广东工业大学锅炉原理41链条炉.pptx

第四章第四章燃燃烧烧设设备备4-1燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程锅炉的燃烧设备是锅炉的重要组成部分。不同的燃烧方式所采用的燃烧设备也不完全相同。锅炉的燃烧设备由燃烧室、燃烧器、加燃料装置及炉排等几部分组成。锅炉燃烧设备的作用在于针对不同燃料的燃烧特性，为燃料的完全燃烧创造良好的条件，使燃料中的化学能最大限度地转化为热能。因此，锅炉燃烧设备选择的合理与否，不仅影响锅炉效率，而且直接影响锅炉运行的安全性、可靠性和经济性。本章以层燃炉的燃烧为基础，阐明煤的燃烧过程和燃本章以层燃炉的燃烧为基础，阐明煤的燃烧过程和燃烧条件。结合几种燃烧方式，叙述相应的锅炉构造和燃烧烧条件。结合几种燃烧方式，叙述相应的锅炉构造和燃烧特点。特点。燃料的燃烧是燃料中的可燃成分与氧发生剧烈的氧化反应并放热、发光的反应过程，是一种极复杂的物理化学综合过程。不同的燃料，燃烧情况也各不相同，如果燃烧条件改变了，燃烧的情况也随之变化。为了便于分析，常将复杂的燃烧过程人为地划分为几个基本阶段。对于固体燃料，习惯上划分为三个阶段，即燃烧的准备阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。（一）燃烧的准备阶段燃烧的准备阶段燃料进入高温炉膛后，并不能马上燃烧，而是先受到炉内的高温烟气、炉墙和已燃的燃料层的加热而升温。当温度达到100以后，燃料中的水分迅速蒸发而干燥，随着燃料温度的继续升高，挥发物开始析出，焦炭开始形成。这一阶段是燃烧的准备阶段。在此阶段，燃料还没有着火燃烧，不需要空气，由于燃料升温干燥，还要吸收热量。燃料的预热干燥所需要的大小和时间长短，与燃料特征、所含水分、炉内温度等因素有关。对一定的燃料来讲，缩短这一过程的关键是提高炉温，炉温越高，预热干燥进行得越快。（二）燃料的燃烧阶段燃料的燃烧阶段随着燃料的继续加热升温，挥发物达到一定的温度和浓度时开始着火燃烧，放出大量的热量，热量的一部分被受热面吸收，另一部分则用来提高燃料自身的温度，为焦炭的燃烧提供了高温条件。随着挥发物的燃烧，焦炭已被加热至一定的高温，炭粒表面开始着火燃烧，燃料进入燃烧阶段。焦炭燃烧是燃料释放热量的主要来源。因此，组织好焦炭燃烧对固体燃料的燃烧过程进行的完善与否，起着决定性的作用。焦炭在炉排上燃烧，在其表面会形成一层惰性燃烧产物，阻碍空气与焦炭接触，使燃烧速度减慢，焦炭燃烧不完全。因此，操作上应增加拨火次数，以利于空气和焦炭的接触，使焦炭能迅速完全地燃烧。燃料的燃烧阶段是燃烧的主要阶段，燃料的可燃成分主要集中在这一阶段燃烧。燃料燃烧放出大量热能，同时需要向炉内供给大量的空气。为使这一阶段燃烧完全，除了供给充足适量的空气，还必须使之与燃料有良好的混合接触。（三）燃尽阶段燃尽阶段随着燃料中可燃成分的减少，燃烧速度的减慢，燃料进入燃尽阶段。由于焦炭燃烧是从表面开始燃烧。燃尽的过程是从外部向内部进行，使焦炭外部先形成灰壳。灰壳的形成阻碍着空气向内部扩散，使被灰壳包住的焦炭难以燃尽。这也就导致这一阶段进行得很缓慢，放热不多，所需空气量也不多。为使焦炭能全部燃尽，进行必要的拨火以破坏灰壳，维持一定的炉温，延长灰渣在炉内的停留时间，以减少固体不完全燃烧热损失。