现代电站锅炉.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,现代电站锅炉,现代电站锅炉,第一章 绪论,第三章,燃烧过程的,基本理论,第五章,蒸发设备与,水冷壁,第七章 省煤器与,空气预热器,第二章 燃料、制粉设,备及系统,第四章,煤粉炉,燃烧设备,第六章,过热器、再热,器及蒸汽系统,第八章,锅炉本体的,设计与布置,电站煤粉锅炉机组的构成,锅炉机组的工作过程,锅炉参数,及,类型,锅炉技术、,经济性指标,电厂锅炉发展趋势,思考题,第一章 绪论,锅炉的作用,锅炉是利用燃料的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下叙过程,电站锅炉是火力发电厂三大主机之一，又称为蒸汽发生器。,火力发电厂能量转换的基本过程,燃烧 热交换,燃料的化学能 烟气的热能 蒸汽(或热水)的热能,锅炉 汽轮机 发电机,燃料的化学能 蒸汽的热能 转轴的机械能 电能,1/4,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组组成,2/4,电站煤粉锅炉的构成,1-原煤斗;2-给煤机;3-磨煤机;4-汽包;5-高温过热器;6-屏式过热器;7-下降管;8-炉膛水冷壁;9-燃烧器;,10-下联箱;11-低温过热器;12-再热器;13-再热蒸汽出口;14-再热蒸汽入口;15-省煤器;16-给水;17-空气预热器18-排粉风机;19-排渣装置;20-送风机;21-除尘器;22-引风机;23-烟囱,3/4,电站煤粉锅炉的构成,4/4,冷空气 烟气 烟气 烟气,烟囱,引风机,除尘器,空气预热器,细微灰粒 飞灰,（二次风）,灰渣沟,原煤,排粉风机,（一次风）烟气 烟气,给煤机 磨煤机 燃烧器 炉膛 水平烟道 尾部烟道,原煤 风、粉 风、粉,未燃煤粒 灰渣,灰渣 灰渣,灰渣沟 排渣装置 冷灰斗,未燃煤粒 未燃煤粒,煤、风、烟系统,1/2,汽、水 系 统,汽机主凝结水,水 水 汽水混合物,给水泵 省煤器 汽包 汽水分离器,化学补充水,汽水混合物,下降管 下联箱 水冷壁 上联箱 导汽管,水 水 水 汽水混合物 汽水混合物,饱和蒸汽 过热蒸汽,过热器 汽轮机调节级,2/2,锅 炉 参 数,额定蒸发量,在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为,t/h,（或,kg/s,）,1/5,最大连续蒸发量（大型锅炉）,在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为,t/h,（或,kg/s,）,蒸汽锅炉额定蒸汽参数,在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数，,额定蒸汽压力,（对应规定的给水压力），单位是,Mpa,；,额定蒸汽温度,（对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位是,0,C,。,我国电站锅炉参数、容量系列,参 数,容 量,(t.h,-1,),发 电 功 率,MW,蒸汽压力,Mpa,蒸 汽 温度,给 水 温度,9.8,540,205225,220；410,50；100,13.7,540/540*,555/555*,220250,420；670,125；200,16.7,541/541*,555/555*,250280,1025；1000,300,17.3；18.1；,18.3,541/541*,260290,1025；2008,300；600,24.2；25.3；26.4,541/566*,545/545*,270290,1900；1650,600,2/5,锅 炉 类 型,锅炉用途,电站锅炉、工业锅炉（热水锅炉）,锅炉参数,低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力、,超超临界压力锅炉,层燃炉 室燃炉 硫化床炉,锅炉燃烧方式,3/5,锅 炉 类 型,锅炉蒸发受热面中工质流动方式,自然循环汽包锅炉,具有汽包，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环,强制循环,具有汽包和循环泵，利用循环回路中工质密度差和循环泵压头工质循环,4/5,锅 炉 类 型,直流锅炉,无汽包，给水靠给水泵压头一次通过各受热面产生蒸汽,低倍率循环锅炉,无汽包，具有汽水分离器和再循环泵，主要靠再循环泵实现工质 再循环,5/5,锅炉机组经济性指标,1/3,热效率,（,90%,）,净效率,燃烧效率,式中,Q,1,锅炉有效利用热，,kJ/kg,；,Q,r,锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg,；,锅炉机组自身所需的热量，,kJ/kg,；,锅炉机组自身电耗对应的热量，,kJ/kg,；,、,锅炉化学、机械未完全燃烧热损失，,%,锅炉连续运行小时数,（,5000,）,锅炉在两次检修之间的运行小时数,2/3,锅炉可用率,（约,90%,）,（总运行小时数,+,总备用小时数）,/,统计期间总小时数（一年）,锅炉的事故率,（约,1%,）,锅炉总事故停炉小时数,/,（总运行小时数,+,事故停炉小时数）,锅炉机组安全性指标,火力发电厂锅炉烟尘及有害气体最高允许排放浓度,排 