电站锅炉基础知识培训课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,电站锅炉基础知识,电站锅炉,内容提要,第一章 绪论,第三章 煤粉制备,及其系统,第五章 煤粉炉与,燃烧设备,第七章 锅炉受热面,烟侧运行问题,第九章 汽包及蒸汽,净化,第二章 锅炉燃料及,热力辅助计算,第四章 燃烧过程的,基本理论,第六章 锅炉受热面,及其工作特点,第八章 锅炉水动力,特性与传热,第十二章 锅炉的主要,设计参数选择,锅炉的类型,电站煤粉锅炉机组的构成,锅炉机组的工作过程,锅炉参数及技术、,经济性指标,电厂锅炉发展趋势,第一章 绪论,锅炉的类型,锅炉的分类根据不同的标准，可有多种分类方法，如表所示：,分类方式,锅炉类型,简要说明,按出口工质物态,蒸汽锅炉,锅炉出口工质为蒸汽,热水锅炉,锅炉出口工质为热水,有机热载体炉,有机热载体（导热油）,按工质是否在受热面管内流动,水管锅炉,锅炉受热面管内流动的全部为工质,火管锅炉,锅炉受热面管内流动的全部为烟气,水火管锅炉,锅炉受热面管内流动的一部分为工质、一部分为烟气,锅炉工质按用途,电站锅炉,用于发电厂带动汽轮机发电,工业锅炉,用于工业生产,生活锅炉,用于日常生活,锅炉的类型,按出口工质的压力,有压锅炉,锅炉中工质带有一定压力,常压锅炉,锅炉中工质压力与外界大气压力一致，通常指常压热水锅炉,按锅炉所使用的燃料的种类,燃煤锅炉,锅炉中使用的燃料为煤,燃油锅炉,锅炉中使用的燃料为燃油,燃气锅炉,锅炉中使用的燃料为燃气,其他燃料,木材、垃圾,按工质循环方式,自然循环锅炉,利用下降管与上升管之间的介质密度差建立循环,强制循环锅炉,利用水泵强制工质按一定路径循环,按排渣方式,固态排渣锅炉,燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排除,液态排渣锅炉,燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流除,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组框图,1/2,亚临界参数自然循环燃煤锅炉,2/2,1-,汽包；,2-,下降管；,3-,分隔屏；,4-,后屏；,5-,高温过热器；,6-,高温再热器；,7-,水冷壁；,8-,燃烧器；,9-,燃烧带；,10-,空气预热器；,11-,省煤器进口集箱；,12-,省煤器；,13-,低温再热器；,14-,低温过热器；,15-,折焰角；,16-,排渣装置,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,汽、水 系 统,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,9.8,540,205,225,220,；,410,50,；,100,13.7,540/540*,555/555*,220,250,420,；,670,125,；,200,16.7,541/541*,555/555*,250,280,1025,；,1000,300,17.3,；,18.1,；,18.3,541/541*,260,290,1025,；,2008,300,；,600,24.2,；,25.3,；,26.4,541/566*,545/545*,270,290,1900,；,1650,600,2/5,锅炉机组经济性指标,3/5,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,4/5,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,煤的常规特性,煤的常规特性对锅炉工作的影响,煤的分类,燃料的燃烧计算,烟气分析,锅炉热平衡,第二章 锅炉燃料及热力辅助计算,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,）,4/8,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,折算成分,相对于每,4182 kJ/kg,收到基低位发热量的煤中所含的,收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分,7/8,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,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,）,8/8,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,V,含量越多。,V,含量越多（,C,含量越少），,V,中含,O,量亦多，其中的可燃成分相应减少，这时，,V,的热值低,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,1/3,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,2/3,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，,ST6.5,10,21.0,贫煤 低挥发份煤,10,19,18.5,烟煤 中挥发份煤,高挥发份煤,19,27,27,40,16.5,15.5,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,10,10,19,19,27,27,40,40,40,40,46,40,12,3,12.5,21.0,18.5,16.5,15.5,11.5,1350,3/5,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（可达,400,），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（,200,），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,第三章 煤 粉 制 备,煤粉特性,磨煤机,制粉系统,煤粉细度,R,x,1/3,煤粉的细度,R,x,（,D,x,）,用具有标准筛孔尺寸的筛子进行筛分测定。