第四章 燃燒設備

第四章燃燒設備2/1/20231沈陽工程學院王樹群動本091-2第一節(jié)電站鍋爐的燃燒設備煤粉爐燃燒設備組成：點火裝置、煤粉燃燒器、爐膛煤粉燃燒器作用是：將攜帶煤粉的一次風和助燃的二次風送入爐膛，并組織一定的氣流結構，使煤粉迅速穩(wěn)定地著火；同時使煤粉和空氣合理混合，達到煤粉在爐內迅速完全燃燒的目的。鍋爐點火裝置：主要用于鍋爐啟動時點燃主燃燒器的煤粉氣流；當鍋爐低負荷運行或燃用劣質煤時，可以用點火裝置來穩(wěn)定燃燒或作為輔助燃燒設備。爐膛也稱為燃燒室：供煤粉燃燒的空間。2/1/20232沈陽工程學院王樹群動本091-2性能良好的燃燒設備應滿足的要求：1.將燃料和燃燒所需空氣送入爐膛，在爐內形成良好的空氣動力場，使燃料能迅速穩(wěn)定地著火；2.及時供應空氣，與燃料適時混合，造成必須的燃燒強度，使燃料在爐內達到完全燃燒；3.燃燒可靠穩(wěn)定，爐內不結焦，保證鍋爐安全經濟地運行；4.有較好的燃料適應性，具有良好的調節(jié)性能和較大的調節(jié)范圍，以適應煤種和負荷變化的要求；5.NOX的生成量控制在允許范圍內，以達到環(huán)保的要求。燃燒器按射流是否旋轉分類：直流燃燒器；

旋流燃燒器。2/1/20233沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/20234沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/20235沈陽工程學院王樹群動本091-2第二節(jié)直流燃燒器一、直流射流卷吸：射流橫向運動，帶動周圍靜止的氣體一起前進，這種現(xiàn)象稱為卷吸。從外邊界卷吸高溫煙氣，是著火熱的來源，著火從外邊界開始。2/1/20236沈陽工程學院王樹群動本091-2射程表示射流在煙氣中的貫穿能力。射程：規(guī)定當射流在某一截面上的最大軸線速度降低到某一數(shù)值時（仍保持一定的余速），該截面距噴口的距離即為射程。射流的初始動量初始動量越大，射程越大。2/1/20237沈陽工程學院王樹群動本091-2★噴口尺寸對射流的影響：在噴口通流截面不變的情況下，如果將一個大噴口分為幾個小噴口時，可增加射流的卷吸能力，但射程將縮短。矩形噴口的高寬比對射流特性也有一定的影響。當射流初速和噴口通流截面積不變時，高寬比越大，噴口周界越大，射流外邊界越大，射流卷吸周圍介質的能力增強，但射流軸線速度衰減加快，射程將縮短。2/1/20238沈陽工程學院王樹群動本091-2二、直流煤粉燃燒器型式煤粉氣流（一次風）、燃燒所需空氣（二次風）以及由制粉系統(tǒng)來的乏氣（三次風）分別由互相隔絕的不同噴口以直流射流形式噴進爐膛。按照燃燒器一次風和二次風噴口的布置位置分為：均等配風、分級配風2/1/20239沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-19PM型濃淡煤粉燃燒器2/1/202310沈陽工程學院王樹群動本091-2１、均等配風直流煤粉燃燒器（也叫煙煤-褐煤型）一、二次風噴口相間布置：見圖4-2

適用煤種：煙煤、褐煤★為什么均等配風方式適合燒褐煤和煙煤？2/1/202311沈陽工程學院王樹群動本091-2２、分級配風直流煤粉燃燒器一次風噴口集中布置，二次風噴口分層布置。見圖4.2配風方式：二次風分級、分階段送入燃燒的煤粉氣流中，且一、二次風噴口保持較大的距離。適應煤種：無煙煤、貧煤、劣質煙煤對三次風的要求：布置在主燃燒器的上部，與主燃燒器保持一定距離，傾斜向下。2/1/202312沈陽工程學院王樹群動本091-2為什么三次風如此布置？三次風對燃燒及汽溫調節(jié)的不利影響：(1)