放 物,粉尘/mg.m-3,SO,2,/mg.m-3,NO,x,(以NO,2,计)/mg.m-3,排 放 量,50,400,V,daf,10%,1100,10%=V,daf,20%,450,本标准实用于：,第三时段（,2004.1.1,起新建火电厂）火电厂,两控区（,SO,2,排放大或酸雨严重地区）及入炉煤,Q,12550,的,火电厂,3/3,电站锅炉发展趋势,加快发展大容量、高参数机组,大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基建投资、设备和运行费用降低,1/1,强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术,燃煤的燃气,-,蒸汽联合循环,(,燃煤硫化床燃烧联合循环及整体煤气化联合循环）和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求,提高运行可靠性和灵活性,锅炉的可靠性涉及到设计、设备制造、运行维护和生产管理等各个方面,运行灵活性要求大力发展中间负荷机组，适应电网调峰需要,同时考虑因燃用劣质煤带来的不利影响（结渣、积灰、磨损、腐蚀），提高锅炉煤种的适应性。提高机组的监控水平,思 考 题,锅炉的受热面及作用,锅炉的主要系统,按锅炉燃烧方式及蒸发受热面中工貭的流动方式来分，锅炉的类型,锅炉的额定蒸发量及最大连续蒸发量,锅炉的热效率及安全性指标,1/1,煤的常规特性及,对锅炉工作的影响,煤的分类,煤粉特性,制粉设备与系统,思考题,第二章 燃料、制粉设备及系统,煤的工业分析成分,水分,(M),、,灰分,(A),、,挥发分,(V),、,固定碳,(FC),煤的组成特性,煤的元素分析成分,碳,(C),、,氢,(H),、,硫,(S),、,氧,(0),、氮,(N),可燃元素,C,（,固定碳和挥发分中的,C,）,、,H,、,S,（,可燃硫 和硫,酸盐硫 ）,不可燃元素,（内部杂质）,O,、,N,不可燃成分,（,外部杂质）,M,（,内、外）、,A,可燃气体挥发份,煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解,形成气体挥发出来,1/12,煤的成分基准,收到基（,ar,）,（,原应用基,y,）,以入炉煤（包括煤的全部成分）,为基准,空气干燥基（,ad,）,（,原分析基,f,）,以风干状态煤（除外部水分）为基准,干燥基（,d,）,（,原干燥基,g,）,以去掉全部水分煤为基准,干燥无灰基（,daf,）,（,原可燃基,r,）,以去掉全部水分及灰分煤为基准,2/12,煤成分基准间的换算,不同基准之间的换算公式,X=K X,0,（2-9）,式中 X,0,、X 某成分原基准及新基准质量百分比，%,K 换算系数（见表2-1）,例:,3/12,煤的成分基准换算系数,表2-1,所求,已知,收到基,空气干燥基,干燥基,干燥无灰基,收到基,1,空气干燥基,1,干燥基,1,干燥无灰基,1,4/12,煤的发热量,煤的发热量（kJ/kg),单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量,低位发热量（,Q,net,）,烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。,低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量,高位发热量,(,Q,gr,),煤的理论发热量，由实验测得的,弹筒发热量（,Q,b,）,减去校正值确定（式,2-10,）,5/12,干燥基,高、低位发热量之间的换算,式中,r,水的汽化潜热，通常取,r=2510 kJ/kg,收到基,高、低位发热量之间的换算,高、低,发热量间的换算,6/12,发热量各基准间的换算,高位发热量,(,Q,gr,),各,基准间的换算,采用上述换算系数,低位发热量,(,Q,net,),各基准间的换算分三步进行,已知基准的,Q,net,已知基准的,Q,gr,(,式,2-12,等,),已知基准的,Q,gr,所求基准的,Q,gr,(,采用上述换算系数,),所求基准的,Q,gr,所求基准的,Q,net,(,式,2-12,等,),7/12,发热量相关值,标准煤,收到基低位发热量为,29270 kJ/kg,的燃料为标准煤,标准煤耗量,式中 