燃燒原理及設(shè)備-燃燒器、點(diǎn)火裝置及爐膛(鍋爐設(shè)備運(yùn)行)

燃燒原理及設(shè)備燃燒器、點(diǎn)火裝置及爐膛

將燃料和燃燒所需空氣送入爐膛并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使燃料能迅速穩(wěn)定地著火；1.及時(shí)供應(yīng)空氣，使燃料與空氣充分混合在爐內(nèi)達(dá)到完全燃燒。2.具有良好的調(diào)節(jié)性能，以適應(yīng)煤種和鍋爐負(fù)荷變化，并且流動(dòng)阻力較小，運(yùn)行可靠。3.煤粉燃燒器

出口氣流為直流射流或直流射流組的燃燒器直流燃燒器出口氣流包含有旋轉(zhuǎn)射流的燃燒器旋流燃燒器燃燒器分類01直流燃燒器02旋流燃燒器03煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展分以下三部分對(duì)燃燒器進(jìn)行學(xué)習(xí)：

（一）直流燃燒器

射流帶動(dòng)周圍煙氣隨射流一起流動(dòng)，從而射流質(zhì)量逐漸增加，此過(guò)程叫卷吸。射流速度的降低稱為衰減。射流軸向速度衰減至某一數(shù)值時(shí)所在截面與噴口間的距離稱為射程。噴口截面越大，初速w0越高，射程越長(zhǎng)。射程長(zhǎng)表示射流衰減慢，在煙氣中貫穿能力強(qiáng)，對(duì)后期混合有利。集中大噴口比多個(gè)分散小噴口射流的射程長(zhǎng)。射流抗偏斜的能力稱為射流剛性。

直流燃燒器的出口是由一組圓形、矩形或多邊形噴口組成。

直流射流的特性直流紊流自由射流示意圖:

鍋爐點(diǎn)火火焰圖:

射流初速越大，剛性越強(qiáng)，越不易偏斜。對(duì)矩形截面噴口，噴口高寬比越小，剛性越好。在爐內(nèi)幾股射流平行或交叉時(shí)一般是剛性大的射流吸引剛性小的射流，并使其偏斜。

直流燃燒器布置及爐內(nèi)燃燒工況由于切圓燃燒創(chuàng)造了良好的著火、燃燒、燃盡條件，對(duì)煤種有廣泛的適應(yīng)性，尤其能適應(yīng)低揮發(fā)分煤種的燃燒。直流燃燒器布置：四角切圓。直流燃燒器布置方式圖空氣動(dòng)力特性圖

直流燃燒器的配風(fēng)方式特點(diǎn)：a.二次風(fēng)噴口上下、或左右交錯(cuò)布置b.二次風(fēng)噴口間距較近(1)均等配風(fēng)（噴口布置圖）適用：煙煤和褐煤直流煤粉燃燒器布置方式圖:

切圓燃燒的直流燃燒器空氣動(dòng)力特性圖:

切圓燃燒的直流燃燒器空氣動(dòng)力特性圖:

直流燃燒器的配風(fēng)方式

分級(jí)配風(fēng)方式是指把燃燒所需的二次風(fēng)分級(jí)分階段地送入燃燒的煤粉氣流中。⑵分級(jí)配風(fēng)（噴口布置圖）特點(diǎn)：a.一次風(fēng)口較集中地布置在一起，二次風(fēng)口分層布置b.一、二次風(fēng)口保持較大距離適用：無(wú)煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤

直流燃燒器切圓燃燒方式，由于著火條件較好，后期混合強(qiáng)烈，還能根據(jù)不同煤種的燃燒要求，控制一、二次風(fēng)混合時(shí)間，改善混合與燃盡程度，對(duì)煤種適應(yīng)性較廣。因此，在我國(guó)大型煤粉鍋爐中，得到普遍應(yīng)用。

直流燃燒器完畢均等配風(fēng)的直流燃燒器噴口布置圖:

分級(jí)配風(fēng)的直流燃燒器噴口布置圖:

（二）旋流燃燒器

⑴具有內(nèi)外兩個(gè)回流區(qū)⑵射流衰減快⑶旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度從燃燒器噴出的氣流在爐膛中旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散，由于爐膛是充滿高溫?zé)煔獾挠邢蘅臻g，射流速度又高，故近似為紊流旋轉(zhuǎn)射流。