使火焰溫度降低，燃燒不穩(wěn)定。(2)

火焰拖長，爐膛出口煙溫升高，使過熱汽溫與再熱汽溫偏高，汽溫調節(jié)幅度增大。同時增大過熱器熱偏差。(3)三次風高速射入，使火焰殘余旋轉增大，同時飛灰可燃物增加；(4)三次風量較大時，風速也增大，易擾亂爐正常的空氣流動，引起火焰貼墻結渣。2/1/202313沈陽工程學院王樹群動本091-2三、直流燃燒器的射流特性（一）四角切圓燃燒方式1.爐內空氣動力場問題：爐內空氣動力場是什么樣的？這種切圓燃燒方式在著火、燃燒方面有哪些優(yōu)點？有哪些缺點？2/1/202314沈陽工程學院王樹群動本091-2切圓燃燒鍋爐直流煤粉燃燒器的布置方式2/1/202315沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202316沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202317沈陽工程學院王樹群動本091-2★空氣動力特性四角布置的直流燃燒器射出的四股氣流在爐膛中心形成一個穩(wěn)定的強烈旋轉火炬，在離心力的作用下，氣流向四周擴展，爐膛中心形成真空，即無風區(qū)；無風區(qū)的外面是氣流強烈旋轉的強風區(qū)；最外圍是弱風區(qū)。氣流在引風機抽力的作用下上升，在爐膛中形成了一個螺旋上升的氣流。2/1/202318沈陽工程學院王樹群動本091-2切向燃燒的爐內空氣動力特性Ⅰ-無風區(qū)；Ⅱ-強風區(qū)；Ⅲ-弱風區(qū)2/1/202319沈陽工程學院王樹群動本091-22.切圓燃燒爐內空氣動力特性對煤粉的著火和燃燒的影響。①從著火角度來看，從每一角的燃燒器噴出的煤粉氣流，都受到來自上游鄰角正在劇烈燃燒的高溫火焰的沖擊和加熱，使之能很快著火燃燒，并以此再去點燃下游鄰角的新煤粉氣流，相鄰的煤粉氣流能互相引燃。旋轉氣流使爐膛中心的無風區(qū)形成負壓，這樣部分高溫煙氣由上向下回流到火焰根部，再加上每股煤粉氣流本身還能卷吸部分高溫煙氣和接受爐膛輻射熱，因此直流燃燒器四角布置切圓燃燒的著火條件是十分理想的。2/1/202320沈陽工程學院王樹群動本091-2②從燃燒角度來看，直流射流的射程長，在爐膛煙氣中的貫穿能力強，著火后的煤粉火炬強烈旋轉，使爐內的溫度、氧濃度更均勻，加強了煤粉與空氣的后期混合，也加速了煤粉的燃燒，所以煤粉氣流的燃燒條件也是理想的。2/1/202321沈陽工程學院王樹群動本091-2③從燃盡的角度來看，氣流螺旋上升，不僅改善了火焰在爐內充滿度，均勻了爐內的熱負荷，而且延長了煤粉在爐內的停留時間，這對煤粉的燃盡也是很有利的。2/1/202322沈陽工程學院王樹群動本091-2（二）射流偏斜1.產生射流偏斜的原因射流兩邊同時卷吸煙氣，在其周圍形成負壓區(qū)，爐膛中的煙氣則不斷地向負壓區(qū)補充，由于夾角大的右側（即A側）空間大，補氣比較充分，而夾角小的左側（即B側）空間小，補氣就顯得不足，所以A側的壓力將大于B側的壓力，產生一個由右向左的推力，使射流向左偏斜，這就是射流產生偏斜的直接原因。2/1/202323沈陽工程學院王樹群動本091-2射流偏斜圖（a）補氣情況；（b）偏斜

2/1/202324沈陽工程學院王樹群動本091-22.影響射流偏斜的主要因素：（1）鄰角氣流的橫向推力切圓燃燒的爐膛中，上游鄰角射流對下游射流產生一定的橫向推力，推動氣流強烈旋轉，同時也迫使下游射流向爐墻一側偏斜。一次風動量越大，射流剛性越強，一次風射流抵抗偏斜的能力越強，射流的偏斜也就越小。（2）假想切圓直徑。假想切圓直徑越大，偏斜越嚴重。2/1/202325沈陽工程學院王樹群動本091-2（3）燃燒器的結構特性。

