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1、燃烧设备,工业燃烧基础 火床燃烧设备 链条炉排 往复炉排 抛煤机倒转炉排 火室燃烧设备 煤粉炉 燃油与燃气炉 流化床燃烧设备简介,燃烧,所谓燃烧是指伴随着发光，、发热的强烈的化学反应。燃烧是锅炉工作的第一步，其任务是尽可能地充分地将燃料的化学能转化为热能，为锅炉本体的工作提供热源，从分析锅炉的各项热损失可知，几乎每一项热损失都与燃烧工况有关。所以，合理组织燃烧是提高锅炉热效率的关键。,燃烧设备的分类,由于燃料的种类、特性的不同以及锅炉容量的差异，燃烧设备的形式也是多种多样的。按结构的特点，燃烧设备基本可分为三类：火床炉、火室炉和沸腾炉。目前工业锅炉中用于燃煤的炉型最普遍的是火床炉，火室炉用于燃
2、用煤粉和油、气，沸腾炉在我国一般用于燃用劣质燃料如煤矸石。,对燃烧设备的基本要求,1.燃料能及时着火并稳定燃烧； 2.具有较高的燃烧效率； 3.具有高的燃烧强度； 4.良好的负荷适应性及调节性能； 5.安全可靠； 6.自动化程度高； 7.燃烧产物中大气污染物少。,固体燃料的燃烧过程,习惯上，把燃料的燃烧过程划分为四个阶段： 1.预热：送入炉内的新鲜燃料，接受炉内高温烟气的对流及 辐射加热以及热粒子的导热，温度逐渐升高，水分 渐渐逸出直到完全烘干。 2.着火：燃料进一步被加热温度进一步升高，挥发分放出， 并在炉内高温的作用下着火。 3.挥发物与焦炭的燃烧：炉内的热量与着火后燃料自身的热 量使燃料
3、进一步升温，挥发物与焦炭进入燃烧过程。 4.燃烬：随着燃烧的进行，燃料中的灰渣逐步形成，由于燃 料的燃烧总是是由表及里的，所以灰渣逐最先在颗 粒的表层出现并形成灰壳(裹灰)，随着灰壳的增厚， 空气与内层的可燃物接触越来越困难，燃烧速度显 著减缓。,均相燃烧反应,所有的反应物和生成物都处于同样的相态的燃烧过程称为均相燃烧。 反应速度w：单位时间、单位体积内消耗 的反应物或生成的生成物。它受到反 应物的浓度、压力、温度等反应条件 以及反应物本身的化学性质的影响。,浓度对反应速度的影响,质量作用定律： 设有燃烧反应：aA+bB=gG+hH 则 k为化学反应的速度常数。n=a+b为化学反应的级数，需要
4、通过实验来测定。 质量作用定律说明：反应物浓度越高，则化学反应速度越快。,压力对的反应速度影响,所以化学反应速度与反应压力的n次方成正比，n为化学反应级数。化学反应的级数越高。则反应压力的影响越大，对于一级反庆，燃烧速度正比于压力。,温度对的反应速度影响,阿累尼乌斯定律 k0 ,E分别为碰撞频率和活化能，应当通过实验来确定。,多相燃烧反应,多相燃烧，比如煤粉粒子的燃烧，与均相燃烧相比，多了一个传质的环节，如图所示：,F面 （火焰锋面）,分相燃烧的燃烧速度（2）,设:F面上，O2浓度为C，周围环境的O2浓度为C0 由质量作用定律，有： 而O2自远处传递至F面的速率，等于火焰锋面上消耗的O2，故有