、,分别为标准煤耗量与实际煤耗量,8/12,煤的灰分特性,用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定,灰的变形温度,DT,（原,t,1,）,灰的软化温度,ST,（原,t,2,）,灰的流动温度,FT,（原,t,3,）,煤的灰分特性,灰分特性影响因素,煤灰的化学组成,煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低,煤灰周围高温介质的性质,氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低,9/12,煤,的,灰熔点越低，越容易结渣,煤中V对锅炉工作的影响,挥发分,V,V,的,含量代表了煤的地质年龄，,地质年龄越短,，,煤的碳化程度越浅，煤中的气体挥发越少,V,含量越多，,煤的着火温度低，,易着火燃烧,V,多，,V,挥发使,煤的孔隙多，反应表面积大，,反应速度加快,V,多，煤中难燃的,固定碳含量便少，,煤易于燃尽,V,多，,V,着火燃烧造成高温，,有利于碳的着火、燃烧,10/12,煤中M、A对锅炉工作的影响,水分,M,、,灰分,A,M,、,A,高，煤中可燃成分相对减少，,煤的热值低,M,、,A,高，,M,蒸发,、,A,熔融均要吸热，,炉膛温度降低,M,、,A,高，,增加着火热或包裹碳粒，,使煤着火、燃烧,与燃尽困难；,M,、,A,高，,q,2,、,q,3,、,q,4,、,q,6,增加，,效率下降,M,、,A,高，,过热器易超温,M,、,A,高，,受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重,M,、,A,高，,煤粉制备困难或增加能耗,A,高，,造成大气和环境的污染,11/12,煤中C、S、ST对锅炉工作的影响,灰熔点（,ST,）,灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危,及锅炉运行的安全性和经济性。,对于固态排渣炉，,ST6.510,21.0,贫煤 低挥发份煤,1019,18.5,烟煤 中挥发份煤,高挥发份煤,1927,2740,16.5,15.5,褐煤 超高挥发份,煤,40,11.5,电厂锅炉用煤分类,2/5,电厂锅炉用煤分类,大类别 小类别,分 类 指 标,挥发份,V,daf,(%),灰 分,(%),水 分,(%),硫 分,(%),发热量,Q,ar,net,(MJ/kg),灰融,特性,ST(,0,C),低质煤 低发热量煤,超高灰分煤,超高水分煤,高硫煤,易结渣煤,10,1019,1927,2740,40,40,40,46,40,12,3,12.5,21.0,18.5,16.5,15.5,11.5,1350,3/5,煤的类型,4/5,无烟煤,碳化程度高，含碳量很高,，达,95%,，杂质很少,，,发热量很高,约为,25000,32500 kJ/kg,；,挥发份很少,，小于,10%,，,V,daf,析出的温度较高，着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃,褐煤,碳化程度低，含碳量低,，,约为,40,50%,，水分及灰分很高,，,发热量低,约,10000,21000 kJ/kg,；,挥发分含量高,，约,40,50%,，,甚至,60%,，挥发分的析出温度低，着火及燃烧均较容易,烟煤,碳化程度次于无烟煤，含碳量较高,，一般为,40,60%,杂质少，发热量较高,约为,20000,30000 kJ/kg,；,挥发分含量较高,，约,10,45%,，着火及燃烧均较容易,贫煤,挥发分含量,10,20%,的烟煤,挥发份较少,，,性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；,劣质烟煤,挥发份,20,30%,；但水分高，灰分更高的烟煤,发热量低,，,为,11000,12500 kJ/kg,这两种烟煤着火及燃烧均较困难,煤的类型,5/5,煤的自燃性与爆炸性,煤粉的自燃,煤粉在氧化性介质中，当煤粉散热不良或周围介质温度升高时，会发生自燃,煤粉的爆炸,发生自燃的煤粉遇到明火会发生爆炸,影响煤粉爆炸的因素主要有,：煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉的浓度和温度、煤粉的水分,制粉系统需采用一定的防爆措施，如设置防爆门等,1/4,煤粉细度 R,x,2/4,煤粉的细度,R,x,（,D,x,）,用来表示煤粉的粗细程度,用标准筛子筛分一定量的煤粉试样，筛子上煤粉的剩余量或通过量占煤样总重量的质量百分比，,用,R,x,或,D,x,表示,X,为筛孔边长，,m,R,x,越小或,D,x,越大，则煤粉越细,或,煤粉经济细度,热损失,q,4,、,制粉电耗,q,dh,、,磨煤设备金属部件磨损,q,ms,之和为最小时的煤粉细度,其中 n 是表示煤粉颗粒分布的均匀性系数,煤粉均匀性系数n,R,200,R,90,，,n为正值；,当R,90,一定时，n值越大，则R,200,越小，说明煤粉中过粗的煤粉较少；,当R,200,一定时，n值越大，则R,90,越大，说明煤粉中过细的煤粉较少。,n值越大，煤粉中过粗和过细的煤粉均较少，即煤粉粒度分布较均匀。,n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式，一般取n=0.81.2。