第4章 燃燒設備

第4章燃燒設備目錄層燃爐1流化床爐32煤粉爐3燃油爐4燃氣爐5

汽鍋和爐子是鍋爐的兩個基本組成部分。燃料在爐子中燃燒，燃燒放出的熱量則被汽鍋受熱面吸收。燃燒是燃料中的可燃物質與氧進行的劇烈氧化反應，是一種復雜的物理化學綜合過程。它既需要提供溫度和濃度條件，又需要一定的時間和空間條件。爐子作為鍋爐的燃燒設備，就在于為燃料的燃燒提供和創(chuàng)造良好的條件，使燃料的化學能最大限度的轉化為熱能，同時也應盡可能兼顧爐內輻射換熱的要求?？梢姡紵O備的配置及其結構的完善程度，將直接關系到鍋爐運行的安全、可靠和經(jīng)濟性。由于燃料有固體、液體、氣體三大類別，燃燒特性差別很大。鍋爐容量、參數(shù)又有大小高低之分，因此，為了適應和滿足各種鍋爐的需要，燃燒設備有多種型式。按照燃燒方式的不同，可劃分為如下三類：

層燃爐：燃料被層鋪在爐排上進行燃燒的爐子，也叫火床爐。是目前國內供熱鍋爐中采用最多的一種燃燒設備，常用的有手燒爐、風力機械拋煤機爐、鏈條爐排爐，以及往復爐排爐和振動爐排爐等多種形式。流化床爐：燃料在爐膛中完全被空氣流所“流化”形成一種類似于液體沸騰狀態(tài)燃燒的爐子，又名沸騰爐。是目前能脫硫、脫氮和燃用幾乎所有固體燃料的一種高效、清潔燃燒設備。室燃爐：燃料隨空氣流進入爐室且呈懸浮狀燃燒的爐子，又名懸燃爐，如燃用煤粉的煤粉爐，燃用液體、氣體燃料的燃油爐和燃氣爐。

我國是以煤為主要能源的國家，鍋爐配置的燃燒設備主要是層燃爐和煤粉爐。對于供熱鍋爐主要是層燃爐，并以鏈條爐排爐作為代表形式。對于電站鍋爐，由于容量大、參數(shù)高，通常配置煤粉爐。隨著我國城市建設的需要和環(huán)境保護要求的提高，中、小型燃油燃氣鍋爐需求量日益增長。人工操作層燃爐也即手燒爐，是最古老、最簡單的燃燒設備。它的加煤、撥火和除渣三項主要操作均由人工完成，勞動強度大，而且燃燒效率較低，還周期性地冒黑煙，污染環(huán)境。但由于它具有結構簡單、操作方便，又基本上能適應各種煤燃燒的特點，因此目前國內在蒸發(fā)量小于1t/h的鍋爐上，仍被采用。4.1層燃爐4.1.1人工操作層燃爐1.手燒爐的構造和工作特性煤由人工經(jīng)爐門鋪撒在爐排上形成燃料層，燃燒所需空氣則經(jīng)灰坑穿過爐排的通風孔隙進入爐內參與燃燒反應。燃燒形成的灰渣，大塊的從爐門鉤出，細碎的則漏落灰坑，由灰門耙出。高溫煙氣與爐內的受熱面進行輻射換熱。手燒爐的燃燒層結構新煤加在灼熱的焦炭層之上。焦炭層是燃料的主要燃燒區(qū)域，焦炭層沿高度方向可以分為氧化區(qū)和還原區(qū)。灰渣層可將灼熱焦炭層和爐排隔開，保證爐排不受高溫燒壞，也使進入燃燒層的空氣分布更均勻。燃燒層厚度存在最佳值。2.手燒爐的燃燒特點（1）新煤受到“雙面引火”的有利的著火條件，因而幾乎可以適應任何品種的煤。（2）燃燒工況呈現(xiàn)周期性變化。（3）多采用自然通風，通風強度主要取決于燃燒層厚度，因此引入爐內的空氣量與燃燒實際所需空氣量并不相適應。（為什么手燒爐每次加煤后會冒黑煙？）可見：引入爐內的空氣量與燃燒實際所需空氣量并不相適應。3.改善手燒爐燃燒的措施（1）提高操作技術，使燃燒層厚度的變化盡可能減小，對高揮發(fā)分燃料，投煤周期更應縮短。（2）為改善手燒爐燃燒，也有采用間斷送二次風的措施。即只在加煤周期的前期向爐內引入二次風，加強爐內氣流擾動，可有效降低氣體和固體不完全燃燒熱損失，減少碳氧化合物的裂解，少冒黑煙。（3）改進爐排結構，采用搖動爐排。當需要松動燃料層時，只要將爐前控制手柄輕搖幾下，從而包裹在焦炭四周的灰分也會受振脫落，利于焦炭燃盡，提高鍋爐熱效率。4.手燒爐的發(fā)展（1）明火反燒手燒爐（2）雙層爐排手燒爐加煤、撥火和除渣三項主要操作部分或全部機械化的層燃爐，統(tǒng)稱機械化層燃爐，其形式有機械風力拋煤機爐、鏈條爐排爐、往復爐排爐、振動爐排爐和下飼燃煤式爐等多種，其中鏈條爐排爐應用最為廣泛。4.1.2機械化層燃爐

機械-風力拋煤機爐利用機械或風力代替人工投煤的爐子。這種爐子的加煤方式與手燒爐類似，煤被撒落在灼熱的燃燒層上，也具有“雙面引火”的著火條件，煤層厚度和通風強弱可以控制調節(jié)，從而使燃燒過程進行的比較完善。主要組成：機械-風力拋煤機，爐膛，爐排。機械-風力拋煤機是以機械力為主，風力為輔的機械拋煤設備。煤自煤斗下滑，經(jīng)給煤機滑塊3的往復推飼，順著調節(jié)板4下落被拋煤轉子5的葉片拋撒于爐中。輔助的風力拋煤，主要由播煤風槽8上的一排噴口噴出的氣流來完成。冷卻風口7主要是冷卻轉子，也輔助播煤，側風噴口9主要是加強擾動混合。風力拋煤的空氣均來自爐排下的送風總管，約占總風量的20%左右，它們在完成風力拋煤的同時，也促成爐內可燃氣體和懸浮的細屑燃料的進一步燃盡，起著二次風的作用。給煤量的調節(jié)，主要通過改變給煤機滑塊的往復頻率或行程來實現(xiàn)。提高往復頻率還可改善給煤的連續(xù)性和均勻性，減小燃燒脈動和爐膛負壓的波動；加大滑塊行程，則也有利消除燃用濕煤時的粘結堵塞現(xiàn)象。拋煤的遠近，除改變轉子轉速，還可通過調節(jié)板的伸縮以改變轉子葉片的出煤角度來控制，調節(jié)板向后縮進，煤就拋的較遠，反之較近。這種爐子具有煤種適應性廣、負荷調節(jié)靈敏以及投資和金屬耗量較低等優(yōu)點。存在的問題是爐內氣流擾動混合情況可能較差，飛灰損失較大，鍋爐運行經(jīng)濟性降低，及污染環(huán)境，但這些都可以通過產(chǎn)品設計、技術措施和提高運行水平逐步解決。1.鏈條爐的構造

鏈條爐排爐鏈條爐是一種典型的前飼式爐子。煤自爐前由緩緩移動的鏈條爐排引入爐內，與空氣氣流交叉而遇。煤靠自重由爐前煤斗落于鏈條爐排上，爐排由主動鏈輪帶動，由前向后徐徐運動，煤隨之通過煤閘門被帶入爐內，并逐漸依次完成預熱干燥、揮發(fā)物析出、燃燒和燃盡各階段，形成的灰渣最后由裝置在爐排末端的除渣板鏟落渣斗。

