锅炉原理燃烧设备和煤粉燃烧新技术

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1、第六章 燃烧设备和煤粉燃烧新技术第一节 锅炉燃烧设备概述一、不同的煤燃烧方式火床炉，煤粉炉，循环流化床锅炉二、煤粉锅炉燃烧设备的组成炉膛+燃烧器+供风设备+制粉设备三、煤粉燃烧器的作用与类型 燃烧器输送煤粉和一次空气，组织煤粉气流的着火、稳定和低污染燃烧。四、炉膛的作用与类型n炉膛的作用：经济、安全地组织和完成燃烧过程和传热过程。n煤粉锅炉炉型：型炉最多，分为四角燃烧、墙式燃烧；W型火焰炉，塔式炉，旋风炉等五、锅炉燃烧设备的发展方向n高效、低污染的燃烧技术和设备。六、与炉内燃烧过程相关的问题n(1)受热面积灰、结渣；n(2)受热面金属表面的高温腐蚀；n(3)蒸发受热面中水动力的安全性；n(4)

2、氧化氮等污染物的生成；n(5)火焰在炉膛容积中的充满程度。*燃烧器的作用n作用：将煤粉与空气混合气流按有利的方式送入炉膛，造成有利的空气动力场，保证煤粉气流及时着火、强烈燃烧、洁净燃烧、良好燃尽。n分类：n直流燃烧器n旋流燃烧器第二节 直流式煤粉燃烧器一、直流式煤粉燃烧器的特性1不旋转，射流扩展角小，卷吸能力小，单只燃烧器的着火性能差，炉膛充满度差；2射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽；3采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火好，混合强烈；4多层布置（不少于三层）。二、直流燃烧器的类型1均等配风一、二次风喷口间隔布置，混合较快，适用于挥发分较高的煤种。2.分级配风(1)目的：在燃

3、烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉既能稳定着火、又能完全燃烧。(2)特点 使着火区保持比较高的煤粉浓度，以减少着火热；燃烧放热比较集中，使着火区保持高温燃烧状态，适用于难燃煤；煤粉气流刚性增强，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力加强。(3)一次风集中布置的问题着火区煤粉高度集中，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，使喷嘴出口附近气流速度分布不均，容易出现空气、煤粉分层现象。三、四角布置直流燃烧器的工作原理 1、工作原理主要表现为几个过程：n(1)煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；n(2)射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程

4、；n(3)煤粉气流的着火过程；n(4)煤粉与二次风空气的混合过程；n(5)四股气流形成的切圆旋转过程；n(6)焦碳的燃尽过程。n2、“自点燃”作用 四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径n1、气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：（1）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。（2）射流偏斜还受射流两侧“补气”条件的影响。（3）燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大。（4）当燃烧器多层布置时，上层气流不断的被卷吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响，使气流容积流量增大，旋涡直径相应增大，一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的810倍。2、切圆直径过大问题 n优点：上游邻角火焰向下

5、游煤粉气流的根部靠近，煤粉的着火条件较好。这时炉内气流旋转强烈，气流扰动大，使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。n问题：n(1)火焰容易贴墙，引起结渣；n(2)着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；n(3)火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温火焰的粘度很大，到达炉膛出处，残余旋转较大，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，因而既容易引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣或超温。五、一次风与二次风n1 一次风量n一次风量应该既能满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，又能满足输送煤粉的需要。如果同时满足这两个条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。n一次风量通常用一次风量

6、占总风量的比值表示，称为一次风率。2 一次风速n一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。3 一次风温n提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一。根据煤质挥发分含量的大小，一次风温既应满足使煤粉尽快着火，稳定燃烧的要求，又应保证煤粉输送系统工作的安全性。4 二次风量和风速 n 二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温火焰的粘度很大，二次风必须以很高的速度才能穿透火焰，以增强空气与焦碳粒子表面的接触和混合，故通常二次风速比一次风速提高一倍以上。5 二次风温 n从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运

7、行时增强着火的稳定性。n二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制，传热面积愈大，金属耗量就愈多，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置。六、三次风、周界风、夹心风 n1、三次风 n概念：n在中储式制粉系统中，细粉分离器将煤粉和输送煤粉的空分离后，形成乏气。乏气中带有10%的细煤粉。这部分乏气一般送入炉膛燃烧，形成三次风。三次风的特点是温度低，水分大，煤粉细。n三次风对燃烧及汽温调节的不利影响：n(1)使火焰温度降低，燃烧不稳定。n(2)火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热汽温与再热汽温偏高，汽温调节幅度增大。同时增大过热器热 偏差。n(3)三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可