5、：,分相燃烧的燃烧速度（2）,二式联立，有：,分相燃烧的燃烧速度（3）,以上分析仅是为了说明多相反应的机理而进行的一个定性分析，得出的定性结论为： 多相燃烧反应的燃烧速度取决于两个环节：一个是化学反应的动力学特性，另一个是氧气的质量传递特性，或者说，多相燃烧反应受到反应动力学和传质两种因素的限制。,分相燃烧速度的具体的定性分析结果,T很低时，k很小，则： 故有： 此时化不反应速度完全取决于反应温度，只有提高反应温度，才能提高反应速度。因为化学反应的控制因素为化学反应动力学，因此称为反应的动力区。 T很高时，k非常大，则： 此时， 反应速度完全取决于从周围环境向反应表面的质量传递，即：反应速度取
6、决于氧气的扩散速度，因此称为反应的扩散区。 T适中时，处于同一数量极，温度和扩散都是反应的限制因素，称为化学反应的过滤区。,分相燃烧速度与燃烧温度之间的关系,w,T,燃烧强度（1）,炉排面(可见)热负荷： 把所有的可燃床的热量都看成是在炉排面出来的则单位时间单位面积的炉排面上相应的放热量称为炉排面可见热负荷。 R炉排面有效面积。qR是衡量火床炉燃烧强度的一个重要参数。qR越大，燃烧越强烈，设计qR时往往考虑煤种的影响。 qR大相应炉排尺寸小，节省空间和钢材。,燃烧强度（2）,炉膛容积(可见)热负荷： 把所有的可燃床的热量都看成是在炉膛空间释放出来的，则单位时间单位面积的炉排面上相应的放热量称为
7、炉排面可见热负荷。 v炉膛有效容积。qv是衡量火室炉燃烧强度的一个重要参数。qv越大，燃烧越强烈，设计qv时往往考虑扎种的影响。 qv大相应炉排尺寸小，节省空间和钢材。,火床燃烧设备,固定炉排炉 链条炉排炉 抛煤机炉 往复炉排炉 振动炉排炉,火床炉,火床炉又称为层燃炉，指燃料铺在炉排面上进行燃烧的设备。这种燃烧设备很古老，至今仍普遍使用，但已发展成具有各种各样的形式。它具有工 作可靠，运行简单，造价低廉等优点，成为我国燃煤工业锅炉燃烧设备的主流。,火床燃烧设备的形式,火床炉虽然具有各种形式，但具有一个共同特点，就是都具有炉排。炉排是火床炉的关键部件，它担任着支撑燃料层，实现通风的任务，往往还同
8、时要负担输煤和出煤。火床炉中燃料层是主要的燃烧场所，绝大部分可燃质都是在燃料层内燃尽的，燃烧过程具有分层的特点，所以往往又称为层燃炉。现有的火床炉有以下几种形式：链条炉排炉，抛煤机炉，往复炉排炉，振动炉排炉等。,链条炉排燃烧设备,链条炉排是一种古老的燃烧方式，已有上百年的历史，结构完善技术成熟，应用广泛。我国的工业锅炉中有75%左右的炉型是链条炉，其容量从D=0.5t/h至35t/h被广泛采用，近期还有向大型化发展的趋势。国内有的厂家正着手生产65t/h和120t/h的链条炉。链条炉除了在工业上应用之外，小型火电厂也常常使用，比如35t/h链条炉配6000KW的发电机组在我国相当普遍。,链条炉
9、排燃烧设备,链条炉排的燃烧设备如图所示,链条炉排的燃烧特点,1.燃烧阶段按长度方向分布，有明显的分层结构。 2.燃料层平静干扰。料层内的颗粒子间无相对运动，所以在燃用粘结性强的煤或易结渣的煤时都易破坏层内的通风，因此链条炉对易结焦煤种和低灰熔点煤种不太适宜。燃料层平稳带来的好处是飞灰份额较小，因此受热面磨损和积灰相对较轻，除尘器的负担也不重。 3. 分仓送风：由于燃烧阶段按长度分布，所以沿长度方向各段应配以不同的风量，为此采用分仓送风的结构。 4.单面引燃，着火条件差。燃料进入炉膛之后向火侧被加热，引燃过程是由上向下进行的而床层的导热能力较差，因此整个床层的着火时间很长。引燃困难是这种炉型的一