,3/4,煤的可磨性系数,哈氏可磨性指数,HGI,HGI86,为,易磨煤,与,HGI,之间关系,全苏热工研究所,（,BTH,）,在风干状态下将质量相等的标准煤和试验煤由相同的粒度磨制成相同的细度时，消耗的能量之比,1.5 为易磨煤,4/4,用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度,制粉设备与系统,磨煤机,低速磨,(16,25r/min),中速磨,(50,300r/min),高速磨,(500,1500r/min),制粉系统,中间储仓式系统,直吹式系统,1/1,低速磨（钢球磨）,普通筒式钢球磨,的圆筒由电动机带动低速转动，燃料和干燥剂（热空气）从磨一端的空心轴进入圆筒，在圆筒内煤被干燥、并经筒内装有的大量钢球打碎、研磨成粉，随后被干燥剂从磨的另一端带出,1/4,低速磨,主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨,双进双出,钢球磨,轴颈内带热风空心管双进双出筒式钢球磨,圆筒两端的空心轴内有一空心圆管，圆管外装有螺旋输送装置。两端的空心轴既是热风和原煤的进口，又是煤粉气流混合物的出口。从而形成两个相互对称又彼此独立的磨煤回路两个回路,两个回路同时使用时磨煤机出力最大；也可以单独使用一个，这时可使磨煤出力降至50以下,2/4,钢球磨,特性,磨煤的单位电耗Em,取决于磨煤出力B,m,和消耗的电网功率N,dw,筒体和钢球的质量比其中的燃料大许多倍，,N,dw,主要消耗在转动筒体和升举钢球上，,与磨煤出力B,m,几乎无关,E,m,随出力B,m,的降低而增高，在低负荷下运行不经济,钢球磨,结构简单，对煤种适应性强，出力大，运行可靠；但初投资大，对锅炉负荷适应性差；单位电耗大，噪音大,3/4,双进双出,钢球磨的特点,扩大了钢球磨的负荷调节范围,4/4,响应锅炉负荷变化的时间短，有利于低挥发分煤的稳燃,出力靠调整一次风量控制。加大一次风阀门的开度，风量及带出的煤粉流量同时增加，因此，在任何负荷下，煤粉浓度变化不大，且煤粉细度降低,设有微动装置,磨煤机在停机或维修操作时以额定转速的,1,100,转速旋转，可使筒内存煤及时散热防止自燃。故短时间停机时不必将筒内的剩煤排空,双进双出钢球磨煤机保持了钢球磨煤种适应性广等所有优点，同时大大缩小了体积，降低了磨煤机的能耗，增强了适应锅炉负荷变化的能力,中 速 磨,原煤经落煤管进入两组相对运动碾磨件之间，在压紧力的作用下被挤压、研磨成粉。热风经四周风环进入磨煤机，对被甩至此处的煤粉进行干燥并将煤粉带入粗粉分离器进行分离，不合格的煤粉返回磨煤机重磨，细粉则送出磨外,1/1,中速磨,有盘式磨（辊-盘式）、碗式磨(辊-碗式HR、HP)、环式磨(辊-环式MPS、球-环式E),中速磨,布置紧凑，初投资小，单位电耗小，适应变负荷运行；但结构复杂，不易磨水分太大和太硬的燃料,高 速 磨(风扇磨),高速磨,由叶轮、带有护甲的蜗壳和粗粉分离器组成，装有冲击板的叶轮由电机带动高速旋转。原煤和干燥剂一起被吸入磨煤机内，煤被转动的冲击板打碎，甩到护甲上再次被撞击成煤粉，煤粉借助风扇产生的压头由干燥剂携带经粗粉分离器带出,1/1,高速磨,结构简单，相应的制粉系统简单，金属耗量小，对,锅炉负荷适应性强，特别适应磨高水分煤种；但部件磨损大，不宜磨制较硬的煤种,1-煤斗；4-给煤机；7-磨煤机；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；13-二次风箱；14-空气预热器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器；24-乏气风箱；25-三次风（乏气）喷口；28-一次风机,钢球磨中储式制粉系统,有,热风送粉,和,乏气送粉,两种,1/3,钢球磨中储式热风送粉系统,空气经送风机,空预器,一次风机,一次风箱,混合器（热气与煤粉）,一次风喷口,乏气,排粉机,乏气风箱,三次风喷口,适用无烟煤、贫煤及劣质煤,钢球磨中储式热风送粉系统,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,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,2/3,乏气,排粉机,一次风箱,混合器（乏气与煤粉）,一次风喷口,适用于烟煤等挥发分含量高的煤种,钢球磨中储式乏气送粉系统,3/3,1-煤斗；4-给煤机；7-磨煤机；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；13-二次风箱；14-空气预热器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器,负压系统：,排粉风机装在磨煤机出口，整个系统在负压下运行,煤粉不会向外泄漏，对环境污染小,漏风大，排粉风机磨损严重，效率低，电耗大，系统可靠性差,1-煤斗；3-给煤机；4-磨煤机；5-煤粉分离器；6-一次风箱；15-排粉机；8-燃烧器；10-送风机；11-高温一次风机（排粉机）；12-空气预热器；13-热风风道；14-冷风风道；15-排粉机；16-二次风箱；19-密封风机,中速磨直吹式负压系统,1/5,中速磨直吹式制粉系统,有,正压,和,负压,系统,中速磨直吹式正压热一次风系统,正压系统：,一次风机布置在磨煤机之前，系统处于正压状态下工作,无漏风；叶片磨损小,煤粉易外泄，系统需设专门的密封风机,热一次风系统：,配置二分仓回转式空预器。