锅炉燃烧专题--肖海平

2015/8/21锅炉设备及运行---------燃烧专题肖海平[e-mail]前言锅炉概述锅炉简介锅炉机组的工作过程锅炉的容量和参数锅炉的容量和参数锅炉按压力分类锅炉利用燃料燃烧释放的热能加热给水，获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽的设备1、锅炉简介汽的设备是进行燃料燃烧、热量传递和水汽化过程的综合装置，是火力发电厂的三大主要设备之一；（锅炉，汽机，发电机）高宽前墙容积宽深高燃烧器的位置高深后墙右侧墙锅炉的组成(炉内、锅内)锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成“炉侧”、“锅侧”炉锅2、锅炉机组的工作过程煤、空气→ 烟、飞灰、炉渣制粉系统燃烧系统风烟系统水、汽汽水系统除渣除灰清灰系统2015/8/22炉侧的工作过程1、制粉系统直吹式原煤斗给煤机磨煤机一次风输送煤粉通过燃烧器一次风喷口进入炉内2、风烟系统送风机：二次风；一次风机：一次风；引风机：烟气空气预热器：利用烟气加热冷空气3、燃烧系统点火装置、燃烧器、一次风挡板、二次风风箱、挡板等燃烧器为主要设备，组织合理空气动力场，确保燃料顺利着火、稳定燃烧、充分燃尽。空气煤飞灰+灰渣烟气化学能热能2015/8/234、汽水系统汽包炉：省煤器汽包水冷壁汽包过热器汽轮机直流炉：省煤器水冷壁启动分离器过热器汽轮再热冷段再热器汽轮机预热、汽化、过热工质水→水蒸汽烟气水、水蒸汽热量的传递机汽包炉直流炉锅炉四管：水冷壁过热器再热器省煤器水冷壁：蒸发受热面，包围火焰形成炉膛过热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内再热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内省煤器：预热作用，吊装在尾部烟道内带一次再热的朗肯循锅炉容量：即蒸发量，锅炉每小时产生的蒸汽量，kg/h，t/h。如1025t/h等额定蒸发量（BRL）：在额定的蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，并3、锅炉的容量和参数数，额定给水温度和使用设计燃料，并保证热效率时所规定的蒸发量；kg/h,t/h最大连续蒸发量（BMCR）：在额定的蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期运行所达到的最大的蒸发量,kg/h,t/h不同蒸汽参数机组经济性比较(锅炉出口参数)机组类型蒸汽压力MPa蒸汽温度℃电厂效率%供电煤耗g/kWh亚临界机组17.0540/54038324超临界机组25556/56413004、锅炉按压力分类超临界机组25.5567/56741300高温超临界25.0600/60044278超超临界机组30.0600/600/60048256高温超超临界30.0700572152015/8/24建国初，1200g/(kWh)煤耗高的原因之一：热电联产比例小技术水平（煤耗）供电煤耗：向电网提供1度电所消耗的标准煤克数。发电煤耗：机组每发1度电所消耗的标准煤克数我国电力的平均供电煤耗，从1990年的427g/(kWh)下降到1995年的412g/(kWh)。2013年为320g/(kWh)2014年7月1日，重点地区燃煤电厂烟囱排放：NOx浓度不大于100mg/m3，二氧化硫浓度不大于50mg/m3，粉尘浓度不大于20mg/m3排放标准。燃气机组排放标准：氮氧化物＜50mg/m3二氧化硫＜35mg/m3环保压力二氧化硫＜35mg/m3烟尘＜10mg/m3燃烧器的作用作用：将煤粉与空气混合气流按有利的方式送入炉膛，造成良好的空气动力场，保证煤粉气流及时着火、强烈燃烧、洁净燃烧、良好燃尽。分级送风创造良好的空气动力场：锅炉燃烧专题分级送风，创造良好的空气动力场：一次风、二次风、三次风分类：1.直流燃烧器2.旋流燃烧器电站燃煤锅炉煤粉炉循环流化床锅炉直流燃烧器四角切圆墙式对冲W型火焰旋流燃烧器特殊直旋流第二节直流燃烧器直流燃烧器：出口气流为直流射流的燃烧器。