电站锅炉_第四章.

第四章燃烧设备和煤粉燃烧技术煤粉高效燃烧技术旋流燃烧器及其布置直流式燃烧器及其布置煤粉炉的炉膛及燃烧器W型火焰燃烧技术煤粉炉的点火装置流化床燃烧的状态及特征锅炉原理课件燃料的燃烧方式不同其锅炉设备也相应不一样。电站锅炉是耗用大量燃料的动力设备，其主要燃料是煤粉、油或天然气。燃料在炉内为悬浮状燃烧。我国煤炭资源比较丰富，而石油和天然气资源相对较少，因此，我国的燃料政策规定，电站锅炉以燃煤为主，而且主要烧劣质煤，以满足国民经济建设各个方面的需要及能源的合理使用。劣质煤的燃烧是比较困难的，而且会给锅炉运行的安全性和经济性带来重大的影响。了解和掌握锅炉燃煤的特性对于锅炉运行、管理人员来说是非常重要。掌握有关的燃烧基本理论和燃烧设备的性能特点，保证锅炉的安全运行、提高锅炉燃烧效率，节约能源消耗，降低电厂成本。引言煤粉气流的着火：由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程称为着火，转变时的瞬间温度称为着火温度着火和熄火的热力条件)24()(2bTTFQ燃烧过程中向周围介质的散热量Q2为式中：V、F―分别为煤粉空气混合物容积和燃烧室壁面面积α―混合物向燃烧室壁面的综合放热系数T、Tb―分别为反应系统温度和燃烧室壁面温度)14(2/01rnORTEQVCekQ燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量Q1为煤粉气流着火、熄火的热力条件煤粉气流燃烧时要放出热量，同时又向周围介质散热。这两个互相矛盾过程的发展，可能使燃烧过程发生（着火）或者停止（熄火）1/3煤粉气流的着火温度放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线2/3点2对应的温度即为着火温度TzhTb=Tb1（很低），散热线与Q1交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态2Q2QTb=Tb2，散热线与Q1交点2为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度，Q1Q2，反应将自动加速过渡到点3（高温稳定平衡点），此时，只要保证煤粉和空气的不断供应，最后将稳定在高速燃烧状态2Q2Q煤粉气流的熄火温度Tzh、Txh是在一定测试条件下的相对特征值，Txh大于Tzh。（此时的熄火温度已与着火时的热力条件不同，不可同一而语）着火温度和熄火温度是随着热力条件的变化而变化的，是在一定条件下得出的相对特征值强化着火的措施在散热条件不变的情况下，增加可燃混合物的初温、浓度和压力，加强放热在放热条件不变时，提高燃烧室的保温效果，减少放热3/3Tb=Tb2、强化散热，散热线与Q1交点4为不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低，Q1Q2，反应系统温度急剧下降过渡到点5（低温稳定平衡点），此时，煤粉只能产生缓慢地氧化，而不能着火和燃烧，从而使燃烧过程中止（熄火）点4对应的温度即为熄火温度Txh2Q2Q煤燃烧过程的四个阶段预热干燥：煤被加热至100℃左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热1/1挥发份析出并着火：温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热燃烧：挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热燃尽：残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热上述各阶段实际是交叉进行的（某些条件下挥发分只析出一部分即着火，以后挥发分和焦碳的燃烧是同时进行的）；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽放热是目的。