锅炉的燃烧系统及其设备

锅炉的燃烧系统及其设备第四节、燃烧设备燃烧设备包括：炉膛、燃烧器和点火装置对燃烧设备的要求：燃烧效率高；着火和燃烧稳定、可靠；运行方便；制造、安装和检修简单方便；煤粉燃烧器的作用：(1)向锅炉炉膛内输送燃料和空气；(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。一、炉膛1、结构：全钢全悬吊结构；高、宽、深；平炉顶、斜炉顶；平衡通风；负压；岛式；半露天、全封闭；燃烧煤粉对炉膛的要求：创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；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；布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；尽可能减少污染物的生成量；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。2、完全燃烧的条件A、充足而又合适的空气量；B、适当高的炉温；C、足够的燃烧停留时间；D、煤粉与空气良好的混合和扰动；二、燃烧器(一)燃烧器的布置1、旋流燃烧器的布置方式：(a)前墙布置(b)两面墙布置(c)半开炉膛对冲(d)炉底布置（e）炉顶布置(b-1)两面墙交错布置(b)两面墙对冲布置2、直流式燃烧器的布置方式炉膛结构动画（二）直流式煤粉燃烧器直流燃烧器通常由一列矩形或圆形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。直流射流的主要特点是沿流动方向的速度衰减比较慢，具有比较稳定射流核心区，且一次风和二次风的后期混合比较强。1、湍流自由射流的动力学特征2、直流煤粉燃烧器的类型（1）均等配风直流式燃烧器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、褐煤等。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，称为均等配风直流燃烧器。见图6-1。wx=0Wxxθw0wm初始段基本段x均等配风直流燃烧器（2）一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器分级配风直流煤粉燃烧器适用于燃烧着火比较困难的煤，如挥发分较低的贫煤、无烟煤或劣质烟煤。特点：几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风喷口中心间距较大，如图所示。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，所以将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中。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，保证煤粉稳定着火、完全燃烧。2019/10/4第六章、燃烧设备及煤粉燃烧新技术14分级配风直流燃烧器烟台龙源公司研制开发的DLZ-200型等离子点火煤粉燃烧器3、四角布置直流燃烧器的工作原理煤粉气流在射出喷口时，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，如图6-4所示，称为四角切圆燃烧方式。同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流，如图:煤粉气流着火的热源不仅来自卷吸热烟气和邻角火焰的撞击，而且还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%。煤粉气流在正常燃烧时，一般在距离喷口0.3～0.5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。直流燃烧器工作原理动画四角切圆燃烧器工作原理动画四角切圆燃烧4、四角切圆燃烧锅炉的残余旋转在四角切圆燃烧锅炉中，火焰不但旋转稳定、强烈，而且粘性很大。一般烟温偏差达100℃左右，偏差严重的甚至达到300℃。在沿炉膛出口过热器区域的高度方向上，也存在着烟温偏差和烟速偏差。5、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径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）气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：邻角气流的撞击射流两侧“补气”条件燃烧器的高宽比(hr/b)切圆直径的膨胀（2）切圆直径炉内假想切圆直径影响着气流贴墙、结渣情况和燃烧稳定性，还影响着汽温调节和炉膛容积中火焰的充满程度。切圆直径的调整十分重要。当切圆直径较大时，煤粉的着火条件较好，气流旋转强烈，气流扰动大，可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。但是，切圆直径过大，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，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，引起较大的热偏差，导致过热器结渣或超温。6、一次风与二次风（1）一次风量一次风量主要取决于煤质的挥发分含量和挥发分的发热量。当煤质一定时，一次风量是影响煤粉气流着火速度和着火稳定性的主要因素。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，使着火推迟，燃料在炉内的有效燃烧时间减少，导致燃烧不完全。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。（2）一次风速一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定。