如筛孔边长为,xm,，煤粉过筛后，漏下去的煤粉质量为,b,，留在筛子上的煤粉质量为,a,，则煤粉细度可用筛子上的剩余率或通过率表示，即,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=0.8,1.2,。,2/3,煤的可磨性系数,哈氏可磨性指数,HGI,HGI86,为易磨煤,煤的可磨性系数表示煤磨成一定细度的煤粉的难易程度。,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（式,3,7,）,1.5,为易磨煤,3/3,单进单出,钢球磨,(,低速磨,),普通筒式钢球磨,的圆筒通过齿轮由电动机带动低速转动，燃料和干,燥剂（热空气）从一端进入圆筒，在圆筒内煤被干燥、打碎并研磨成,粉，随后被干燥剂从另一端带出。,低速磨,主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨,1/9,双进双出,钢球磨,(,低速磨,),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的两个回路，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,轴颈内带热风空心管,轴颈内无热风空心管,2/9,钢球磨最佳,通风量,V,tf,过小,筒内风速过小，出口端钢球能量没有被充分利用，只能带出的少量的细煤粉，磨煤出力下降，单位磨煤电耗大,V,tf,过大,筒内风速过大，磨煤机出口煤粉过粗，粗粉分离器回粉量增大，通风电耗增大,最佳通风量,磨煤和通风电耗之和最小时的通风量，,的大小与煤的种类、煤粉细度、筒体容积及钢球充满系数等有关。,4/9,V,tf,直接影响燃料沿筒体长度的分布和磨煤出力,钢球磨出力,磨煤出力,B,m,在电耗一定并保证所需的煤粉细度的条件下，磨煤机在单位时间磨制的煤粉量。由磨煤机的结构尺寸、被研磨的燃料特性以及磨煤机的运行状况确定,5/9,干燥出力,B,g,在单位时间内将煤由原有水分干燥到所要求的煤粉水分对应的煤粉量。由磨煤机的干燥条件确定,对高水分和较软的煤，,B,m,B,g,，而对于干和硬的煤，则,B,g,B,m,磨煤机的运行出力（具有一定细度和干燥程度的煤粉流量,B,m,=B,g,）可以通过调节进入磨煤机的干燥剂流量和温度来实现,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,钢球磨特性：,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,6/9,双进双出,钢球磨的特点,双进双出钢球磨可扩大钢球磨的负荷调节范围,双进双出钢球磨煤机响应锅炉负荷变化的时间非常短，有利于低挥发分煤的稳燃,其出力不是靠调整给煤机来控制，而是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,双进双出钢球磨煤机设有微动装置,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应用检测制粉噪声或进出口差压的方法来控制筒内的存煤量,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,7/9,中 速 磨,原煤,经落煤管进入两组相对运动的碾磨件,之间，在压紧力的作用下被挤压、研磨成粉，被甩至四周风环处。,8/9,中速磨,主要有盘式中速磨（辊,-,盘式）、,碗式中速磨,(,辊,-,碗式,RP,、,HP,型,),、环式中速,磨,(,辊,-,环式,MPS,型、球,-,环式,E,型,),热风,经风环进入磨煤机，对煤粉进行干燥,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。,中速磨布置紧凑，投资省，单位电耗小，,适宜变负荷运行；,但结构复杂,不宜磨水分太,大及太硬的煤种,高 速 磨,(,风扇磨,),高速磨,由叶轮、带护甲的蜗壳和粗粉分离器组成，装有冲击板的叶轮由电,动机带动高速旋转。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，在风机压头的作用下由干燥剂携带经,粗粉分离器带出。,高速磨结构简单，金属耗量小，负荷适应能力强，特别适宜磨水分高的煤,种；,但部件磨损大，不宜磨制较硬的煤种,9/9,钢球磨中储式制粉系统,有,热风送粉,和,乏气送粉,两种,1/8,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,乏气经,细粉分离器,排粉机,乏气风箱,三次风喷口,适用无烟煤、贫煤及劣质煤,1-,原煤仓；,4-,给煤机；,7-,钢球磨；,8-,粗粉分离器；,9-,排粉机；,10-,一次风箱；,12-,燃烧器；,14-,空预器；,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-,三次风喷口；,28-,一次风机；,31-,再循环管,钢球磨中储式乏气送粉系统,2/8,1-,原煤仓；,4-,给煤机；,7-,钢球磨；,8-,粗粉分离器；,9-,排粉机；,10-,一次风箱；,12-,燃烧器；,14-,空预器；,15-,送风机；,17-,细粉分离器；,21-,煤粉仓；,22-,给粉机；,23-,混合器；,28-,一次风机；,31-,再循环管,乏气经,细粉分离器,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,钢球磨中储式系统再循环管,再循环管,将部分磨煤乏气从排粉风机后返回到磨煤机，然后再回到排粉风机进行循环,再循环风,温度低，既可以调节磨煤机入口干燥剂的温度，又能增加磨煤的通风量，并能兼顾燃烧所需一次风的要求，从而,协调磨煤、干燥和燃烧三方面所需的风量,燃用挥发分高而水分不大的烟煤,要求磨煤通风量大，但干燥风量小或干燥剂温度低，出现磨煤、干燥和燃烧所需风量的矛盾,运用再循环风，,既可降低磨煤机入口干燥剂的温度，增加磨煤通风量，又能兼顾燃烧所需一次风的需要,3/8,中速磨直吹式负压系统,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。