10、个缺点。由于着火较难，所以链条炉在燃用难着火的燃料如无烟煤或低热值的劣质煤时较困难。,链条炉排燃料层的结构特征,链条炉排火床表面的浓度分布,链带式链条炉排,主要是用于较小容量的锅炉，一般6t/h，优点是金属耗量低。,鳞片式链条炉排,主要是用中等容量的锅炉，一般6-35t/h，优点是可靠性高，漏煤率低。,鳞片式链条炉排的工作状态,横梁式链条炉排,优点是可靠性极高，主要是用较大容量的锅炉，以及对可靠性要求极高的场所。,链条炉排的侧密封,链条炉排的挡渣器,分流压增,风室布置在上下回转面之间，高度受到限制，考虑到风室的深度等于炉排的宽度，所以风室呈现低而深的形状，从而出现所谓“分流压增”现象，使得沿炉
11、排宽度方向上出现配风不均匀。,风室静压,分流压增的原因,根据伯努里方程，风室内的流线上，总压P是定值，所以，流线上有： P= 静压+动压 = P0+ u2 = 常数 对于任意一个截面，流速u正比于当地流量，所以在风室中，流量大的截面上静压低而流量小的截面上静压高，由于分流作用，沿着流程风量不断下降而静压不断升高，最终形成了如图所示的静压分布。由于穿过火床的局部流量密度取决于静压差，就形成了炉排宽度方向上的风量分布的不均匀。,链条炉排的风室结构,炉排宽度方向上的配风不均匀性（也称横向配风不均匀性）对火床燃烧将造成极其不利的影响。为了消除这种影响，一般采用结构措施。常用的结构措施有： 倾斜仓底；
12、内阻挡件； 双面送风； 大风室小风斗。,链条炉排的风室结构,倾斜仓底 内阻挡件 双面送风 小风斗,链条炉排炉的炉膛,火床表面的各种气体成分的分布具有明显的不均匀性，比如挥发份集中在火床前部，一氧化碳集中在火床中部，而火床的前部和后部有大量的过剩氧气。炉膛空间是上述可燃气体与氧气发生燃烧反应的场所，如何合理地组织这部分燃烧过程，将直接决定着气体不完全燃烧热损失的大小。 另外，炉膛内的辐射热流还是新鲜燃料着火的点火源，如何组织炉内辐射直接决定着燃料层的着火是否顺利。 可见，链条炉排炉的炉膛要承担两个基本的任务：合理组织炉内空气动力场以保证可燃气体的燃尽；合理组织炉内的辐射场以保证顺利着火。,炉拱,
13、指伸入炉膛的那部分炉墙。按照布置的位置，可以分为前拱、中拱和后拱。,炉膛,前拱,后拱,中拱,前拱,又称辐射拱、焦拱，其作用是通过再辐射的机理将高温烟气和高温火床表面的辐射转移到新鲜燃料层，以强化新鲜燃料层的着火。按照辐射换热的基本规律，作为重辐射面的前拱需要保证对于高温烟气、高温火床面以及新鲜燃料层皆有较大的角系数。它的主要结构参数为拱高和覆盖率。,前拱,高温烟气,高温火床面,新鲜燃料层,后拱,又称对流拱。它的主要作用为导流作用，使得火床后部的过剩氧气被输送到火床中部，同时由于后拱出口处具有一定的烟气流速，其动量将影响到火床中部上方的烟气流场，使得高温烟气区前移，强化了前拱的引燃作用。它的主要
14、结构参数为出口高度、覆盖率和出口形状，出口形状为锐边出口可以造成边界层分离从而强化导流作用。,后拱,高温烟气,高温火床面,火床燃尽区,前后拱的配合,前拱与后拱的合理配合，可以使得各自的作用更加有效，既使前拱的引燃作用得到强化，又可使得前拱区的挥发份与过剩氧气、后拱区的过剩氧气、前后拱之间的一氧化碳等有充分的混合机会和混合强度，最终在前后拱之间的区域形成一个可燃气体的强烈燃烧区。,后拱,可燃气体的 强烈燃烧区,高温火床区,火床燃尽区,前拱,新鲜燃料层,二次风,单独送入炉膛的强烈射流称为二次风。如同炉拱一样，二次风也是组织炉内流场的一个有效手段。二次风还有一个特殊的优势，就是具有很大的动量，所以它