煤閘門可以上、下升降，是用以調節(jié)所需煤層厚度的。除渣板俗稱老鷹鐵，其作用是使灰渣在爐排上略有停滯而延長它在爐內停留時間，以降低灰渣含碳量，同時可減少爐排后端的漏風。煤閘門至除渣板的距離，稱為爐排有效長度，約占鏈條總長的40%。有效長度與爐排寬度的乘積，即為鏈條爐的燃燒面積。其余部分為空行程，爐排在空行過程中得到冷卻。在鏈條爐排的腹中設置有幾個能單獨調節(jié)送風的風倉，燃燒所需的空氣穿過爐排的通風孔隙進入燃燒層，參與燃燒反應。在爐膛的兩側，分別裝置有縱向的防渣箱6。它一半嵌入爐墻，一半貼近運動著的爐排而敞露于爐膛。通常是以側水冷壁下集箱兼作防渣箱。防渣箱的作用：一是保護爐墻不受高溫燃燒層的侵蝕和磨損；二是防止側墻粘結渣瘤，確保爐排上的煤橫向均勻滿布，避免爐排兩側嚴重漏風而影響正常燃燒。2.鏈條爐排的結構形式鏈條爐排的結構形式有多種，目前我國供熱鍋爐常用的是鱗片式鏈條爐排和鏈帶式鏈條爐排。（1）鱗片式鏈條爐排

不漏煤型鱗片式鏈條爐排的結構圖在爐排寬度方向上有若干根平行設置的鏈條1，鏈條上裝有爐排中間夾板5或側密封夾板6，爐排片7就嵌插在左右夾板之間，一片緊挨一片地前后交疊成鱗片狀，以減少漏煤損失，一般僅有0.15%～0.20%的煤漏掉。兩片之間有一定的縫隙作為空氣進入燃燒層的通道，爐排的通風截面比約為6%。由于通風孔道略向前傾，有利于將熾熱氣流導向爐子前端，以加速引火燃燒。嵌插爐排片的夾板用鏈銷固定在承受拉力的鏈條上。平行工作的各根鏈條，借拉桿3依次相串聯(lián)，拉桿外的節(jié)距套管2則用以保證各根鏈條平行相隔一定的距離。鏈條和爐排片通過套于節(jié)距套筒外的鑄鐵滾筒4支掛在爐排支架上，并可沿支架的支承面滾動前進。當爐排行至尾部并轉入空行后，爐排片借自重一片片地順序翻轉過來，倒掛在夾板間，借以卸除殘留的灰渣、煤屑。在空行時也漸被冷卻。在支架的前、后端各有一軸，前軸為主動軸，其上的鏈輪帶動爐排運行；后軸為從動軸，軸上有光滑的大圓滾筒，可讓鏈條自由滾滑而過。主動軸的一端，通過一套變速裝置與拖動的電動機相連。鏈條爐排速度一般為2～20m/h，依燃料品種和負荷大小而異。由于鱗片式鏈條爐排采用較細的圓鋼將各組鏈條相串，組成柔性結構，因此它具有一個重要優(yōu)點：當主動軸上幾個鏈輪之間齒形略有參差時，各鏈條可以自行調整，仍保持鏈節(jié)和鏈輪的良好嚙合。此外，承受拉力的鏈條被置于爐排面之下，免受燃燒層的直接加熱，從而使爐排運行更趨可靠。再則，爐排片的裝卸十分方便，甚至可在不停爐的情況下更換損壞的爐排片。但是這種爐排結構比較復雜，金屬耗量和機械加工量較大。此外，它的剛性差，特別是爐排較寬時，容易發(fā)生成組爐排片脫落和卡住等事故。所以，鱗片式鏈條爐排的寬度不能太寬，一般不大于4.5m。鱗片式鏈條爐排，廣泛配置于蒸發(fā)量為10~75t/h的蒸汽鍋爐和供熱量為7~58MW的熱水鍋爐。（2）鏈帶式鏈條爐排較小容量的供熱鍋爐，大多采用輕型鏈帶式鏈條爐排。這種爐排的爐排片形狀酷似鏈節(jié)。將這些“鏈節(jié)”串聯(lián)成一個寬闊的環(huán)形鏈帶，緊緊地繃繞在前、后軸輪上。輕型鏈帶式鏈條爐排是用若干圓鋼將眾多爐排片串聯(lián)而成。在兩側和中間安插有由主動鏈環(huán)構成的鏈條，它直接與主動軸承上的鏈輪相嚙合。鏈輪轉動時，通過兩側和中間的若干鏈條帶動整個爐排自前向后運動。此型爐排的通風截面比為5.5%～12%。輕型鏈帶式鏈條爐排結構簡單，制造加工較為方便，而且金屬耗量遠小于鱗片式爐排，1m2有效爐排重600～700kg，僅為鱗片式爐排重量的2/3左右。但此型爐排的主動鏈環(huán)受的拉力大，又處于高溫下工作，容易拉斷，其余的一般爐排片厚度很薄，也是既受力又受熱，運行中有時也會斷裂。由于這種爐排是用圓鋼串接一體的，更換爐排片相當麻煩。此外，運行時間一長，此型爐排的通風縫隙會因磨損而變大，以致漏煤量也隨之增大，影響鍋爐運行的經(jīng)濟性。在小容量鍋爐中，也有采用大塊型爐排片的鏈帶式爐排。這種爐排片尺寸較大，用以取代原串聯(lián)于兩條主動鏈環(huán)之間的所有薄片型爐排片。大塊型鏈帶式鏈條爐排運行安全可靠，單位有效爐排面積的金屬耗量比輕型鏈帶式爐排還少1/4左右，但它的自潔能力差，當通風孔內嵌有熔融灰渣時，就難以脫落除去，以致可能引起燃燒惡化。溫降低，熱損失增大；間隙過小，則又可能因熱膨脹而卡死爐排或加重爐排與兩側爐墻摩擦，增大動力消耗。因此，必須在爐排兩側的間隙部位裝設側密封裝置。鱗片式爐排采用了接觸式側密封裝置。用石棉繩塞住與爐外相通的間隙，用密封薄板和密封搭板阻隔由風室穿向爐內的漏風。無論哪一種形式的鏈條爐排，在運行時爐排的運動部分和兩側的固定墻板之間都存在著相對運動，其間必須保持必要的間隙。間隙過大，空氣會大量竄入爐內，影響燃料燃燒，使爐3.鏈條爐的燃燒過程鏈條爐的工作與手燒爐不同，煤自煤斗滑落在冷爐排上，而不是鋪撒在灼熱的燃燒層上。進入爐子的煤，主要依靠來自爐膛的高溫輻射，自上而下著火、燃燒。顯而易見，著火條件不如手燒爐有利，是一種“單面引火”的爐子。鏈條爐著火準備階段的條件不如手燒爐，造成貧煤、無煙煤在鏈條爐中難以燃用。但由于其整個燃燒過程是沿爐排長度自前至后連續(xù)順序完成，避免了燃燒的周期性，其燃燒效率比手燒爐高。鏈條爐的燃燒過程具有區(qū)段性。由于煤與爐排沒有相對運動，鏈條爐自上向下的燃燒過程受到爐排運動的影響，使燃燒的各個階段分界面均與水平成一傾角。鏈條爐中的煤燃燒過程是沿著爐排長度由前往后分階段進行的，其燃燒分布區(qū)見左圖，燃燒層被劃分為四個區(qū)域。

