锅炉燃烧理论

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1、锅炉燃烧理论锅炉燃烧理论燃烧煤粉对炉膛得要求炉膛作为燃烧室，就是保证炉膛正常运行得先决条件之一.燃烧煤粉时，对炉膛得要求就是:A 1） 创造良好得着火、稳燃条件,并使燃料在炉内完全燃尽；2a）炉膛受热面不结渣;a 3）布置足够得 蒸发受热面，并不发生传热恶化；4 ）尽可能减少污染物得生成量；5 ）对煤质与负荷复合有较宽得适应性能，以及连续运行得可靠性.煤粉在炉膛内得燃烧过程燃料从入炉内开始到燃烧完毕，大体上可分为如下三个阶段：1）着火前准备阶段从燃料入炉至达到着火温度这一阶段称准备阶段。在这一阶段内，要完成水份蒸发，挥发份析出、 燃料与空气混合物达到着火温度。显然，这一阶段就是吸热过程，热量来

2、源就是火焰辐射及高温 烟气回流。影响准备阶段时间长短得因素除燃烧器本身外，主要就是炉内热烟气为煤粉气流提供 热量得强弱，煤粉气流得数量、温度、浓度、挥发份含量及煤粉细度等。2a ）燃烧阶段当达到着火温度后，挥发份首先着火燃烧，放出热量，使温度升高，焦炭被加热到较高温度而开始 燃烧。燃烧阶段就是强烈得放热过程,温度升高较快，化学反应强烈,这时碳粒表面往往会出现缺 氧状态。强化燃烧阶段得关键就是加强混合，使气流强烈扰动，以便向碳粒表面提供氧气，而将 碳粒表面得二氧化碳扩散出去.3 ）燃尽阶段a主要就是将燃烧阶段未燃尽得碳烧完.燃尽阶段剩余得碳虽然不多,但要完全燃尽却 很困难，主要就是存在着诸多不利

3、于完全燃烧得因素，如少量得固定碳被灰包围着;氧气浓度已较 低；气流得扰动渐趋衰减;炉内温度在逐步降低。如果燃料得挥发份低、灰份高、煤粉粗、炉膛 容积小，完全燃尽将更困难。据试验,对细度R 9 0 = 5%得煤粉,其中9 7%得可燃物可在25%得时间内燃尽,而其余3%得可燃物却要75%得时间才能燃尽。这也就是实际锅炉中不可能使可燃 物彻底燃尽得基本原因.影响燃烧得因素燃烧速度反映单位时间烧去可燃物得数量。A由于燃烧就是复杂得物理化学过程，燃烧速度得快慢, 取决于可燃物与氧得化学反应速度以及氧与可燃物得接触混合速度。A前者称化学反应速度，也 称化学条件;后者称物理混合速度，也称物理条件。A化学反应

4、速度与反应空间得压力、温度、反应 物质浓度有关，且成正比。对于锅炉得实际燃烧，影响化学反应速度得主要因素就是炉内温度，炉温高，化学反应速度快。燃烧速度除与化学反应速度有关外，还取决气流向碳粒表面输送氧气得快慢，即物理混合速度.A而 物理混合速度取决于空气与燃料得相对速度、气流扰动情况、扩散速度等。A化学反应速度、物 理混合速度就是相互关联得，对燃烧速度均起制约作用。例如，高温条件下应有较高得化学反应速度，但若物理混合速度低，氧气浓度下降,可燃物得不 到充足得氧气供应，结果燃烧速度也必然下降.A因此,只有在化学条件与物理条件都比较适应得情 况下,才能获得较快得燃烧速度。骚燃烧能迅速而又完全燃烧得

