西安交大能動(dòng)學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專業(yè)-鍋爐原理§5—2-層燃燃燒方式及其設(shè)備

1、52層燃燃燒方式及其設(shè)備 一、層燃爐的工作特性 1. 層燃爐的燃燒過程 特點(diǎn):有一個(gè)金屬柵格爐排 (或爐篦子)爐排. 燃料在爐排上形成均勻的、有一定厚度的燃料層進(jìn)行燃燒。 層燃燃燒有時(shí)也叫做火床燃燒。火床二字形象地表達(dá)了這種燃燒方式的特點(diǎn)。,也劃分為預(yù)熱干燥階段、揮發(fā)分析出并著火階段、燃燒階段和燃盡階段。 三項(xiàng)主要操作: 加煤，除渣和撥火。 所謂撥火就是撥動(dòng)火床，其目的在于平整和松碎燃料層，使火床的通風(fēng)均衡、流暢，并能除去燃料顆粒外部包裹的灰層，從而達(dá)到燃料迅速而安全的燃燒。,為實(shí)現(xiàn)操作的機(jī)械化，已有很多爐排的結(jié)構(gòu)型式和與之相配合的輔助機(jī)構(gòu)。 按燃料層相對(duì)于爐排的運(yùn)動(dòng)方式有三類： 燃料層不移動(dòng)

2、的固定火床爐，如手燒爐和拋煤機(jī)爐， 燃料層沿爐排面移動(dòng)的爐子，如傾斜推飼爐和振動(dòng)爐排爐， 燃料層隨爐排面一起移動(dòng)的爐子，如鏈條爐和拋煤機(jī)鏈條爐。,2. 層燃爐的熱負(fù)荷 表征火床爐工作熱強(qiáng)度的指標(biāo)有爐排面可見熱負(fù)荷和爐膛容積可見熱負(fù)荷。 （1）爐排面可見熱負(fù)荷 由于火床爐中絕大部分燃料是在爐排上燃燒的，也就是說爐排面積是保證火床燃燒的根本條件，所以用一個(gè)所謂的“爐排面可見熱負(fù)荷”來表示燃燒的強(qiáng)烈程度。爐排面可見熱負(fù)荷是爐排單位面積在單位時(shí)間內(nèi)燃燒燃料所放出的熱量，單位為kWm2。,對(duì)于某一種爐子型式，燃燒某一種燃料，爐排面可見熱負(fù)荷有一合理的限值。 過分地提高爐排面熱負(fù)荷，一味追求過小的爐排面積

3、，必然會(huì)使空氣流經(jīng)燃料層時(shí)的速度過高，并使燃料的燃燒時(shí)間過短。 前者會(huì)導(dǎo)致飛走的未燃煤量增大，后者則引起燃燒的不完全，這都會(huì)使燃料燃燒的損失達(dá)到不能允許的程度。 而且，無限制地增大爐排面熱負(fù)荷也是做不到的。,（2）爐膛容積可見熱負(fù)荷 雖然絕大部分燃料是在火床上燃燒的，但仍有一部分可燃物是在爐膛容積中燃燒掉的。因此，與爐排面熱負(fù)荷相應(yīng)，還有一個(gè)爐膛容積可見熱負(fù)荷，單位為kWm3。,顯然，也應(yīng)有一個(gè)合理的限值。不過，火床爐的爐膛容積熱負(fù)荷的限值范圍是較寬。 火床爐的熱負(fù)荷都冠以“可見”二字。 這是因?yàn)樵诨鸫矤t中要分別測(cè)出燃料在火床上和爐膛容積中的燃燒放熱量是非常困難的，所以在爐排面和容積熱負(fù)荷中，

4、都是有條件地把燃料燃燒的全部熱量作為比較基礎(chǔ)，而以“可見”二字來區(qū)別于其它。 在實(shí)際使用過程中，也可以不加“可見”二字，因?yàn)檫@是不言而喻的。,3. 爐排片的工作特性 爐排片必須滿足通風(fēng)和冷卻的要求。 指標(biāo)主要有爐排通風(fēng)截面比和爐排片冷卻度。,爐排通風(fēng)截面比是一個(gè)影響大、涉及因素多、而且頗為敏感的爐排特性指標(biāo)。它必須根據(jù)所用煤種、爐排型式、通風(fēng)方式等情況來加以選擇。,（2）爐排片冷卻度 這是爐排片工作可靠性的指標(biāo)。 為了很好地冷卻爐排片，應(yīng)該保證它有一定的高度，以使其有足夠的側(cè)面積被空氣沖刷冷卻。 空氣冷卻爐排片的程度用冷卻度來表示。冷卻度是被空氣沖刷的爐排片側(cè)面積與同燃料層接觸的爐排片表面積之