8、燃物增加；n(4)三次风量较大时，风速也增大，易扰乱炉正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。2、周界风 n周界风的作用是：n(1)冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形；n(2)少量热空气与煤粉火焰及时混合。(3)周界风的速度比煤粉气流的速度要高，能增加一次风气流的刚度，防止气流偏斜；并能托住煤粉，防止煤粉从主气流中分离出来而引起不完全燃烧；(4)高速周界风有利于卷吸高温烟气，促进着火，并加速一、二次风的混合过程。3、夹心风 n夹心风的作用：n(1)补充火焰中心的氧气，同时也降低了着火区的温度，n 而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响；n(2)高速的夹心风提高了一次风射流的刚度，能防止气流偏

9、斜，而且增强了煤粉气流内部的扰动，这对加速外缘火焰向中心的传播是有利的；n(3)夹心风速度较大时，一次风射流扩展角减小，煤粉气流扩散减弱，这对于减轻和避免煤粉气流贴壁，防止结渣有一定作用；n(4)可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一。七、摆动式燃烧器 n摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动2030度，用来改变火焰中心位置的高度，调节再热蒸汽温度。并便于在启动和运行中进行燃烧调节，控制炉膛出口烟温，避免炉膛内受热面结渣。n摆动式燃烧器运行中容易出现的问题是：因喷口受热变形，使摆动机构卡死，或摆动不灵活。摆动机构上的传动销磨损或受热太大时，容易被剪断。八、大容量锅炉的典型燃烧器结构 九、直

10、流式燃烧器布置方式 n我国不少电厂对四角切圆燃烧方式进行了改进，其主要特点为：n(1)一、二次风不等切圆布置。这种方法是将一、二次喷口按不同角度组织切圆，二次风靠炉墙一侧，一次风靠内侧布置。这种布置方式既保持了邻角相互点燃的优势，又使炉内气流流动稳定，火焰不贴炉墙，因而防止了结渣。但容易引起煤粉气流与二次风的混合不良，可燃物的燃烧不充分。一次风喷口以小切圆方式布置，二次风喷口射出的气流与一次风气流偏转一个角度，即称为偏转二次风，如图6-12所示。这种方法的特点是在燃料着火后，及时供应二次风，将火焰与炉墙“隔开”，形成一层“气幕”，在水冷壁附近区域造成氧化性气氛，可提高灰熔点温度，减轻水冷壁的结

11、渣。还可以降低x的生成量。适用于燃用烟煤及挥发分较高的贫煤。n(2)一次风正切圆、二次风反切圆布置。这种布置方法可减弱炉膛出口的残余旋转，从而减小了过热器的热偏差，并能防止结渣。n(3)一次风对冲、二次风切圆布置。这种方法减小了炉内一次风气流的实际切圆直径，使煤粉气流不易贴壁，因而能防止结渣，而且能减弱气流的残余旋转。n 十、四角切圆燃烧锅炉的残余旋转 第三节 旋流式燃烧器 n一、旋流式燃烧器的工作原理n煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。n 二、分类n1，可动叶片双调风旋流燃烧器 2，双调风燃烧

12、器 3，蜗壳式燃烧器三、旋流式燃烧器的布置与供风方式 n旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。四、单只燃烧器的热功率 n单只燃烧器功率过大，会带来以下几个问题：n(1)炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。n(2)炉膛受热面局部热负荷过高，易引起水冷壁的传热恶化和直流锅炉的水动力多值性。n(3)切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响较大。n(4)切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温的影响较大，影响过热器的安全性和汽温调节。n(5)一、二次风的气流太厚，不利风粉混合。n(6)燃烧调节不太灵活。五、旋转火焰的特性 n根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成

13、的火焰形状可能有三种：封闭式火焰、开放式火焰、飞边火焰。第四节 煤粉炉炉膛 n一、燃烧煤粉对炉膛的要求 n(1)创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；n(2)将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有的受热面不结渣；n(3)布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；n(4)尽可能减少污染物的生成量；n(5)对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性。n二、评价炉膛结构的参数 n1、炉膛结构着火稳定性参数n A、炉膛截面热负荷qA nA-炉膛横截面积，m2。通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。nB-燃煤量，kg/s。n -燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。ABQqn