煤在新煤區(qū)Ⅰ中預熱干燥，從O1K線所示的斜面開始析出揮發(fā)物。煤隨爐排移動到中部揮發(fā)物析出、燃燒區(qū)Ⅱ，煤在O1K至O2H區(qū)間內析出全部揮發(fā)物。從O2H線開始焦炭著火燃燒，溫度上升至更高，燃燒進行得異常激烈，是煤的主要燃燒階段。由于燃燒層厚度一般超過氧化區(qū)的高度，因此焦炭燃燒區(qū)又可分氧化區(qū)Ⅲa和還原區(qū)Ⅲb兩塊。來自爐排下的空氣中的氧氣在氧化區(qū)中被迅速耗盡，燃燒產(chǎn)物中的二氧化碳和水蒸氣上升至還原區(qū)，立即被灼熱的焦炭所還原，此處溫度略低于氧化區(qū)。燃燒著的煤移動到爐排后端成灰渣，即灰渣形成區(qū)Ⅳ。燃燒層的煙氣各組成成分在爐排長度方向各不相同。4.煤的性質對鏈條爐燃燒的影響鏈條爐是一種“單面引火”的爐子，著火條件差。燃燒層本身也無自行擾動的作用。因此它的煤種適應范圍較窄，對煤質的變化十分敏感，會直接影響它的工作和燃燒過程。水分：煤的水分過高，將延長煤的著火階段，即在爐排有限的長度上縮短了燃燒、燃盡階段的工作長度，易造成較大的不完全燃燒熱損失。但煤中水分也不宜過少，特別是細末較多的煤，適當?shù)乃挚墒辜毿冀Y團而不被吹飛和漏落。同時水分蒸發(fā)后使煤層疏松，孔隙增大，促使空氣與煤的良好接觸，從而有利于燃燒完全。粘結性較強的煤，加少許水分能減弱焦結；高揮發(fā)分的煙煤，適量摻水可緩和揮發(fā)物析出速度，有利揮發(fā)物燃盡。灰分：在燃燒過程的分析中可知，鏈條爐中焦炭最后是夾在上下灰渣之間燃盡的?；曳衷礁撸@種裹夾作用越甚，增加了氧氣向可燃物質擴散的阻力，焦炭燃盡越加困難，固體不完全燃燒熱損失將增大?；曳诌^低，會因形成的灰渣層過薄使爐排過熱，工作條件變差。若灰熔點較低，熔融的結渣還會阻塞爐排通風孔隙，惡化燃燒。為此，鏈條爐對燃料的灰分含量和灰熔點都有一定要求：干燥基灰分不宜大于30%，灰熔化溫度t3最好高于1200℃。揮發(fā)分：揮發(fā)分對燃燒過程的影響主要體現(xiàn)在煤著火的難易上。揮發(fā)分低的貧煤和無煙煤，揮發(fā)物要在較高的溫度下才會析出，著火困難，燃燒及燃盡時間相對縮短；而固定碳含量又很高，所以往往會使固體不完全燃燒熱損失增大。對揮發(fā)分高的煤來說，著火容易，燃燒也完全。但在爐膛容積熱負荷較高時，氣體不完全燃燒熱損失將有所增大。粘結性：燃用粘結性強的煤，在高溫下易在燃料層表面板結，通風嚴重受阻，不得不加強撥火操作，而使燃燒不夠穩(wěn)定。相反，燃用貧煤無煙煤一類弱粘結和不粘結的煤時，受熱時易形成細屑，吹飛和漏落很多，燃燒經(jīng)濟性變差?？梢妴为毴加眠@兩類煤都不理想。因此一般摻和混燒。煤的粒度：當燃用未經(jīng)篩分的統(tǒng)煤時，因粒度大小不一，細屑會嵌填于煤塊之間，使干燥階段中產(chǎn)生的水蒸氣不容易逸散，延緩了著火和燃燒過程；同時層間通風阻力很大，細末多的地方還易被風吹走而形成火口，破壞正常燃燒。粒度大小過于懸殊，還會引起在煤斗中的機械分離，粗粒大塊跑邊，細粒碎末居中，導致爐排兩側和中間燃燒層密實程度的很大不均勻，造成固體不完全燃燒熱損失增大。5.鏈條爐的燃燒調整因燃燒層的層間溫度很高，化學反應速度很快，燃燒速度主要取決于氧氣向焦炭的擴散速度和供給量，因此送風量的改變可靈敏的控制燃燒的強弱。加大風量，鍋爐出力當即增大；反之出力降低。因此，當鍋爐負荷變動時，總是先調節(jié)風量，而后才改變給煤量，即調整爐排速度與之匹配，協(xié)同跟蹤負荷的變化。煤層厚度一般由試驗確定，定后一般不宜變動，除非煤質或鍋爐負荷有很大變化。粘結性煙煤煤層厚度宜?。粺o煙煤和貧煤的略厚，使燃燒層蓄熱量大，有利于著火和燃盡；高揮發(fā)分煤層要薄而供給速度要快，以減少燃燒層上方氣體成分在沿爐排長度方向的不均勻性，有利可燃氣體在爐膛內燃盡。反之，高水分的劣質煤，宜層厚而爐排速度放慢。6.改善鏈條爐燃燒的措施（1）分區(qū)配風如前所述，鏈條爐的燃燒過程是分區(qū)的，沿爐排長度方向燃燒所需空氣量各不相同。在煤的熱力準備階段，基本不需要空氣。在灰渣形成階段，可燃物所剩無幾，需要空氣也不多?？諝庑栌昧孔畲蟮膮^(qū)段在爐排中段揮發(fā)物和焦炭的燃燒區(qū)域。如果對供給的空氣不加以分配和控制，即采用統(tǒng)倉送風，就會出現(xiàn)爐排中段燃燒所需空氣量不足，而爐排前端和后端空氣量過剩的情況，必然會影響爐內燃燒的正常進行，使鍋爐不完全燃燒熱損失和排煙熱損失都增加。為了向爐排不同部位供應適量的空氣，保證煤的燃燒過程正常進行，對鏈條爐采用分區(qū)配風的方式。將爐排下的風倉沿爐排長度方向分隔成幾個區(qū)段，互相隔開做成風室，每個風室各自裝設調節(jié)風門以調節(jié)風量。一般是將爐排下面分隔成4～6個獨立的送風室，空氣由爐子一側送入。對于較寬的爐子，則由鍋爐左、右兩側同時送風，以免空氣分布不均。采用分區(qū)送風并加以調節(jié)后，送風量的分配見圖4-15。統(tǒng)倉送風時送風量的分配情況如該圖中ab線所示，而沿爐排長度所需空氣量的曲線如該圖cd線所示。從cd曲線中看出，大部分所需空氣都在中部，若采用統(tǒng)倉送風，就會存在空氣供需不平衡現(xiàn)象。（2）爐拱爐拱在鏈條爐中有著相當重要的作用。它不但可以改變燃料層上升氣流的方向，使可燃氣體與空氣得以良好混合，同時，爐拱還有加速新入爐的煤著火燃燒的作用。為改善鏈條爐著火條件，加速煤的燃燒，通常把鏈條爐燃燒室的前、后墻內壁設置成向爐內凸出的拱形，稱為爐拱?？拷鼱t前的小煤斗，位于燃燒室前墻上的拱稱為前拱，位于燃燒室后墻上的拱叫做后拱。前拱用來反射爐內的輻射熱，加速新煤的預熱和著火，并減少爐排前端燃燒時對水冷壁管的輻射，保持該處的溫度，強化燃燒，同時保證煤閘門不會因受高溫而燒壞。后拱用來將爐排后部的過?？諝鈱蛉紵行模c可燃氣體混合。同時也使導向前端的煙氣中未燃盡的熾熱炭粒在氣流轉彎時分離下來，落在前端新煤上，有助于新煤的燃燒。當燃用無煙煤時，因其著火溫度較高，通常采用低而長的后拱來改善燃燒條件。因此，后拱又稱作對流拱。拱的結構形狀和尺寸與燃用的煤種密切相關。燃用煙煤和褐煤的鏈條爐，因這種煤的揮發(fā)分都較高，著火并不困難，重要的是使爐內氣流獲得更強烈的擾動和混合。因此，一般采用高而短的前拱，其目的主要是與后拱配合，造成一個擾動氣流的“喉口”。前拱的長度，一般以保證喉口的煙速在7～10m/s為宜。（3）二次風在鏈條爐中，除了砌筑爐拱外，還常常布設二次風。在燃燒層上方借噴嘴送入爐膛高速氣流，以進一步強化爐內氣流的擾動和混合，從而防止結焦，降低氣體不完全燃燒熱損失和爐膛過量空氣系數(shù)。此外，布置于后拱的二次風能將高溫煙氣引向爐前，以增補后拱作用，幫助新燃料著火。同時，由于二次風造成的煙氣漩渦，一方面延長了懸浮于煙氣中的細屑燃料在爐膛中的行程和逗留時間，促成更好的燃盡，另一方面，借漩渦的分離作用，把許多未燃盡的碎屑炭粒甩回爐排復燃，減少了飛灰?？梢娺@有利于提高鍋爐熱效率，也有利于消煙除塵。若二次風布置得當還可以提高爐膛內的火焰充滿度，減少爐膛死角渦流區(qū)，防止爐內局部積灰結渣。二次風作用不在于補給空氣，主要在于加強對煙氣的擾動和混合。因此，作為二次風的工質，可以是空氣，也可用蒸汽或煙氣。為了達到預想效果，二次風必須具有一定的風量和風速。二次風的布置形式視鍋爐類型和燃料品種而異。小容量鍋爐，其爐膛深度也小，常取前墻或后墻單面布置，二次風噴嘴的位置應盡可能低些。一般二次風初速控制在50～80m/s，二次風量控制在總風量的5%～15%，相應風壓為2000～4000Pa。最后強調的是，上述設置分區(qū)送風、爐拱和二次風等措施，不僅適用于改善鏈條爐的燃燒條件，也適用于其他類似燃燒過程的爐型中。

