锅炉原理与设备第四章燃烧设备优秀课件.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,锅炉原理与设备,石油天然气工程学院,王春华,第四章 燃烧设备,煤粉燃烧器,燃烧器的作用,直流燃烧器,旋流燃烧器,W,型火焰燃烧技术,W,型火焰炉膛结构,W,型火焰燃烧技术的特点,煤粉炉炉膛,炉膛的要求,评价炉膛结构的参数,低负荷稳燃及低,NOx,煤粉燃烧技术,低负荷稳燃技术,低,NOx,煤粉燃烧技术,2,2025/4/17 周四,4.1,电站锅炉的燃烧设备,性能良好的燃烧设备应满足的条件：,将燃料和燃烧用空气送入炉膛，形成良好的空气动力场，保证燃料迅速稳定着火。,及时供应空气，与燃料适时混合，使燃料达到完全燃烧。,燃烧稳定，炉内不结焦。,良好的燃料适应性。,NO,X,的生产量控制在允许范围内。,3,2025/4/17 周四,4,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。,其主要作用为：,向锅炉炉膛内输送燃料和空气；,组织燃料和空气及时、充分地混合；,保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火，迅速、完全地燃尽。,一、燃烧器的作用,4.2,煤粉燃烧器的射流特点,2025/4/17 周四,一次风,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挥发分燃烧对氧气的需要。,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。,二、通过燃烧器的空气,5,2025/4/17 周四,6,三、直流燃烧器,直流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口以,直流湍流自由射流,的形式喷入炉膛，根据燃煤特性不同，一、二次风喷口的排列方式可分为,均等配风和分级配风,。,直流射流的主要特点：,沿流动方向的速度衰减比较慢,具有比较稳定的射流核心区,一次风和二次风的后期混合比较强,2025/4/17 周四,7,2025/4/17 周四,均等配风燃烧器一、二次风喷口相间布置，,即在两个一次风喷口之间均等布置一个或两个二次风喷口，或在每个一次风口的背火侧均等布置二次风口，各二次风喷口的风量分配较均匀,均等配风燃烧器,一、二次风口间距较小（,80-160mm,），,有利于一、二次风的较早混合，,使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧,均等配风,适用于燃用,高挥发分煤种,，常称为,烟煤、褐煤型配风方式,1.,均等配风直流燃烧器,8,2025/4/17 周四,分级配凤是指把二次风分级分阶段地送入燃烧的煤粉气流中。,分级配风燃烧器,一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器的下部，二次风喷口则分层布置,，一、二次风喷口间保持较大的距离,(160-350mm),，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中，,强化气流的后期混合,，,促使燃料燃烧与燃尽。,2.,分级配风直流燃烧器,9,2025/4/17 周四,分级配风燃烧器一次风喷口高宽比大，卷吸量大；煤粉气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧。,分级配风,适合于燃用低挥发分煤种或劣质烟煤,，常称为无烟煤、贫煤型配风方式。,10,2025/4/17 周四,下二次风,防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，,风量较小,中二次风,是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要风源，,风量较大,上二次风,提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃烧和燃尽的主要风源，,风量较大,3.,直流燃烧器各层二次风的作用,11,2025/4/17 周四,四角切圆燃烧方式直流燃烧器的布置,炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转。,4.,直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式,四角切圆燃烧方式,12,2025/4/17 周四,切圆燃烧方式的特点,煤粉气流着火所需热量，,除依靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐射热以外，,主要是靠来自上游邻角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热，着火条件好。,火焰在炉内充满度较好，燃烧后期气流扰动较强，,有利于燃尽，煤种适应性强,风粉管布置复杂,13,2025/4/17 周四,切圆燃烧方式直流燃烧器的布置,（,a,）正四角布置,（,b,）正八角布置,（,c,）大切角正四角布置,（,d,）同向大小双切圆,（,e,）正反双切圆,（,f,）两角相切，两角对冲置,（,h,）大切角双室炉膛方式,（,g,）双室炉膛切圆方式,14,2025/4/17 周四,大切角正四角布置,：,大容量锅炉常采用,。