與直流射流相比，旋轉(zhuǎn)射流有許多不同的特點(diǎn)：

旋流射流的特性旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的選擇主要依據(jù)燃煤特性，同時(shí)考慮爐膛形狀、尺寸和燃燒器布置方式等。對(duì)容易著火的煤，不需要過(guò)多的煙氣來(lái)加熱煤粉氣流，故旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度可選得小些。對(duì)難著火的煤則旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度應(yīng)選得大些。旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度過(guò)大，射流會(huì)突然貼墻，這種現(xiàn)象稱為氣流飛邊。飛邊會(huì)造成噴口和水冷壁結(jié)渣，甚至燒壞燃燒器。旋流燃燒器:

旋流射流圖:

旋流燃燒器布置圖:

多層盤式穩(wěn)焰器:

（二）旋流燃燒器

1)前墻2)兩面墻從燃燒器噴出的氣流在爐膛中旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散，由于爐膛是充滿高溫?zé)煔獾挠邢蘅臻g，射流速度又高，故近似為紊流旋轉(zhuǎn)射流。

旋流燃燒器布置方式：

旋流燃燒器布置及爐內(nèi)工況

前墻布置的燃燒器可以得到較長(zhǎng)的火炬，煤粉管道較短且長(zhǎng)度大體一致，各燃燒器煤粉均勻；但爐內(nèi)氣流擾動(dòng)不強(qiáng)烈，燃燒后期混合較差，爐內(nèi)火焰充滿程度不佳，若調(diào)節(jié)不當(dāng)，火焰噴射到后墻易結(jié)渣。兩面墻布置時(shí)，燃燒器可布置在前后墻和兩側(cè)墻對(duì)沖或交叉布置，火焰呈雙L形。兩面墻對(duì)沖布置時(shí)，兩方火炬在爐室中央對(duì)撞，可加強(qiáng)煤粉和高溫?zé)煔獾幕旌希粌擅鎵徊娌贾脮r(shí)，兩方熾熱火炬互相穿插，改善了爐內(nèi)火焰充滿程度。（旋流燃燒器爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況圖）旋流燃燒器爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況圖:

（二）旋流燃燒器

鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行、燃燒器切換時(shí)，爐寬和爐深方向的煙溫偏差會(huì)增大，影響爐膛出口受熱面的工作狀況。

旋流燃燒器型式:

這種布置的缺點(diǎn)切向葉片蝸殼軸向葉片（旋流器示意圖）（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

為了改善燃燒器的著火穩(wěn)燃性能和擴(kuò)大鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，降低煤粉燃燒時(shí)NOx生成量，滿足環(huán)保要求，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些新型的煤粉燃燒器。

濃淡型煤粉燃燒器:一次風(fēng)氣流中的煤粉濃度是影響煤粉著火和低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。提高煤濃度，相當(dāng)于減少了這部分蝸殼式旋流燃燒器采用蝸殼作旋流器葉片式旋流燃燒器采用葉片作旋流器

旋流燃燒器的類型

旋流燃燒器的一、二次風(fēng)通過(guò)旋流器形成旋轉(zhuǎn)射流，根據(jù)旋流器的結(jié)構(gòu)不同，旋流燃燒器分為型

式旋

流

器一

次

風(fēng)二

次

風(fēng)蝸殼型雙蝸殼單蝸殼葉片+蝸殼旋轉(zhuǎn)直流，帶中心擴(kuò)流錐經(jīng)蝸殼旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)經(jīng)葉片旋轉(zhuǎn)葉片型軸向葉片切向葉片直流或弱旋直流或弱旋旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋流燃燒器的類型:

直流蝸殼式

雙蝸殼式

軸向可動(dòng)葉輪式

旋流器:

（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

濃煤粉的一次風(fēng)量，可降低煤粉氣流的著火熱；煤粉濃度提高后，析出的揮發(fā)分的濃度也較高；同時(shí)，煤粉濃度提高可降低著火溫度。因此濃煤粉比淡煤粉容易著火。

濃淡型煤粉燃燒器原理：在一次風(fēng)煤粉通道中設(shè)置了煤粉濃縮器，以實(shí)現(xiàn)煤粉的濃淡分離。

濃縮煤粉氣流的方法:百葉窗式濃縮器彎頭濃縮旋風(fēng)分離徑向濃淡旋流煤粉燃燒器示意圖（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

低NOx煤粉燃燒器:低NOx煤粉燃燒器的型式很多，有SGR(SeparateGasRecirculation)型燃燒器、PM(PollutionMinimum)型燃燒器和雙調(diào)風(fēng)燃燒器等雙調(diào)節(jié)低NOx燃燒器示意圖WR型直流煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)圖:

徑向濃淡旋流煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)圖:

PM型直流煤粉燃燒器:

雙調(diào)節(jié)低NOx燃燒器:

（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

W形火焰鍋爐爐膛由下部和上部?jī)刹糠纸M成，下部爐膛的深度比上部大80%～120%。

W形火焰燃燒方式

一次風(fēng)煤粉氣流從爐膛腰部前后拱上的燃燒器向下噴出，到達(dá)爐膛下部后向上轉(zhuǎn)彎，形成W形火焰。燃燒過(guò)程基本在下部爐膛內(nèi)完成，上部爐膛除了使燃燒趨于完全外，還對(duì)受熱面進(jìn)行輻射換熱，使高溫?zé)煔庵饾u冷卻下來(lái)。一次風(fēng)粉氣流先下行后180°轉(zhuǎn)彎向上，增大了煤粉氣流與高溫?zé)煔獾慕佑|。拱下?tīng)t膛中形成的W形火焰的高溫?zé)煔庹没亓鞯矫悍蹥饬鞯母?。W型火焰煤粉鍋爐示意圖有利于煤粉氣流的著火。

W形火焰鍋爐的燃燒器型式可以是直流燃燒器，也可以是軸向葉片型旋流燃燒器。目前使用較多的是帶旋風(fēng)分離器對(duì)煤粉進(jìn)行濃縮的燃燒器。W型火焰爐膛結(jié)構(gòu)

W形火焰爐膛由下部的拱型著火爐膛（燃燒室）和上部的輻射爐膛（燃盡室）組成前者的深度比后者約大80～120%燃盡室前后墻向外擴(kuò)展構(gòu)成爐頂拱，并布置燃燒器，煤粉氣流和部分二次風(fēng)從爐頂拱向下噴射，在燃燒室下部與二次風(fēng)相遇后，再1800轉(zhuǎn)彎向上流經(jīng)燃盡室爐膛，形成W形火焰，350MW機(jī)組W型火焰煤粉鍋爐:

W型火焰燃燒方式的特點(diǎn):

煤粉氣流著火條件好煤粉噴嘴出口處于燃燒中心爐頂拱的輻射傳熱可提供部分著火熱燃燒器噴口向下，允許較低風(fēng)速較低的NOx生成量可采用濃淡燃燒器，且空氣沿著火焰行程逐步加入，易實(shí)現(xiàn)分級(jí)配風(fēng)，分段燃燒燃燒效率高爐膛內(nèi)的火焰行程長(zhǎng)，增加了煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間W型火焰燃燒方式的特點(diǎn):

減少飛灰磨損和環(huán)境污染火焰在下部著火爐膛底部轉(zhuǎn)彎180°向上流動(dòng)時(shí)，可使煙氣中部分飛灰分離出來(lái)爐膛出口熱偏差小上部爐膛深度小；氣流在爐膛內(nèi)不旋轉(zhuǎn)，無(wú)殘余扭轉(zhuǎn)有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能負(fù)荷變化時(shí)，著火爐膛火焰中心溫度變化不大著火區(qū)水冷壁敷設(shè)衛(wèi)燃帶爐頂拱可減少對(duì)燃盡室的放熱衛(wèi)燃帶附近易結(jié)渣；管路布置復(fù)雜；成本高適用于無(wú)煙煤等低揮發(fā)分煤的燃燒N0X、S0X的控制技術(shù)

分級(jí)燃燒，再燃燒法，濃淡偏差燃燒，低氧燃燒和煙氣再循環(huán)等

影響NOx生成的主要因素：

溫度溫度越高，NOx生成量越大

過(guò)剩空氣系數(shù)

=1.1～1.2范圍內(nèi)，NOx的生成量最大

燃煤性質(zhì)

燃煤含N量越高，轉(zhuǎn)化為NOx也就越多

低NOx的燃燒技術(shù):煤炭脫硫、燃燒過(guò)程脫硫和煙氣脫硫

硫的脫除技術(shù):（空氣）分級(jí)燃燒

以二次風(fēng)形式送入剩余空氣，使燃料在空氣過(guò)剩區(qū)域燃盡，空氣量雖多，但火焰溫度較低，生成的NOx也較少

第一級(jí)