煤粉气流的着火热源1/2煤粉气流着火热源：煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射；燃料进行化学反应释放出的热量（在着火前，此项可以略去不计）)34()(4)(434440223mhmymmTTrTTarddTcr式中：r、m、c―分别为煤粉半径(m)、密度(kg/m3)和比热(J/(kg·℃))；Tm、Th―分别为煤粉气流温度(K)、火焰温度(K)Ty―回流烟气温度(K)τ―煤粉加热时间(s)；a―烟气对煤粉的对流放热系数，(W/(m2·℃))；―煤粉和周围介质的系统黑度；右边第一项是高温回流烟气的对流热；第二项是火焰、炉墙等的辐射热煤粉的加热方程式2/2细煤粉温升比粗煤粉快得多；煤粉气流的着火主要是靠高温回流烟气的加热煤粉气流由初温T0加热到着火温度Tz所需时间τz分别为辐射为主要热源（曲线2）)54()(3040TTTcrzhmz)44(ln30zyymzTTTTacr高温回流烟气对流为主要热源（曲线1）煤粉气流的着火热源煤粉气流着火热)204(100Tc2510M100MM100Tc2510100MBTT100M100c100q100crVBQ0qmfmfarzhqarr0zhard4K11r0rzh式中Br―每台燃烧器的燃料消耗量，kg/hr―燃烧器送入炉内的空气所对应的过量空气系数rl―一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比；c1K、cq、cd―一次风、蒸汽及煤的比热，J/Nm3·K）Mar、Mmf―煤的收到基水分，%、煤粉的水分，%Tzh―着火温度，KT0―煤粉一次风气流初温，K1/5煤粉气流的着火热为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量对于热风送粉，煤粉气流的着火热为)204(100Tc2510M100MM100Tc2510100MBTT100M100c100q100crVBQ0qmfmfarzhqarr0zhard4K11r0rzh第一项为加热煤粉和一次风所需热量第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量2/5煤粉气流着火热煤特性、散热条件及初温对着火的影响燃料的性质挥发分含量Vdaf小；水分、灰分含量高；煤粉细度大，则煤粉气流着火温度提高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离增大3/5炉内散热条件减少炉内散热，有利于着火。敷设卫燃带是稳定低挥发分煤着火的有效措施，但需预防结渣煤粉气流的初温提高初温T0可减少着火热。燃用低挥发分煤时应采用热风送粉制粉系统，提高预热空气温度一次风量、一次风速对着火的影响一次风量V1（V0rγ1）V1过大，着火热增加，着火延迟V1过低，燃烧初期由于缺氧，化学反应速度减慢，阻碍着火继续扩展V1在最佳值范围内选取4/5一次风速w1w1过高，通过单位截面积的流量增大，降低煤粉气流的加热速度，着火距离加长，着火推迟w1过低，燃烧器喷口易烧坏，煤粉管道堵塞w1在最佳值范围内选取锅炉负荷DD降低，煤耗量B相应减少，水冷壁总的吸热量Q也减少，但减少的幅度较小，故Q/B反而增加，炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温降低，对煤粉气流着火不利，当锅炉负荷降到一定程度时，会危及着火的稳定性，甚至可能引起熄火锅炉的负荷对着火的影响5/5着火稳定性条件限制了煤粉锅炉负荷的调节范围。一般在没有其他稳燃措施条件下，固态排渣煤粉炉只能在高于70%额定负荷下运行煤粉气流完全燃烧的条件1/3最佳应使(q2+q3+q4)为最小通过燃烧调整试验确定，并在运行中尽量保持该值对烟煤，可取=1.15对无烟煤、贫煤，可取=1.2值影响q2、q3和q4在一定范围内减小，q2降低，但q3、q4会增加供应充足而适量的空气量α炉膛出口过剩空气系数可代表空气量对燃烧过程的影响煤粉气流完全燃烧的条件保证足够的炉膛温度炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧过程便进行得猛烈，燃烧也易于趋向完全炉温过高，不但会引起炉内结渣，也会引起水冷壁的膜态沸腾炉温在（1000～2000℃）范围内比较适宜2/3促进燃料与空气充分混合煤粉完全燃烧应使煤粉和空气充分扰动混合。