一次风机布置在空预器与磨煤机之间，输送的是热空气,空气温度高，比容大，风机体积大，电耗高，易发生高温侵蚀，运行效率及可靠性低,2/5,1-煤斗；3-给煤机；4-磨煤机；5-煤粉分离器；6-一次风箱；15-排粉机；8-燃烧器；10-送风机；11-高温一次风机（排粉机）；12-空气预热器；13-热风风道；14-冷风风道；15-排粉机；16-二次风箱；19-密封风机,正压系统,有,热一次风,和,冷一次风系统,中速磨直吹式正压冷一次风系统,冷一次风系统：,配置三分仓回转式空预器。一、二次风各自由单独风机输送，风机处于空预器之前，输送的是干净的冷空气,空气温度低，比容小，风机体积小，电耗低，效率高；高压头冷一次风机可兼作密封风机，简化系统；热风温度不受一次风机的限制，可满足磨制较高水分煤种的要求,3/5,1-煤斗；3-给煤机；4-磨煤机；5-煤粉分离器；6-一次风箱；15-排粉机；8-燃烧器；10-送风机；11-高温一次风机（排粉机）；12-空气预热器；13-热风风道；14-冷风风道；15-排粉机；16-二次风箱；19-密封风机,高速磨直吹式系统,1-煤斗；3-给煤机；5-磨煤机；6-煤粉分离器；7-燃烧器；8-二次风箱；9-空气预热器；10-送风机；12-抽风机,（a）热风干燥；,（b）热风-炉烟干燥,4/5,磨制烟煤和水分不高的褐煤,采用热风作为干燥剂,磨制高水分不高的褐煤,采用热风掺炉烟作为干燥剂,两种制粉系统的比较,直吹式系统,系统简单、设备部件少，管路短、阻力小，初投资和系统的建筑尺寸小，输粉电耗较小；但磨煤机的工作直接影响锅炉的运行，锅炉机组的可靠性相对低些,5/5,储仓式系统,设有煤粉仓，磨煤机可一直维持在经济工况下运行，磨煤机的工作对锅炉影响较小，系统的可靠性高；但系统复杂、设备部件多，初投资及运行费用高,锅炉负荷变动时,储仓式系统,调节给粉机转数改变煤粉量，既方便又灵敏,直吹式系统,从改变给煤量开始，经过整个系统才能改变煤粉量，惰,性较大,思 考 题,煤的元素分析与工业分析成分,煤的成分基准及换算,煤发热量的类型及换算,V,、,M,、,A,、,C,、,S,、,ST,对锅炉工作的影响,无烟煤的特性及对锅炉运行的影响,煤粉的细度、均匀性系数及煤的可磨性系数,双进双出钢球磨与中速磨工作原理,中,储式热风送粉与乏气送粉系统,一、二、三次风,直吹式负压与正压系统,中速磨正压冷一次风系统,1/1,第三章 燃烧过程的理论基础,化学反应速度,化学反应速度,及,影响因素,固体燃料的燃烧,煤燃烧的四个阶段,焦碳的燃烧,煤和煤粉的燃烧特点,煤粉气流的着火与燃烧,着火与熄火的热力条件,煤粉气流的着火及影响因素,完全燃烧的条件,思考题,化学反应速度,在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度,的变化率,对于反应式,AB GH,反应速度为,C,A,、C,B,、C,G,、C,H,分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm,3,、分别为相应的化学计量系数,燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程,均相燃烧,燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧,多相燃烧,燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧,化学反应速度,1/4,均相反应质量作用定律,质量作用定律,反映浓度对化学反应速度的影响,对于均相反应，,在一定温度下，,化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比，各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数,2/4,对反应,A,B,G,H,质量作用定律可用下式表示,式中：k 为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度,在温度不变的情况下，反应物的浓度（单位容积中分子数）越高，分子的碰撞机会越多，化学反应速度就越快,多相反应质量作用定律,3/4,多相燃烧反应,在固体表面进行，固体燃料浓度不变,（,C,A,=常数），,故多相反应速度w是指在单位时间、单位表面上反应物（气相）浓度的变化率,式中,f,A,单位容积,两相混合物中固相物质的表面积；,C,B,气相反应物质的浓度,阿累尼乌斯定律,阿氏定律,反映温度对化学反应速度的影响,反应物浓度不变时，反应速度可用,反应速度常数,k来表示。