燃燒器的高寬比或一次風噴口的高寬比越大，整組射流的剛性及一次風射流的剛性就越低，一次風射流的偏斜就越嚴重。

燃燒器的布置角度不能相差太大。2/1/202326沈陽工程學院王樹群動本091-2（三）煙氣在爐膛出口的殘余旋轉1.殘余旋轉出現(xiàn)原因：切圓燃燒方式的鍋爐，爐內氣流旋轉上升，產生的旋轉動量矩較大，同時因為高溫火焰的黏度很大，到達在爐膛出口處就會存在較大殘余旋轉。2.殘余旋轉定義（用δ表示）：是指爐膛出口截面上煙氣的殘余旋轉動量矩與斷面上全部氣流的旋轉動量矩的比值，越大，表示殘余旋δ越大。3.殘余旋轉危害：殘余旋轉會使爐膛出口及水平煙道的煙速和煙溫分布不均勻程度加大，引起較大的熱偏差，導致過熱器超溫或結渣。

2/1/202327沈陽工程學院王樹群動本091-2隨鍋爐容量的增加，爐膛出口扭轉殘余有增大的趨勢，200MW、300MW、600MW機組鍋爐爐內空氣動力場摸化試驗表明，殘余旋轉較大的鍋爐水平煙道左右兩側平均速度之比可達1.24、2.0和2.5?！钤黾拥脑颍弘S鍋爐容量增加，鍋爐四角射流動量隨容量成比例增加，爐內氣流的切向動量矩比鍋爐的容量增長更快，爐膛高度的增長相對于容量的增長較慢，導致爐膛氣流出口扭轉殘余增加。2/1/202328沈陽工程學院王樹群動本091-24.殘余旋轉對汽溫和煙溫的具體影響現(xiàn)代大容量鍋爐的爐膛上部均布置有大量屏式受熱面（分隔屏過熱器、后屏過熱器和屏式再熱器）。（1）具體影響（逆時針旋轉切圓鍋爐，順時針旋轉的與之相反）屏區(qū)受熱面吸熱量左高右低，進而造成屏區(qū)出口煙溫右高左低。對于位于爐膛上部的輻射受熱面，沿爐膛寬度方向汽溫呈左高右低分布；對于位于出口窗之后的水平煙道中的過熱器及再熱器汽溫均為右高左低；2/1/202329沈陽工程學院王樹群動本091-2（2）形成機理(逆時針旋轉切圓燃燒鍋爐)①上爐膛左側煙室內煙氣流動阻力大于右側，因此左側煙氣流量低于右側流量。但左側煙室內氣流的運動機理比右側復雜，存在一個氣流衰減、滯止和反向加速的過程，氣流擾動強烈，而右側氣流運動情況簡單，為平穩(wěn)加速流向水平煙道的過程。②由于左側煙室內氣流強擾動產生的對流強化效應，造成了爐膛左側受熱面吸熱多于右側；而另一方面，右側氣流的慣性速度指向爐后，其主氣流只經過屏的下部區(qū)域甚至不經過屏就直接進入了爐后，使得右側煙室中的煙氣充滿程度遠低于左側煙室，導致屏式受熱面出口工質溫升呈左高右低分布特性。③當煙氣進入水平煙道后，水平煙道入口右側區(qū)體積流量，流速都高于左側區(qū)，而右側煙溫水平高于左側這一事實更強化了右側的對流換熱，于是造成對流過熱器左右側出口工質的較大溫差。2/1/202330沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-28上爐膛中的煙氣流走向示意圖2/1/202331沈陽工程學院王樹群動本091-25.減輕殘余旋轉對鍋爐工作的影響的措施：（1）減小假想切圓直徑爐內切圓直徑增大，特別是燃燒器上部切圓直徑增大，會導致爐膛出口氣流扭轉殘余增大，故減小爐內切圓直徑，有利于減小扭轉殘余。（2）在爐膛上部布置偏置的前分隔屏有研究人員提出了在爐膛上部布置偏置前分隔屏的方法，以便更好起到分割和導向爐膛出口氣流的作用，同時還可消除水平煙道內煙速左右分布的不均勻。（3）布置反切風將一次風或部分二次風、燃盡風、三次風與主體旋轉氣流反切，即該部分射流與主體射流以一定夾角從相反的旋轉方向噴入爐膛，是消除爐膛出口氣流扭轉殘余、降低水平煙道內左右側煙氣偏差的有效手段。2/1/202332沈陽工程學院王樹群動本091-2反切方案一般有如下幾種：1）部分一次風反切，其余二、三次風正切；2）部分或全部二次風反切，一、三次風和其余二次風正切；3）三次風反切；4）兩角對沖，另兩角燃燒器相切。2/1/202333沈陽工程學院王樹群動本091-2選擇減輕殘余旋轉方案的原則：選擇以上各種實際結構等情況，綜合考慮殘余扭轉的減弱、飛灰可燃物損失、爐膛出口煙溫、爐內燃燒和結渣等因素，優(yōu)化反切方案。