5、比，即,二、固定爐排爐 1. 手燒爐 加煤、撥火、除灰都由人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，燃燒效率低，還有周期性冒黑煙的缺點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、煤種的適應(yīng)性較好，目前我國在 0.7MW以下的鍋爐仍被采用。,1爐排；2燃燒層；3爐室；4落灰室；5爐門；6灰門,（1）爐條 爐排由很多爐條組成。 燃燒所需的空氣，由灰門進(jìn)入，穿過爐排進(jìn)入爐排上的燃燒層。 有條狀爐條及板狀爐條兩種。,(a)條狀爐排；(b)板狀爐排,條狀爐排的通風(fēng)截面比比較大，約為20%一40%，空氣在燃燒層中擴(kuò)散較快，空氣匯合面0-0距爐排面較近。空氣匯合面即為燃燒層中燃燒最強(qiáng)烈的區(qū)域。適用于揮發(fā)分高的煤。 板狀爐排的通風(fēng)截面比比較小，約為

6、8%一20%，空氣送入相對(duì)集中，在燃燒層中擴(kuò)散較慢，燃燒層中的高溫區(qū)距爐排面較遠(yuǎn)。適用于無煙煤或貧煤,（2）燃燒層結(jié)構(gòu)及氣體成分,一灰渣區(qū)； 一氧化區(qū)； 一還原區(qū)； 一干燥干餾區(qū),空氣從爐排下送入，先經(jīng)灰渣區(qū)，空氣中的氧沒有變化。然后流過灼燒的焦炭層，焦炭在燃燒，空氣中的氧逐漸減少，而二氧化碳逐漸增多形成氧化區(qū)。繼而氧氣不足，氧仍緩慢減少，而一部分二氧化碳還原成一氧化碳，形成還原區(qū)。最后經(jīng)過新煤的干燥干餾區(qū)。,不難看出，手燒爐煤中的揮發(fā)分在干燥干餾區(qū)揮發(fā)，是在嚴(yán)重缺氧的條件下?lián)]發(fā)的，必然產(chǎn)生碳黑而冒黑煙。 不論是任何種類的機(jī)械化層燃爐或室燃爐，只要是揮發(fā)分是在缺氧情況下?lián)]發(fā)，都會(huì)冒黑煙。 碳黑

7、是0.5lm的固體碳末，很難燃燒，并由于很細(xì)，一般旋風(fēng)式等除塵器難以捕捉，因而隨煙氣排出而形成黑煙。,（3）手燒爐的燃燒過程 新煤受熱有兩個(gè)熱源：一是新煤下部灼熱的焦碳層；一是新煤表面受火焰及爐墻的輻射熱。新煤層是雙面受熱，溫度上升快，著火條件很好，也可認(rèn)為手燒爐是無限制著火。這就使在鏈條爐等機(jī)械化層燃爐中較難著火燃燒的無煙煤或貧煤，在手燒爐中也能順利地著火燃燒。,圖1-4手燒爐空氣供需情況,加煤時(shí)開啟爐門，大量冷空氣涌入爐內(nèi)，不僅使?fàn)t溫降低，而且破壞爐內(nèi)負(fù)壓，爐排下的空氣難以穿過燃料層，使燃燒情況惡化。爐門關(guān)閉后，開始由于煤層厚，阻力大而進(jìn)風(fēng)雖少。隨著燃燒的進(jìn)行，煤層逐漸變薄，進(jìn)風(fēng)也就逐漸增