k,随温度变化的关系,式中,k,0,频率因子，近似为一常数,R、T、E,通用气体常数、热力学温度、活化能,4/4,活化能 E,破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能的分子为活化分子。,活化能 E,与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大,在一定的温度下，活化能 E越大，则反应速度常数 k值越小，反应速率越小；而在一定的活化能 E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越大,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）。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；着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽是目的,焦碳燃烧的动力学特性,1/4,氧气从外界扩散到炭粒周围，,氧气通过灰壳的阻力，到达炭粒的表面,氧气吸附在炭粒表面,高温下，炭粒和氧进行化学反应，,生成,CO,2,和,CO,，,同时不可燃物生成灰渣（灰壳的一部分）,发生在焦碳表面的多相燃烧反应包括下述几个过程,燃烧产物（,CO,2,和,CO,）,从炭粒表面上解吸析,燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散，,其中,CO,2,直接扩散在周围空气中，,CO,在扩散过程中遇氧气又变成,CO,2,，,然后再向远处空气中扩散,焦碳燃烧的动力学特性,焦碳的燃烧反应速度的影响因素,可以是化学的（反应物的吸附作用、化学反应本身、或生成物的脱附作用）；也可以是物理扩散的,焦碳的燃烧反应速度,取决于上述连续过程中最慢的某一个阶段，氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应,2/4,碳的燃烧反应速度,3/4,反应速度常数k,取决于碳粒表面的化学反应速度常数k,C,和氧的扩散速度常数k,D,其中,式中 A 为反应前置系数；,d 为碳粒直径；,D 为氧气扩散系数；,为,化学当量因子。若主要产物是CO,2,，则,等于1；若主要产物,是CO，则,等于2；,T,P,、T,a,分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度,燃烧反应区域,4/4,动力区,燃烧反应的温度不高，,k,C,k,D,，,焦碳燃烧处于化学动力控制下，,反应速率常数,k,=,k,C,燃烧反应速度,w,取决于碳粒表面的化学反应速度,随温度的升高按指数增大。,强化燃烧的措施是,提高反应系统的温度,扩散区 燃烧反应温度较高，,k,C,k,D,，,焦碳燃烧处于扩散控制下，,反应速率常数,k,=,k,D,燃烧反应速度,w,取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。,强化燃烧的措施是强化扰,动，减小煤粉颗粒,过渡区,动力区与扩散区之间区域，,强化燃烧的措施是,同时提高炉膛温度和扩散速度,根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域,煤的燃烧特点,煤中含有水分,煤的燃烧过程中，水蒸气很易和,C,及,燃烧产物,CO,作用，生成,CO,2,和,H,2,，,H,2,再与,CO,或,CO,2,反应。这种催化作用，使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度,1/2,煤中含有挥发分,挥发分对煤的着火燃烧有利；另一方面，挥发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面的扩散阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降,煤中含有矿物杂质,在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减少，使燃烧难以进行，燃尽困难,煤是,一种多孔性物质,它受热时产生的水蒸气和挥发分，不但向煤粒表面四周的空间扩散，而且还会向煤粒的内部空隙扩散,煤粉的燃烧特点,锅炉燃用煤粉的颗粒很小,（,30,100,m）,，,炉膛温度又很高，,煤粉在炉膛中的加热速度可以达到（,10,4,/s,或更高）,2/2,煤粉快速加热时，,煤中,挥发分的含量和成分,都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同,煤粉快速加热时，,挥发分析出、着火和碳的着火燃烧几乎是同时的，,其中极小的煤粉甚至可能先着火燃烧,煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过程几乎延续到燃烧的最后阶段,煤粉气流的着火,是由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程。