以上三个阶段虽有先有后，但不是截然分开的。由于燃煤的特性、燃烧方式及燃烧设备的不同，燃烧的各阶段常互相影响和互相重叠交叉进行。以上分析可见，燃料燃烧所需的空气量燃料燃烧所需的空气量足够足够的炉膛温度的炉膛温度必需的燃烧时间和空间、燃料与空气的必需的燃烧时间和空间、燃料与空气的充分混合充分混合及时排走燃烧产物及时排走燃烧产物烟气及灰渣烟气及灰渣是保证燃料充分燃烧的重要条件，而每一阶段对这些燃烧条件的要求也不同。其中预热干燥阶段和燃尽阶段对燃烧所需的空气量要求不多，但对燃烧温度要求很高。而燃料的燃烧阶段则要求燃烧用的空气量要充足。因此，根据煤质和炉型组织好这些燃烧条件，对实现良好的燃烧工况是非常必要的。锅炉的燃烧设备一般按燃料在炉内燃烧方式的不同，可分为层燃炉、室燃炉和沸腾炉三类。4-2层燃锅炉层燃锅炉采用层状燃烧方式的锅炉称为层燃炉。煤被送到炉排上形成燃料层，炉排上有缝隙让空气穿过，大部分煤在炉排上的燃料层中进行燃烧。这种燃烧方式，使新进的燃料能与已着火的燃料直接接触而受到烘烤，点燃条件较好，而且适当厚度的燃烧层保持相当大的热量，燃烧容易稳定，不易造成灭火。因此，这种炉子又称为“火床炉”。常用的层燃炉有固定炉排炉、链条炉排炉、抛煤机炉、往复炉排炉及振动炉排炉等。链条炉是当前应用最广的、结构上比较完善的机械化层燃炉。国内多用于容量为4-80t/h的锅炉。本节以链条炉为主介绍层燃炉。链条炉结构示意图链条炉结构示意图一、链条炉的构造如图所示，包括煤斗、煤闸门、炉排、主动链轮、分区送风仓、防焦箱、看火孔及检查门、除渣板（老鹰铁）、渣斗、灰斗煤靠自重由炉前煤斗落入链条炉排上，链条炉排则由主动链轮带动，由前向后徐徐运动；煤随之通过煤闸门被带入炉内，并逐渐依次完成预热干燥、挥发物析出、燃烧和燃尽各阶段，形成的灰渣最后由装置在末端的除渣板铲落渣斗。煤闸门可以上下升降，是用以调节所需煤层的厚度的。根据煤种、煤质和颗粒度的不同，燃料层厚度一般在100-150mm。除渣板俗称老鹰铁，其作用是使灰渣在炉排上略有停滞而延长它在炉内的停留时间，以降低灰渣的含碳量；减少炉排后端的漏风。煤闸门至除渣板的距离称为炉排的有效长度，有效长度与炉排宽度的乘积即为链条炉的燃烧面积。在炉膛的两侧，分别装置有纵向的防焦箱。链条炉排结构图链条炉排结构图 鳞片式炉排结构鳞片式炉排结构 链带式炉排结构链带式炉排结构 横梁式炉排结构横梁式炉排结构它一半嵌入炉墙，一半贴近运动着的炉排而敞露于炉膛。通常是以侧水冷壁下集箱兼作防焦箱。防焦箱的作用保护炉墙不受高温燃烧层的侵蚀和磨损；防止侧墙粘结渣瘤，确保炉排上的煤横向均匀满布；避免炉排两侧严重漏风而影响燃烧。二、链条炉排的结构型式链条炉排的结构型式主要有三种：鳞片式链条炉排、链带式链条炉排、横梁式炉排1、鳞片式链条炉排特点：炉排工作安全可靠（炉排不受力，链条受力）漏煤量少自清灰性能好通风均匀、燃烧稳定检修方便主动轴的链轮加工要求不高炉排结构比较复杂，金属耗量和机械加工量大。宽度不能太宽，一般不大于4.5米。国内广泛用于10-35t/h的锅炉。2、链带式链条炉排特点：结构简单、重量轻，制造、安装和运行比较方便主动炉排片（链环）受拉应力，较易折断由于炉排片是用圆钢串在一起的，使检修和更换炉排片不方便通风截面比大，漏煤损失增加炉排片薄，运行时由于某种原因折断，锅炉被迫停炉。炉排的刚性较小，炉排面积不能做得太大。