往復推飼爐排爐往復推飼爐排爐簡稱往復爐。由于它結構簡單，制造方便，金屬耗量低，又能燃用低質煤和具有良好的消煙效果，目前主要配置于蒸發(fā)量2~6t/h的供熱鍋爐。其分類方式多樣。目前國內應用最廣泛的是間隔動作、風冷、順向的傾斜式往復爐。傾斜式往復爐爐排是間隔布置的活動爐排片1和固定爐排片2組成。在電機和偏心輪帶動下，活動爐排片作前后往復運動。煤從煤斗加入，借活動爐排的往復推飼作用，由前向后緩慢移動，最后落集在燃盡爐排上，灰渣燃盡后排出爐外。也采用分區(qū)配風。往復爐的燃燒過程與鏈條爐一樣，煤的預熱干燥、燃燒和燃盡階段的完成由前向后的順序進行。但在往復爐排上，活動爐排對燃燒層進行不斷的耙動，為燃燒創(chuàng)造了良好的條件。而且還實現(xiàn)了加煤、除渣和撥火三項操作的機械化，使之有可能在往復爐排中燃用有粘結性、多灰、難以著火的低質煤，比鏈條爐有更好的煤種適應性。爐拱的布設原則：既要較好的解決新煤的引燃著火，還要盡可能組織好爐排前端產(chǎn)生的可燃氣體掠過中段高溫燃燒區(qū)，以保證它們在離開爐膛之前燃盡燒透。往復爐缺點是頭部易燒毀，漏煤和漏風嚴重，組裝不易。為了降低爐體高度，進一步加強爐排對煤的擠壓和耙撥作用而發(fā)展出的一種燃燒設備。當活動爐排向斜上方向推動時，固定爐排上的煤受到擠壓形成一個高峰，并向下一排活動爐排上跌落，上下煤層得到良好的摻混。當活動爐排后退時，其頭部煤層向下塌陷，形成低谷，同時得以疏松。如此，在活動爐排的往復過程中，煤層時高時低，有規(guī)律有節(jié)奏的蠕動著前進，并依次完成燃燒過程的各個階段。水平式往復爐排對煤層的耙撥和疏松作用更強烈，這在煤的預熱干燥和燃燒階段對煤的著火和燃燒是有利的，但在燃盡階段，反而使可燃物與灰渣混合更充分，使可燃物難于燃盡。因此在爐排面后部通常設有燃盡爐排，以利燃盡。4.1.3振動爐排爐振動爐排爐是小容量鍋爐采用的又一種結構簡單、鋼耗量和投資費用較低的燃燒設備。它的整個爐排面在交變慣性力的作用下產(chǎn)生振動，促使煤層在其上跳躍前進，從而實現(xiàn)了燃燒的機械化。振動爐排也須采用分區(qū)送風、爐拱及二次風等措施。由于爐排的振動，煤層上下翻動，不易結塊，撥火性較好，利于燃盡，煤種的適應性也比較廣。但同時，振動時整個爐排類似一個篩子，漏煤量較大，約有5%，細粒碎末易被煙氣帶走，造成較大的飛灰損失，振動瞬間還會向外噴出煙和灰，嚴重污染操作環(huán)境。4.1.4下飼式爐煤是由下而上送入爐內燃燒，因此稱為下飼式爐。它具有設備簡單、布置緊湊、實現(xiàn)機械化燃燒、消煙除塵良好的特點。目前國內常用的是螺旋給煤機和抽板頂升給煤機。上圖即為裝有螺旋給煤機的下飼式爐。螺旋給煤機由飼煤槽、進煤螺桿和傳動機構等構成。煤由煤斗2下落被進煤螺桿推入飼煤槽8，靠推擠作用自下向上移動，翻涌到兩側的固定爐排4上。煤在向上的推進過程中，逐漸被加熱、干燥，析出揮發(fā)物而著火燃燒，到達煤層表面時，已是灼熱的焦炭；最后形成的灰渣，被推擠到兩側可翻轉的活動爐排7上，定期卸于渣斗中除去。燃燒所需空氣由風室通過爐排孔隙進入爐內。下飼式爐可避免冒黑煙的現(xiàn)象，煙氣中的含塵濃度也有明顯降低。下飼式爐子在煤的推飼過程中，對煤層有一定松動作用，不會形成嚴重結焦，可以燃用焦結性較強的煤。但對于燃用灰熔點較低的煤，因灰也被擠送到了高溫的表層，易熔融結渣而阻礙通風，還會影響煤向兩側散播。再則，下飼式爐屬“單面引火”，著火條件并不好。并且螺旋給煤機容易發(fā)生機械故障，減速傳動機構和進煤螺桿的加工制造也較復雜。加煤前，頂升給煤裝置位于爐外，抽板一端在爐下承托著煤層。在煤缸中加滿煤后，可根據(jù)鍋爐負荷和燃燒工況，隨時啟動電氣程序控制系統(tǒng)進行向爐內加煤的操作過程：推進、頂升、退回、下降。如此反復，間歇的實現(xiàn)了機械化加煤操作?？梢娧b置抽板頂升給煤機的下飼式爐的煤和空氣都是從下向上供給的，也具有較好的消煙除塵效果，而且燃燒比較穩(wěn)定，燃燒效率比手燒爐高，但爐子的煤層中心部位通風條件差，常形成“黑芯”，使灰渣含碳量增高。此外，爐體較高，給布置與舊爐改造帶來一定困難。總體說來，下飼式爐由于燃料燃燒各個階段不需單獨的燃燒面積，爐排熱強度高，爐子尺寸小，它既可用于立式鍋爐，也可用于臥式鍋爐。固體粒子經(jīng)與氣體或液體接觸而轉變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)的過程，稱為流化過程。流化過程用于燃料燃燒，即為沸騰燃燒，其爐子稱為沸騰爐或流化床爐。流化床燃燒是20世紀60年代開始發(fā)展起來的新型燃燒技術。流化床爐不僅因燃燒效率高、傳熱效果好以及結構簡單、鋼耗量低，而且它的燃料適應性廣，能燃用包括煤矸石、石煤、油頁巖等劣質煤在內的所有固體燃燒，特別是它具有氮氧化物NOx排放少，采用石灰石低成本爐內脫硫，灰渣便于綜合利用等優(yōu)點，受到世界各國的普遍重視，得到迅速發(fā)展。4.2流化床爐1.流化床爐及其特性流化床燃燒是一種介于層狀燃燒與懸浮燃燒之間的燃燒方式。煤預先經(jīng)破碎加工成一定大小的顆粒而置于布風板上，其厚度在500mm左右，空氣則通過布風板由下向上吹送。