5、基本条件主要有：1 ）相当高得炉膛温度：劣温度就是燃烧化学反应得基本条件，对燃料得着火、稳定燃烧、燃尽 均有重大影响，维持炉内适当高得温度就是至重要得。当然，炉内温度太高时，需要考虑锅炉得 结渣问题。2a ）适量得空气供应：适量得空气供应,就是为燃料提供足够得氧气，它就是燃烧反应得原始条件。空气供应不足,可燃 物得不到足够得氧气，也就不能达到完全燃烧。但空气量过大，又会导致炉温下降及排烟损失增 大。3a ）良好得混合条件:A混合就是燃烧反应得重要物理条件.混合使炉内热烟气回流对煤粉气 流进行加热，以使其迅速着火。混合使炉内气流强烈扰动，对燃烧阶段向碳粒表面提供氧气，向 外扩散二氧化碳，以及燃烧

6、后期促使燃料得燃尽，都就是必不可少得条件.A 4）足够得燃烧时间：A 燃料在炉内停留足够得时间,才能达到可燃物得高度燃尽，这就要求有足够大得炉膛容积。炉膛 容积与锅炉容量成正比。当然炉膛容积也与燃料燃烧特性有关，易于燃烧得燃料，炉膛容积可相 对小些。比如相同容量得锅炉燃油炉得炉膛容积要比煤粉炉得小，而烧无烟消云散煤得炉膛容 积要比烧烟煤得炉膛容积稍大些。改善燃烧得措施1 ）适当提高一次风温度：A提高一次温可减小着火热需要量，使煤粉气澈入炉后迅速达到着火温 度.当然，一次风温得高低就是根据不同煤种来定得，对挥发份高得煤，一次风温就可以低些.2）适当控制一次风量：A一次风量小,可减小着火热需要量，

7、利于煤粉气流得迅速着火。但最小 得一次风量也应满足挥发份燃烧对氧气得需要量，挥发份高得煤一次风量要大些.3aa）合适得煤 粉细度：A煤粉越细，相对表面积越大本身热阻小,挥发份析出快，着火容易于达到完全燃烧。但 煤粉过细，要增大厂用电量,所以应根据不同煤种，确定合理得经济细度。A4）合理得一、二次风速:A、二次风速对煤粉气流得着火与燃烧有着较大影响.因为一、二次 风速影响热烟气得回流，从而影响到煤粉气流得加热情况；一、二次风速影响一、二次风混合得 迟早，从而影响到燃烧阶段得进展;一、二次风速还影响燃烧后期气流扰动得强弱，从而影响燃料 燃烧得完全程度。因此，必须根据煤种与燃烧器型式，选择适当得一、

8、二次风速度。5心）维持燃 烧区域适当高温：适当高得炉温，就是煤粉气流着火与稳定燃烧得基本条件。炉温高，煤粉气流被迅速加热而着火, 燃烧反应也迅速，并为保证完全燃烧提供条件。故在燃烧无烟煤或其它劣质煤时,常在燃烧区设 卫燃烧带或采取其它措施，以提高炉温。当然，在提高炉温时，要考虑防止出现结渣得可能性。a 6）适当得炉膛容积与合理得炉膛形状：炉膛容积大小，决定燃料在炉内停留时间得长短，从而影响其完全燃烧程度，故着火、燃烧性能差 得燃料，炉膛容积要大些，这种燃料还要求维持燃烧区域高温,故常需要选用炉膛燃烧区域断面尺 寸较小得瘦高型炉膛。A7）锅炉负荷维持在适当范围内：锅炉负荷低时，炉内温度下降,对着

9、火、燃烧均不利，使燃烧稳定性变差。锅炉负荷过高时，燃料在 炉内停留时间短，出现不完全燃烧。同时由于炉温得升高，还有可能出现结渣及其它问题。因此, 锅炉负荷应尽可能地在许可得范围内调度。锅炉运行中稳定燃烧得措施1.实现稳定着火得两个条件：1）放热量与散热量达到平衡,放热量等于散热量。2）放热速度大于散热速度如果不具备这两个条件,即使在高温状态下也不能稳定着火，燃烧过程将 因火焰熄灭而中断，并不断向缓慢氧化得过程发展。A2 .实现稳定着火得措施4放热速度与散热速度就是相互作用得。在实际炉膛内，当燃烧处于高 负荷状态时，由于燃煤量增加，燃烧放热量比较大，而散热量变化不大，因此使炉内维持高温状态。 在

