直流煤粉燃烧器Word文档下载推荐.docx

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焦碳的燃尽过程。

上述几个过程虽然有先后顺序或某几个过程同时进行，但各过程之间的相互影响是十分显著的。

主气流卷吸高温烟气的过程

从燃烧器喷口射出的气流仍然保持着高速流动。

由于气流的紊流扩散，带动周围的热烟气一道向前流动，这种现象叫“卷吸”。

由于“卷吸”，射流不断扩大，不断向四周扩张。

同时，主气流的速度由于衰减而不断减小。

正是由于射流的这种“卷吸”作用，将高温烟气的热量源源不断地运输给进入炉内的新煤粉气流，煤粉气流才得到不断加热而升温，当煤粉气流吸收足够的热量并达到着火温度后，便首先从气流的外边缘开始着火，然后火焰迅速向气流深层传播，达到稳定着火状态。

3.邻角气流的撞击点燃作用

在切圆燃烧炉中，四股气流具有“自点燃”作用。

即煤粉气流向火的一侧受到上游邻角高温火焰的直接撞击而被点燃。

这是煤粉气流着火的主要条件。

背火的一侧也卷吸炉墙附近的热烟气，但这部分卷吸获得的热量较少，此外，一次风与二次风之间也进行着少量的过早混合，但这种混合对着火的影响不大。

4.煤粉气流接受辐射加热

煤粉气流着火的热源部分来自炉内高温火焰的辐射加热，但着火的主要热源来自卷吸加热，约占总着火热源的60～70%。

5.热源不足时的着火 

当煤粉气流没有足够的着火热源时，虽然局部的煤粉通过加热也可达到着火温度，并在瞬间着火，但这种着火不能稳定进行，即着火后还容易灭火。

这样的着火极易引起爆燃，因而是一种十分危险的着火工况。

6．煤粉气流从着火到燃尽的各阶段

煤粉气流在正常燃烧时，一般在距离喷口0.5～1.0米处开始着火，在离开喷口1～2米的范围内，煤粉中大部分挥发分析出并烧完，此后是焦炭和剩余挥发份的燃烧，需要延续10～20米甚至更长的距离。

当燃料到达炉膛出口处时，燃料中98％以上的可燃物可以完全燃尽。

（四）、四角切圆燃烧的气流偏斜

采用四角燃烧方式的锅炉，运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙，引起结渣以及燃烧不稳定现象。

1.邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因

射流自燃烧器喷口射出后，由于受到上游邻角气流的直接撞击，撞击点愈接近喷口，射流偏斜就愈大；

撞击动量愈大，气流偏斜就愈严重。

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射流自喷口射出后仍然保持着高速流动，射流两侧的烟气被卷吸着一道前进，射流两侧的压力就随着降低，这时，炉膛其它地方的烟气就纷纷赶来补充，这种现象称为“补气”。

如果射流两侧的补气条件不同，就会在射流两侧形成压差。

向火面的一侧受到邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；

而背火面的一侧补气条件差，压力较低。

这样，射流两侧就形成了压力差，在压力差的作用下，射流被迫向炉墙偏斜，甚至迫使气流贴墙，引起结渣。

燃烧器的高宽比值愈大，射流形状愈宽而薄，其“刚性”就愈差，因而，射流愈容易弯曲变形。

在大容量锅炉上，由于燃煤量显著增大，燃烧器的喷口通流面积也相应增大，所以喷口数量必然增多。

为了避免气流变形和减小燃烧器区域水冷壁的热负荷，将燃烧器沿高度方向拉长，并把喷口沿高度分成2～3组，每组的高宽比不超过6，相邻两组喷口间留有空档，空档相当于一个压力平衡孔，用来平衡射流两侧的压力，防止射流向压力低的一侧弯曲变形。

当燃烧器多层布置时对旋涡直径的影响较大

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7～8倍。

（五）、切圆直径

炉内四股气流的相互作用，不仅影响到气流偏斜程度，也影响到假想切圆直径。

而切圆直径又影响着气流贴墙、结渣情况和燃烧稳定性。

此外，还影响着汽温调节和炉膛容积中火焰的充满程度。

当锅炉 

燃用的煤质变化较大时，切圆直径的调整十分重要。

当切圆直径较大时，上游邻角火焰向下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。

切圆直径过大，也会带来下述的问题：

（1）火焰容易贴墙，引起结渣；

（2）着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；

（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，还可能引起过热器超温。

在大容量锅炉上为了减轻气流的残余旋转和气流偏斜，假想切圆直径有减小的趋势，对于300ＭＷ锅炉，切圆直径一般设计为700mm～1000mm。

同时，适当增加炉膛高度或采用燃烧器顶部消旋二次风（一次风和下部二次风正切圆布置，顶部二次风反切圆布置），对减弱气流的残余旋转，减轻炉膛出口的热偏差有一定的作用，但还不可能完全消除。