當空氣以較低的氣流速度通過料層時，煤粒在布風板上靜止不動，料層厚度不變，這一階段稱為固定床。這正是煤在層燃爐中的狀態(tài)，氣流的推力小于煤粒重力，氣流穿過煤粒間隙，煤粒之間無相對運動。當氣流速度增大并到達某一較高值W1j時，氣流對煤粒的推力恰好等于煤粒的重力，也即此時床層顆粒完全由空氣流托起，不再受布風板支持，煤粒開始飄浮移動，料層高度略有增長。如氣流速度繼續(xù)增大，煤粒間的空氣隙加大，料層膨脹增高，所有的煤粒、灰渣紛亂混雜，上下翻騰不已，顆粒和氣流之間的相對運動十分強烈。這種處于流化狀態(tài)的料床稱為流化床。這種燃燒方式，即流化床燃燒技術。當風速繼續(xù)增大并超過一定限度Wjx時，穩(wěn)定的流化床工況就被破壞，顆粒將全部隨氣流飛走。物料的這種運動狀態(tài)叫做氣力輸送，正是煤粉在煤粉爐中隨氣流懸浮燃燒的情景。料層由靜止到流化狀態(tài)，以至被氣流攜帶飛走的整個過程，可以用流化床特性曲線加以概括。當空氣速度在ab范圍內，料層高度不變，通風阻力隨風速的平方增大。當風速增大至b點，料層中顆粒開始浮動，b點稱為臨界點對應的風速Wlj為流化臨界速度。實驗表明，流化臨界速度大小主要取決于顆粒尺寸、粒子密度和氣流物性。隨著顆粒直徑增大、密度增加或料層堆積的空隙率增大，臨界速度增大，氣流運動粘度增大，臨界速度減小。在b至c的過程中，氣流速度雖然繼續(xù)增高，但因料層膨脹，空隙也增大，通過顆粒間隙的實際風速趨于一個常數(shù)，所以料層阻力變化不大。如果風速再增大，超過一定限度達到Wjx時，固體顆粒即被風吹走，從流化狀態(tài)轉化為氣力輸送，料層不復存在，阻力下降。Wjx稱為極限速度，也叫帶出速度。

可見只有在Wlj和Wjx之間，料層才能保持穩(wěn)定的流化狀態(tài)，因此流化床的運行風速和燃燒率的調節(jié)也只能限于這一范圍。2.流化床爐的形式與結構流化床爐的形式有鼓泡流化床爐和循環(huán)流化床爐兩種。（1）鼓泡流化床爐鼓泡流化床爐是流化床爐的主要爐型，因進入流化床的空氣部分以氣泡形態(tài)穿過料層而得名。左圖為此型爐子的結構示意圖，主要由給煤機、布風板、風室、灰渣溢流口，以及沉浸受熱面等幾部分組成。鼓泡流化床爐的給煤方式，除了在料層下給煤（正壓給煤）,也可以在料層上的爐膛負壓區(qū)給煤（負壓給煤），正壓給煤飛灰較少，但需裝設給煤機，以保證連續(xù)進煤，而負壓給煤裝置簡單，飛灰不完全燃燒熱損失較大。

布風板兼有爐排（停爐時）和布風裝置的作用。布風板以能達到均勻布風和擾動床料為原則，常用的有直孔式和側孔式兩種。直孔式空氣通過密集小孔垂直向上吹送。側孔式即風帽式爐排，由開孔的布風板和蘑菇型風帽組裝而成，空氣從風帽的側向小孔中送出，與上升氣流成垂直或交叉形式。直孔式布風板通風阻力小，啟動時易造成穿風，使局部料層堆積而結焦；停爐時易發(fā)生漏料；側孔式無這些弊病，但通風阻力大一些，目前應用較多。鼓泡流化床爐的風室，采用的多為等壓風室結構，以使風室各截面的上升速度相同，從而達到整個風室均勻配風的目的。流化床爐的爐膛應根據(jù)燃燒和傳熱兩方面的要求綜合考慮，由流化段和懸浮燃燒段組成。為了減小氣流從流化層帶出的細顆粒，減小飛灰不完全燃燒熱損失，利于各種顆粒的煤燃盡，流化段通常由等截面直段和倒錐形擴散段組成。在流化段內布置有相當一部分受熱面，稱為沉浸受熱面，又稱埋管。埋管布置形式有立式和臥式兩種。臥式埋管能防止大氣泡形成，飛灰?guī)С隽枯^小，傳熱系數(shù)較高，但磨損嚴重，對流化質量也有一定干擾。沉浸受熱面布置的多少直接關系流化床的溫度。