14、etarA.nB、燃烧器区域的壁面热负荷qR n a、b炉膛深度、宽度；n HR 燃烧器区域高度，一般取上层一次风喷口上方1.5米处和下层一次风喷口下方1米处的距离；n围燃带面积修正系数；RnetarRHbaBQq)(2.、炉膛结构燃尽性参数 nA、炉膛容积热负荷qv n VL炉膛容积，m3。n炉膛容积热负荷qv的意义是指在单位时间内、单位炉膛容积内，燃料燃烧放出的热量 LnetarVVBQq.nB、燃料在炉内的停留时间 n燃料在炉内的停留时间可用下述关系表示：nL燃烧器上一次风中心至屏下端距离，m;nWy烟气在炉内的平均上升速度，m/s;yWLmin3、炉膛结构结渣性参数 n与着火稳定因素相

15、同，用Jz表示：n JZ=qA+qR 三、炉膛受热面结渣的影响因素 n1、受热面结渣的形成过程 n当熔融的灰渣接近受热面时，若未被冷却凝固，并与受热面相碰，大块渣积聚在受热面外壁上，便形成了“结渣”现象。2、受热面积灰或结渣的危害 n(1)使炉内传热变差，加剧结渣过程。n(2)炉膛出口的受热面超温。n(3)水冷壁积灰、结渣较多时，多数并发高温腐蚀。n(4)使锅炉效率降低。n（5）水冷壁尤其是过热器结渣严重时，大块渣落下，可能扑灭火焰或砸坏炉底水冷壁，造成恶性事故。3、影响受热面结渣的主要因素 n(1)煤灰特性和化学组成n(2)炉膛温度水平 n(3)火焰贴墙 n(4)过量空气系数 n(5)煤粉细

16、度 n(6)吹灰 n(7)燃用混煤 4、防止受热面结渣的基本条件 n一是炉内应布置足够的受热面来冷却烟气，使烟气贴近受热面时，烟气温度降低到灰的熔点温度以下，即保证灰渣贴近受热面时被凝固；n二是组织一、二次风形成良好的气流结构，保证火焰不直接冲刷受热面。四、火焰充满度 n因为死滞漩涡区的存在会给锅炉运行带来下述问题：n(1)炉膛容积利用不好。n(2)造成热偏差。五、炉膛负压 n 1、煤粉炉的正常炉膛负压 炉内压力比外界大气压力低26Pa(mm水柱)。维持正常的炉膛负压，不仅对锅炉经济运行作用很大，而且对运行调节十分有益。2、炉膛负压太大的危害 n(1)炉膛负压太大，说明引风机抽吸力过大。此时，

17、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。n(2)气流上翘，火焰行程缩短，导致不完全燃烧。n(3)对于四角燃烧炉，由于气流上翘，使四股气流的相互作用变差，甚至切圆形成不好，煤粉气流相互点燃的作用变弱，燃烧变得不稳定。如果煤质着火性能变差时，还可能引起灭火。n(4)漏风增大，使烟气体积增加，烟气流速相应升高。这时排烟损失增加；受热面磨损加剧；汽温升高；炉膛温度降低，影响燃烧稳定性；火焰向上运动速度增大，一部分燃料未来得及完全燃烧就被排出炉外，因而造成不完全损失增大等一系列不良影响。n(5)炉膛负压急剧升高时，还可能发生炉膛内爆事故。内爆会造成水冷壁损坏或人身事

18、故。内爆产生的原因一是：引风机运行不正常，静压头过高或挡板运行不良；二是因灭火而切断燃料供应时，炉膛负压急剧升高。因此，在切断燃料的同时，应适当关小引风机挡板，以免负压剧增。此外，大型机组应设置炉内压力报警和安全保护装置。n(6)炉膛负压波动时，也可能是炉内压力波变化造成的。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，炉膛负压是燃烧调整和锅炉保护的重要参数。n(7)炉膛负压由负压值极高突变正压，此过程发生的时间极短，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的锅炉，炉膛负压超限时，控制系统会自动发出报警或保护动作。但当控制系统处于手