在工程實際中，應首先考慮一次風反切；反切風旋轉動量矩過小時，對水平煙道煙氣偏差改善效果不明顯，而過大時又會使爐內氣流整體反旋；一、二次風反切角度都不宜過大，二次風反切角過大，會影響上游高溫煙氣對一次風氣流的點燃，而一次風反切角過大，會造成一次風氣流貼墻引起水冷壁結渣和磨損。2/1/202334沈陽工程學院王樹群動本091-2第三節(jié)旋流燃燒器2/1/202335沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202336沈陽工程學院王樹群動本091-2燃燒器喉口2/1/202337沈陽工程學院王樹群動本091-2燃燒器燃盡風口前墻左側墻后墻右側墻2/1/202338沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202339沈陽工程學院王樹群動本091-2旋流燃燒器工作原理旋流燃燒器由一組套裝在一起的圓形噴口組成，燃燒器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器（簡稱旋流器）。燃燒器中的一次風噴口在內部，一次風噴口射出的可以是旋轉射流，也可以是直流射流；二次風噴口在外部，二次風噴口出來的是旋轉射流，整個燃燒器射出的射流為旋轉射流。2/1/202340沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-8旋流式燃燒器工作原理2/1/202341沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202342沈陽工程學院王樹群動本091-2一、旋流射流和旋流產生方法1、旋流射流的特點：（1）二次風是旋轉氣流，一次風可以是旋轉氣流，也可為直流射流，整個氣流形成空心圓錐形的旋轉氣流。（2）旋轉射流有強烈的卷吸作用，可從內、外回流區(qū)兩個方面卷吸高溫煙氣，對煤粉氣流的著火十分有利。（3）由于旋轉射流從內、外卷吸高溫煙氣，而氣流的動量一定，因而軸向速度和切向速度衰減很快。故在同樣的初始動量下，旋轉射流的射程要比直流射流射程短。2/1/202343沈陽工程學院王樹群動本091-2（4）旋轉射流的擴展角一般比直流射流大，而且隨著旋轉強度的增大而增大。（5）適合煙煤和褐煤。初期混合強烈，因此一、二次風混合過早，使著火熱增加。同時二次風包圍一次風，對煙氣從外邊界直接加熱煤粉起屏蔽作用，著火條件不夠理想。特別是氣流衰減快、射程短，后期混合較弱，對低揮發(fā)分的煤的著火不利，一般僅適用于高揮發(fā)分煤種。2/1/202344沈陽工程學院王樹群動本091-22.旋流強度旋轉氣流的流動工況與旋流強度有關。旋流強度定義：是指氣流切向旋轉動量矩與其軸向動量和特征尺寸乘積比。M-氣流的切向旋轉動量矩，（Kg·m2）/s2；K-軸向動量，（Kg·m）/s2；L-燃燒器噴口的特征尺寸，m。2/1/202345沈陽工程學院王樹群動本091-23.旋流強度對火焰形狀的影響：封閉式火焰：旋流強度較小時，形成封閉式火焰，在火焰根部卷吸高溫煙氣，形成回流區(qū)，此種火焰只能卷吸自身燃燒放出的熱量，有一定的穩(wěn)定著火能力，但是回流量小，不適合燃燒難燃的煤；開放式火焰：氣流旋轉強度較大時，回流區(qū)加大，形成開放式火焰，高溫煙氣的回流量也增多，可以將高溫煙氣從爐膛中卷吸進來，對著火和燃燒有利；飛邊火焰：氣流的旋流強度過大時，使氣流成為全擴散氣流，導致氣流壓向爐墻，形成氣流飛邊現(xiàn)象，形成飛邊火焰，此時氣流擴散角（旋轉氣流外邊界之間的夾角稱為擴散角）為180°，火焰貼壁，會引起嚴重的結渣，甚至燒壞燃燒器，故在實際運行中要避免飛邊火焰的出現(xiàn)。2/1/202346沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-9旋流燃燒器火焰示意圖（a）單個回流區(qū)的封閉火焰；（b）環(huán)形回流區(qū)的封閉火焰；（c）開放火焰；（d）飛邊火焰；2/1/202347沈陽工程學院王樹群動本091-2二、旋流煤粉燃燒器旋流燃燒器是利用旋流器使氣流產生旋轉運動，按照旋流器的結構，旋流燃燒器可分為蝸殼式、軸向葉片式、切向葉片式三大類。