10、高负荷运行时，容易稳定着火。当燃烧处于低负荷运行时，由于燃煤量减少,燃烧放热量随之减小，这时相对于单位放热量得散热 条件却大为增加，散热速度加快,因此炉内火焰温度与水冷壁表面温度下降，使燃烧反应速度降 低，因而放热速度也就变慢,进一步使炉内处于低温状态.在低负荷运行状态下，稳定着火比较困难，因此需要投入助燃油等燃料来稳定着火燃烧。对于低 反应能力得无烟煤与劣质烟煤，不但着火困难,而且难于稳燃，因而容易熄火打炮”.从以上分析,可得到提示：1）着火与燃烧温度与水冷壁面积、进入炉内得新气流初温度相关。2）在炉内可自动到达稳定着火状态，如果点火区得温度与燃料得活性不相适应，就需投入助燃油或采用强化着火

11、得措施.影响锅炉热效率得因素分析1氧量入炉总风量得大小与锅炉热效率得高低密切相关，总风量过大会使排烟热损失增加;总风量过小， 则会使煤粉燃烧不充分，烟气中C O含量、飞灰可燃物含量与炉渣可燃物含量增加，致使化学 与机械未完全燃烧损失增加；总风量得大小也对主汽温与再热汽温产生影响,因此选取合理得入 炉总风量,可使总得热损失最小,锅炉热效率达到最高，同时在低负荷时又能保持较高得汽温。心2. 炉膛一风箱压差劣在锅炉负荷与炉膛出口氧量不变得条件下，炉膛一风箱压差得高低关系到辅助 风、燃料风与燃烬风彼此间风量得比例，比例大小对煤粉燃烧得稳定性、燃烬性及NOx得排 放量有极大得影响，因此选择合理得炉膛一风

12、箱压差，会提高锅炉得安全性与经济性。心3 .燃 尽风风量燃烧器最上1层为燃烬风喷口，燃烬风得作就是实现分级燃烧，减少热力型NOx生成，补充燃烧 后期所需氧。燃尽风风量得大小影响NOx得排放量与碳粒子得燃烬程度。此项试验只考虑燃尽 风风量对锅炉燃烧得影响。4.燃烧器摆角燃烧器喷嘴设计为上下可摆动，主要就是通过改变炉膛火焰中心高度调节再热汽温与过热汽温， 但火焰中心高度得改变对煤粉燃烬产生一定影响。燃烧器向上摆动，飞灰可燃物增加，锅炉效率 降低，减温水量增加.5 .次风风速劣机组带6 00MW负荷，锅炉其它运行参数不变，通过改变磨煤机入口风量来改变 一次风喷嘴风速.由于受制粉系统得限制，一次风风速

13、很难大范围变化，因此锅炉热效率几乎没有 变化,这说明一次风风速在小范围内变化对锅炉热效率没有多大影响.&A .煤粉细度煤粉细度变小，飞灰可燃物含量与炉渣可燃物含量降低，锅炉热效率提高.7心。投磨方式4磨煤机 分别组合运行，锅炉热效率相差较小,但对汽温影响较大.炉膛结渣得运行因素受热面结渣过程与多种复杂因素有关。A任何原因得结渣都有两个基本条件构成，一就是火焰贴 近炉墙时，烟气中得灰仍呈熔化状态，二就是火焰直接冲刷受热面。但就是，与这两个因素相关得具体原因很复杂.这些因素就是：A 1 .煤灰特性与化学组成煤灰特性 主要表现在两个方面：一就是煤灰得熔点温度，二就是灰渣得粘性。一般灰熔点低得煤容易结