一般只用于10t/h以下锅炉。3、横梁式炉排横梁式炉排最初是专门为燃烧无烟煤和焦碳末而设计的，后来则成为较大容量的火床炉的主要炉排结构形式。它和前两种炉排的主要区别在于具有刚性较大的支架（横梁），作为炉排片的支持和串联结构。运行时更换炉排比较方便，炉排也比较平整，极为经久耐用。试用于45MW、58MW（80t/h)、116MW(160t/h)的大型热水锅炉。三、链条炉煤的燃烧过程特点：1、单面引火2、燃烧过程分区段,燃烧层被划分为四个区域。煤在新煤区1中预热干燥煤在2区中析出全部的挥发物从O2L线开始焦碳着火燃烧，焦碳燃烧区又分为氧化区3a和还原区3b。燃尽阶段灰渣形成区4。在链条炉中，煤的燃烧是沿炉排自前往后分阶段进行的，因此，燃烧层的烟气各组成成分在炉排长度方向各不相同，其变化规律如图所示。链条炉燃烧过程与烟气成分示图链条炉燃烧过程与烟气成分示图1新燃料区；2一析出挥发分区；3一焦炭燃烧区(其中：3a一氧化区3b还原区)；4一燃尽区a)烟气成分；烟气成分；b)空气供应量的变化曲线空气供应量的变化曲线1一无分段送风时空气供应量；一无分段送风时空气供应量；2一燃烧所需空气量；一燃烧所需空气量；3一焦炭燃烧所需空气量；一焦炭燃烧所需空气量；4一挥发分燃烧所需空气量；一挥发分燃烧所需空气量；5一有分段送风时按需分配空气供应量；一有分段送风时按需分配空气供应量；6一有分段送风时按推迟配风法分配的空气供应量一有分段送风时按推迟配风法分配的空气供应量四、煤的性质对链条炉燃烧的影响1、水分：水分过高，将延长煤的着火阶段，使B点后移，也即在炉排有限的长度上缩短了燃烧、燃尽阶段的工作长度，易造成较大的不完全燃烧热损失（即q4和q2将增大）。然而，煤中的水分也不宜过少，特别是燃用细末较多的煤，应适当加些水分，以使细屑结团而不被吹飞和漏落。同时由于水分蒸发还可使煤层疏松，增大空隙率，促成空气和煤的良好接触，有利于燃烧完全。对于焦结性较强的煤，加少许水分能减弱焦结；对高挥发分的烟煤，适当掺水还可缓和挥发物的析出速度，有利于挥发物的燃尽。水分应控制适度，一般以收到基水分810为宜。2、灰份：灰分越高，焦炭燃尽越困难，q4增大；灰分过低，会因形成的灰渣层过薄使炉排过热，工作条件变差。一般要求干燥基灰分不大于30，灰的融化温度最好高于1200。3、挥发份：主要体现在煤的着火的易与难上。挥发分低的贫煤和无烟煤，挥发物要在较高的温度下才会析出，着火困难，燃烧及燃尽的时间相对缩短，而固定炭含量又很高，因此q4增大；对于挥发分含量高的煤，着火容易，燃烧也完全，但在炉膛容积热负荷较高时（相当于炉膛容积缩小），q3将增大。4、焦结性：燃用粘结性强的煤，在高温下易在燃料层表面板结，通风阻力增大，使燃烧不够稳定；相反，燃用弱粘结性的煤，容易形成细屑，飞灰和漏煤增大，q4增加。5、煤的颗粒度：直接关系炉子工作的好坏。若煤粒度大小不一，细末多的地方容易被风吹走而形成火口，破坏正常燃烧。若颗粒大小过分悬殊，还会引起煤斗中的机械分离，粗粒大块跑边，细粒碎末居中，导致两侧穿风早已燃尽，而中间形成一条火龙，红火落入渣斗，使q4增加。综上所述，链条炉所用燃料应尽可能满足下列条件：1、War20%2、10%Ad12004、没有强烈的焦结性或裂成粉的性质5、煤块大小适宜，最大块40mm,小于3mm的不应超过30。