8、多。 ab線：空氣量的供給。 ef線：整個(gè)燃燒周期中需要的空氣量。 cd線：供入的空氣實(shí)際有效參與燃燒的量。 jk線：焦炭燃燒所需空氣量的變化。,4、手燒爐改進(jìn)燃燒的措施 改進(jìn)操作，加煤做到“少、勤、勻、快”。少就是每次加煤要少加；勤就是勤加，縮短燃燒周期；勻就是煤要在爐排上加得均勻;快就是加煤要快，使?fàn)t門開啟的時(shí)間短。 將固定爐排改成搖動(dòng)爐排。在爐外有手柄，手柄連接在拉桿上，每塊爐排都有短桿與拉桿相連。除灰時(shí)只要搖動(dòng)手柄，經(jīng)拉桿的擺動(dòng)，帶動(dòng)爐排片向左、右各有30%的轉(zhuǎn)動(dòng)，使灰渣落至灰坑。需要撥火時(shí)，也可將手柄輕輕搖動(dòng)兒下，使燃燒層松動(dòng)。這樣就可以減輕除灰和撥火的勞動(dòng)強(qiáng)度，也有利于提高熱效率。

9、,1一下爐門（灰門）；2一下爐排；3一中爐門；4一水冷爐排下集箱；5一上爐門；6一汽鍋；7一水冷爐排；8一爐膛出口；9一煙氣導(dǎo)向板,(c)改變?nèi)紵龑咏Y(jié)構(gòu)，使揮發(fā)分在富氧情況下?lián)]發(fā)，而消除冒黑煙。雙層爐排就是采用這種措施的一種方法。,雙層爐排燃燒層的結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。煤中揮發(fā)分是在上爐排揮發(fā)，揮發(fā)時(shí)由上爐門 進(jìn)入的空氣尚未進(jìn)入氧化區(qū)，揮發(fā)是在富氧情況下進(jìn)行，這就從根本上避免黑煙的形成。,圖1-6雙層爐排燃燒層結(jié)構(gòu)示意圖 空氣流向；煙氣流向 一灰渣區(qū)；一氧化區(qū)；一還原區(qū)；一干燥干餾區(qū),2拋煤機(jī)爐 拋煤機(jī)爐是指拋煤機(jī)和固定火床的組合。這種爐子在容量不太大的鍋爐(一般D10th)中得到較廣泛的應(yīng)用。

10、 （1）拋煤機(jī)的分類 按照拋煤的原理，拋煤機(jī)可以分為機(jī)械的、風(fēng)力的以及機(jī)械與風(fēng)力聯(lián)合的三種。機(jī)械拋煤機(jī)用旋轉(zhuǎn)的葉片或擺動(dòng)的刮板來拋散燃料，風(fēng)力拋煤機(jī)用氣流來吹播燃料，而風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)則兼用以上兩種拋煤方式。,機(jī)械拋煤機(jī)所拋成的煤層，其沿爐排長度方向的顆粒分布情況是粗粒落于遠(yuǎn)處，細(xì)粒落于近處，細(xì)粒煤甚至就落在拋煤機(jī)出口之下，堆成小丘。 風(fēng)力拋煤機(jī)則與之相反，粗粒煤堆于爐排的前端，細(xì)粒煤則被吹向后端。 風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)由于同時(shí)采用了風(fēng)力和機(jī)械播煤，故燃料在火床上的顆粒度分布相對(duì)地比較均勻。在國內(nèi)，前兩者使用較少，故此處主要介紹風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)。,（2）風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作過程 風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)如圖

11、5-4所示。,拋煤機(jī)爐子有如下優(yōu)點(diǎn)： 燃料適應(yīng)性較好，對(duì)水分較多，粘結(jié)性強(qiáng)、灰分熔點(diǎn)較低和著火較困難的燃料都適用。但對(duì)燃料的顆粒度有一定的要求，燃用低揮發(fā)分煤時(shí)飛灰中的機(jī)械不完全燃燒損失較大， 拋煤機(jī)爐子燃燒過程猛烈，調(diào)節(jié)靈活，適應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)的能力很強(qiáng)， 拋煤機(jī)爐子投資少，金屬耗量也不多。,缺點(diǎn)：鍋爐初始排塵濃度高，并存在冒黑煙的問題，在現(xiàn)階段對(duì)大氣的污染較為嚴(yán)重，亟待改進(jìn)； 爐排上煤粒分布還不夠均勻，細(xì)粒煤堆在爐排前部，粗粒煤則落在爐排后部，因此與每一臺(tái)拋煤機(jī)相對(duì)應(yīng)的一組爐排上，火床前后端的燃盡程度也就不相同，這會(huì)增大爐渣的機(jī)械不完全燃燒損失，再計(jì)及如上所述的這種爐子飛灰機(jī)械不完全燃燒損失較大