,4-,磨煤机；,6-,次风箱；,10-,送风机；,12-,空预器；,15-,排粉风机,4/8,中速磨直吹式制粉系统,有,正压,和,负压,系统；,正压系统,又有,热一次风,和,冷一次风,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,4-,磨煤机；,6-,次风箱；,10-,送风机；,11-,热一次风机；,12-,空预器；,19-,密封风机,5/8,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。,6/8,4-,磨煤机；,6-,次风箱；,10-,一次风机；,10-,二次风机；,12-,空预器,高速磨直吹式系统,（,a,）热风干燥；（,b,）热风,-,炉烟干燥,l-,原煤仓；,3-,给煤机；,4-,下行干燥管；,5-,磨煤机；,6-,煤粉分离器；,7-,燃烧器；,8-,二次风箱；,9-,空预器；,10-,送风机；,12-,抽烟口；,13-,混合器,7/8,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,8/8,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,第四章 燃烧过程的理论基础,固体燃料的燃烧,煤燃烧的四个阶段,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,煤粉气流着火热源,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；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；但另一方面，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），总的挥发分释放时间小于,1,秒，而且挥发分很快地由炭粒表面逸出,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,煤粉快速加热时，,焦碳在孔隙结构方面,与慢速加热有很大差别,煤粉火焰中挥发分的析出曲线,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,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,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，提高燃烧室的保温，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）,点,4,对应的温度即为熄火温度,T,xh,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,V,daf,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,T,0,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,V,1,（,V,0,r,1,）,V,1,过大，,着火热增加，,着火延迟,V,1,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,V,1,在最佳值范围内选取,（,P80,表,5-4,和,P88,表,5-7,）,4/5,一次风速,w,1,w,1,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,w,1,过低，燃烧器喷口易烧坏，煤粉管道堵塞,w,1,在最佳值范围内选取,（,P80,表,5-5,和,P88,表,5-7,）,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,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,煤粉在炉内的停留时间,煤粉自燃烧器出口至炉膛出口所经历的时间,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,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,第五章 煤粉炉与燃烧设备,煤粉炉的炉膛,煤粉燃烧器,燃烧器的作用与要求,燃烧器的类型与布置,煤粉火炬的稳燃技术,W,型火焰燃烧方式,W,型火焰炉膛结构,W,型火焰燃烧方式的特点,燃烧污染物的控制方法,N0,X,、,S0,X,的控制技术,煤粉锅炉炉膛型式,炉膛及燃烧器,布置方式,型炉,切向燃烧,半开式,型炉,切向燃烧,型炉,对冲（交错）燃烧,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,NO,X,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,1/3,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,2/3,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,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,燃尽风,喷口位于整组燃烧器的最上部（三次风喷口之上），送入剩余,15%,的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内,NO,X,生成量，有利于燃料的燃尽,周界风,位于一次风喷口的四周，周界风的风层薄；风量小；风速较高。