当一次风速大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰或者引起“脱火”。一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。（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，还能在低负荷运行时稳定燃烧。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。（4）二次风量和风速二次风量、风速、风温和投入位置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。二次风是在煤粉气流着火后混入的。通常二次风速比一次风速提高一倍以上。（5）二次风温从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧。但是二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置。7、摆动式燃烧器直流式煤粉燃烧器的喷口可做成固定式的，也可做成摆动式的。摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动20～30度，用来改变火焰中心位置的高度，调节再热蒸汽温度。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。摆动式燃烧器一般适用于燃烧烟煤，也可燃烧较易着火的贫煤，但不适用于燃烧难着火的无烟煤、贫煤、劣质烟煤。摆动式燃烧器的摆动机构煤粉喷嘴及其摆动机构宽调节比燃烧器（WR型）（二）旋流式燃烧器旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，具有切向、轴向、径向三个方向的速度，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。图中表示煤粉气流经过蜗壳式旋流器后形成旋转气流，射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。在旋转气流的外围也形成回流区，叫外回流区。外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和煤粉气流。在着火后的煤粉气流的外围送入的二次风也形成旋转气流，故二次风与一次风的混合比较强烈，使燃烧过程连续进行，直至燃尽。前墙旋流燃烧器及油枪燃烧器与水冷壁组装后旋流燃烧器工作原理动画按照旋流器的结构，旋流式燃烧器可分为①蜗壳式、②可动叶轮式、③可动叶片式三大类。旋流强度：气流旋流强度较小时，形成封闭式火焰。气流旋流强度较大时，形成开放式火焰。气流旋流强度进一步增大时，形成全开放式火焰(飞边火焰)。在封闭式旋流火焰中，在火焰根部形成回流区，这种火焰可卷吸火焰自身燃烧放出的热量，具有一定的自稳定着火能力，但因回流量小，不适合燃烧难燃的煤。旋流式燃烧器出口有时可能是开放式气流，这时旋转气流将高温烟气从炉膛中卷吸进来，形成贴壁火焰，引起结渣，因此实际运行中应避免旋流强度过大而导致飞边气流。DKMKLMn8旋转火焰的特性三、点火装置：电火花电弧点火高能点火等离子点火四、空气预热器1、分类：传热式：管式空气预热器蓄热式：回转式空气预热器2、回转式特点：1）传热面密度大，结构紧凑，占地面积小，在相同体积内，回转式可布置的受热面面积是管式预热器的6～8倍。；2）总重量轻；管式空气预热器工作动画3）布置灵活方便；4）受热面金属温度高，低温腐蚀轻；5）漏风量较大，对密封结构要求较高，8%～10%；6）结构复杂，制造工艺高，运行维护检修复杂，工作量大；有水平轴和垂直轴两种，多用垂直轴；回转式空气预热器根据转动部件不同分为受热面旋转和风罩旋转两种。3、受热面回转空气预热器受热面波形板装于圆形筒体内，圆形筒体被钢板分隔成若干个扇形仓格，每个扇形仓格内装满由金属薄板制成的波形板组件，波形板组件称为预热器蓄热板。蓄热板一般由厚度0.5～1.25mm薄钢板轧制成波形板和定位板，并要求板上斜波纹与气流方向成30°夹角，以使增强气流扰动而改善传热效果。空气预热器原理传热元件盒空预器支撑轴承回转式空气预热器中烟气通道一般占总受热面积的50%，空气通道占总面积的30%～40%，其余部分为密封区，用以防止漏风。三分仓式受热面转动空气预热器结构由三对扇形板形成的密封区将受热面分为一次风通道，二次风通道，烟气通道。每个密封区所占角度为15°，一次风通道所占角度35°，二次风通道为115°，烟气通道为165°。国内电站锅炉多数采用受热面旋转式的空气预热器，正常运行时其转速一般为1.17r/min，转速变化范围为0.25-1.23r/min。4、风罩回转空气预热器回转式空气预热器结构动画第五节、辅助设备一、风机常用的风机有离心式和轴流式两种。按作用分为送风机、引风机、一次风机和排粉风机。二、除尘器（一）机械式除尘器1、干式旋风子2、湿式除尘器：离心水膜式除尘器；文丘里湿式除尘器；（二）电气除尘器1、基本原理：气体电离、尘粒的荷电和沉积三个阶段（1）气体的电离金属圆管1为正极，导线2为负极导线与圆管组成非均匀电场导线附近空气被电离的现象，称为电晕。起始区：电场力作用下，空气中离子在电场中向电极运动，粒子运动速度与电场强度成正比。电流饱和区：电压达到某一定数值时，全部离子都不能合成中性原子。电晕区：离子速度更高，撞击中性原子，电子逸出，原子形成正离子，电子与中性原子结合成负离子，再撞击原子，形成新的离子，产生电离。击穿：继续增加电场强度，产生“击穿”。电路短路，电流急剧上升，电压急剧下降。当电压增加到极间空气都被电离时，出现击穿现象。电晕产生条件：不均匀的电场存在。（2）尘粒的荷电与沉积静电除尘器工作在电晕区。距导线2～3㎜处为电晕区，其余空间为电晕外区。离子被尘粒吸附，使尘粒荷电，电场作用下，被电极吸附2、电除尘器本体结构主要部件包括：烟箱系统、阴极系统、阳极系统、槽板系统、储灰系统、壳体、管路、保温护壳和梯子平台等。3、布袋除尘：三、除灰渣装置1、水力除灰系统2、气力除灰系统:负压；正压；仓泵四、脱硫装置1、循环流化床燃烧脱硫2、湿法烟气脱硫装置：石灰石——石膏烟气脱硫。