14、渣, 与此同时，低灰熔点得灰份通常粘附性也强，因而增加了结渣得可能性在运行条件变化时，煤 灰得结渣特性也可能灰变化。例如，炉膛温度升高，或受热表面积灰导致壁面温度升高,火炉内 局部地区产生还原性气氛，使灰得熔点温度降低时，结渣倾向就可能增加.心2。炉膛温度水平 炉内燃烧器区域得温度越高，煤灰越容易达到软化或熔融状态，结渣得可能性就越大。而影响燃 烧器区域温度水平得因素也很多。例如，前述得断面热强度与燃烧器区域得壁面热强度、燃料得 发热量、水份含量以及锅炉负荷得变化等A如果锅炉改烧发热量大得同类煤时，由于燃放热增多, 燃烧器区域温度水平就高，结渣得可能性就大。而锅炉负荷越高,送入炉内得热量也越多

15、，结渣得 可能性也越大。3心.火焰贴墙对于四角布置直流式燃烧器得炉膛,煤粉气流由于受到气流刚度，补 气条件与邻角气流得撞击等影向而引起火焰贴墙时，这必然结渣。对于布置旋流式燃烧器得炉膛, 当旋流强度太大时，会引起火焰贴壁。A或某只燃烧器得旋流强度过小，气流射程太长时，可能 使气流直冲对面炉墙或顶撞对面得火焰而导致结渣。心4 .过量空气系数当炉内局部区域过量空 气过小且煤粉与空气混合不均匀时，可能产生还原性气氛，而煤粉在还原性气氛不能充分氧化， 灰份中得F e2O 3被还原成FeO, FeO与SiO2等形成共晶体，其熔点温度就会降低,有时会使 熔点下降1502O0oC，因而，结渣倾向随之增加.或

16、者，采用高煤粉浓度燃烧方式时，由于燃烧放热过于集中,使局部区域温度升高且处于还原性 气氛，结渣也会倾向严重.当然这也与灰得熔融特性有关。a 5.煤粉细度粗煤粉得燃烧时间比较长，当煤粉中粗煤粉得比例增加时，容易引起火焰延长，导致炉 膛出口处得受热面结渣.a 6 .吹灰吹灰器长期不投，受热面积灰增多时，可能导致结渣。a7.燃用混煤锅炉燃用混煤时，灰渣得特性有可能改变.一般结渣性强得煤与结渣性弱得煤混合时， 结渣会减轻.a锅炉结渣就是多种因素综合影响得结果，不过总就是有几个关键因素起先导作用.比较重要得因 素就是煤灰得熔融特性、水冷壁得冷却能力、以及火焰贴墙等。炉膛负压煤粉炉通常采用负压燃烧，负压燃

17、烧就是指炉内压力比外界大气压力低26mm水柱。维持正常得炉膛负压，不仅对锅炉经济运行作用很大，而且对运行调节十分有益。正常得炉膛负 压值就是依靠调节送风机与引风机得挡板开度实现得，但主要就是靠调节引风机得挡板开度来控 制得.如果引风机出力不足，或挡板调节失灵时，炉内可能出现正压状态。此时，烟气或火焰向外 泄漏，不仅污染工作环境，而且对设备及人身构成危险。aa当然负压太大也就是不允许得。炉膛 负压太大，说明引风机抽吸力过大。此时，炉内气流明显向上翘，火焰中心上移，炉膛出口烟温 升高,引起汽温升高或过热器结渣.气流上翘，火焰行程缩短，导致不完全燃烧。a炉膛负压急剧升 高时，还可能发生炉膛内爆事故。

18、a 内爆会造成水冷壁损坏或人身事故。内爆产生得原因一：引风机运行不正常，静压头过高或挡板运行不良；二:因灭火而切断燃料供 应时，炉膛负压急剧升高。A因此，在切断燃料得同时，应适当关小引风机挡板，以免负压剧增。心此外，大型机组应设置炉内压力报警与安全保护装置.炉膛负压波动时，也可能就是炉内压力波 动变化造成得.此时表明燃烧处于不稳定状态。燃烧脉动时，负压也随着脉动。所以，炉膛负压就 是燃烧调整与锅炉保护得重要参数。心炉膛负压由极低突变正压，此过程发生得时间极短，只有 12秒，正压值极高。这种情况下，极可能发生炉膛爆炸或打炮”.对于自动化程度比较高得锅炉，炉膛负压超限时，控制系统会自动发出报警或保