四角切圆燃烧技术：CEABB-CE阿尔斯通Alston2.1、射流的动力学特性1、射流过程分析2、卷吸与扩散由射流边界卷吸周围烟气，发生热量、质量交换，最终射流横截面扩大、速度降低2.2、四角布置切圆燃烧的主要特点直流式煤粉燃烧器的特性1．射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽；2．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；3采用四角布置相互配合时相互点燃着火性3．采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火性能好，混合强烈；4．多层布置（不少于三层）。2015/8/25四角布置切圆燃烧的主要特点每一层的四个角喷口中心线相切于一个或两个假想切圆1、上游邻角气流的加热作用(自点燃)，加之本身卷吸，着火条件优越着火稳定性好条件优越，着火稳定性好向火侧背火侧2、在整个炉内形成强烈的旋转，扰动混合好，利于燃烧及燃尽3、强烈的湍流扩散和良好的炉内空气动力结构，烟气在炉内充满程度好，炉内热负荷分布均匀整个炉内形成一个强烈的旋转4、采用摆动式燃烧器时，可通过上下摆动调节汽温5、炉膛出口处的残余旋转烟温左右偏差6、如何确保四个角的风粉均匀性也是一个重要问题四角布风不均四角煤粉浓度分布不均匀四角煤粉浓度分布不均匀若管长不同，可用节流孔板来调，或在线监测风粉流量2.3、直流燃烧器的配风方式(均等、分级)1、均等配风一、二次风相间布置，混合较快，适用于挥发分较高的煤种一次风之间隔1－2层二次风一次风的向火侧布置，二次风背火侧布置为何燃烧器分上下两组？在高度方向的配风方案：提高燃烧效率降低污染物NOx2015/8/26均等配风具体方式：1)上下相隔布置：最上层二次风：补充氧气，保证燃尽，稳定火焰中心最下层二次风：补充氧气，把离析煤粉浮托起来2)侧二次风：次风向火侧卷吸高温烟气一次风向火侧卷吸高温烟气邻角气流的加热接受炉中间的热辐射二次风背火侧防止火炬刷墙保持氧化性气氛防止结渣、高温腐蚀一次风集中布置，间距小，穿透能力↑，卷吸能力↑;煤粉浓度高，所需着火热小,燃烧放热集中，利于着火燃烧；二次风分段、分级送入（布置于上下方）一、二次风喷口间距大，混合较晚，后期扰动好2、分级配风扰动好。适用于无烟煤、贫煤、劣质烟煤上中层二次风：补充氧气，保证燃尽，下倾保持火焰中心位置，使得炉膛出口烟气温度合理，提高燃烧效率。下层二次风：补充氧气，把离析煤粉浮托起来，防止火焰下冲进入冷灰斗。（二次风上倾）三次风：细粉+乏气，下倾8-12度，50-70m/s，若使用不当，可能导致炉膛出口烟气温度增大，受热面结渣，汽温超温。大容量锅炉的典型燃烧器结构2.4、一次风与二次风（切圆燃烧方式的主要热力参数）1、一次风层数：300MW5－7层随着锅炉容量增大，若只增大单个一次风喷口的热负荷，会导致结渣、NOx增加2、一次风率：决定于煤种的Vdaf值，和着火条件、制粉统情系统情况3、一次风速一次风速过高燃烧不稳，甚至灭火（＞火焰的传播速度）对面墙结渣一次风速过低影响刚性、扰动、卷吸、回火、堵管、浓度不均一次风速取决于着火性能，直吹式、乏气送粉取下限；热风送粉取上限上限。2015/8/274、二次风量及二次风速二次风穿透火焰的能力着火后的稳定性燃尽喷口面积不变，风速由风量决定二次风的配风方式a均等配风b正塔型配风c倒塔型配风d束腰型配风5、二次风温风温高利于燃烧，但受空预器传热面积的限制故：煤质差时，设计较高的热风温度6、特殊的二次风(1)---周界风A）周界风B）夹心风C）十字风分级配风问题：着火区供氧不足；烧坏喷口一次风喷口附近采用周界风，夹心风，十字风A）周界风B）夹心风C）十字风（1）周界风：冷却作用，防止烧喷口改善着火条件，加强卷吸、加强湍流脉动能托住煤粉，防止煤粉从主气流中分离出来而引起q4↑；增加刚性，减少偏斜；停运时冷却风，煤质差时，应减少周界风量停运时冷却风，煤质差时，应减少周界风量设计不当时阻碍一次风与高温烟气的接触周界风补充空气，风包粉（10％的二次风量）6、特殊的二次风(2)---燃尽风燃尽风火上风消旋风直流燃烧器OFA  