燃燒原理及設備-燃燒器、點火裝置及爐膛(鍋爐設備運行)

燃燒原理及設備燃燒器、點火裝置及爐膛

將燃料和燃燒所需空氣送入爐膛并組織一定的氣流結構，使燃料能迅速穩(wěn)定地著火；1.及時供應空氣，使燃料與空氣充分混合在爐內達到完全燃燒。2.具有良好的調節(jié)性能，以適應煤種和鍋爐負荷變化，并且流動阻力較小，運行可靠。3.煤粉燃燒器

出口氣流為直流射流或直流射流組的燃燒器直流燃燒器出口氣流包含有旋轉射流的燃燒器旋流燃燒器燃燒器分類01直流燃燒器02旋流燃燒器03煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展分以下三部分對燃燒器進行學習：

（一）直流燃燒器

射流帶動周圍煙氣隨射流一起流動，從而射流質量逐漸增加，此過程叫卷吸。射流速度的降低稱為衰減。射流軸向速度衰減至某一數(shù)值時所在截面與噴口間的距離稱為射程。噴口截面越大，初速w0越高，射程越長。射程長表示射流衰減慢，在煙氣中貫穿能力強，對后期混合有利。集中大噴口比多個分散小噴口射流的射程長。射流抗偏斜的能力稱為射流剛性。

直流燃燒器的出口是由一組圓形、矩形或多邊形噴口組成。

直流射流的特性直流紊流自由射流示意圖:

鍋爐點火火焰圖:

射流初速越大，剛性越強，越不易偏斜。對矩形截面噴口，噴口高寬比越小，剛性越好。在爐內幾股射流平行或交叉時一般是剛性大的射流吸引剛性小的射流，并使其偏斜。

直流燃燒器布置及爐內燃燒工況由于切圓燃燒創(chuàng)造了良好的著火、燃燒、燃盡條件，對煤種有廣泛的適應性，尤其能適應低揮發(fā)分煤種的燃燒。直流燃燒器布置：四角切圓。直流燃燒器布置方式圖空氣動力特性圖

直流燃燒器的配風方式特點：a.二次風噴口上下、或左右交錯布置b.二次風噴口間距較近(1)均等配風（噴口布置圖）適用：煙煤和褐煤直流煤粉燃燒器布置方式圖:

切圓燃燒的直流燃燒器空氣動力特性圖:

切圓燃燒的直流燃燒器空氣動力特性圖:

直流燃燒器的配風方式

分級配風方式是指把燃燒所需的二次風分級分階段地送入燃燒的煤粉氣流中。⑵分級配風（噴口布置圖）特點：a.一次風口較集中地布置在一起，二次風口分層布置b.一、二次風口保持較大距離適用：無煙煤、貧煤和劣質煙煤

直流燃燒器切圓燃燒方式，由于著火條件較好，后期混合強烈，還能根據(jù)不同煤種的燃燒要求，控制一、二次風混合時間，改善混合與燃盡程度，對煤種適應性較廣。因此，在我國大型煤粉鍋爐中，得到普遍應用。

直流燃燒器完畢均等配風的直流燃燒器噴口布置圖:

分級配風的直流燃燒器噴口布置圖:

（二）旋流燃燒器

⑴具有內外兩個回流區(qū)⑵射流衰減快⑶旋轉強度從燃燒器噴出的氣流在爐膛中旋轉擴散，由于爐膛是充滿高溫煙氣的有限空間，射流速度又高，故近似為紊流旋轉射流。

與直流射流相比，旋轉射流有許多不同的特點：

旋流射流的特性旋轉強度的選擇主要依據(jù)燃煤特性，同時考慮爐膛形狀、尺寸和燃燒器布置方式等。對容易著火的煤，不需要過多的煙氣來加熱煤粉氣流，故旋轉強度可選得小些。對難著火的煤則旋轉強度應選得大些。旋轉強度過大，射流會突然貼墻，這種現(xiàn)象稱為氣流飛邊。飛邊會造成噴口和水冷壁結渣，甚至燒壞燃燒器。旋流燃燒器:

旋流射流圖:

旋流燃燒器布置圖:

多層盤式穩(wěn)焰器:

（二）旋流燃燒器

1)前墻2)兩面墻從燃燒器噴出的氣流在爐膛中旋轉擴散，由于爐膛是充滿高溫煙氣的有限空間，射流速度又高，故近似為紊流旋轉射流。

旋流燃燒器布置方式：

旋流燃燒器布置及爐內工況

前墻布置的燃燒器可以得到較長的火炬，煤粉管道較短且長度大體一致，各燃燒器煤粉均勻；但爐內氣流擾動不強烈，燃燒后期混合較差，爐內火焰充滿程度不佳，若調節(jié)不當，火焰噴射到后墻易結渣。兩面墻布置時，燃燒器可布置在前后墻和兩側墻對沖或交叉布置，火焰呈雙L形。兩面墻對沖布置時，兩方火炬在爐室中央對撞，可加強煤粉和高溫煙氣的混合；兩面墻交叉布置時，兩方熾熱火炬互相穿插，改善了爐內火焰充滿程度。（旋流燃燒器爐內空氣動力工況圖）旋流燃燒器爐內空氣動力工況圖:

（二）旋流燃燒器

鍋爐低負荷運行、燃燒器切換時，爐寬和爐深方向的煙溫偏差會增大，影響爐膛出口受熱面的工作狀況。

旋流燃燒器型式:

這種布置的缺點切向葉片蝸殼軸向葉片（旋流器示意圖）（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

為了改善燃燒器的著火穩(wěn)燃性能和擴大鍋爐的負荷調節(jié)范圍，降低煤粉燃燒時NOx生成量，滿足環(huán)保要求，近年來國內外一些新型的煤粉燃燒器。

濃淡型煤粉燃燒器:一次風氣流中的煤粉濃度是影響煤粉著火和低負荷燃燒穩(wěn)定性的一個重要因素。提高煤濃度，相當于減少了這部分蝸殼式旋流燃燒器采用蝸殼作旋流器葉片式旋流燃燒器采用葉片作旋流器

旋流燃燒器的類型

旋流燃燒器的一、二次風通過旋流器形成旋轉射流，根據(jù)旋流器的結構不同，旋流燃燒器分為型

式旋

流

器一

次

風二

次

風蝸殼型雙蝸殼單蝸殼葉片+蝸殼旋轉直流，帶中心擴流錐經(jīng)蝸殼旋轉旋轉旋轉經(jīng)葉片旋轉葉片型軸向葉片切向葉片直流或弱旋直流或弱旋旋轉旋轉旋流燃燒器的類型:

直流蝸殼式

雙蝸殼式

軸向可動葉輪式

旋流器:

（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

濃煤粉的一次風量，可降低煤粉氣流的著火熱；煤粉濃度提高后，析出的揮發(fā)分的濃度也較高；同時，煤粉濃度提高可降低著火溫度。因此濃煤粉比淡煤粉容易著火。

濃淡型煤粉燃燒器原理：在一次風煤粉通道中設置了煤粉濃縮器，以實現(xiàn)煤粉的濃淡分離。

濃縮煤粉氣流的方法:百葉窗式濃縮器彎頭濃縮旋風分離徑向濃淡旋流煤粉燃燒器示意圖（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

低NOx煤粉燃燒器:低NOx煤粉燃燒器的型式很多，有SGR(SeparateGasRecirculation)型燃燒器、PM(PollutionMinimum)型燃燒器和雙調風燃燒器等雙調節(jié)低NOx燃燒器示意圖WR型直流煤粉燃燒器結構圖:

徑向濃淡旋流煤粉燃燒器結構圖:

PM型直流煤粉燃燒器:

雙調節(jié)低NOx燃燒器:

（三）煤粉燃燒器及燃燒方式的新發(fā)展

W形火焰鍋爐爐膛由下部和上部兩部分組成，下部爐膛的深度比上部大80%～120%。

W形火焰燃燒方式

一次風煤粉氣流從爐膛腰部前后拱上的燃燒器向下噴出，到達爐膛下部后向上轉彎，形成W形火焰。燃燒過程基本在下部爐膛內完成，上部爐膛除了使燃燒趨于完全外，還對受熱面進行輻射換熱，使高溫煙氣逐漸冷卻下來。一次風粉氣流先下行后180°轉彎向上，增大了煤粉氣流與高溫煙氣的接觸。拱下爐膛中形成的W形火焰的高溫煙氣正好回流到煤粉氣流的根部。W型火焰煤粉鍋爐示意圖有利于煤粉氣流的著火。

W形火焰鍋爐的燃燒器型式可以是直流燃燒器，也可以是軸向葉片型旋流燃燒器。目前使用較多的是帶旋風分離器對煤粉進行濃縮的燃燒器。W型火焰爐膛結構

W形火焰爐膛由下部的拱型著火爐膛（燃燒室）和上部的輻射爐膛（燃盡室）組成前者的深度比后者約大80～120%燃盡室前后墻向外擴展構成爐頂拱，并布置燃燒器，煤粉氣流和部分二次風從爐頂拱向下噴射，在燃燒室下部與二次風相遇后，再1800轉彎向上流經(jīng)燃盡室爐膛，形成W形火焰，350MW機組W型火焰煤粉鍋爐:

W型火焰燃燒方式的特點:

煤粉氣流著火條件好煤粉噴嘴出口處于燃燒中心爐頂拱的輻射傳熱可提供部分著火熱燃燒器噴口向下，允許較低風速較低的NOx生成量可采用濃淡燃燒器，且空氣沿著火焰行程逐步加入，易實現(xiàn)分級配風，分段燃燒燃燒效率高爐膛內的火焰行程長，增加了煤粉在爐內的停留時間W型火焰燃燒方式的特點:

減少飛灰磨損和環(huán)境污染火焰在下部著火爐膛底部轉彎180°向上流動時，可使煙氣中部分飛灰分離出來爐膛出口熱偏差小上部爐膛深度小；氣流在爐膛內不旋轉，無殘余扭轉有良好的負荷調節(jié)性能負荷變化時，著火爐膛火焰中心溫度變化不大著火區(qū)水冷壁敷設衛(wèi)燃帶爐頂拱可減少對燃盡室的放熱衛(wèi)燃帶附近易結渣；管路布置復雜；成本高適用于無煙煤等低揮發(fā)分煤的燃燒N0X、S0X的控制技術

分級燃燒，再燃燒法，濃淡偏差燃燒，低氧燃燒和煙氣再循環(huán)等

影響NOx生成的主要因素：

溫度溫度越高，NOx生成量越大

過剩空氣系數(shù)

=1.1～1.2范圍內，NOx的生成量最大

燃煤性質

燃煤含N量越高，轉化為NOx也就越多

低NOx的燃燒技術:煤炭脫硫、燃燒過程脫硫和煙氣脫硫

硫的脫除技術:（空氣）分級燃燒

以二次風形式送入剩余空氣，使燃料在空氣過剩區(qū)域燃盡，空氣量雖多，但火焰溫度較低，生成的NOx也較少

第一級

：

第二級:空氣分級燃燒將燃燒所需的空氣分兩階段從燃燒器送入。送入理論空氣量的80%左右，使燃料在缺氧、富燃條件下燃燒，燃燒速度和爐膛溫度降低，抑制NOx的生成（空氣）分級燃燒的類型

燃燒室中的分級燃燒:

主燃燒器上部設燃盡風（OFA）空氣噴口主燃燒器送入約80%的空氣量（

<1），燃燒器區(qū)處于富燃狀態(tài)；OFA噴口送入剩余空氣（燃盡風）（

>1），使燃料燃盡燃燒室沿高度分成富燃區(qū)和燃盡區(qū)

燃燒器分級燃燒:

二次風分兩部分送入一部分二次風在煤粉著火后及時送入(

<1），在火焰根部形成富燃區(qū)；剩余的二次風稍遲送入（

>1），形成了燃盡區(qū)，促進煤粉燃盡再燃燒法（燃料分級）

其余(20～15)%的燃料以再燃燃料（二次燃料）的形式被噴入，形成富燃料（

1）、還原性氣氛。燃燒生成碳氫化合物基團，并與一次燃燒區(qū)內生成的NOX反應，NOX被還原為N2

一次燃燒區(qū)（主燃燒區(qū)）：

再燃燒區(qū)（第二燃燒區(qū)）:送入二次風（頂部燃盡風），保證燃料燃盡（

1）

燃盡區(qū):爐內燃燒分成三個區(qū)域:(80～85)%的燃料以正常過?？諝庀禂?shù)（

1）配置空氣進行燃燒，為氧化性或稍還原性氣氛再燃燒法（燃料分級）

從一次風或三次風噴口送入，脫硫劑在爐內停留的時間較長，有充分的反應時間，但爐內高溫區(qū)會使部分已形成的CaSO4分解從爐膛出口附近送入，溫度較適合CaO與SO2反應，生成的CaSO4也不會被分解，但反應時間較短，可導致反應減緩或終止