15、不仅可以改变炉内的流场，还能够强化炉内的湍流混合，从而进一步强化炉膛空间的悬浮燃烧，这一点不仅对气体可燃物有利，也对飞灰的燃尽十分有利。在链条炉排炉中，飞灰份额大约在15%左右，但是飞灰的含碳量约为灰渣的3倍，飞灰造成了很大的固体不完全燃烧热损失。因此，二次风可以显著地减少气体不完全燃烧热损失和飞灰热损失。,二次风的参数选择与布置,二次风速：二次风的穿透深度与出口动量直接相关，过小的风速作用不明显，过大的风速使二次风占用空气量过多，且电耗增大。 二次风的布置方式： 低挥发份煤种：二次风作用助燃空气，多布置在前墙。 高挥发分煤种：助燃的必要性消失，二次风的布置比较自由，既可用空气，亦可用蒸汽，可
16、布置在后墙，可水平布置，亦可下倾，如果采用前后墙对冲布置，可下倾15-20度；如果采用在炉膛的四角布置，为加大扰动，可以使用水平倾角40-45度布置。,二次风的射流流场,二次风的衰减规律：初速为W0 时(圆喷口) ws：距喷口s处的射流中心处速度 a：紊流系数，一般a=0.07 d0：喷口内径 ws=5m/s时，气流对混合已基本不起作用。 对长方形喷口，d0为当量直径，a =0.113,抛煤机炉,抛煤机炉有两种形式，即抛煤机固定炉排炉（又称为抛煤机翻转炉排炉）与抛煤机链条炉排炉，前者适于较小容量的锅炉(一般10t/h中常采用。,抛煤机风力抛煤机,借助于高速气流（又称播煤风）来播撒燃料，播煤特点
17、为近细远粗。,抛煤机机械抛煤机,借助于叶桨的击打来播撒燃料，播煤特点为近粗远细。,抛煤机风力-机械抛煤机,先借助于叶桨的击打，再借助于高速气流来播撒燃料，播煤特点偏向于机械抛煤，为近细远粗。,抛煤机炉的炉排,通常采用链条炉排承接煤粒来形成抛煤机炉的火床，炉排同时承担出渣的任务。炉排的转向根据播煤特点来选择：将抛煤机所在的炉墙定为前墙，则考虑到粗大煤粒需要更多的燃尽时间，所以对于机械抛煤机和风力-机械抛煤机，应当采用炉排自后向前的转向，称为“抛煤机倒转链条炉排炉”；对于风力抛煤机，应当采用炉排自前向后的转向，称为“抛煤机正转链条炉排炉”。由于风力-机械抛煤机被广泛应用，所以抛煤机倒转链条炉排炉最
18、为常见。,抛煤机倒转链条炉排炉的火床,抛煤机,前墙,后墙,出渣,抛煤机炉的燃烧特点,空中焦化，无限制着火，适应于难着火煤种和易结焦性煤种。 空中飞行，有煤粒分选作用，床层空隙率高，火床通风均匀性好，灰渣热损失低。 薄煤层燃烧，负荷调节灵敏，火床温度相对较低，对易结渣煤种也比较适应。 可用较大的 初始排尘浓度高，颗粒物污染严重。,提高抛煤机炉燃烧效率的措施,飞灰再燃 二次风 遮煤拱,往复炉排炉,由固定炉排片和活动炉排片相间组成，活动炉排片作往复运动。与链条炉排相比减少了回转行程，节省一半金属。给煤量可通过煤闸门及炉排片的行程与频率来控制。,倾斜往复炉排炉,往复炉排炉的燃烧特点,煤层翻滚，双面引燃