CCOFA  SOFA  AA旋流燃烧器OFA  AAP  SAP  低NOx喷口2.5、切圆燃烧方式的燃烧器的布置方式目标：不偏斜、充满度、热负荷均匀2015/8/281、单切圆：正四角布置，正八角布置，大切角正四角布置2、双切圆：a）大小切圆(或反切)：两角切大圆，两角切小圆，或者一次风切小圆（向火侧），二次风切大圆（背火侧）：该形式可以防止结渣和高温腐蚀b）两角对冲两角相切：较小切圆直径减弱气流b）两角对冲，两角相切：较小切圆直径，减弱气流旋转，但是后期扰动差；3、双炉膛双切圆：切圆旋转方向相反假想切圆直径d0d0直接影响实际切圆直径d（数倍于假想直径）的大小太大：水冷壁结渣；烧喷口；残余旋转↑；过热器结渣太小：动力场不稳定；充满度不好；自点燃作用减弱；燃烧不稳定；着火推迟，炉出口烟温升高综合考虑：充满度着火条件结渣残余旋转综合考虑：充满度、着火条件、结渣、残余旋转一二次风可采取不同的切圆大小，或不同旋转方向：小切圆一次风反切；二次风反切；对冲；消旋风火焰贴墙一次风射流贴壁或冲击炉墙，是水冷壁结渣的主要原因第三节低负荷稳燃技术（直流燃烧器）劣质煤低挥发分、多灰、多水、低发热量低负荷良好的燃烧器三高区浓淡燃烧改进措施一、低负荷稳燃技术a、尽量在一次风喷口出口附近形成所谓“三高区”着火区局部高温高煤粉浓度浓淡分离适当高的氧浓度（高气体扰动度）b、浓淡燃烧在稳燃中的优势高浓度侧：减少了着火热，降低了着火温度浓度提高，提高了燃烧的化学反应速度缩短了着火时间和着火距离利于燃尽提高了炉内火焰黑度强化了辐射吸热火焰黑度与三原子气体、焦炭及灰的粒子有关降低了NOx的生成(还原性气氛)1）弯头处离心力作用，实现浓淡分离，上部煤粉浓度高，利于着火，还可降低NOx生成2)扩流锥形成回流区：回流高温烟气WR燃烧器具有V形扩流锥的WR燃烧器(CE公司)回流高温烟气，3)周界风，增强刚性，冷却，保护喷口4）可以降低不投油稳燃负荷5）可上下摆动　调节再热汽温2015/8/29扩流锥的设计锥角2=20º25º，挥发分低的煤种取上限相对高度h/b=2扩流锥受到煤粉的冲刷磨蚀和炉内高温辐射的作用，应该采用耐高温氧化的金属材料或陶瓷制造渐缩管段是使煤粉气流加速，防止煤粉沉积，让煤粉颗粒向中间集中，提高扩流锥后回流区边缘的煤粉浓度，利于着火扩大出口截面降低一次风速着火稳定喷嘴端板向外扩张角β=30º～60º，低挥发分煤种取上限推迟周界风与煤粉气流的混合，利于着火低NOx同轴燃烧系统（LNCFS™）补充2-1上锅锅百万机组燃烧器布置特点LNCFS的主要组件a.紧凑燃尽风（CCOFA）b.可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）c预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）c.预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）d.强化着火（EI）煤粉喷嘴349193302731135六层一次风喷口WR燃烧器三层油喷口冷却风CCOFA端部风CFS辅助风CFSCFS油风室CFSConcentricFiringSystemCFS292432735125459端部风火下风冷却风CFSCFS燃料风CCOFA与大风箱连在一起SOFA与大风箱分开2015/8/210SOFA4591044099422887185050°30°5064583002031255°349193302731135292432735125459火上风日本三菱重工（MIE）首先研制出来的2、PM燃烧器低NOxPM燃烧器辅助风高浓度煤粉火焰(浓相)低浓度煤粉火焰(淡相)一次风/粉比常规火焰煤粉分离器一次风/粉比常规火焰低NOx(PM)火焰燃烧器布补充2-2哈锅百万机组燃烧器布置特点布置方案2015/8/211PM型燃烧器，沿高度方向分成浓淡喷口，在主燃燃烧器的上方为OFA喷咀，在距上层煤粉喷嘴上方7.2m处布置有二层附加燃尽风（AA）喷咀。咀。三层机械雾化式油喷咀，全炉共24只油枪，其总容量为30%BMCR，用于锅炉点火稳燃和低负荷稳燃，每只油枪均配有高能点火