五、链条炉的燃烧调节及改善措施链条炉在运行中的调节，主要是指风量和给煤量的调节，使之合理配合，以保证燃烧工况的正常与稳定。在运行工况正常时，煤在进煤闸门后0.2-0.3m，即应开始着火点燃，在除渣板前0.3-0.5m处应基本燃尽；燃烧层上的火焰麦黄而匀密，燃烧层平整又无发黑或喷火穿孔的地方；烟囱排烟清淡略呈灰色。改善燃烧的措施改善燃烧的措施：1、分区配风：根据链条炉的燃烧特点，采用“两端少、中间多”的分段配风方式，即把炉排下的统仓风室沿长度方向分成几段，互相隔开作成多个独立的小风室。2、设计合理的炉拱：增大中段风量，只能增强燃烧，而无法消除还原区的出现，燃烧产物中依然存在许多可燃气体。因此需要设计合理的炉拱和二次风。炉拱的定义：是指突出于火床炉炉膛内部、且墙面向下的那部分倾斜式或水平倾斜式的炉墙。拱面上不布置水冷壁，若必须布置，也应用耐火涂料将炉拱区域的水冷壁加以覆盖，以提高拱的温度，加强炉拱的助燃作用。炉拱按照其所处的位置的不同可分为前拱、中拱、后拱。炉拱的作用：加快新燃料的引燃加快新燃料的引燃;促进炉膛内气体促进炉膛内气体混合混合炉拱并不产生热量，它的引燃作用主要在于通过吸炉拱并不产生热量，它的引燃作用主要在于通过吸收来自火焰和高温烟气的辐射热，并加以集中地辐收来自火焰和高温烟气的辐射热，并加以集中地辐射到新燃料上，使之升温、着火。射到新燃料上，使之升温、着火。或者在输送高温烟气的同时，烟气流也将炽热的炭或者在输送高温烟气的同时，烟气流也将炽热的炭粒夹带并散落在新燃料层上，形成炽热的炭粒覆盖粒夹带并散落在新燃料层上，形成炽热的炭粒覆盖层进行导热加热。层进行导热加热。前拱位于炉排的前端，起加快新燃料的引燃作用，所以又前拱位于炉排的前端，起加快新燃料的引燃作用，所以又叫做引燃拱。叫做引燃拱。过去。过去。后拱位于炉排的后部。后拱能将炉排上强烈燃烧区的高后拱位于炉排的后部。后拱能将炉排上强烈燃烧区的高温烟气输送到前拱区，大幅度地增补那里的热量，提高那里温烟气输送到前拱区，大幅度地增补那里的热量，提高那里的炉温，从而有效地强化了那里的辐射传热，加速了引燃。的炉温，从而有效地强化了那里的辐射传热，加速了引燃。后拱的这种引燃作用是通过前拱起作用的，因而可称之为间后拱的这种引燃作用是通过前拱起作用的，因而可称之为间接引燃。接引燃。后拱输出的高温烟气对前端新燃料层表面的直接冲刷以后拱输出的高温烟气对前端新燃料层表面的直接冲刷以及炽热的炭粒夹带到前部，并散落在新燃料层上也会产生对及炽热的炭粒夹带到前部，并散落在新燃料层上也会产生对流传热作用，从而形成直接引燃。流传热作用，从而形成直接引燃。直接引燃的作用要比间接直接引燃的作用要比间接引燃作用小得引燃作用小得多。多。后后拱拱的的作作用用在在混混合合。后后拱拱将将后后部部大大量量富富氧氧气气体体引引到到 前前部部，并并与与前前拱拱一一起起在在前前后后拱拱间间造造成成诸诸如如旋旋涡涡、对对冲冲等等的的优优良良气气体体动力条件动力条件 。中拱是布置在火床中部燃烧旺盛区的短拱。它可以中拱是布置在火床中部燃烧旺盛区的短拱。它可以看成是特低后拱中关键的一部分，是一种强对流型炉拱。看成是特低后拱中关键的一部分，是一种强对流型炉拱。由于它能很容易地将高温烟气引入着火区，而又不使炉由于它能很容易地将高温烟气引入着火区，而又不使炉排后段死灰区的低温烟气进入引燃区，因而具有很好的排后段死灰区的低温烟气进入引燃区，因而具有很好的引燃性能。