19、护动作。但当控 制系统处于手动状态时，则必须做出准确、迅速得判断与处理.A大型锅炉运行中，炉膛爆炸现象极少发生，但就是一旦发生，破坏性很大。因为炉膛爆炸得发生 时间很短，只有12秒。所以，如何把燃料安全适当地送入炉内并对可能发生得爆炸做出判断就 是十分重要得。A炉膛爆炸得原因就是数量过多得燃料与空气在炉膛内未能及时着火燃烧，而以极高得速度进行化 学反应，当具有足够得着火热源时，在瞬间形成可燃性气体，气体容积急剧增加，炉内压力与温度急 剧升高。需要注意得就是，在锅炉点火阶段或燃烧不稳定时，如果炉内积聚了大量得未燃燃料，此时点火这 很有可能造成爆炸。因此，运行人员必须严格，准确地按照运行规程得操作

20、顺序控制燃料与空气 得投入并熟练掌握点火程序以及具有快速、准确得判断能力。心事实上，在破坏性炉膛爆炸发生 之前,总要发生一些先导性事件。例如，燃料得着火性能变差或点火装置得能量不足以及未及时投入点火装置.由于这些条件得变 化，使送入炉内得燃料与空气未能及时转变为不易反应得氧化物或惰性产物，因而积累了大量活 性可燃易爆产物。这种积累过程需要持续相当长得时间。即爆炸发生前总要有一段较长得孕育时 间.炉膛负低负荷稳燃技术1. 提高一次风气流中得煤粉浓度提高一次风气流中得煤粉浓度，减少一次风量，可减少着火热;同时又提高了煤粉气流中挥发份得浓度，使火焰传播速度提高；再加上燃烧放热相对集中，使着 火区保持

21、高温状态。A 这三个条件集中在一起，强化了着火条件，使着火稳定性提高。A当然，煤粉浓度并不就是越高越好。煤粉浓度过高时,由于着火区严重缺氧，而影响挥发份得充分 燃烧,造成大量煤烟得产生，此时还因挥发份中得热量没有充分释放出来,影响颗粒温度得升高，延 缓着火。或者因挥发份燃烧缺氧，使火焰不能正常传播，而引起着火不稳定.A可见,存在一个有利于稳定着火得最佳煤粉浓度。有利于着火得最佳煤粉浓度与煤种有关，挥发份 大得烟煤，其最佳煤粉浓度低于挥发份小得贫煤。A2. 提高煤粉气流初温提高煤粉气流初温，可减少煤粉气流得着火热，并提高炉内温度水平,使着 火提前.提高煤粉气流初温得直接办法就是提高热风温度。A3

22、. 提高煤粉颗粒细度煤粉得燃烧反应主要就是在颗粒表面上进行得，煤粉颗粒越细，单位质量得煤粉表面积越大，火焰传播速度越快。燃烧速度就越高，火焰传播速度越快，燃烧放热速度越快, 煤粉颗粒就越容易被加热，因而也越容易稳定燃烧。试验研究发现，煤粉燃尽时间与颗粒直径得平方成正比，当锅炉燃用煤质一定时，提高煤粉细度 能显著提高煤粉气流着火得稳定性。不过煤粉颗粒细度受磨煤出力与磨煤电耗得限制,不可能任 意提高。4。在难燃煤中加入易燃燃料当锅炉负荷很低或煤质很差时，可投入助燃用雾化燃油或气体燃料, 混入燃烧器出口得煤粉气流中，来改善煤粉得燃烧特性，维持着火得稳定性，有时为了节省燃油, 也可混入挥发份较大得煤粉，以提高着火得稳定性。