：

第二級(jí):空氣分級(jí)燃燒將燃燒所需的空氣分兩階段從燃燒器送入。送入理論空氣量的80%左右，使燃料在缺氧、富燃條件下燃燒，燃燒速度和爐膛溫度降低，抑制NOx的生成（空氣）分級(jí)燃燒的類型

燃燒室中的分級(jí)燃燒:

主燃燒器上部設(shè)燃盡風(fēng)（OFA）空氣噴口主燃燒器送入約80%的空氣量（

<1），燃燒器區(qū)處于富燃狀態(tài)；OFA噴口送入剩余空氣（燃盡風(fēng)）（

>1），使燃料燃盡燃燒室沿高度分成富燃區(qū)和燃盡區(qū)

燃燒器分級(jí)燃燒:

二次風(fēng)分兩部分送入一部分二次風(fēng)在煤粉著火后及時(shí)送入(

<1），在火焰根部形成富燃區(qū)；剩余的二次風(fēng)稍遲送入（

>1），形成了燃盡區(qū)，促進(jìn)煤粉燃盡再燃燒法（燃料分級(jí)）

其余(20～15)%的燃料以再燃燃料（二次燃料）的形式被噴入，形成富燃料（

1）、還原性氣氛。燃燒生成碳?xì)浠衔锘鶊F(tuán)，并與一次燃燒區(qū)內(nèi)生成的NOX反應(yīng)，NOX被還原為N2

一次燃燒區(qū)（主燃燒區(qū)）：

再燃燒區(qū)（第二燃燒區(qū)）:送入二次風(fēng)（頂部燃盡風(fēng)），保證燃料燃盡（

1）

燃盡區(qū):爐內(nèi)燃燒分成三個(gè)區(qū)域:(80～85)%的燃料以正常過(guò)?？諝庀禂?shù)（

1）配置空氣進(jìn)行燃燒，為氧化性或稍還原性氣氛再燃燒法（燃料分級(jí)）

從一次風(fēng)或三次風(fēng)噴口送入，脫硫劑在爐內(nèi)停留的時(shí)間較長(zhǎng)，有充分的反應(yīng)時(shí)間，但爐內(nèi)高溫區(qū)會(huì)使部分已形成的CaSO4分解從爐膛出口附近送入，溫度較適合CaO與SO2反應(yīng)，生成的CaSO4也不會(huì)被分解，但反應(yīng)時(shí)間較短，可導(dǎo)致反應(yīng)減緩或終止

爐內(nèi)鈣基脫硫劑—石灰石（CaCO3）：

爐內(nèi)脫硫劑送入方式:煙氣中含灰量增加，導(dǎo)致受熱面沾污、結(jié)渣與磨損加重；灰中的鈣與酸液反應(yīng)生成不溶于水的CaSO4，造成空預(yù)器堵塞

存在的主要問(wèn)題:石灰石進(jìn)入爐膛后，受熱分解的CaO和CO2，CaO與爐內(nèi)SO2反應(yīng)形成固體CaSO4，經(jīng)除塵器脫除

二、點(diǎn)火裝置

點(diǎn)火裝置的作用

2）穩(wěn)燃：當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行或煤質(zhì)變差時(shí)，由于爐溫降低影響著火穩(wěn)定性，甚至有滅火的危險(xiǎn)時(shí)也用點(diǎn)火裝置來(lái)穩(wěn)定燃燒或作為輔助燃燒設(shè)備。1）點(diǎn)火：?jiǎn)?dòng)時(shí)點(diǎn)燃主燃燒器的煤粉氣流。采用過(guò)渡燃料的點(diǎn)火裝置帶煤粉預(yù)燃室的點(diǎn)火裝置兩種點(diǎn)火裝置煤粉爐的點(diǎn)火裝置長(zhǎng)期以來(lái)普遍采用過(guò)渡燃料的點(diǎn)火。希望做到少油或無(wú)油點(diǎn)火。（點(diǎn)火裝置示意圖）1.采用過(guò)渡燃料的點(diǎn)火裝置

點(diǎn)火裝置的作用

二級(jí)過(guò)渡：油—煤系統(tǒng)三級(jí)過(guò)渡：氣—油—煤系統(tǒng)電火花點(diǎn)火常用的電氣引燃方式有點(diǎn)火步驟：電氣引火，再逐級(jí)點(diǎn)燃一至兩種著火能量較小的過(guò)渡燃料，如液化氣、輕柴油、重油等，最后點(diǎn)燃主燃燒器的煤粉氣流。