,把炉膛四角切去，在四个切角上安装燃烧器。除具有,正四角布置的特点,外，还可形成,切角形水冷壁,。既可增大燃烧器喷口两侧的空间，使两侧补气条件差异更小，射流不易偏斜；切角水冷壁形成燃烧器的水冷套，保护喷口不易被烧坏。,正四角布置,：,中小容量煤粉炉常采用,。,炉膛截面为正方形或接近正方形的巨型，燃烧器布置在四个角上，燃烧器喷口的几何轴线和炉膛两侧墙的夹角接近相等，射流两侧的,补气条件,差异很小，气流向壁面的偏斜较小，因而煤粉火炬的充满程度较好，热负荷较均匀。,15,2025/4/17 周四,采用,同向大小双切圆方式,，,适用于截面深宽比较大的炉膛或由于炉膛四角有柱子，而不能四角布置，燃烧器只能布置在两侧墙靠角的位置,。可改变气流偏斜，防止实际切圆的椭圆度过大；采用,正反双切圆方式,，两股气流反切，可减少实际切圆的椭圆度,；,采用,两角相切，两角对冲方式,，可减少气流相切时实际假想圆的直径，减低气流的旋转强度，防止气流的过分偏斜，但却使燃烧后期的混合扰动变差。,16,2025/4/17 周四,17,切圆燃烧方式,实际气流并不能完全沿轴线方向前进，会出现一定的偏斜，严重时会导致燃烧器出口射流冲墙贴壁，造成炉膛水冷壁结渣。,邻角气流的撞击（主要原因）,炉内,气流围绕假想切圆旋转所产生的旋转动量矩有关，其中二次风射流的动量矩其主要作用。,适当增加一次风动量或减小二次风动量，都会减小旋转动量矩，减弱气流的偏斜,。,一次风煤粉气流的偏斜,2025/4/17 周四,射流两侧,“,补气,”,条件的影响,燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，向火侧受到上游邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；背火侧补气条件差，压力较低，,射流两侧因此形成压差，迫使射流偏向压力低的一侧，,甚至迫使气流贴墙，引起结渣。,18,2025/4/17 周四,燃烧器的高宽比（,h/d,）对射流弯曲变形影响较大,高宽比愈大，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。,19,2025/4/17 周四,假想切圆直径,d,im,较大的,d,im,可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽；但,d,im,过大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差。,20,2025/4/17 周四,旋流燃烧器出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流,一、二次风用不同管道与燃烧器连接，在燃烧器内一、二次风通道隔开。,二次风射流均为旋转射流,一次风射流可以是旋转射流,也可以是直流射流。,旋流燃烧器是一组圆形喷口。,一、旋转射流,4.3,旋转射流和旋流煤粉燃烧器的射流特点,21,2025/4/17 周四,旋流射流具有比直流射流大得多的扩展角，射流中心形成回流区，射流内、外同时卷吸炉内高温烟气，,卷吸量大。,从燃烧器喷出的气流不但具有轴向速度，而且具有很高的切向速度，,早期湍动混合强烈。,轴向速度衰减较快，射流射程较短，,后期扰动较弱。,二、旋转射流的特点,22,2025/4/17 周四,23,2025/4/17 周四,表征旋转射流旋转程度的特征参数,，定义为气流相对于轴线的旋转动量矩,M,与气流的轴向动量,K,及定性尺寸,L,乘积的比值，即,随着,n,的不同，旋流燃烧器形成三种不同的射流状态,封闭式气流（封闭式火焰）,n,较小，出口气流旋流强度很小，射流中心不出现回流区或回流区很小，基本上是封闭气流。,在火焰根部卷吸高温烟气，形成回流区；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。但回流量小，不适合燃烧难燃的煤,三、旋流强度,n,封闭气流,弱旋转射流 开放式射流 全扩散式射流,24,2025/4/17 周四,开放式旋转射流（开放式火焰）,n,较大，,射流内、外侧的压力差逐渐接近，射流中心形成较大回流区，延长到速度很低处才封闭，其着火稳定性主要依赖于炉内烟气温度。,全扩散式射流（飞边火焰）,射流外卷吸作用强烈，使外侧压力小于中心压力，整个射流向外全部张开，气流离开燃烧器后，贴墙运动，引起结渣。,25,2025/4/17 周四,旋流燃烧器通常前墙布置，前后墙对冲或交错布置,若锅炉容量较小，一般将旋流燃烧器布置在前墙，单排或多排布置；若锅炉容量较大，采用前后墙或两侧墙对冲或交错布置，单排或多排布置,四、旋流燃烧器的布置,26,2025/4/17 周四,常用的旋流燃烧器,27,2025/4/17 周四,旋流燃烧器的布置,燃烧器前后墙或两侧墙布置,两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动性也较强,若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣,旋流燃烧器炉顶布置,只在采用,W,火焰燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用,28,2025/4/17 周四,NO,x,生成机理,温度型（热力型）,NOx,：,空气中的氮气在高温下（,1500,以上）氧化而生成，占,NOx,总量的,10%-20%,。