当然，切圆直径也不能过小，否则容易出现对角气流对撞，火焰推迟，四角火焰的“自点燃”作用减弱，燃烧不稳定，燃烧不完全，炉膛出口烟温升高一系列不良现象，影响锅炉安全运行。

或者给锅炉运行调节带来许多困难。

（六）、一次风与二次风的配比

在锅炉燃烧设备和煤质一定的条件下，一次风与二次风的调节就成为决定着火和燃尽过程的关键。

一次风与二次风的工作参数用风量、风速和风温来表示。

1．一次风量

一次风量主要取决于煤质条件。

当锅炉燃用的煤质确定时，一次风量对煤粉气流着火速度和着火稳定性的影响是主要的。

一次风量愈大，煤粉气流加热至着火所需的热量就越多，即着火热愈多。

这时，着火速度就愈慢，因而，距离燃烧器出口的着火位置延长，使火焰在炉内的总行程缩短，即燃料在炉内的有效燃烧时间减少，导致燃烧不完全。

显然，这时炉膛出口烟温也会升高，不但可能使炉膛出口的受热面结渣，还会引起过热器或再热器超温等一系列问题，严重影响锅炉安全经济运行。

对于不同的燃料，由于它们的着火特性的差别较大，所需的一次风量也就不同。

应在保证煤粉管道不沉积煤粉的前提下，尽可能减小一次风量。

对一次风量的要求:

满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，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。