高能點(diǎn)火電弧點(diǎn)火

現(xiàn)代煤粉爐和燃油爐一般采用電氣引燃的高能點(diǎn)火裝置。它主要包括高能點(diǎn)火器、點(diǎn)火燃燒器及火焰檢測(cè)器三部分。

由點(diǎn)火變壓器產(chǎn)生的能量峰值很高的脈沖（電壓2300～2500V）直流電通過(guò)高壓電纜輸入半導(dǎo)體電嘴的火花棒，這樣就在電嘴火花棒的端頭與套管端頭之間的表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的電火花，以此作為能源，直接點(diǎn)燃油槍噴出的油霧，再點(diǎn)燃主燃燒器噴出的煤粉氣流。點(diǎn)火裝置多置于主燃燒器內(nèi)（直流燃燒器在二次風(fēng)上，旋流燃燒器在中心管內(nèi)）。點(diǎn)火時(shí)，半導(dǎo)體電嘴和油槍分別由電動(dòng)和氣動(dòng)推進(jìn)和退出。當(dāng)伸進(jìn)爐膛點(diǎn)火時(shí)，通電通油點(diǎn)火。若主煤粉氣流點(diǎn)火成功，電嘴和油槍自動(dòng)退出，以免停用時(shí)被燒壞。現(xiàn)代大容量鍋爐的燃燒器和爐膛內(nèi)均裝有火焰檢測(cè)器。旋流煤粉預(yù)燃室的點(diǎn)火裝置

帶煤粉預(yù)燃室的點(diǎn)火裝置:

煤粉預(yù)燃室是個(gè)帶輔助煤粉燃燒器的小型燃燒室，燃燒室內(nèi)壁用耐火材料覆蓋。輔助煤粉燃燒器有旋流式和直流式加鈍體。無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)正在研究中。

三、固態(tài)排渣煤粉爐的爐膛爐膛的作用、要求和參數(shù)1.固態(tài)排渣煤粉爐爐膛結(jié)構(gòu)2.爐膛旋流煤粉預(yù)燃室的點(diǎn)火裝置

（一）爐膛的作用、要求和參數(shù):爐膛是供煤粉燃燒的空間，也稱燃燒室。煤粉燃燒過(guò)程的進(jìn)行不僅與燃燒器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且在很大程度上決定于爐膛的結(jié)構(gòu)，決定于燃燒器在爐膛中的布置及其所形成的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)的特性。爐膛既是燃燒空間，又是鍋爐的換熱部件。因此，它的結(jié)構(gòu)既要保證燃料完全燃燒，連續(xù)可靠地工作而又不發(fā)生爐膛結(jié)渣，同時(shí)又應(yīng)使煙氣在達(dá)到爐膛出口處冷卻到對(duì)流受熱面安全工作所允許的溫度。為此爐膛應(yīng)滿足如下基本要求：⑴具有足夠的空間和合理的形狀，以便組織燃料的燃燒，減小不完全燃燒熱損失。

固態(tài)排渣煤粉爐鍋爐的形狀及溫度分布圖爐膛觀火孔:

煤粉鍋爐爐膛型式:

爐膛及燃燒器布置方式Π型爐切向燃燒半開(kāi)式Π型爐切向燃燒Π型爐對(duì)沖（交錯(cuò)）燃燒Π型爐前墻燃燒W型爐W燃燒

爐膛

型式

排渣方式固態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài)固態(tài)燃燒器型式直流式直流式旋流式旋流式旋流式直流式旋流煤粉預(yù)燃室的點(diǎn)火裝置

（一）爐膛的作用、要求和參數(shù):⑵能布置足夠的受熱面將爐膛出口煙溫θl″降到灰分軟化溫度ST以下（θl″<ST）,保證爐膛出口及其后受熱面不結(jié)渣。⑶有合理的爐內(nèi)溫度場(chǎng)和良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性，滿足燃燒過(guò)程的需要，既能創(chuàng)造爐內(nèi)足夠的高溫，又能使火焰充滿良好，保證燃料在爐內(nèi)穩(wěn)定著火和完全燃燒。旋流煤粉預(yù)燃室的點(diǎn)火裝置

爐膛的兩個(gè)參數(shù):⑴爐膛容積熱負(fù)荷單位時(shí)間、單位爐膛容積內(nèi)燃料燃燒釋放的熱量。kJ/(m3·h)Vl——爐膛容積，m3。qv

反映了煤粉在爐內(nèi)停