中拱的另一突出优点是不会发生拱区的烟气引燃性能。中拱的另一突出优点是不会发生拱区的烟气闷塞或冒正压。闷塞或冒正压。形火焰炉拱设计示意图链条炉炉膛数值模拟结果二次风：指从火床上方高速喷入炉膛的若干股强烈气流。作用：(1)能将高温烟气引带至炉排前端，对煤层的引燃有作用。能将高温烟气引带至炉排前端，对煤层的引燃有作用。(2)利利用用二二股股二二次次风风的的对对吹吹组组织织起起烟烟气气的的旋旋涡涡流流动动。这这可可以以延延长长飞飞煤煤在在炉炉膛膛中中的的行行程程，增增加加燃燃烧烧时时间间，还还由由于于气气流流的的旋旋涡涡分分离离作作用用，使使部部分分飞飞煤煤摔回炉排，减少飞煤的逸出量。有利于消烟除尘，降低飞灰带走的损失。摔回炉排，减少飞煤的逸出量。有利于消烟除尘，降低飞灰带走的损失。(3)充充分分利利用用高高速速二二次次风风射射流流引引带带和和推推送送烟烟气气的的作作用用，能能使使烟烟气气流流完完全全按按照照所所要要求求的的路路线线流流动动，从从而而达达到到延延长长烟烟气气在在炉炉内内的的行行程程、改改善善炉炉内内气气流流的充满度、控制燃烧中心的位置、防止炉内局部结渣等目的。的充满度、控制燃烧中心的位置、防止炉内局部结渣等目的。(4)二二次次风风射射流流所所形形成成的的气气幕幕能能起起封封锁锁烟烟气气流流的的作作用用，这这可可以以用用来来防防止止烟烟气流短路，使炉膛中的可燃气体和飞煤不致未经燃烧就逸出炉膛。气流短路，使炉膛中的可燃气体和飞煤不致未经燃烧就逸出炉膛。(5)空气二次风可以提供空气二次风可以提供部分氧气，帮助燃烧。不过由于二次风不经过部分氧气，帮助燃烧。不过由于二次风不经过燃料层，因此，过多的二次风会增大过量空气系数，增加排烟热损失。燃料层，因此，过多的二次风会增大过量空气系数，增加排烟热损失。二次风的作用不在于补给空气，主要是加强对烟气的扰动作用。作为二次风的工质可以是空气、蒸汽和烟气。二次风一般占总风量的515，风速一般为5080m/s。二次风的布置方式有：单面布置、双面布置、四角布置。六、火床燃烧的主要热力参数1、炉排面可见热负荷qR：单位炉排面积上煤燃烧所放出的热量。R-炉排有效面积（m2)qR是火床炉炉排燃烧面积设计最主要的热力特性参数，也是唯一的特征参数。在火床炉的炉排设计中，根据经验性的统计值qR去计算确定炉排面积的大小。qR的选取取决于燃烧和炉排冷却两个基本原则。qR越大，R越小，煤层温度水平高，燃烧旺盛。同时由于煤层温度水平高，炉排片的工作条件变得恶劣，如果燃用灰熔点较低的煤种时，容易出现煤层结渣而影响锅炉安全运行。2、炉膛容积热负荷qv：单位炉膛容积内燃烧放热的热功率大小。V-炉膛容积（m3)对于火床炉，qv仅是一个参考性指标，因为燃煤绝大多数是在火床上完成燃烧过程的。链条炉炉膛设计简图链条炉炉膛设计简图七、链条炉的设计(如图所示）1、根据qR确定R。2、根据R=b*l，并参考已有炉型选择b和l。b-炉排宽度(m)l-炉排有效长度(m)3、根据qv确定V。4、由V/R=h大概估计出h（炉膛高度）。5、确定a1,a2,h1,h2,h3及后拱倾角。6、画出炉膛结构简图7、由炉膛热力计算确定炉膛尺寸。8、验证喉口烟气速度(V=7-10m/s)V=Vy/F(F=L2*b)