爐內鈣基脫硫劑—石灰石（CaCO3）：

爐內脫硫劑送入方式:煙氣中含灰量增加，導致受熱面沾污、結渣與磨損加重；灰中的鈣與酸液反應生成不溶于水的CaSO4，造成空預器堵塞

存在的主要問題:石灰石進入爐膛后，受熱分解的CaO和CO2，CaO與爐內SO2反應形成固體CaSO4，經(jīng)除塵器脫除

二、點火裝置

點火裝置的作用

2）穩(wěn)燃：當鍋爐低負荷運行或煤質變差時，由于爐溫降低影響著火穩(wěn)定性，甚至有滅火的危險時也用點火裝置來穩(wěn)定燃燒或作為輔助燃燒設備。1）點火：啟動時點燃主燃燒器的煤粉氣流。采用過渡燃料的點火裝置帶煤粉預燃室的點火裝置兩種點火裝置煤粉爐的點火裝置長期以來普遍采用過渡燃料的點火。希望做到少油或無油點火。（點火裝置示意圖）1.采用過渡燃料的點火裝置

點火裝置的作用

二級過渡：油—煤系統(tǒng)三級過渡：氣—油—煤系統(tǒng)電火花點火常用的電氣引燃方式有點火步驟：電氣引火，再逐級點燃一至兩種著火能量較小的過渡燃料，如液化氣、輕柴油、重油等，最后點燃主燃燒器的煤粉氣流。

高能點火電弧點火

現(xiàn)代煤粉爐和燃油爐一般采用電氣引燃的高能點火裝置。它主要包括高能點火器、點火燃燒器及火焰檢測器三部分。

由點火變壓器產(chǎn)生的能量峰值很高的脈沖（電壓2300～2500V）直流電通過高壓電纜輸入半導體電嘴的火花棒，這樣就在電嘴火花棒的端頭與套管端頭之間的表面產(chǎn)生強烈的電火花，以此作為能源，直接點燃油槍噴出的油霧，再點燃主燃燒器噴出的煤粉氣流。點火裝置多置于主燃燒器內（直流燃燒器在二次風上，旋流燃燒器在中心管內）。點火時，半導體電嘴和油槍分別由電動和氣動推進和退出。當伸進爐膛點火時，通電通油點火。若主煤粉氣流點火成功，電嘴和油槍自動退出，以免停用時被燒壞?，F(xiàn)代大容量鍋爐的燃燒器和爐膛內均裝有火焰檢測器。旋流煤粉預燃室的點火裝置

帶煤粉預燃室的點火裝置:

煤粉預燃室是個帶輔助煤粉燃燒器的小型燃燒室，燃燒室內壁用耐火材料覆蓋。輔助煤粉燃燒器有旋流式和直流式加鈍體。無油點火技術正在研究中。

三、固態(tài)排渣煤粉爐的爐膛爐膛的作用、要求和參數(shù)1.固態(tài)排渣煤粉爐爐膛結構2.爐膛旋流煤粉預燃室的點火裝置

（一）爐膛的作用、要求和參數(shù):爐膛是供煤粉燃燒的空間，也稱燃燒室。煤粉燃燒過程的進行不僅與燃燒器的結構有關，而且在很大程度上決定于爐膛的結構，決定于燃燒器在爐膛中的布置及其所形成的爐內空氣動力場的特性。爐膛既是燃燒空間，又是鍋爐的換熱部件。因此，它的結構既要保證燃料完全燃燒，連續(xù)可靠地工作而又不發(fā)生爐膛結渣，同時又應使煙氣在達到爐膛出口處冷卻到對流受熱面安全工作所允許的溫度。為此爐膛應滿足如下基本要求：⑴具有足夠的空間和合理的形狀，以便組織燃料的燃燒，減小不完全燃燒熱損失。

固態(tài)排渣煤粉爐鍋爐的形狀及溫度分布圖爐膛觀火孔:

煤粉鍋爐爐膛型式:

爐膛及燃燒器布置方式Π型爐切向燃燒半開式Π型爐切向燃燒Π型爐對沖（交錯）燃燒Π型爐前墻燃燒W型爐W燃燒

爐膛

型式

排渣方式固態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài)固態(tài)燃燒器型式直流式直流式旋流式旋流式旋流式直流式旋流煤粉預燃室的點火裝置

（一）爐膛的作用、要求和參數(shù):⑵能布置足夠的受熱面將爐膛出口煙溫θl″降到灰分軟化溫度ST以下（θl″<ST）,保證爐膛出口及其后受熱面不結渣。⑶有合理的爐內溫度場和良好的爐內空氣動力特性，滿足燃燒過程的需要，既能創(chuàng)造爐內足夠的高溫，又能使火焰充滿良好，保證燃料在爐內穩(wěn)定著火和完全燃燒。旋流煤粉預燃室的點火裝置

爐膛的兩個參數(shù):⑴爐膛容積熱負荷單位時間、單位爐膛容積內燃料燃燒釋放的熱量。kJ/(m3·h)Vl——爐膛容積，m3。qv

反映了煤粉在爐內停