懸浮燃燒段，氣流速度較低，以利較大顆粒盡量自由沉降，落回流化段燃燒，也使懸浮燃燒的細粒延長其停留時間，一般懸浮段中的熱態(tài)煙氣流速不宜超過1m/s。懸浮段溫度不高，700℃左右，懸浮段尺寸放大對完全燃燒作用不大。但為了保證足夠的分離空間，防止大量顆粒被帶到后面的對流受熱面去，懸浮段的高度也不能過低。在懸浮燃燒區(qū)域四周均可以布置水冷壁。鼓泡流化床優(yōu)點：不但結構簡單，煤種適應性廣，有較高的傳熱系數(shù)，使得鍋爐金屬耗量大大降低，而且可以在爐內添加石灰石或白云石等脫硫劑，大幅度降低煙氣中SO2的含量，又因燃燒溫度較低，燃燒中NOx生成量少，利于環(huán)保。缺點：電耗高，飛灰多且含碳量高，鍋爐效率低，埋管磨損嚴重，爐內脫硫率低，難以實現(xiàn)大型化。（2）循環(huán)流化床爐循環(huán)流化床爐是在爐膛里把顆粒燃料控制在特殊的流化狀態(tài)下燃燒，細小的固體顆粒以一定速度攜帶出爐膛，再由氣固分離器分離后在距布風板一定高度處送回爐膛，形成足夠的固體物料循環(huán)，并保持比較均勻的爐膛溫度的一種燃燒設備。左圖為一循環(huán)流化床鍋爐結構簡圖。爐膛不分流化段和懸浮燃燒段，其出口直接與氣固分離器5相接。來自爐膛的高溫氣經(jīng)分離器進入對流管束7，而被分離下來的飛灰則經(jīng)回料器6重新返回爐內，與新添加的煤一起繼續(xù)燃燒并再次被氣流攜帶出爐膛，如此往復不斷地循環(huán)。燃盡的灰渣則從爐子下部的排灰口（冷灰管）9排出。調節(jié)循環(huán)灰量、給煤量和風量即可實現(xiàn)負荷調節(jié)。循環(huán)流化床的爐膛由水冷壁管構成，離開氣固分離器后的高溫煙氣經(jīng)由對流管束和尾部煙道中省煤器排于爐外。對于大型的循環(huán)流化床爐，尾部煙道中通常還裝有蒸汽過熱器和空預器。循環(huán)流化床爐是一種接近氣力輸送的爐子，爐內氣流速度較高，床內氣固兩相混合十分強烈，傳熱傳質良好，整個床內能達到均勻的溫度分布和快速燃燒反應。由于飛灰及未燃盡物料顆粒多次循環(huán)燃燒，燃燒效率可達99%以上。循環(huán)流化床爐也可實現(xiàn)爐內脫硫。爐內加入的脫硫劑與煤一起在床內多次循環(huán)，利用率高，并且煙氣與脫硫劑接觸時間長，脫硫效果顯著。循環(huán)流化床采用分級送風和低溫燃燒，爐溫僅850℃左右，可有效抑制NOX的生成，滿足環(huán)保要求。循環(huán)流化床在床內（密相區(qū)）通常不布置受熱面，這從根本上消除了磨損問題。稀相區(qū)雖布置有受熱面，但因其流速低，顆粒小，磨損并不嚴重。循環(huán)流化床爐負荷調節(jié)范圍寬，速度快。循環(huán)流化床爐雖然也存在結構系統(tǒng)復雜，體積龐大，投資和運行費用較高等缺點，但由于在發(fā)展為大容量時具有明顯優(yōu)越性，尤其是它可以使煤達到清潔燃燒和高效率燃燒。除了常壓下燃燒運行的流化床爐，目前又出現(xiàn)了一種增壓流化床燃燒裝置。3.流化床爐的特點（1）鼓泡流化床爐的特點：a.燃料適應性廣：煤在流化床爐中呈流化態(tài)燃燒，僅占料層顆粒總量5%左右的新燃料，一進入流化床就被熾熱料層所吞沒，迅速著火燃燒。著火條件非常優(yōu)越。因此適應燃用幾乎所有劣質燃料，為利用石煤、煤矸石、垃圾、生物質燃料開辟了新路徑。b.燃燒反應強烈：流化床中顆粒相對運動十分激烈，煤粒不僅著火迅速，而且和空氣混合也很好，燃燒反應速度極快。煤粒在床中上下翻滾，在爐內停留時間較長，有利于燃盡燒透。c.強化了傳熱：流化床的床內溫度相當均勻，沉浸在流化床中的受熱面主要以接觸方式傳熱，灼熱的顆粒與管壁的碰撞十分強烈，而且固體粒子的熱容比氣體大許多，強化了傳熱過程。并且這種碰撞把阻礙傳熱的管外灰污層沖刷干凈，熱阻大為減小。d.有利環(huán)境保護：采用爐內添加石灰石的辦法，可以實現(xiàn)燃燒過程中脫硫，降低了SO2排放。由于采用分級送風和低溫燃燒，能有效抑制NOx的生成，利于環(huán)境保護。e.缺點：鼓泡流化床爐密相區(qū)必須布置埋管受熱面以降低床溫，埋管的磨損較為嚴重。而且未燃盡細粒的排放量大，使固體不完全燃燒熱損失增大，即便有的采用飛灰再循環(huán)，因其返回時溫度較低，加之稀相區(qū)氣固混合程度差，影響了燃燒反應速度和燃燒效率。另外采用石灰石脫硫時，石灰石在爐內停留時間短暫，脫硫效率不理想。再則，鼓泡流化床爐的截面熱負荷較低，難以實現(xiàn)大型化。（2）循環(huán)流化床爐的特點：a.鼓泡流化床爐的所有優(yōu)點，循環(huán)流化床爐都具備。b.不存在埋管磨損問題：由于大量固體顆粒的循環(huán)，循環(huán)流化床爐沿床層高度方向溫度分布趨于均勻，無需在密相區(qū)布設埋管受熱面，因此不存在埋管磨損問題。c.燃燒效率高，脫硫劑利用率高：循環(huán)流化床爐采用了將從爐膛飛出的固體粒子捕獲、收集并使之循環(huán)的技術措施，既改善和加劇了氣固混合，又依靠氣固分離器和回送裝置形成外部循環(huán)，有效延長了固體粒子在爐內的停留時間，為提高燃燒效率和脫硫劑利用率創(chuàng)造了條件。d.可以向大型化發(fā)展：循環(huán)流化床爐具有較高的燃燒強度，同時它在稀相區(qū)的固體粒子濃度高于鼓泡流化床爐，大幅度的提高了稀相區(qū)受熱面的傳熱，縮小了爐膛體積，也即提高了燃燒室的利用率，有利于向大型化發(fā)展。煤粉爐和燃油爐、燃氣爐統(tǒng)稱為室燃爐。與層燃爐相比，無論是爐子結構，還是燃料的燃燒方式，室燃爐都有自己的特點：第一，它沒有爐排，燃料是隨空氣流入爐內，燃料燃燒的各個階段都是在懸浮狀態(tài)下進行和完成的，其容量的提高不再受爐排的構造和布置的限制；第二，燃料的燃燒反應面積很大，與空氣混合良好，可以采用較小的過量空氣系數(shù)，燃燒速度和效率比層燃爐高；第三，由于燃料在室燃爐停留時間一般都很短促，為保證4.3煤粉爐燃燒充分完全，因而爐膛體積大；第四，燃料適應性廣，可以燃用固體、液體和氣體燃料；第五，燃燒調節(jié)和運行、管理易于實現(xiàn)機械化和自動化。煤粉爐是把煤先磨成煤粉，然后用空氣將煤粉噴入爐內呈懸浮狀燃燒的爐子。煤被磨成煤粉后，與空氣的接觸面大為增加，這不僅改善了著火條件，也強化了燃燒，使煤粉爐的煤種適應范圍較廣，而且燃燒也較完全，鍋爐熱效率高達90%以上。煤粉燃燒熱惰性較小，燃燒調節(jié)方便，適應負荷變化快。煤粉爐多用于大容量的電廠鍋爐。在供熱鍋爐中，由于它需要配置磨煤設備，電耗大，系統(tǒng)也較復雜，且不能低負荷運行和壓火，以及飛灰多，易污染環(huán)境等原因，應用受到限制。4.3.1煤粉制備設備－磨煤機

煤粉性質煤粉是由不規(guī)則形狀的顆粒組成的。煤粉有較強的吸附空氣的能力，具有很好的流動性。顆粒越細，煤粉越干，流動性能越好，易于實現(xiàn)管內輸送。但煤粉與空氣長期接觸會發(fā)生氧化發(fā)熱，可能導致自然甚至爆炸。因此在制粉設備和制粉系統(tǒng)的設計、安裝和運行中都必須對安全予以足夠重視。（1）煤粉細度：鍋爐燃用的煤粉，從燃燒角度考慮，煤粉磨的越細越好，但制粉的電耗及費用必將提高，合理的煤粉細度，應由技術經(jīng)濟比較確定。（2）煤粉均勻性：煤粉的顆粒特性，單由一個煤粉細度來表示是不夠全面的，還應檢驗其均勻性。粗顆粒較多的煤粉燃燒損失一般比較大，細顆粒多的煤粉則磨煤電耗和金屬耗量較大。