見圖4-72/1/202348沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202349沈陽工程學院王樹群動本091-2

2/1/202350沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202351沈陽工程學院王樹群動本091-2美國B&W的低NOx燃燒技術DRB-4Z旋流燃燒器2/1/202352沈陽工程學院王樹群動本091-2三、旋流燃燒器的布置1.布置方式：主要采用L型火焰燃燒方式，在較少采用的W型火焰鍋爐中也多使用旋流。L型火焰燃燒方式：采用前墻或兩面墻布置的旋流燃燒器，單個燃燒器氣流旋轉進入爐內，但整組氣流在爐內垂直上升，在爐內形成L型火焰燃燒。（1）前墻布置---小型鍋爐（2）前后墻或兩側墻，又可分為對沖布置和交錯相對布置-----大型鍋爐2/1/202353沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202354沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-29旋流燃燒器的布置（a）前墻布置；（b）前后墻布置；（b-1）前后墻交錯相對布置；（b-2）前后墻對稱布置；（c）爐底布置；（d）爐頂布置2/1/202355沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-30采用旋流燃燒器的“L”型火焰鍋爐爐內空氣動力場（a）單排前墻布置；（b）雙排前墻布置；（c）單排前后墻布置；（d）有折焰角布置；1、4-死蝸旋區(qū)；2-回流區(qū)；3-火炬；5-折焰角2/1/202356沈陽工程學院王樹群動本091-22.旋流燃燒器布置特點（1）大型鍋爐不采用前墻布置，避免燃燒集中，造成結渣和NOX排放過高；（2）大型鍋爐多采用前后墻布置，爐內火焰充滿度好，利于增強爐內流體的擾動和混合；在爐膛寬度方向上煙氣分布和煙溫分布比較均勻，利于保證高溫對流受熱面可靠運行。（3）同一墻上相鄰的燃燒器之間應保持一定距離，使燃燒器的火焰在爐內能夠充分自由擴展，減少同墻相鄰燃燒器射流的相互干擾；（4）相鄰燃燒器出口射流的旋向一般相反，或從整個爐膛氣流的均勻性的角度考慮來布置每只燃燒器射流的旋向；（5）靠墻邊部燃燒器與側墻之間應保持一定距離，避免火焰沖刷水冷壁造成結渣。多布置對沖方式2/1/202357沈陽工程學院王樹群動本091-2四、切圓燃燒與對沖布置的L型火焰燃燒比較（1）對沖式布置旋流燃燒方式的爐內火焰不存在整體的旋流，火焰充滿度和流場均勻性好；（2）在爐膛出口和高溫水平煙道不存在氣流殘余旋轉，左右兩側煙氣溫度和煙溫偏差小?！镆阅吵R界鍋爐為例說明：2/1/202358沈陽工程學院王樹群動本091-2前后墻對沖燃燒。前后墻各布置3層，每層8只，總共48只。主燃燒器之上設燃盡風口20只。YXZm前墻左側墻右側墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側墻的距離YXZYXZ燃燒器燃盡風口m前墻后墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側墻的距離某超臨界鍋爐旋流燃燒器特點2/1/202359沈陽工程學院王樹群動本091-2切圓燃燒與對沖燃燒的比較切圓燃燒煙氣流動像汽機的排汽一樣是強烈的螺旋樣式煙氣流動的不平衡以及熱負荷分布的不均勻，容易導致結焦、積灰、腐蝕以及局部過熱問題；在爐膛出口導致殘余。2/1/202360沈陽工程學院王樹群動本091-2爐膛左右兩側有均衡的燃燒性能

