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燃烧设备网•第六章燃烧设备•第一节直流煤粉燃烧器•一．煤粉燃烧器的作用•煤粉燃烧器是燃煤锅炉燃烧设备的主要部件。其作用是：•(1)向炉内输送燃料和空气；•(2)组织燃料和空气及时、充分的混合；•(3)保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽。•在煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，迅速加热煤粉，使煤粉尽快达到着火温度，以实现尽快着火。•故将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。•一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初始着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。•二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。•直流燃烧器通常由一列矩形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。•二．直流煤粉燃烧器的类型•直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。一类适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。•这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。•因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速地和相邻二次风喷口射出的热空气混合。这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。因而沿高度相间排列的二次风喷口的风量分配就接近均匀。分级配风。•由于一次风中携带的煤粉着火比较困难，一、二次风的混合过早，会使火焰温度降低，引起着火不稳定。为了维持煤粉火焰的稳定着火，希望推迟煤粉气流与二次风的混合，所以进一步将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中，这种配风方式称为分级配风。•分级配风的目的是：在燃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。•(1)一次风集中布置的特点•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。•(2)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。为了消除这种现象，有时将一次风分割成多股小射流，使气流扰动增强，提高着火的稳定性。•一次风喷口附近处于高温，且一次风速较低，喷口易烧坏。为了冷却一次风喷口，可在一次风喷口上加装夹心风或周界风。当然，夹心风或周界风也可增强一次风气流卷吸高温烟气的能力。•三．四角布置直流燃烧器的工作原理•直流喷燃器四角切圆燃烧•直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流。•直流燃烧器的工作过程：•(1)煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；•(2)射流两侧的补气及压力平衡过程；•(3)煤粉气流的着火过程；•(4)煤粉与二次风空气的混合过程；•(5)气流的切圆旋转过程；•(6)焦碳的燃尽过程。•图6-4直流喷燃器烟气卷吸•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•图6-4直流喷燃器烟气卷吸•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%。••••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”条件的影响四角切圆燃烧的气流偏斜•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。•3.燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大•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。•图6-6压力平衡•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。•六．一次风与二次风•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•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。•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•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。•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。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