转变时的瞬间温度称为,着火温度,着火和熄火的热力条件,1/3,燃烧过程中向周围介质的散热量,Q,2,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,混合物向燃烧室壁面的综合放热系数,T、,T,b,分别为,反应系统温度和燃烧室壁面温度,燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量,Q,1,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）,煤粉气流的,着火温度,放热曲线Q,1,是一条指数曲线，散热曲线Q,2,接近于直线,2/3,点,2,对应的温度即为着火温度,T,zh,T,b,=T,b1,（,很低），散热线,与,Q,1,交点,1,为稳定平衡点，煤粉处于,低温缓慢氧化状态,T,b,=T,b2,，,散热线,与,Q,1,交点,2,为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度，,Q,1,Q,2,，,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，最后将稳定在高温燃烧状态。即在一定的放热和散热条件下，只要系统温度,T,T,zh,，,燃烧反应就会自动进行,煤粉气流的,熄火温度,T,zh,、,T,xh,是在一定测试条件下的相对特征值，,T,xh,大于,T,zh,。,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，增加燃烧室的保温，减少放热,3/3,T,b,=T,b2,、,强化散热，散热线,与,Q,1,交点,4,为,不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低，,Q,1,Q,2,，,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）。即 在一定的放热和散热条件下，只要系统温度,TT,0,直流射流空气动力特性,由直流燃烧器各喷口以较高的初速（,Re,10,5,）和一定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间,（炉膛内充满高温、静止介质（烟气），煤粉浓度为零）,的煤粉气流是一股,湍流自由射流,1/4,W,0,C,0,T,0,直流射流空气动力特性,2/4,湍流自由射流,除了做整体轴线方向运动外，流体微团还具有纵向脉动和横向脉动，其边界上的流体微团不断与周围介质发生热质交换动量交换，将部分周围高温、静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动,射流横断面不断扩展，,流量Q增加；,煤粉浓度C下降,；,温度T升高；,轴向速度W逐渐减慢，,最后射流的能量完全消失在空间介质中,W,H,=0，C,H,=0，T,H,T,0,W,0,C,0,T,0,直流射流空气动力特性,卷吸量,Q,外边界卷吸的高温烟气量,卷吸量大，,煤粉气流吸收的热量多，,着火条件好,3/4,显然，射流卷吸周围气体越多，,射流,轴向速度衰减较快,直流湍流自由射流的,卷吸量相对较小，而射程较大,射程,L,射流轴向速度,w,与射流初始速度,w,0,的比值降低到某一不为零的数值（如,0.05,）时的截面与喷口间的距离,射程,反映轴向速度,w,沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气体的穿透能力。,射程大,，,煤粉气流后期混合好,W,0,C,0,T,0,W,H,=0，C,H,=0，T,H,T,0,射流的刚度,射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力,刚度不够，射流偏移到炉墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其正常工作,射流的初始动量越大，刚度越大,扩展角,决定射流的形状及两相邻射流开始混合点，对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充影响很大,直流湍流自由射流的,相对较小,直流射流空气动力特性,4/4,直流燃烧器均等配风,均等配风,燃烧器,一、二次风喷口相间布置,，,即在二个一次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷口，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，,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,1/2,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,