19、动状态时，则必须做出准确、迅速的判断和处理。六、炉膛内的爆炸性燃烧 n炉膛爆炸的原因是数量过多的燃料和空气在炉膛内未能及时着火燃烧，而以极高的速度进行化学反应，当具有足够的着火热源时，在瞬间形成可燃性气体，气体容积急剧增加，炉内压力和温度急剧升高。第五节 煤粉气流的着火燃烧 n一、影响煤粉气流着火的因素 n 挥发分 n 燃料品质水分n燃料 灰分n 发热量n煤粉细度及煤粉颗粒分布n 一次风量、一次风温、一次风速n 燃烧器 二次风速，二次风温，n 结构 配风方式及燃烧器结构型式n 单只燃烧器的热功率n炉膛 qA，qR，qVn 散热强度和放热强度n 运行 锅炉负荷n调节方式第六节 低负荷稳燃及低NO

20、x煤粉燃烧技术 n一、低负荷稳燃技术 n1，提高一次风气流中的煤粉浓度 2，提高煤粉气流初温 3，提高煤粉颗粒细度 n4，在难燃煤中加入易燃燃料 二、低x煤粉燃烧技术1、NOx的生成机理 NOx的生成机理有三种：温度型NOx，燃料型NOx，快速温度型NOx。n（1）温度型NOx，是指空气中的氮在超过1500摄氏度 的高温下，发生氧化反应，温度越高NOx的生成量越多。n（2）燃料型NOx，是指燃料中的氮受热分解和氧化生成NOx。进一步说，主要指挥发份中的氮化合物生成NOx，其占NOx总量的8090%，这部分NOx在燃烧器出口处的火焰中心生成。n（3）快速温度型NOx，是指空气中的氮和碳氢燃料先在

21、高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等，然后快速与氧反应，生成NOx。这部分NOx占NOx总量的5%。2、低NO煤粉燃烧器n（1）、PM型燃烧器 nPM型燃烧器是在燃烧器内将煤粉气流分为浓度气流和煤粉气流。浓煤粉气流在上，淡煤粉气流在下。n（2）宽调节比燃烧器 n宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的主要性能是在低负荷下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变化时的燃烧调节范围比较宽。n（3）APM型浓淡浓燃烧器 n主要技术是将原来的PM型浓、淡燃烧器改进为A-PM型浓、淡、浓燃烧器，n（4）新型低x旋流式燃烧器 n新型低x旋流式燃烧器是在燃烧器一次风管中设置调节杆，一

22、次风管出口装有环形稳焰器，在环形二次风管内装有隔板。3、炉内脱氮新技术n（1）两级燃烧与MACT燃烧技术 n两级燃烧是把燃烧所需要的空气量两段送入炉膛，第一级的空气量大约为80%左右，从燃烧器的下部送入；第二级的空气量大约为20%左右，从燃烧器的上部送入，两级喷口之间的距离为1.52米。采用两级燃烧方式，主要用于降低x的生成量。n（2）AMACT炉内脱氮技术 n其核心技术是控制主燃烧区的燃料与空气比为0.80.9，在主燃烧器上方设置OFA供风，使主燃烧区产生的碳氢化合物被活化，并在OFA的上部留有足够的空间，使主燃烧区生成的Ox到达OFA区时，由于缺氧又被还原成N2，从而为Nx充分还原创造条件

23、。n（3）扩大还原燃烧技术 n技术的核心是在主燃烧区与燃尽区之间留有较大的空间，并注入IAP供风，形成HCN、NH3、HC等还原性气氛，促使Nx还原，第七节 型火焰燃烧技术 n一、型火焰锅炉的炉膛形状 n二、型火焰锅炉的燃烧器 第八节 油燃烧器与点火器n一、油燃烧的特点n重油的燃烧特点是：首先用雾化喷嘴将重油雾化成很细小的雾状液滴群（即油雾），再经过受热、蒸发，成为气态燃料。当气态燃油与空气混合并达到着火条件时，便开始着火。n二、油喷嘴n 按照油的雾化方式，油喷嘴分为压力雾化式、蒸汽雾化式、空气雾化式等。n1、压力雾化式油喷嘴 2、蒸汽雾化油喷嘴 三、平流式调风器 四、点火器 第九节 循环流化