可防止喷口烧坏，适应煤质的变化,此外，可布置的二次风还有侧二次风、中心十字二次风和夹心风等,直流燃烧器各层二次风的作用,3/3,直流燃烧器,四角布置切圆燃烧方式,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一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转（图,5-6,）,1/3,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,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,旋流射流,空气动力特性,1/2,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,旋流燃烧器适用于,含挥发分较高的煤种,从燃烧,器喷出的气流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，,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,旋流燃烧器的类型,旋流燃烧器,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,1/4,旋流燃烧器,的类型,直流蜗壳式 双蜗壳式 轴向可动叶轮式,2/4,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,3/4,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,4/4,高浓度煤粉的稳燃作用,3/8,提高煤粉化学反应速度,降低煤粉气流着火温度,减少,煤粉气流的,着火热,增加辐射吸热量,降低污染物,Nox,的排放,双通道煤粉燃烧器,原燃烧器,一次风喷口上、下侧各开一个一次风口，形成双一次风通道,两股一次风以贴壁射流形式进入一突扩室，,其间形成高温烟气回流，,稳定煤粉的着火和燃烧,5/8,两个一次风喷口两侧壁腰部布置腰部二次风,腰部风全开，可屏蔽一次风形成的高温烟气回流，,用于调节煤粉着火点位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣,双通道煤粉燃烧器,下一次风口两侧各装,1,个直径为,6,8mm,的高速蒸汽射流管,流速可在,0,音速之间调节。高速气流产生的强烈回流与一次风射流产生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据不同煤种对着火热的要求，,通过改变高速蒸汽射流的压力可改变高温烟气回流量。适用于极难燃煤种。,6/8,双通道煤粉燃烧器是通过改变腰部二次风风量和高速射流蒸汽压力来控制煤粉着火，达到低负荷稳燃和适应煤种变化的目的,水平浓缩煤粉燃烧器,燃烧器一次风管内采用百叶窗式浓缩器,百叶窗,将一次风在水平方向上分成浓、淡两股气流，百叶窗的最后一级叶片可调，用来调节煤粉的浓缩比，以满足各种负荷和煤种变化的需要,7/8,燃烧器出口设置钝体和侧面风,钝体,用来形成一定的烟气回流起稳燃作用，,侧面风,可保护水冷壁避免高温腐蚀和结渣,WR,燃烧器,煤粉气流通过管道弯头时，,受离心力的作用分成浓淡两股，,喷嘴中间的水平肋片将其保持到离开喷口以后的一段距离，形成煤粉浓淡偏差燃烧,8/8,煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，,可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，,将高温烟气不断回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳着火,WR,燃烧器又称直流式宽调节比摆动燃烧器，是一种高浓度煤粉燃烧器,结构简单，由喷嘴前端板、波纹扩流锥及喷嘴整体套装而成,一次风喷嘴设有周界风，,可避免一次风喷口烧坏；,由于周界风和一次风首先混合，还可调节一次风煤粉浓度，以适应煤种变化,W,型火焰炉膛结构,1/1,W,形火焰炉膛,由下部的拱型着火炉膛,（燃烧室）和,上部的辐射炉膛,（燃尽室）组成。前者的深度比后者约大,80,120%,燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，并布置燃烧器，,煤粉气流和二次风从炉顶拱向下喷射，在燃烧室下部与三次风相遇后，再,180,0,转弯向上流经燃尽室炉膛，形成,W,形火焰，,W,型火焰燃烧方式的特点,1/3,炉膛温度高,煤粉喷嘴出口处于燃烧中心,炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时可减少对燃尽室的放热,着火区水冷壁敷设卫燃带,较低的,NOx,生成量,空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，分段燃烧。,可控制较低的过剩空气系数,炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的停留时间,W,型火焰燃烧方式的特点,烟气中的飞灰含量少,火焰在下部着火炉膛底部转弯,180,向上流动时，可使烟气中部分飞灰分离出来,有利于组织良好的着火、燃烧过程,可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧器，也可采用高浓度煤粉燃烧器,有良好的负荷调节性能,负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大,2/3,适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧,旋风分离式煤粉燃烧器,50,的空气和少量（约占,10,20,）煤粉组成的低浓度煤粉气流,从旋风分离器上部的抽气管通过燃烧器乏气喷嘴送入炉膛,（三次风）,3/3,50,的空气和,80%,以上的煤粉形成的高浓度煤粉气流,从旋风分离器下部流出，然后垂直向下通过主燃烧器进入炉膛,（一次风）,调节乏气量是适应煤种变化的一种手段,煤质变差，开大乏气调节挡板，抽出的乏气量增加，煤粉浓度随之增加，有利于煤粉气流的着火，燃烧,主燃烧器两侧有高速,二次风,气流同时喷入,N0,X,、,S0,X,的控制技术,影响,NO,x,生成的主要因素,温度,燃烧过程中，温度越高，生成的,NO,x,量越大,过剩空气系数,=1.1,1.2,范围内，,NO,x,的生成量最大，偏离这个范围,NO,x,的生成量明显减少,燃煤性质,燃煤中的含,N,量越高，燃烧过程中转化为,NO,x,也就越多,低,NO,x,的燃烧技术,主要有,分级燃烧，再燃烧法，浓淡偏差燃烧，低氧燃烧和烟气再循环,等,硫的脱除技术,主要有,煤炭脱硫、燃烧过程脱硫,和,烟气脱硫,对于电站锅炉设备，炉内喷钙脱硫是一种较简便的方法,1/5,分级（空气）燃烧,空气分级燃烧,将燃烧所需的空气分两阶段从燃烧器送入,第一级,送入理论空气量的,80%,左右，使燃料在缺氧、富燃条件下燃烧，燃烧速度和炉膛温度降低，抑制了,No,x,的生成,第二级,以二次风形式