,燃料型,NOx,：,燃料中含有的氮化合物（主要是挥发分中的氮化合物）在燃烧过程中热分解而又接着被氧化而生成，占,NOx,总量的,75%,左右。,快速型,NOx,：,燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如,CH,等反应生成的，占,NOx,总量的,5%,左右。,4.5,低,NOx,燃烧,29,2025/4/17 周四,30,影响,NO,x,生成的主要因素,火焰温度和高温下的燃烧时间（或滞留时间）,燃烧过程中，温度越高，生成的,NO,x,量越大，尤其是热力,NO,x,量在,2000,以上时几乎瞬间内完成。在,1600-2000,内，若持续时间较长，,NO,x,易生成；若时间较短，,NO,x,的生产速度减慢。在,1500,以下时热力,NO,x,的生成速度显著减慢，但燃料,NO,x,的生成并不减慢。,2025/4/17 周四,燃料性质,燃煤中的含,N,量越高，燃烧过程中转化为,NO,x,也就越多。,燃烧区中氧的浓度,燃烧区中氧浓度增大，不论热力,NO,x,还是燃料,NO,x,其生产量都将增大。,31,2025/4/17 周四,常见的低,NO,X,燃烧技术,低过量空气燃烧（低氧燃烧）,在保证完全燃烧的情况下，使燃料在炉内总体过量空气系数较低的工况下燃烧。,浓淡偏差,在炉膛多只燃烧器中，选择几只燃烧器使部分燃料在空气不足条件下燃烧，即燃料过浓或富燃料燃烧，其余燃烧器使燃料在空气过量条件下燃烧，即过淡或富空气燃烧。,在燃烧器的燃烧区域内，因燃料燃烧不完全，燃烧温度下降，从而抑制,NO,x,的生成。因富燃料火焰较长，富空气火焰较短，若两者配合适当，相互补充，可实现燃料的完全燃烧。最适宜用在燃气锅炉上。,32,2025/4/17 周四,空气分级,把燃烧用的空气由原来的一股分为两股或多股。在燃烧开始阶段加入部分空气，造成一次气流燃烧区域的富燃料状态，燃料部分燃烧，使得有机结合在燃料中氮的一部分生成无害的氮分子，从而抑制燃料,NO,x,的生成。作为完全燃烧用的其余二次风，喷射到富燃料区域的下游，形成二次燃烧区，实现燃料的完全燃烧。,33,2025/4/17 周四,炉膛是燃料燃烧和热交换,（主要是辐射热交换）,的场所,有利于着火、稳燃，并使燃料燃烧完全；,将烟气冷却到煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有受热面不结渣,;,布置足够的蒸发受热面，不发生传热恶化,;,有合适的热强度,降低,NOx,生成量,;,对煤质和负荷变化有较好的适应性。,一、燃烧煤粉对炉膛的要求,4.8,煤粉锅炉炉膛,34,2025/4/17 周四,35,q,V,过大,V,f,过小，单位时间，单位炉膛容积内燃烧过多燃料，烟气量增多，烟气流速过高，燃料在炉内的停留时间过短，不利于燃烧的完全燃烧；,布置的水冷壁受热面过少，炉膛及炉膛出口烟气温度偏高，易结渣；,q,V,过小,V,f,过大，炉内温度较低，燃料燃尽困难。,二、炉膛设计参数,炉膛容积热强度（热负荷）,q,V,表示单位时间、单位炉膛容积内，燃料燃烧释热的热量。,V,f,炉膛容积,2025/4/17 周四,36,2025/4/17 周四,随着锅炉容量增大，,q,V,呈下降趋势。,这是因为燃煤量增大后，要求保证燃料在炉内有足够的停留时间，因而必须增大炉膛容积。与此间时，又要求布置足够的水冷壁来冷却烟气，并防止水冷壁管内出现传热恶化。但是容积与几何尺寸的三次方成正比，而壁面积与几何尺寸的二次方成正比，因而容积的增长速度比壁面积要快，为了布置足够的水冷壁，炉膛容积相对地增长得多。因此，当容量增大时，,q,V,呈下降趋势。,37,2025/4/17 周四,38,过大，,炉膛断面积过小，水冷壁少，使燃烧器区域的局部温度过高，引起结渣和，增加,NO,x,的生产量；,炉膛断面热强度,表示单位时间、燃烧器区域炉膛单位横截面上，燃料燃烧释热的热量。,炉膛设计参数,过小，,水冷壁多，火焰温度低，不利于稳定着火，减轻结渣，减少污染物生成。,2025/4/17 周四,39,2025/4/17 周四,随着锅炉容量的增加，,q,A,值相应增加。这是因为当锅炉容量增加时，虽然炉膛横断面积必然增大，但相对于单位蒸发量的炉膛横截面积有减小的趋势。对国内铭炉的统计结果表明，,q,A,值随锅炉容量的变化关系见上图。,40,2025/4/17 周四,41,式中,A,B,燃烧器区域的炉墙面积,W,D,炉膛宽度和深度,H,2,最上层燃烧器煤粉喷口与最下层燃烧器煤,粉喷口之间的距离。,燃烧器区域壁面热强度,q,B,表示单位时间、燃烧器区域单位炉壁面积上，燃料燃烧释热的热量。,q,B,愈大，说明火焰愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，对燃料的稳定着火有利，但易造成燃烧器区域的壁面结渣,2025/4/17 周四,Thank You!,