成；若時間較短，NOx的生產速度減慢。在1500℃以下時熱力NOx的生成速度顯著減慢，但燃料NOx的生成并不減慢。30第三十頁，共四十一頁。燃料性質燃煤中的含N量越高，燃燒過程中轉化為NOx也就越多。燃燒區(qū)中氧的濃度燃燒區(qū)中氧濃度增大，不論熱力NOx還是燃料NOx其生產量都將增大。第三十一頁，共四十一頁。常見的低NOX燃燒技術低過量空氣燃燒（低氧燃燒）在保證完全燃燒的情況下，使燃料在爐內總體過量空氣系數較低的工況下燃燒。濃淡偏差在爐膛多只燃燒器中，選擇幾只燃燒器使部分燃料在空氣不足條件下燃燒，即燃料過濃或富燃料燃燒，其余燃燒器使燃料在空氣過量條件下燃燒，即過淡或富空氣燃燒。在燃燒器的燃燒區(qū)域內，因燃料燃燒不完全，燃燒溫度下降，從而抑制NOx的生成。因富燃料火焰較長，富空氣火焰較短，若兩者配合適當，相互補充，可實現燃料的完全燃燒。最適宜用在燃氣鍋爐上。第三十二頁，共四十一頁?？諝夥旨壈讶紵玫目諝庥稍瓉淼囊还煞譃閮晒苫蚨喙?。在燃燒開始階段加入部分空氣，造成一次氣流燃燒區(qū)域的富燃料狀態(tài)，燃料部分燃燒，使得有機結合在燃料中氮的一部分生成無害的氮分子，從而抑制燃料NOx的生成。作為完全燃燒用的其余二次風，噴射到富燃料區(qū)域的下游，形成二次燃燒區(qū)，實現燃料的完全燃燒。第三十三頁，共四十一頁。爐膛是燃料燃燒和熱交換（主要是輻射熱交換）的場所有利于著火、穩(wěn)燃，并使燃料燃燒完全；將煙氣冷卻到煤灰的熔點溫度以下，保證爐膛內所有受熱面不結渣;布置足夠的蒸發(fā)受熱面，不發(fā)生傳熱惡化;有合適的熱強度降低NOx生成量;對煤質和負荷變化有較好的適應性。一、燃燒煤粉對爐膛的要求4.8煤粉鍋爐爐膛第三十四頁，共四十一頁。qV過大

Vf過小，單位時間，單位爐膛容積內燃燒過多燃料，煙氣量增多，煙氣流速過高，燃料在爐內的停留時間過短，不利于燃燒的完全燃燒；

布置的水冷壁受熱面過少，爐膛及爐膛出口煙氣溫度偏高，易結渣；qV過小

Vf過大，爐內溫度較低，燃料燃盡困難。二、爐膛設計參數

爐膛容積熱強度（熱負荷）qV

表示單位時間、單位爐膛容積內，燃料燃燒釋熱的熱量。

Vf——爐膛容積35第三十五頁，共四十一頁。第三十六頁，共四十一頁。隨著鍋爐容量增大，qV呈下降趨勢。這是因為燃煤量增大后，要求保證燃料在爐內有足夠的停留時間，因而必須增大爐膛容積。與此間時，又要求布置足夠的水冷壁來冷卻煙氣，并防止水冷壁管內出現傳熱惡化。但是容積與幾何尺寸的三次方成正比，而壁面積與幾何尺寸的二次方成正比，因而容積的增長速度比