19、，有自破焦、自破渣的能力。 风室高度不受限制，易于实现风室横向的均匀配风。 活动炉排片的头部及高温区炉排易烧损，所以不适用与高热值煤种，而适用与高灰分煤种。 侧密封较困难。 可象链条炉一样，使用炉拱和二次风技术。 适用于较小容量的锅炉。,振动炉排炉,由激振器带动炉排片振动，使煤层产生微跳跃，从而实现床层的整体移动。,振动炉排炉的燃烧特点,微跳跃造成煤粒飞扬，属于双面引燃，同时有拔火作用，不易结焦和结渣，床层中的粒子与空气接触好，燃烧旺盛。煤种适应性较强。 飞灰份额大，q4热损失较高。 漏煤严重共振状态下炉排有筛分作用。 炉膛内可以象链条炉一样，使用炉拱或二次风。,火室燃烧设备,煤粉炉 燃油与燃
20、气炉,煤粉燃烧设备,煤粉炉有将近100年的历史，它的出现为大规模火力发电奠定了基础。从技术经济性来看，燃煤锅炉在D=35T/H以下时使用火床炉为佳，此容量以上使用煤粉炉为佳。煤粉炉的优点主要有： 燃烧效率高。主要表现在 q4热损失小，大约只有火床炉的一半。 容易大型化。比如一台D=1000T/H、燃用中质煤的锅炉，使用火床炉时需要约1000m2左右的炉排面积，技术上已经几乎不可能实现；如果使用煤粉炉，大约需要1000m3的炉膛容积，占地面积很小，技术上也容易实现。,煤粉 煤粉一般指300m的颗粒组成的颗粒群。 煤粉的水分较原煤水分为低，这是因为在制粉系统中被干燥的缘故，煤粉颗粒的表面能吸附空气
21、而降低相互面上内摩擦。故煤粉具有较好的流动性，且易于气动输。通常，煤粉的堆积密度约为0.7左右。,煤粉细度（1）,筛余份额：设用孔径为x微米的筛子对煤粉进行筛分，结束后筛上煤粉的质量为A，筛下煤粉的质量为B，则定义： 筛余份额 Rx=A/（A+B） 100% 通常用 x = 90 m 时的筛余份额R90来表示煤粉细度。,煤粉细度（2）,筛余份额分布：指Rx与x之间的函数关系。理论分析表明，该函数遵从所谓的R-R分布： x0特征细度，它表示R90=36.8时的粒径。 n均匀性指数，n越大，且煤粉粒度分布愈窄，则颗粒群粒径越均匀。一般n=0.81.5,煤粉的筛分分析,筛余份额分布Rx与的表达式中有
22、两个待定常数，所以只要通过两种孔径的筛子对煤粉样品进行筛分就可以得到Rx 与x之间的函数关系。例如：某煤粉样品经过筛分后，测得R90和R200，则有：,煤粉的筛分分析（2）,二式联立，可得： 同理，,煤粉的筛分分析（3）,同样，可以解出x0 一般，对于较细的煤粉（如无烟煤），使用90与40微米的筛子进行筛分，对于较粗的煤粉（如烟煤），使用90与200微米的筛子进行筛分。,可磨性系数,定义： 风干状态下，把一种假想的煤作为标准煤种与被测得煤种，则相同的颗粒度磨碎至相同细度时所消耗能量的比值称为被测得煤的可磨度系数。,最佳煤粉细度,煤粉细度是煤粉锅炉十分重要的运行参数。煤粉越细，着火与燃尽性能就越
23、好，但制粉电耗也越高。一般通过现场调试来确定一个最佳煤粉细度，原则是：找出煤粉细度与制粉电耗以及（q4+ q2 ）热损失之间的关系，再根据煤-电比价折算，使得总和最小的煤粉细度即为最佳煤粉细度。调整的初始数值可以在经验关系 R90=4.0+0.5Vdaf 周围展开。,低速磨煤机(球磨机),转速1625转/分，钢球直径3060mm干燥剂一般使用热空气或空气与烟气混合物，其温度和回流量应当从干燥种输送煤粉两方面来考虑，球磨机中的空截面风速保持在13m/s。通风阻力约10002500Pa。 特点：球磨机所制煤粉的均匀性系数的n较小，一般0.8-1.0，球磨机结构简单，运行可靠，杂物适应性强，对煤种几