可以有效減少爐膛出口左右兩側煙溫偏差邊排燃燒器距側水冷壁距離合適，避免火焰直接刷墻，有效防止結渣燃盡風采用優(yōu)化的雙氣流結構，中央部位的氣流采用非旋轉的氣流，它直接穿透進入爐膛中心，補充燃盡所需空氣。邊部風口采用旋轉氣流，在水冷壁面形成氧化性氣氛，可有效防止高溫腐蝕和結渣YXZm前墻左側墻右側墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側墻的距離YXZYXZ燃燒器燃盡風口m前墻后墻X：離前墻的距離Y：離爐膛底部的距離Z：離左側墻的距離2/1/202361沈陽工程學院王樹群動本091-2第五節(jié)低NOx燃燒在煤粉燃燒過程中，燃燒生成的氮氧化物氣體（簡稱NOx），其中主要是NO（占總量的90%）和NO2、N2O，NOx隨煙氣排放到大氣會對環(huán)境帶來嚴重的污染。2/1/202362沈陽工程學院王樹群動本091-2一、NOx生成機理熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx。1）熱力型NOx：又稱溫度型NOx，主要是空氣中的氮反應形成的。

N2+O2=2NON2+2O2=2NO2

2/1/202363沈陽工程學院王樹群動本091-2燃燒區(qū)域的溫度水平對熱力型NOx的生成量起決定作用，在燃燒溫度低于1500℃時，NOx生成量很少，高于1500℃時，溫度每升高100℃，NOx的生成量就增大6～7倍。煤粉燃燒中，在燃燒溫度為1600℃時，熱力型NOx生成量占NOx總生成量的20%左右。2/1/202364沈陽工程學院王樹群動本091-22）燃料型NOx：是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成NOx。