12、這一因素，總的機(jī)械不完全燃燒損失就較高， 這種爐子每班要清爐23次，而清爐時(shí)燃燒過程會(huì)受到不小的影響，鍋爐負(fù)荷難免有所降低； 這種爐子的清爐操作在目前還比較繁重。以上缺點(diǎn)在鍋爐容量增大時(shí)就越顯著，而在小容量鍋爐中則不太突出。 拋煤機(jī)爐一般適用于蒸發(fā)量在10 th以下的鍋爐。,三、移動(dòng)爐排爐 1鏈條爐 鏈條爐是工業(yè)鍋爐中最常用的機(jī)械化層燃爐，它從加煤到排除灰渣都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，應(yīng)用廣泛。 （1) 鏈條爐的結(jié)構(gòu)和工作原理,1一煤斗；2一煤閘門；3一爐排（包括前鏈輪及后滾筒）；4一主動(dòng)鏈輪；5一分段送風(fēng)倉； 6一防渣箱； 7一看火孔及檢查門； 8一除渣板(老鷹鐵)； 9一渣斗；10一灰斗

13、,常用的鏈條爐排有以下三種結(jié)構(gòu)形式： (a)鏈帶式鏈條爐排 俗稱輕型爐排或小爐排，常用于10t/h以下的小型工業(yè)鍋爐。,(b)鱗片式鏈條爐排 容量較大的鍋爐(1035t/h的蒸汽鍋爐，7一29 MW的熱水鍋爐)常用鱗片式爐排。國內(nèi)生產(chǎn)的鱗片式爐排是一種不漏煤爐排，其爐排結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。,(c)橫梁式鏈條爐排 橫梁式鏈條爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-3所示，其特點(diǎn)是在鏈條5上裝有支架6(支架又稱橫梁)，爐排片7都裝在支架上。鏈輪4通過鏈條來帶動(dòng)支架運(yùn)動(dòng)，爐排片不受拉力，整個(gè)爐排剛性較好。但結(jié)構(gòu)笨重，金屬耗量大，制造安裝要求也較高。,(2) 鏈條爐的燃燒過程 鏈條爐的燃燒過程是沿著爐排長度由前往后分階

14、段進(jìn)行的。,1新燃料區(qū)；2一析出揮發(fā)分區(qū)；3一焦炭燃燒區(qū)(其中：3a一氧化區(qū) 3b還原區(qū))；4一燃盡區(qū),a)煙氣成分；b)空氣供應(yīng)量的變化曲線 1一無分段送風(fēng)時(shí)空氣供應(yīng)量；2一燃燒所需空氣量； 3一焦炭燃燒所需空氣置；4一揮發(fā)分燃燒所需空氣量； 5一有分段送風(fēng)時(shí)按需分配空氣供應(yīng)量； 6一有分段送風(fēng)時(shí)按推遲配風(fēng)法分配的空氣供應(yīng)量,(3) 鏈條爐爐膛布置 鏈條爐的問題： 爐內(nèi)的氣體“成層”地上升，不能混合。這樣就無法使?fàn)t排中部所放出的可燃?xì)怏w和爐排兩端的過?？諝饣旌显谝黄?，因而也就無法使可燃?xì)怏w在爐膛內(nèi)燃盡。 著火條件較差，燃料引燃主要依靠爐膛內(nèi)的輻射。難以著火的燃料無法被引燃。 措施：分段送風(fēng)