磨煤機原煤先經(jīng)碎煤率不高的碎煤機打碎，然后再在磨煤機中磨制成煤粉。磨煤機種類很多，常用的有豎井式磨煤機、風扇式磨煤機和筒式磨煤機（又名球磨機）。供熱鍋爐容量不大，通常采用結構簡單、電耗及金屬量都較低的豎井式磨煤機或風扇式磨煤機。豎井式磨煤機是一種快速錘擊式磨煤機，由外殼、轉子和豎井組成。經(jīng)過預先除鐵、破碎后的碎煤自進煤口送入，煤在錘子的高速打擊和外殼甲板的撞擊下變成細末煤粉，細粉被從兩側軸向進入的熱空氣攜帶，經(jīng)豎井由噴口進入爐膛燃燒。豎井有一定高度，粗粉由于重力作用，被分離重新落回磨煤機，繼續(xù)粉碎至所需的細度。當煤粉的細度不符合要求時，還可以通過改變擋板角度進行調節(jié)。為保證豎井的分離作用，其截面和高度均有一定要求，截面積取決于豎井中氣流的速度，通常氣流速度為1.5～3.0m/s，豎井高度一般不低于4m。燃燒器是煤粉爐的重要組成部分，其作用是將煤粉和空氣送入爐膛，并使它們良好地混合，迅速而穩(wěn)定地著火燃燒和盡可能地充滿整個爐膛空間。目前，在小型煤粉爐上用得較多的燃燒器有蝸殼式和旋流式兩種。4.3.2燃燒器蝸殼式燃燒器又有單蝸殼和雙蝸殼兩種。前者的一次風為直流，二次風氣流通過蝸殼旋流器產(chǎn)生旋轉。后者由大小兩個蝸殼和套管組成，煤粉隨一次風由小蝸殼進入爐內，二次風則由大蝸殼送入，一、二次風經(jīng)蝸殼產(chǎn)生旋轉運動，沿套管呈螺旋形前進，進入爐膛形成錐形擴散的旋轉射流。因其射流中心為負壓區(qū)，造成高溫煙氣回流，使一次風和煤粉的溫度迅速升高而著火燃燒。4.3.4煤粉爐圖示為一配置豎井式磨煤機的鍋爐，振動給煤裝置在豎井的前上方。爐膛高約10m，中間呈腰形；煤粉噴口向下，在噴口兩側，布置有二次風；煤粉燃燒火焰在爐膛中呈U形流動，行程較長，有利于燃盡。爐膛底部設置有小爐排，既作點火，又作低負荷時的穩(wěn)定火源。油作為一種液體燃料，有兩類燃燒方式。一類為預蒸發(fā)型，燃料油先行蒸發(fā)為油蒸氣，然后按一定比例與空氣混合進入燃燒室燃燒，如裝有化油器的汽油機；另一類為噴霧型，燃料油被噴霧器（噴嘴）霧化為油的微小油粒在燃燒室內燃燒，燃油爐采用的就是這種燃燒方式。4.4燃油爐鍋爐燃用重質油時，需要預先加熱以降低其黏度，再由油泵加壓送至爐前，然后通過油噴嘴噴入爐內，此時油被散開并形成極細的霧狀油滴，這個過程稱為霧化。霧化后的油滴置于高溫、含氧的介質中，吸熱并蒸發(fā)為蒸氣，再和噴入爐中的空氣混合，進而繼續(xù)吸熱而升溫，當達到著火條件（一定的溫度和濃度）時即著火、燃燒。4.4.1油的燃燒過程油及其蒸氣都是由碳氫化合物組成的，其中高分子碳氫化合物所占的比例較大。它們若在與氧接觸前已達高溫（>700℃），則會因缺氧、受熱而發(fā)生分解，熱解產(chǎn)生固體碳和氫，這種固體碳即為炭黑顆粒。另外，如有尚未蒸發(fā)的油滴會因急劇受熱發(fā)生裂化，一部分較輕的分子從油滴中飛濺而出，較重的部分可能變成固態(tài)物質——焦?；驗r青。炭黑顆粒和焦粒不僅造成固體不完全燃燒熱損失，而且還將污染環(huán)境。因此，必須重視油噴嘴的設計、制造，以保證油的霧化質量。氣態(tài)的碳氫化合物，包括油蒸氣以及熱解、裂化產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，當與氧分子接觸后并達到著火溫度時便開始劇烈的燃燒反應，即便是炭黑顆粒和焦粒也有可能在這種條件下開始燃燒。油的霧化質量對燃燒速度和燃燒的完全程度起著重要作用。霧化的目的就是提高油的總表面積，如果將1kg油霧化成直徑為30μm的油粒，總表面積約達200m2，可以大為強化油的燃燒。油的霧化過程是一個復雜的物理過程，需要消耗能量。按消耗的能量來源，霧化方法分為兩類，即依靠蒸汽和空氣等霧化介質消耗的能量（如蒸汽霧化油噴嘴）和由機械能提升的油自身壓力，如機械離心式霧化油噴嘴和轉杯式霧化油噴嘴。4.4.2油的霧化

油噴嘴也叫油霧化器，它的作用是把油霧化成霧狀粒子，并使油霧保持一定的霧化角和流量密度，促使其與空氣混合，以強化燃燒過程和提高燃燒效率。油噴嘴的形式很多，常用的有機械霧化噴嘴、蒸汽霧化噴嘴和轉杯式霧化噴嘴等多種。經(jīng)油泵升壓的壓力油從進油管經(jīng)分流片的小孔匯合到環(huán)形槽中，然后流經(jīng)旋流片的切向槽進入旋流片中心的旋流室，從而獲得高速的旋轉運動，最后由噴孔噴出。由于油具有很大的旋轉動能，噴出噴孔時油不但被霧化，并且形成具有一定霧化角的圓錐霧化炬。霧化角一般為60°～100°，霧化后油粒的平均直徑小于150μm。1.機械霧化噴嘴機械霧化噴嘴又名離心式霧化噴嘴，分為簡單壓力式和回油式兩種。最常用的是切向槽簡單壓力式霧化噴嘴。這種簡單壓力式霧化噴嘴，主要靠油的高壓把油霧化成微小的油粒，油的壓力愈高，動能愈大，噴出后紊流脈動愈加強烈，霧化得愈細，質量愈好。機械霧化噴嘴的設計油壓通常為2.0～2.5MPa；對于特大容量的電站鍋爐,如目前的1000t/h直流鍋爐,需要用高達6.0MPa的油壓才能保證其霧化質量（油粒平均直徑不大于100μm）。當油壓下降至1.0～1.2MPa時，油的霧化粒子平均直徑迅速增大，霧化質量急劇下降。2.蒸汽霧化噴嘴蒸汽霧化噴嘴是利用高壓蒸汽的噴射將燃料油霧化的油噴嘴，其結構形式如下圖。壓力為0.4～1.0MPa的蒸汽由支管2進入環(huán)形套管，從頭部噴孔高速噴射而出，將中心油管1中的燃料油引射帶出并撞碎為細小油滴，再借蒸汽的膨脹和與熱煙氣的相撞進一步把油滴粉碎為更細的油霧。根據(jù)鍋爐負荷，中心油管可用手輪伸前或縮后調節(jié)，以改變蒸汽噴孔的截面大小，從而實現(xiàn)蒸汽量和噴油量的調節(jié)，其負荷調節(jié)比較大。轉杯式霧化噴嘴，由高速旋轉的轉杯和輸油空心軸組成?？招妮S上裝置有一次風機的葉輪，產(chǎn)生的風壓可達2.5～7.5kPa。油通過空心軸進至轉杯根部，由于高速旋轉運動，油沿轉杯內壁向杯口方向流動，隨著轉杯直徑的增大，內表面積也越來越大，迫使油膜越來越薄，最終在離心力的作用下甩離杯口，化為油霧。同時，一次風機鼓入的高速空氣流，出口速度為40～100m/s，也有效地幫助油滴霧化得更細。顯然，離心力是油霧化的根本動力，所以轉杯的轉速對霧化質量起著保證作用，黏度較高的重油或渣油，則要求轉杯有較高的轉速。3.轉杯式霧化噴嘴