燃料型NOx生成量占NOx總生成量的75%。主要指揮發(fā)分中的氮化合物生成的NOx。這部分NOx在燃燒器出口處的火焰中心處生成。由于大部分揮發(fā)分在30～50ms內析出，要控制該區(qū)域中NOx的生成量，就應控制著火初期的過量空氣系數(shù)。形成富燃料區(qū)，讓煤粉在開始著火階段處于缺氧狀態(tài)，使揮發(fā)分生成的一部分NOx被還原，實際生成的NOx數(shù)量就可明顯減少。2/1/202365沈陽工程學院王樹群動本091-2NOX的還原機理：NO在遇到未完全燃燒產物CO、H2、C和CnHm時，會發(fā)生NO的還原反應。這些反應的總反應式為：4NO+CH4＝2N2+CO2+2H2O2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2＝N2+2nCO2+mH2O2NO+C＝N2+CO22NO+2C＝N2+2CO2NO+2H2＝N2+2H2O2/1/202366沈陽工程學院王樹群動本091-23）快速型NOx：由高溫熱解生成的CH自由基和空氣中的氮反應，生成HCN化合物和N，進一步快速與氧反應，生成NOx。這部分NOx的轉換速度極快，但其生成量少。占NOx總生成量的5%。控制NOx的生成量主要應控制燃料型NOx和熱力型NOx的生成量。2/1/202367沈陽工程學院王樹群動本091-2二、低NOx燃燒技術1、低過量空氣燃燒2、濃淡偏差3、空氣分級2/1/202368沈陽工程學院王樹群動本091-2空氣分級：兩級燃燒是用80%左右的理論空氣量從燃燒器噴口送入，形成濃燃料燃燒區(qū)，降低了燃燒區(qū)的氧濃度，也降低了燃燒區(qū)的溫度，使NOx生成量減少；燃燒所需要的其他空氣量由主燃燒器上部的火上風噴口（簡稱OFA）送入爐膛，形成富氧燃燒。由于燃燒所需空氣量是分兩級送入爐內的，燃燒過程也分兩級進行，故稱兩級燃燒法或分級燃燒法。2/1/202369沈陽工程學院王樹群動本091-22/1/202370沈陽工程學院王樹群動本091-2第六節(jié)典型直流煤粉燃燒器1.WR型燃燒器2．濃淡燃燒器3.PM型燃燒器2/1/202371沈陽工程學院王樹群動本091-2一、WR型燃燒器①該燃燒器在一次風口內裝有一個V形擴流錐或波形擴流錐，擴流錐相當于一個小鈍體，可使噴口外的一次風氣流形成一個穩(wěn)定的高溫煙氣回流區(qū)，為煤粉著火提供熱源；②同時該燃燒器的一次風入口彎頭內故意不安裝氣體導向裝置，利用彎頭進行煤粉的濃淡分離，這些都有利于整個噴口的煤粉氣流容易著火和在低負荷下保持燃燒穩(wěn)定。③燃燒器能在較大范圍內適應煤種及負荷變化。2/1/202372沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-18WR型直流煤粉燃燒器結構(a)V形擴流錐結構；(b)波形擴流錐結構；(c)一次風噴口總體1-噴嘴頭部；2-密封片；3-水平肋片；4-噴嘴管；5-入口彎頭2/1/202373沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-20寬調節(jié)比燃燒器1-阻擋塊；2-噴嘴頭部；3-擴流錐；4-水平肋片；5-一次風管；6-燃燒器外殼；7-入口彎頭2/1/202374沈陽工程學院王樹群動本091-2二、濃淡燃燒器(1)低NOX排放將煤粉氣流分離成濃粉流和淡粉流兩股氣流，這樣就可在一次風總量不變的前提下提高濃粉流中的煤粉濃度，使?jié)夥哿髦械娜剂显谶^量空氣系數(shù)小于1的條件下燃燒，淡粉流中燃料則在過量空氣系數(shù)大于或接近于1的條件下燃燒，兩股氣流合起來使燃燒器出口的總過量空氣系數(shù)仍保持在合理的范圍之內。2/1/202375沈陽工程學院王樹群動本091-2(2)穩(wěn)燃效果濃粉流可以加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，使煤粉盡快著火，在濃粉流著火后，為淡粉流提供了著火熱源，后者也隨之著火，整個火炬的燃燒穩(wěn)定性增強，從而擴大了鍋爐不投油助燃的負荷調節(jié)范圍和煤種適應性。2/1/202376沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-19PM型濃淡煤粉燃燒器2/1/202377沈陽工程學院王樹群動本091-2三、PM型燃燒器（三菱重工首先研制開發(fā)）①此種燃燒器的關鍵是分離器，它靠近燃燒器的一次風管入口管段有一個彎頭，連接兩個噴口，依靠彎頭的慣性分離作用，將煤粉氣流分為濃煤粉和淡煤粉，濃粉流進入上噴口，淡粉流進入下噴口；2/1/202378沈陽工程學院王樹群動本091-2②燃燒器上還設置有火上風噴口----空氣分級。③再循環(huán)煙氣噴口(簡稱SGR噴口)----用以推遲二次風向燃燒區(qū)的擴散，降低燃燒區(qū)的氧濃度和燃燒溫度。PM型燃燒器實際上是集煙氣再循環(huán)、分級燃燒和濃淡燃燒于一體的低NOx燃燒系統(tǒng)，既可穩(wěn)定燃燒，又可抑制NOx的生成。2/1/202379沈陽工程學院王樹群動本091-2第七節(jié)典型旋流燃燒器