24、床燃煤锅炉n一、流态化的描述及其性质当气体通过布风板自下而上地穿过固体颗粒随意填充状态的床层时（见图6-51），整体床层将依气体流速的不断增大而呈现完全不同的状态。第十节 常规燃煤粉火电厂低氮氧化物燃烧技术（洁净燃烧）n随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，NOX的生成量和增加的幅度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关0100020003000012345燃烧器出口氧量，%NOX，m g/m3液态排渣炉固态排渣炉高挥发份煤低挥发份煤图图31 不同燃烧方式和煤种的不同燃烧方式和煤种的NOX排放浓度比较排放浓度比较表 31 燃煤火力发电厂 NOX的排放浓度范围燃烧系统NOX排放值(mg/m3)固态排

25、渣炉6001200直流燃烧器旋流燃烧器60010008501200液态排渣炉9501800直流燃烧器旋流燃烧器900130013002000褐煤炉500680流化床锅炉200700炉排炉300800n燃煤排放的众多污染物中，NOX是唯一可通过改进燃烧方式来降低排放量的气体污染物，n选择合理燃烧参数和合理地组织燃烧过程减少在燃料燃烧阶段NOX的形成量，n是比较经济且合理的降低NOX排放的技术措施。二、抑制NOX生成的理论依据n降低火焰峰值温度、n降低最高温度区域的局部氧浓度，n降低燃料在最高温度区域的停留时间燃煤粉电站锅炉降低NOX的燃烧技术措施1、改进锅炉燃烧运行参数2、燃烧空气分级技术3、组

26、织炉内燃料分级再燃还原NOX一次风煤粉气流一次风煤粉气流外层二次风调节器外层二次风调节器内层二次风旋流器内层二次风旋流器点火用油燃烧器点火用油燃烧器图图39 双调风旋流式煤粉燃烧器的典型结构双调风旋流式煤粉燃烧器的典型结构图图38 旋流燃烧器空气分级示意图旋流燃烧器空气分级示意图空气空气煤粉气流煤粉气流炉膛炉膛一次风煤粉气流一次风煤粉气流上下浓淡隔板上下浓淡隔板V型扩流锥喷口型扩流锥喷口锯齿形锯齿形V型括流锥喷口型括流锥喷口图图37垂直浓淡煤粉燃烧器（垂直浓淡煤粉燃烧器（WR燃烧器）燃烧器）稀相一次风稀相一次风浓相一次风浓相一次风图图36 一次风水平浓淡燃烧示意图一次风水平浓淡燃烧示意图一次风

27、一次风直吹二次风直吹二次风一次风一次风反切二次风反切二次风一次风一次风反切二次风反切二次风一次风一次风反切二次风反切二次风一次风一次风反切二次风反切二次风顶部风（顶部风（OFA）消旋二次风消旋二次风一次风一次风反 切 二 次反 切 二 次风风（b）图图35某某300MW锅炉同轴燃烧系统一、二次风喷口布置示意图锅炉同轴燃烧系统一、二次风喷口布置示意图消 旋 二 次消 旋 二 次风风直 吹 二 次直 吹 二 次风风一次风一次风一次风一次风二次风二次风（a）一次风一次风二次风二次风（b）图图34 同轴燃烧系统一、二次风射流方向示意图同轴燃烧系统一、二次风射流方向示意图（a）一二次风同向；（）一二次风

28、同向；（b）一二次风反向）一二次风反向与主燃烧器一体的与主燃烧器一体的OFA第二次生成的第二次生成的NOXNOXNOX被还原被还原NOXNOX图图310 燃烧器分级配风的喷口布置示意和燃烧器分级配风的喷口布置示意和NOX的还原过程的还原过程上部二次风上部二次风SOFA主燃烧器主燃烧器主燃烧区主燃烧区燃尽区燃尽区还原区还原区主燃烧器主燃烧器再燃燃料再燃燃料燃尽风燃尽风NO，CO2，H2O，O2，SO2，灰，灰N2，NONON2NOX浓度浓度图图311 再燃与还原再燃与还原NOX技术的示意技术的示意20%入炉燃料入炉燃料80%入炉燃料入炉燃料一次燃料一次燃料二次燃料二次燃料燃尽风燃尽风一次风一次风主燃烧区主燃烧区燃尽区燃尽区40%NOX再燃还原区再燃还原区100%NOX图图312 炉膛内燃料分级燃烧过程炉膛内燃料分级燃烧过程低低NOX燃烧器燃烧器调节风口调节风口上部燃尽风上部燃尽风再燃喷口再燃喷口前墙前墙后墙后墙图图313 采用炉内再燃技术的喷口布置示意图采用炉内再燃技术的喷口布置示意图