要求燃烧器的结构特性优良，一、二次风配合良好，炉内空气动力场均匀保证足够的停留时间τ煤粉在炉内的停留时间τ：煤粉自燃烧器出口至炉膛出口所经历的时间τ过小，由于煤粉至炉膛出口处还没有烧完，但炉膛出口后温度降低会使燃烧基本停止，造成燃烧热损失增大；同时引起炉膛出口处过热器超温和结渣τ取决于炉膛容积热强度、炉膛截面热强度和锅炉运行负荷煤粉气流完全燃烧的条件3/3在旋流燃烧器或直流燃烧器的出口处装一个扩锥，又叫稳焰器或钝体，利用煤粉气流流过它时，在它之后产生一个涡流区来增强煤粉与炉内高温烟气的对流换热量。涡流区可以分成顺流区和回流区。由于回流区内的压力较低，可以将炉内的高温烟气吸入到回流区里来对一次风煤粉进行加热。烟气回流稳燃原理1/32/3TxxTxTxxTTxxTTT111000201烟气回流稳燃原理煤粉气流的初温是T0，T1是未燃气流和回流烟气混合后的温度，T2是回流区后的烟气和未燃气流混合前的温度。离燃烧器越远，混入煤粉气流的回流烟气量越多，温度T1也越高。如果在某一点，混合后的温度超过了着火温度，就在此处开始着火燃烧。未燃煤粉气流和回流烟气混合后的温度T1可用热平衡方法求得，即(1+x)T1=T0+xT2当回流烟气温度增高或回流率增大时，T1随之增加；当回流率x=0时，T1=T0。可见烟气的回流对提高煤粉气流的温度和着火是十分有益的。3/3烟气回流稳燃原理浓淡偏差燃烧•将煤粉气流分成浓相和淡两部分送入炉膛内燃烧：浓相：约0.7~1.2公斤煤粉/公斤空气，淡相：约0.2~0.4公斤煤粉/公斤空气。浓相中煤粉浓度较高，着火较容易，改善了煤粉气流在炉内燃烧的条件1/2•（1）挥发分浓度增加的影响挥发分的燃烧属均相燃烧，释放出的挥发分浓度大小（即一次风的混合气份中已释放出的挥发分所占比例）直接影响到其着火温度及火焰传播速度。•（2）减少着火热提高煤粉浓度，相应减少了一次风量，从而减少了加热一次风所需的热量。低挥发分煤的燃烧过程中，挥发分完全燃烧所需的空气较少，因此一次风适量的减少不会影响挥发分的完全燃烧，相反，挥发分燃烧释放出的热量可更有效地用来提高一次风粉温度，2/2浓淡偏差燃烧炉膛是燃料燃烧和热交换（主要是辐射能交换）的场所保证燃料燃烧完全（燃料在炉膛内有足够的停留时间）布置合适的受热面、合理组织炉内热交换满足锅炉容量的要求；同时使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工作所允许的温度炉膛出口的NOX和SOX等排放量应符合环保要求炉膛结构紧凑，金属耗量少、；制造、安装、检修方便煤粉炉炉膛的作用1/2影响炉膛设计的主要因素燃料特性、燃烧方式和排渣方式煤粉锅炉炉膛型式炉膛及燃烧器布置方式Π型炉切向燃烧半开式Π型炉切向燃烧Π型炉对冲（交错）燃烧Π型炉前墙燃烧W型炉W燃烧炉膛型式排渣方式固态液态固态固态固态燃烧器型式直流式直流式旋流式旋流式旋流式直流式2/2燃烧器的作用与要求1/2燃烧器的作用是将燃料与燃烧所需空气按一定的比例、速度和混合方式经喷口送入炉膛保证燃料与空气充分混合、及时着火、稳定燃烧和燃尽，燃烧效率较高能形成良好的炉内空气动力场，火焰在炉内的充满程度好，且不会冲墙贴壁，避免结渣有较好的燃料适应性和负荷调节范围能减少NOX的生成，减少对环境的污染结构简单，流动阻力较小进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的，按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入，按作用不同，可分为三种一次风携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需要通过燃烧器的空气2/2二次风待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用三次风对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，这股乏气称为三次风燃烧器的类型与布置直流燃烧器直流射流直流燃烧器的类型直流燃烧器的布置旋流燃烧器旋流射流旋流燃烧器的类型与布置1/1直流燃烧器（四角切圆燃烧）直流燃烧器（四角切圆燃烧）1-喷口