1.雙調風燃燒器2.三井-巴布科克的LNASB燃燒器3.巴布科克-日立的HT-NR燃燒器2/1/202380沈陽工程學院王樹群動本091-2

2/1/202381沈陽工程學院王樹群動本091-2美國B&W的低NOx燃燒技術：DRB-4Z旋流燃燒器2/1/202382沈陽工程學院王樹群動本091-2第八節(jié)煤粉鍋爐爐膛

一、煤粉爐按照排渣方式分為兩種型式：將灰渣在固體狀態(tài)下由爐中清除出去，稱為固態(tài)排渣煤粉爐；將灰渣在熔化的液態(tài)下由爐中清除出去，稱為液態(tài)排渣煤粉爐。2/1/202383沈陽工程學院王樹群動本091-2結構應保證燃料完全燃燒，又能使爐膛出口煙溫降低到灰熔點以下，以便使出口以后對流受熱面不結渣。爐膛應滿足以下要求：(1)良好的爐內空氣動力特性。指避免火焰沖擊爐墻，防止爐膛水冷壁結渣，減少爐內死滯旋渦區(qū)，保證煤粉燃燒過程有足夠空間和時間。2/1/202384沈陽工程學院王樹群動本091-2(2)能布置足夠的受熱面，將爐膛出口煙溫降到容許的數(shù)值，以保證爐膛出口及其后的受熱面不結渣。(3)有合適的熱強度。按熱強度確定的爐膛容積及其截面尺寸和高度應能滿足煤粉氣流在爐內充分發(fā)展、均勻混合和完全燃燒的要求。2/1/202385沈陽工程學院王樹群動本091-2二、爐膛設計參數(shù)（１）爐膛容積熱負荷：單位時間、單位爐膛容積放出的熱量。爐膛容積熱負荷過大，表示爐膛容積過小，燃料在爐膛內的停留時間不夠，不容易燒完。爐內布置的水冷壁受熱面積過小，爐膛出口煙溫過高，導致結渣。2/1/202386沈陽工程學院王樹群動本091-2（２）爐膛截面熱負荷：單位時間、單位爐膛斷面積放出熱量。反映燃燒器區(qū)域溫度水平。爐膛容積熱負荷一定，截面熱負荷過大，爐膛斷面積小，燃燒器區(qū)域局部溫度過高，引起燃燒器區(qū)域結渣和NOX排放量過大。2/1/202387沈陽工程學院王樹群動本091-2（３）燃燒器區(qū)域壁面熱負荷：單位時間、單位燃燒器區(qū)域壁面面積放出的熱量。強度越大，火焰越集中，燃燒器區(qū)域溫度水平越高。

2/1/202388沈陽工程學院王樹群動本091-2（4）燃盡區(qū)容積熱負荷：2/1/202389沈陽工程學院王樹群動本091-2（5）爐膛壁面熱強度：爐膛壁面熱負荷越高，單位壁面吸收的熱量越大，爐內平均煙溫水平越高。2/1/202390沈陽工程學院王樹群動本091-2三、爐膛的型式1.固態(tài)排渣煤粉爐爐膛也稱為燃燒室，它是供煤粉燃燒的地方。爐底－冷灰斗。爐頂－頂棚管過熱器。爐膛上部懸掛有屏式過熱器。爐膛后上方為煙氣出口。爐膛出口的下部有后水冷壁彎曲而成的折焰角。2/1/202391沈陽工程學院王樹群動本091-2圖5-23固態(tài)排渣煤粉爐的形狀及溫度分布1-等溫線；2-燃燒器；3-折焰角；4-屏式過熱器；5-冷灰斗

2/1/202392沈陽工程學院王樹群動本091-22.液態(tài)排渣爐膛:了解3.W型火焰爐膛在我國已探明的煤炭儲量中，無煙煤約占15%。國內電廠主要采用四角燃燒固態(tài)排渣煤粉爐來燃用無煙煤，雖然積累了很多經驗，但仍存在飛灰可燃物含量高、燃料灰熔點低時易結渣以及低