例如，对于贫煤和无烟煤，因挥发分含量很低，如按挥发分含量来决定一次风量，则不能满足输送煤粉的要求，为了保证输送煤粉，必须增大一次风量。

但因此却增加了着火的困难，这又要求加强快速与稳定着火的措施，即提高一次风温度，或采用其它稳燃措施。

一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。

一次风率的推荐值列于表6-1。

表6-1 

一次风率的推荐值

煤种

无烟煤

贫煤

烟煤

褐煤

Ｖdaf

20%～30%

＞30%

乏气送粉

20～25

25～30

25～35

20～45

热风送粉

15～20

25～40

40～45

2．一次风速

在燃烧器结构和燃用煤种一定时，确定了一次风量就等于确定了一次风速。

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。

一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，甚至灭火。

任何一种燃料着火后，当氧浓度和温度一定时，具有一定的火焰传播速度。

当一次风速过高，大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰或者引起“脱火”。

即便能着火，也可能产生其它问题。

因为较粗的煤粉惯性大，容易穿过剧烈燃烧区而落下，形成不完全燃烧。

有时甚至使煤粉气流直冲对面的炉墙，引起结渣。

一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。

原因在于：

（1）煤粉气流刚性减弱，易弯曲变形，偏斜贴墙，切圆组织不好，扰动不强烈，燃烧缓慢；

（2）煤粉气流的卷吸能力减弱，加热速度缓慢，着火延迟；

（3）气流速度小于火焰传播速度时，可能发生“回火”现象，或因着火位置距离喷口太近，将喷口烧坏；

（4）易发生空气、煤粉分层，甚至引起煤粉沉积、堵管现象；

（5）引起一次风管内煤粉浓度分布不均，从而导致一次风射出喷口时，在喷口附近出现煤粉浓度分布不均的现象，这对燃烧也是十分不利的。

四角布置燃烧器配风风速的推荐值列于表5-2。

一次风速m/s

20～30

二次风速m/s

40～55

45～55

40～60

三次风速m/s

50～60

55～60

35～45

3．一次风温

一次风温对煤粉气流的着火、燃烧速度影响较大。

提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。

运行实践表明，提高一次风温还能在低负荷时稳定燃烧。

有的试验发现，当煤粉气流的初温从20℃提高到300℃时，着火热可降低60%左右。

提高一次风气流的温度对煤粉着火十分有利。

因此，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。

我国电厂在燃用无烟煤时，为了使煤粉气流的初温尽可能接近300℃，热空气温度提高到350～420℃。

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。

一次风温超过煤粉输送的安全规定时，就可能发生爆炸或自燃。

当然，一次风温太低对锅炉运行也不利。

除了推迟着火，燃烧不稳定和燃烧效率降低之外，还会导致炉膛出口烟温升高，引起过热器超温或汽温升高。

4．二次风量及二次风速

煤粉气流着火后，二次风的投入方式对着火稳定性和燃尽过程起着重要作用。

对于大容量锅炉尤其要注意二次风穿透火焰的能力。

当燃用的煤质一定时，一次风量就被确定了，这时二次风量随之确定。

对于已经运行的锅炉，由于燃烧器喷口结构未变，故二次风速只随二次风量变化。

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。

配风方式不仅影响燃烧稳定性和燃烧效率，还关系到结渣、火焰中心高度的变化、炉膛出口烟温的控制。

从而，进一步影响过热汽温与再热汽温。

5．二次风温

从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。

但是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。

表5-3 

热风温度的推荐数值

燃料

褐煤（热风）

褐煤（烟气）

热风温度℃

380～430

330～380

350～380

300～350

280～350

（七）、三次风、周界风、夹心风

1．三次风

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。

运行经验证明，三次风对燃烧有明显的不利影响。

在大容量锅炉上，三次风的投入对过热汽温、再热汽温的影响很大。

三次风对燃烧及汽温调节的不利影响是：

（1）使火焰温度降低，燃烧不稳定。

（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。

（3）三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加；

（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。

为了减轻三次风对燃烧的不利影响，在大容量锅炉上可将三次风分为两段，即上三次风和下三次风。

三次风的分级送入和合理布置，不仅能减轻上述的不利影响，还能把制粉系统乏气中的煤粉烧掉，并加强燃烧后期可燃物与空气的混合，促进燃烧。

为了保证三次风穿透火焰，三次风速通常达50～60米/秒。

三次风温一般低于100℃。

煤中水分较大时，只有60℃。

三次风量约占总风量的10～18%，有时可达30%。

三次风量的大小取决于一次风量。

根据煤质的挥发分含量，着火的难易程度，水分含量等，一次风量首先以满足干燥原煤、输送煤粉的要求为原则，进入磨煤机前的一次风流量和温度可以调整。

目的是控制磨煤机内的温度，提高磨煤效率，控制磨煤出力。

2．周界风

在一次风喷口外缘，有时布置有周界风。

周界风的作用是：

（1）冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形；

（2）少量热空气与煤粉火焰及时混合。

由于直流煤粉火焰的着火首先从外边缘开始，火焰外围易出现缺氧现象，这时周界风就起着补氧作用。

周界风量较小时，有利于稳定着火；

周界风量太大时，相当于二次风过早混入一次风，因而对着火不利；

（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。

但周界风量过大或风速过小时，在煤粉气流与高温烟气之间形成“屏蔽”，反而阻碍加热煤粉气流。

故当燃用的煤质变差时，应减少周界风量。

周界风的风量一般为二次风量的10％或略多一些，风速为30～40米/秒，风层厚度为15～25mm。

3．夹心风

夹心风的作用是：

（1）补充火焰中心的氧气，同时也降低了着火区的温度，而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响；

（2）高速的夹心风提高了一次风射流的刚度，能防止气流偏斜，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；

（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；

（4）可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一。

如前所述，周界风或夹心风主要是用来解决煤粉气流高度集中时着火初期的供氧问题。

数量约占二次风量的10%～15%。

实际运行中，由于漏风，周界风或夹心风的风率可达20%以上。

在燃用无烟煤、贫煤或劣质煤时，周界风或夹心风的速度比较高，约为50～60米/秒；

在燃用烟煤时，周界风的速度约为30～40米/秒，主要是为了冷却一次风喷口。

燃烧褐煤的燃烧器一次风喷口上一般布置有十字风，其作用类似于夹心风。

实践表明，周界风和夹心风使用不当时，对煤粉着火产生不利影响。

（八）、四角切圆燃烧的改进

我国电站在组织四角切圆燃烧方面具有丰富的经验。

不少电厂对四角切圆燃烧方式进行了改进，其主要特点为：

一次风喷口外侧布置侧边二次风（偏转二次风）

将一、二次风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。

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，减轻水冷壁的结渣。

还可以降低ＮＯx的生成量。

适用于燃用烟煤及挥发分较高的贫煤。

一次风正切圆、二次风反切圆布置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。

一次风对冲、二次风切圆布置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。

（九）、残余旋转引起的烟温偏差与烟速偏差

在四角切圆燃烧锅炉中，燃烧器区域形成的旋转火焰不但旋转稳定、强烈，而且粘性很大。

高温烟气流到达炉膛出口的过程中，其旋转强度虽然逐渐减弱，但仍然有残余旋转。

残余旋转不但造成炉膛出口处的烟温偏差，而且造成烟速偏差。

气流逆时针方向旋转时，右侧烟温高于左侧烟温，右侧烟速高于左侧烟速。

气流顺时针方向旋转时，左侧烟温高于右侧烟温，左侧烟速高于右侧烟速。

一般烟温偏差达100℃左右，偏差严重的甚至达到300℃。