锅炉燃烧理论基础(4)

在四角切圆燃烧锅炉中，燃烧器区域形成的旋转火焰不但旋转稳定、强烈，而且粘性很大。高温烟气流到达炉膛出口的过程中，其旋转强度虽然逐渐减弱，但仍然有残余旋转。残余旋转不但造成炉膛出口处的烟温偏差，而且造成烟速偏差。气流逆时针方向旋转时，右侧烟温高于左侧烟温，右侧烟速高于左侧烟速。气流顺时针方向旋转时，左侧烟温高于右侧烟温，左侧烟速高于右侧烟速。一般烟温偏差达100℃左右，偏差严重的甚至达到300℃。 第二节 旋流式燃烧器

一．旋流式燃烧器的工作原理

旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。

射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。与此同时，在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区。外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和煤粉气流。由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风的混合比较强烈，使燃烧过程连续进行，不断发展，直至燃尽。 二．旋流式燃烧器的类型

按照旋流器的结构，旋流式燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式、切向叶片式三大类，常用的有以下几种：

单蜗壳式 蜗壳式 双蜗壳式 三蜗壳式 旋流式燃烧器 轴向叶轮式 单调风 切向叶片式 双调风 三．双调风旋流式燃烧器

双调风旋流式燃烧器是在单调风燃烧器的基础上发展出来的。双调风式燃烧器是把燃烧器的二次风通道分为两部分，一部分二次风进入燃烧器的内环形通道，另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道。

在内环形通道中装有旋流叶片，旋流叶片是可动的，通过传动装置可使叶片同步转动，调节叶片的旋转角度，能改变二次风的旋流强度，使燃烧保持稳定。

外二次风量是由二次风道中的可动叶片控制的。通过传动装置可以改变叶片的开度。当叶片全开时，外二次风量达到最大，这时外而次风大致是直流射流。在外二次风的影响下，从燃烧器射出的整个射流的旋转强度减弱，气流拉长，内回流区变小。当叶片逐渐关闭时，

外二次风量逐渐减小，使整个射流的旋流强度增大，气流缩短，内回流区逐渐变大。

双调风燃烧器把二次风先后两批送入炉膛，这种配风方式称为分级配风。由于空气的分级送入，使煤粉和空气的混合变得缓慢，便于进行燃烧调节。

双调风燃烧器的主要优点是由于空气的分级送入，实践证明，采用双调风燃烧器既能有效地控制温度型NOx；又能限制燃料型NOx。此外燃烧调节灵活，有利于稳定燃烧，对煤质有较宽的适应范围。 四．蜗壳式燃烧器

蜗壳式燃烧器是以蜗壳作为旋流器的旋流式燃烧器，根据燃用的燃料，蜗壳式燃烧器分为单蜗壳式、双蜗壳式、三蜗壳式。

蜗壳式燃烧器结构简单，对煤种的适应性强，其缺点是：

(1) 调节性能差，舌形挡板的调节作用不大，关小蛇形挡板，气流的扩展角变化不大，但阻力却急剧上升。 (2) 流动阻力大。

(3) 旋流器出口，沿圆周气流速度分布不均，引起煤粉浓渡分布不均，气流向一侧偏斜。 五．旋流式燃烧器的布置与供风方式

大容量锅炉布置有几十只旋流式燃烧器，虽然单个的燃烧器形成的火焰可独立燃烧，但各个旋转气流之间仍有相互作用，对燃烧有一定的影响作用。当两个燃烧器旋转方向相反时，两个燃烧器之间的切向速度升高，火焰向上。当两个燃烧器旋转方向相同时，燃烧器之间时切向速度减小，火焰向下。这样就影响火焰中心位置和燃烧效率，进而影响到过热器的汽温特性及汽温调节。大容量锅炉上，旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。采用大风箱供风时，风道系统简单，但单个燃烧器的调节性能比较差。

近年来，为了提高锅炉的安全性和经济性，趋向于采用小功率燃烧器。因为单只燃烧器功率过大，会带来以下问题：

（1）炉膛受热面局部热负荷过高，易于结渣。 （2）炉膛受热面局部热负荷过高，易引起水冷壁的传热恶化和直流锅炉的水动力多值性。 （3）切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响较大。

（4）切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温的影响较大，影响过热器的安全性和汽温调节。 （5） 一、二次风的气流太厚，不利风粉混合。 （6） 燃烧调节不太灵活。

这样，单只燃烧器的功率不能太大，因而燃烧器的数量不能太少。当采用大风箱送风时，不能准确调节各个燃烧器的风煤比，也不利于控制NOx。因此趋向于采用分隔风箱配风。即风箱被分隔成很多小风室，每个小风室又有独立的风量调节挡板，给燃烧调节带来灵活、便利的条件。

六．旋转气流的特性

与直流射流相比，旋转气流同时具有向前运动的轴向速度和沿圆周运动的切向速度，这就使气流在流动方向上，沿轴向与切向的扰动能力增强，因而气流衰减速度比较快，射程短。旋转气流的主要特性表现为旋流强度。

燃烧器出口气流的旋流强度取决于燃烧器中旋流燃烧器的结构；取决于从喷口射出的旋流风与直流风的动量比；此外还与燃烧器的阻力和烟气的粘度等因素有关。

在封闭式旋流火焰中，在火焰根部卷吸高温烟气，形成回流区，这种火焰可卷吸火焰自身燃烧放出的热量，具有一定的自稳定着火能力，但因回流量小，不适合燃烧难燃的煤。 旋流式燃烧器出口有时可能是开放式气流，这时旋转气流将高温烟气从炉膛中卷吸进来，因而其着火稳定性主要依赖于炉内烟气温度。