轉杯式油噴嘴的特點是對油的適應性較好，噴油量調節(jié)范圍大，燃燒火焰短而寬。此外，因不存在噴孔的堵塞和磨損，對油中所含雜質不甚敏感，而且送油壓力不高，無需裝設高壓油泵。但它有高速轉動的部件，制造加工較為復雜，振動和噪聲也尚待進一步改進解決。對比燃煤爐，燃油爐的排煙中含灰很少，污染環(huán)境的主要有害物是SO2和一部分SO3以及氮氧化物NOx。如何抑制和減少它們的形成，從根本上還得從改善燃燒著手。1.低氧燃燒在油的燃燒過程中，把過量空氣量盡可能壓低，即讓過量空氣系數(shù)α處于低值（1.03～1.05）狀態(tài)燃燒，同時注意保持爐內溫度均勻，不產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象以及改善油霧與空氣的混合，加強擾動使燃燒完全。這些技術措施，可有效降低SO3和NOx在燃燒過程中的生成。4.4.4改善燃油爐燃燒的措施低氧燃燒可能增大鍋爐的氣體和固體不完全熱損失，降低爐內溫度水平也會影響燃燒效率。因此采取措施時，需要綜合考慮，多方兼顧，譬如提高油的霧化質量，改善油氣混合，改進燃燒器設計以及提高運行操作技術等。如果能像平流式調風器那樣，采用自動調節(jié)設備監(jiān)視和控制燃燒所需風量，過量空氣系數(shù)壓低在1.05水平，燃燒效率可以保持在95%以上。為切實實現(xiàn)低氧燃燒，國內外許多燃油鍋爐采用微正壓（2000～3000Pa）爐膛，有效防止爐外空氣的滲漏。目前，燃油爐是否實施和保持低氧燃燒已成為衡量燃油設備優(yōu)劣和燃燒技術水平高低的重要標志之一。2.分級燃燒分級燃燒是將燃料所需的空氣由不同設備和部位送入爐內供其燃燒的技術。通常，除調風器供給空氣外，在距離調風器一定高度處再供給一部分空氣，稱為火焰上部風，以彌補經(jīng)調風器進入二次風的不足。如此，不但可以使火焰區(qū)擴大，同時也使爐溫趨于均勻并適當降低。爐溫降低，十分有利于抑制和減少NOx的生成，這是采取分級燃燒技術的主要目的。爐溫降低，也有利于防止高溫區(qū)的結渣，但或多或少影響了燃燒效率的提高。燃油爐燃用的燃料油，除了由輸油管直接輸送外，一般是由火車、汽車或油輪運抵鍋爐房油庫。燃油爐的供油系統(tǒng)，指的是運抵后燃料油的貯存、處理，直至送到鍋爐油燃燒器的所有設備及其管道系統(tǒng)，包括儲油罐、日用油箱、油的過濾和加熱裝置、卸油和供油油泵等。4.4.5燃油爐的供油系統(tǒng)燃用不同的燃料油，因油品特性的不同其供油系統(tǒng)的組成也有所不同。對于輕油，它無須進行加熱，省去了一整套加熱設備，供油系統(tǒng)比較簡單。輕油由油罐車靠自流下卸到地下儲油罐后，由供油泵升壓并通過輸油管道送至設置在鍋爐房內的日用油箱。日用油箱通常置于高位，輕油借自重流至燃燒器，經(jīng)燃燒器內部的油泵加壓后一部分通過噴嘴噴入爐膛燃燒，另一部分輕油則返回日用油箱。對于燃用重油的供油系統(tǒng)，因重油黏度大，必須對其預熱降黏，比輕油系統(tǒng)需增設幾套加熱裝置。通常，在卸油罐和儲油罐中設置蒸汽加熱裝置，在日用油箱中設置蒸汽加熱裝置和電加熱裝置。在鍋爐冷爐點火啟動時，由于沒有蒸汽而采用電加熱，當鍋爐點火成功并產(chǎn)生蒸汽后立即切換為蒸汽加熱。對黏度高的重油，除裝置在日用油罐中的一次加熱器將油加熱到供油工作所要求的適宜黏度對應的溫度外，重油被供油泵送至爐前加熱器——二次加熱器再次加熱，以滿足鍋爐油噴嘴霧化的需要。如此，經(jīng)二次加熱的重油主要供鍋爐燃用，另外一部分則沿循環(huán)回油管路流回日用油罐。由于回油溫度很高，有時可達130～140℃，隨高溫油不斷回流，日用油罐中的重油溫度將逐漸升高。為了防止罐內油溫超過供油泵所允許的最高工作溫度以及因油溫過高而發(fā)生重油溢出——冒罐事故，在二次加熱前需接一次回油管路。通過裝置其上的一次回油調節(jié)閥適時調節(jié)供油量，以便控制高溫油的回油量。燃氣爐啟動時，要求它能迅速而又可靠地點燃著火。燃燒工況一旦建立，則要求在爐膛空間里火焰仍保持穩(wěn)定燃燒。可以說，氣體燃料的燃燒過程由著火和穩(wěn)定燃燒這兩個階段組成。氣體燃料的著火方法有兩類。一類是將燃氣和空氣混合物預先加熱，達到某一溫度時便著火，稱熱自燃；另一類是用電火花、灼熱物體等高溫熱源靠近可燃混合氣而著火、燃燒，稱為點燃或點火。事實上，這兩種起因不同的著火現(xiàn)象有時是無法互相分割的。4.5燃氣爐4.5.1氣體燃料的燃燒氣體燃料在民用和工業(yè)燃燒裝置中燃燒時，會形成不同結構和形狀的火焰，各自滿足不同的需要。一般來說，這些不同的火焰是由于氣體燃料與空氣的混合方式的多樣化而形成的。據(jù)此，氣體燃料的燃燒要分為三類，即擴散式燃燒、部分預混式燃燒和完全預混式燃燒。1.擴散式燃燒氣體燃料沒有預先與空氣混合，燃燒所需的空氣依靠空氣擴散作用從周圍空氣中獲得，這種燃燒方法稱擴散式燃燒，此時一次空氣的過量空氣系數(shù)α1=0。擴散式燃燒的燃燒速度和燃燒完全程度主要取決于燃氣與空氣分子之間的擴散速度和混合的完全程度。當燃氣出口速度小，氣流處于層流狀態(tài)時，分子擴散緩慢而燃燒的化學反應速度很快，呈現(xiàn)其火焰長而火焰厚度很小的特點，燃燒速度取決于空氣的擴散速度。當燃氣流量逐漸增加時，火焰中心的氣流速度也隨之增大，直至氣體狀態(tài)由層流轉變?yōu)槲闪?。此時，火焰本身開始擾動，提高了擴散速度和燃燒速度，火焰長度縮短。

擴散式燃燒的特點是燃燒穩(wěn)定，熱負荷調節(jié)范圍大，不會回火，脫火極限也高。其次，它的過量空氣量大，燃燒速度不高，火焰溫度低。對燃燒碳氫化合物含量高的燃氣，在高溫下因火焰面內氧氣供應不足，各種碳氫化合物熱穩(wěn)定性差，分解溫度低而析出炭黑粒子，會造成氣體不完全燃燒損失。此外，層流擴散的燃燒強度低，火焰長，需要較大的燃燒室，也即增大了爐膛的體積。2.部分預混式燃燒燃氣與燃燒所需的一部分空氣預先混合而進行的燃燒，稱為部分預混式燃燒，也稱大氣式燃燒。此時，它的一次空氣系數(shù)為0<α1<1。燃燒速度取決于化學反應強烈程度和火焰?zhèn)鞑ニ俣?，與燃氣和空氣之間的擴散與混合速度無關。根據(jù)燃氣與空氣混合物出口速度不同，可形成部分預混層流火焰和部分預混紊流火焰。

部分預混層流火焰結構，由內焰、外焰及其外圍不可見的高溫區(qū)組成。首先，一次空氣中的氧與燃氣中的可燃成分在內焰反應，稱為還原火焰或預混火焰。處于外焰的是一氧化碳、氫及其中間產(chǎn)物與周圍空氣發(fā)生氧化反應，稱氧化火焰或擴散火焰。如果二次空氣和溫度等其他條件滿足要求，則在此區(qū)域完全燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水蒸氣。

部分預混紊流火焰結構與層流火焰相比，其長度明顯縮短，而且頂部較圓，可見火焰厚度增加，火焰總表面積也相應增大。當紊流程度很大時，焰面將強烈擾動，氣體各個質點飛離焰面，最后完全燃盡。這時，焰面由許多燃燒中心組成一個燃燒層，其厚度取決于在該氣流速度下質點燃盡所需的時間。

部分預混式燃燒的特點是：由于燃燒前預混了部分空氣，克服了擴散式燃燒的某些缺點，提高了燃燒速度，降低不完全燃燒損失；另外，當一次空氣系數(shù)適當時，這種燃燒方式有一定的燃燒穩(wěn)定范圍，隨一次空氣系數(shù)的增大，燃燒穩(wěn)定范圍變小。3.完全預混式燃燒燃氣與燃燒所需的全部空氣預先進行混合，也即α1≥1，瞬時完成燃燒過程的燃燒方式，稱為完全預混式燃燒。因它的火焰很短，甚至看不見，所以又稱無焰燃燒。為保證完全預混式燃燒的完好進行，首先是燃氣與空氣在著火前應預先按化學當量比混合均勻，其次是要有穩(wěn)定可靠的點火源。通常，點火源是熾熱的爐膛內壁、專門設置的火道、高溫煙氣形成的旋渦區(qū)或其他穩(wěn)焰設施。專門設置的火道對完全預混式燃燒過程的影響至關重要，它不僅能夠提高燃燒的穩(wěn)定性，增加燃燒強度，而且可以促成迅速燃盡。一般來說，燃氣和空氣混合物進入灼熱發(fā)紅的火道，迅即著火燃燒。隨氣流的擴大，在轉角處會形成旋渦區(qū)，高溫煙氣在此旋轉循環(huán)流動。如此，灼熱的火道壁和高溫的