15、設(shè)置爐拱 加裝二次風(fēng)。,把爐排下的統(tǒng)倉風(fēng)室沿爐排長度方向分成幾段做成幾個(gè)獨(dú)立的小風(fēng)室，每個(gè)小風(fēng)室按該區(qū)段所需的空氣量分別調(diào)節(jié)，這種送風(fēng)方式稱為分段送風(fēng)或稱分區(qū)送風(fēng)。采用分段送風(fēng)并加以調(diào)節(jié)后，送風(fēng)量的分配可改為圖538b虛線所示，這可以大大地改善統(tǒng)倉送風(fēng)的空氣供需不平衡狀況，因而提高鍋爐熱效率。 分段送風(fēng)的段數(shù)分的越多，進(jìn)風(fēng)量的分配越為有利，但分段太多會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般根據(jù)容量不同或爐排長度不同分成49段。,何謂爐拱？ 是爐膛下部直接遮蔽爐排面的那部分平面隔墻或垂直爐墻的伸出部分。 爐拱的作用： 加快新燃料的引燃 促進(jìn)爐膛內(nèi)氣體混合。,爐拱并不產(chǎn)生熱量，它的引燃作用主要在于通過吸收來自火焰和高溫

16、煙氣的輻射熱，并加以集中地輻射到新燃料上，使之升溫、著火。 或者在輸送高溫?zé)煔獾耐瑫r(shí)，煙氣流也將熾熱的炭粒夾帶并散落在新燃料層上，形成熾熱的炭粒覆蓋層進(jìn)行導(dǎo)熱加熱。 根據(jù)爐拱在爐膛中的位置，有： 前拱 后拱 中拱,前拱位于爐排的前端，起加快新燃料的引燃作用，所以又叫做引燃拱。 過去。,后拱位于爐排的后部。后拱能將爐排上強(qiáng)烈燃燒區(qū)的高溫?zé)煔廨斔偷角肮皡^(qū)，大幅度地增補(bǔ)那里的熱量，提高那里的爐溫，從而有效地強(qiáng)化了那里的輻射傳熱，加速了引燃。 后拱的這種引燃作用是通過前拱起作用的，因而可稱之為間接引燃。 后拱輸出的高溫?zé)煔鈱?duì)前端新燃料層表面的直接沖刷以及熾熱的炭粒夾帶到前部，并散落在新燃料層上也會(huì)產(chǎn)生

17、對(duì)流傳熱作用，從而形成直接引燃。 直接引燃的作用要比間接引燃作用小得多。 后拱的作用在混合。后拱將后部大量富氧氣體引到 前部，并與前拱一起在前后拱間造成諸如旋渦、對(duì)沖等的優(yōu)良?xì)怏w動(dòng)力條件 。,拱型圖,中拱是布置在火床中部燃燒旺盛區(qū)的短拱,它可以看成是特低后拱中關(guān)鍵的一部分，是一種強(qiáng)對(duì)流型爐拱。由于它能很容易地將高溫?zé)煔庖胫饏^(qū)，而又不使?fàn)t排后段死灰區(qū)的低溫?zé)煔膺M(jìn)入引燃區(qū)，因而具有很好的引燃性能。中拱的另一突出優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)發(fā)生拱區(qū)的煙氣悶塞或冒正壓。,為了獲得良好的配合，爐拱一般均組合使用。鑒于前拱和后拱的組合具有最佳的引燃和混合性能，因此我國基本上都采用 “人”字形前拱和“人”字形后拱所組成的

18、雙“人”字形拱組，在布置恰當(dāng)時(shí)，能在前后拱間形成氣流旋渦，從而大大地促進(jìn)了混合，如圖5-19所示。,何謂二次風(fēng)？ 火床上方以壓力送入爐膛的強(qiáng)烈氣流。 作用：擾亂爐內(nèi)氣流，使之自相混合，從而使化學(xué)不完全燃燒損失和爐膛內(nèi)的過量空氣系數(shù)都得以降低。 和混合爐拱相比，二次風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)是： 布置靈活，調(diào)節(jié)方便，而且爐膛結(jié)構(gòu)也不會(huì)因之復(fù)雜化。 缺點(diǎn)：消耗一定的能量。,配合爐拱使用。若布置恰當(dāng)，還能有其它作用： (1) 能將高溫?zé)煔庖龓е翣t排前端，對(duì)煤層的引燃有作用。 (2)利用二股二次風(fēng)的對(duì)吹組織起煙氣的旋渦流動(dòng)。這可以延長飛煤在爐膛中的行程，增加燃燒時(shí)間，還由于氣流的旋渦分離作用，使部分飛煤摔回爐排，減少飛煤的逸出量。有利于