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,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，,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,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,直流燃烧器分级配风,2/2,分级配风,适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为,无烟煤和贫煤配风方式,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假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转,直流燃烧器,四角布置切圆燃烧方式,1/3,切圆燃烧方式的特点,煤粉气流吸热量大,依靠本身外边界卷吸烟气、炉膛辐射热及,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,一次风煤粉气流的偏斜,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贴墙或冲墙。造成炉膛水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差,邻角气流的横向推力,四角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动量矩起主要作用；一次风射流本身的动量（刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素,增加一次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风射流的偏斜,一次风速受着火条件限制；二次风速也不宜降低，否则减弱炉内气流的扰动,一、二次风速推荐值见,P80,表,5-5,2/3,炉膛的结构特性,燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，,内侧（向火侧）夹角,1,大，且有上游邻角气流横扫过来，补气条件好,外侧（背火侧）夹角,2,小，且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气，补气条件差,射流两侧因此出现压差，迫使射流偏向压力低的一侧,假想切圆直径,d,JX,较大,的,d,JX,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,d,JX,过,大，射流偏斜增大,一次风煤粉气流的偏斜,3/3,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,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,旋流射流,空气动力特性,1/1,旋流燃烧器适用于,含挥发分较高的煤种,卷吸量较大，扩展角较大,旋流,射流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，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。,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,旋流强度,n,是,表征射流旋转程度的特征参数，,n,越大,，射流旋转程度越大,旋流燃烧器的类型,旋流燃烧器,的一、二次风通过旋流器形成旋转射流，根据旋流器的结构不同，旋流燃烧器分为,蜗壳式旋流燃烧器,采用蜗壳作旋流器,叶片式旋流燃烧器,采用叶片作旋流器,型,式,旋,流,器,一,次,风,二,次,风,蜗壳型,双蜗壳,单蜗壳,叶片,+,蜗壳,旋转,直流，带中心扩流锥,经蜗壳旋转,旋转,旋转,经叶片旋转,叶片型,轴向叶片,切向叶片,直流或弱旋,直流或弱旋,旋转,旋转,1/3,旋流燃烧器的布置,旋流燃烧器前墙布置,不受炉膛截面宽、深比限制，布置方便，与磨煤机联接煤粉管道短,主气流上下两端形成明显的停滞旋涡区，炉膛火焰的充满程度较差，炉内火焰的扰动较差，不利于燃烧后期的扰动和混合,2/3,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,3/3,煤粉火炬的稳燃技术,1/6,利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力,用饨体产生回流,，,如钝体燃烧器等；,用速度差产生回流,，,如大速差同轴射流燃烧器；,用叶片产生回流,，,如旋流预燃室；,采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离,浓相,(0.8,1.2kg,煤粉,/kg,空气,),处于炉膛内的向火面，有利于着火和燃烧,煤粉