24、乎没有限制，可以磨制各类固体燃烧，制取细粉，尤其适宜R90可以小于10%。 缺点：设备庞大，噪音大，钢球及护板磨损量大，运行电耗高。空截功率高，空截功率占总功率的90%以上，不适于低负荷下运行。 钢球磨损约100200克/吨煤 磨煤电耗2025kw/(吨煤),一台钢球磨煤机(球磨机),中速磨煤机,转速60300转/分，主要有辊式和球式两种。 特点： 干燥剂风温高，干燥空间小，干燥条件差，对可磨性差、水分高的煤种不太适应。 能耗较球磨机低50%,高速磨煤机,又称风扇磨5001500转/分，干燥条件极佳，通风阻力约15003000Pa,特别适用于高水分的褐煤。,中速与高速磨煤机,制粉系统1,制粉系
25、统2,风量分配,1.一次风：指与煤粉一起送入炉膛的空气。 一次风率： 2.二次风：单独引入炉膛的空气。 二次风率： 3.三次风：中间仓储式热风送粉系统中细粉分 离器的乏气，含的少量的细粉。,煤粉燃烧器,主要性能指标 着火稳定性：取决于挥发份、着火热、火焰传播速度、一次风速、煤粉细度、一次风煤粉浓度、燃烧器出口附近的烟气流场、炉膛温度、是否布置卫燃带等等因素 负荷调节性能：尤其是低符荷适应性 污染物排放性能：主要指NOx生成量 分类 直流燃烧器 旋流燃烧器,煤粉燃烧器,直流燃烧器,旋流燃烧器,轴向叶片型旋流燃烧器,燃油炉,液体燃料的燃烧特点： 与固体燃料不同，液体燃料的燃烧过程是：燃料受热后到达
26、燃烧压力下的沸点，完成蒸发过程变成蒸气，气相可燃物再与氧气混合完成燃烧过程。燃烧速度很大程度上取决于蒸发速度。 以蜡烛的燃烧过程为例：固体蜡烛受热后局部产生蜡液，可以看作液体燃料，蜡液被蜡烛芯在毛细力的作用下提升，受热后变成可燃气体，进一步受热后才能达到着火点，所以烛焰内部可见一个明显的由蜡烛蒸气组成的低温区。 所以，液体燃料的燃烧过程的前提是燃料的蒸发。,雾化,蒸发速度取决于蒸发面积。对于球形颗粒，体积正比于直径的三次方而表面积正比于直径的二次方，所以比表面积（即单位质量的物质所具有的表面积）与颗粒直径成反比。这就是液体燃料必须先雾化，之后才能顺利完成燃烧过程的原因。 雾化的效果用液滴的平均
27、直径来表示，通常用索太尔平均直径（S.M.D），其定义为：S.M.D =(nidi3)/ (nidi2) di :某种油滴的直径， ni :某种油滴的数目。 雾化器有三种类型：压力式、介质式和转杯式。,压力式雾化器,压力式雾化器适用于恩氏粘度小于40E的液体燃料。,介质式雾化器,介质式雾化器适用于高粘度的液体燃料。它有蒸汽雾化和空气雾化两种方式。,转杯式雾化器,转杯式雾化器适用于高粘度的液体燃料。它的优点是负荷适应性好。,配风器,与煤粉燃烧器一样，油燃烧器也需要合理配风，一般将紧贴着雾化器的那部分空气称为根部风，而远离雾化器的称为二次风，它们一般都是旋转射流。,集成式燃烧器,将送风机、油泵、雾化器、配风器、控制系统制成一体，就组成了一台集成式燃油燃烧器，它一般还具有火焰检测、程序点火、熄火保护、负荷自动调节等功能。,集成式轻油燃烧器,转杯式集成重油燃烧器,燃气炉,气体燃料的燃烧特点： 气体燃料的燃烧过程是均相燃烧，如果进入燃烧室之前先与空气混合，则称为预混燃烧，否则称为扩散燃烧。 气体燃料的燃烧的关键在于配风。 与燃油燃烧器一样，燃气燃烧器也可以制成集成式燃烧器。,