飞边气流形成贴壁火焰，引起结渣。因次实际运行中应避免旋流强度过大而导致飞边气流的出现。

旋流强度可以调节，根据煤质着火性能和锅炉负荷，调节气流的旋流强度，可获得良好的燃烧状态。由于旋流式燃烧器所形成的火焰是单个独立可调的，因而调节的灵活性比较大，容易维持稳定燃烧。

调节气流的旋流强度时，回流区大小相应变化，高温烟气的回流量也随着发生变化。因为内回流区的大小和回流量在稳定着火燃烧方面作用很大，所以对于不同的煤质应具有不同的旋流强度。例如，烟煤容易着火，只需要较小的回流区和回流量，就能稳定着火和燃烧。而无烟煤着火困难，需要有较大的中心回流区和回流量，但不希望形成飞边气流。除了回流区大小和回流量外，回流区长度对着火也有一定影响，因为比较长的回流区能使气流延伸到温度更高的烟气深层，因而直接关系到回流烟气的温度水平。

提高旋流强度，既能强化内回流区的作用，又能强化空气与可燃物的混合，以及高温烟气与煤粉、空气的混合。随着旋流增强，内回流区变得更宽更强，但同时也会带来一些问题。即一次风与二次风以及内回流与外回流的过早强烈混合，会降低一次风中煤粉的浓度和火焰温度，这对着火的稳定性又是不利的。因此，提高旋流强度给稳定着火造成两个相互对立和相互矛盾的条件。增强内回流对着火造成的有利条件从某一点开始，又被太强的过早混合破坏了。为了解决这一矛盾，可通过运行调节或试验确定出适应燃烧不同煤质的最佳旋流强度和相应的混合强度以及混合点位置。 第三节 煤粉炉炉膛

一．燃烧煤粉对炉膛的要求

炉膛作为燃烧室，是保证炉膛正常运行的先决条件之一。燃烧煤粉时，对炉膛的要求是： 1.创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽； 2．炉膛受热面不结渣；

3．布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化； 4．尽可能减少污染物的生成量；

5．对煤质和负荷复合有较宽的适应性能，以及连续运行的可靠性。 二．炉膛结渣的运行因素

受热面结渣过程与多种复杂因素有关。如第四章所述，任何原因的结渣都有两个基本条件构成，一是火焰贴近炉墙时，烟气中的灰仍呈熔化状态，二是火焰直接冲刷受热面。但是，

与这两个因素相关的具体原因有很复杂。这些因素是： 1．煤灰特性和化学组成

煤灰特性主要表现在两个方面：一是煤灰的熔点温度，二是灰渣的粘性。一般灰熔点低的煤容易结渣，与此同时，低灰熔点的灰分通常粘附性也强，因而增加了结渣的可能性。 在运行条件变化时，煤灰的结渣特性也可能灰变化。例如，炉膛温度升高，或受热表面积灰导致壁面温度升高，火炉内局部地区产生还原性气氛，使灰的熔点温度降低时，结渣倾向就可能增加。

2．炉膛温度水平

炉内燃烧器区域的温度越高，煤灰越容易达到软化或熔融状态，结渣的可能性就越大。而影响燃烧器区域温度水平的因素也很多。例如，前述的断面热强度与燃烧器区域的壁面热强度、燃料的发热量、水分含量以及锅炉负荷的变化等。如果锅炉改烧发热量大的同类煤时，由于燃放热增多，燃烧器区域温度水平就高，结渣的可能性就大。 而锅炉负荷越高，送入炉内的热量也越多，结渣的可能性也越大。 3．火焰贴墙

对于四角布置直流式燃烧器的炉膛，煤粉气流由于受到气流刚度，补气条件和邻角气流的撞击等影向而引起火焰贴墙时，这必然结渣。对于布置旋流式燃烧器的炉膛，当旋流强度太大时，会引起飞近贴壁火焰。或某只燃烧器的旋流强度过小，气流射程太长时，可能使气流直冲对面炉墙或顶撞对面的火焰而导致结渣。 4．过量空气系数

当炉内局部区域过量空气过小且煤粉与空气混合不均匀时，可能产生还原性气氛，而煤粉在还原性气氛不能充分氧化，灰分中的Fe2O3被还原成FeO，FeO与SiO2等形成共晶体，其熔点温度就会降低，有时会使熔点下降150～2000C，因而，结渣倾向随之增加。或者，采用高煤粉浓度燃烧方式时，由于燃烧放热过于集中，使局部区域温度升高且处于还原性气氛，结渣也会倾向严重。当然这也与灰的熔融特性有关。 5．煤粉细度

粗煤粉的燃烧时间比较长，当煤粉中粗煤粉的比例增加时，容易引起火焰延长，导致炉膛出口处的受热面结渣。 6．吹灰

吹灰器长期不投，受热面积灰增多时，可能导致结渣。 7． 燃用混煤

锅炉燃用混煤时，灰渣的特性有可能改变。一般，结渣性强的煤与结渣性弱的煤混合时，结渣灰减轻。

锅炉结渣是多种因素综合影响的结果，不过总是有几个关键因素起先导作用。比较重要的因素是煤灰的熔融特性、水冷壁的冷却能力、以及火焰贴墙等。 三．炉膛负压

煤粉炉通常采用负压燃烧，负压燃烧是指炉内压力比外界大气压力低2～6mm水柱。维持正常的炉膛负压，不仅对锅炉经济运行作用很大，而且对运行调节十分有益。

正常的炉膛负压值是依靠调节送风机和引风机的挡板开度实现的，但主要是靠调节引风机的挡板开度来控制的。如果引风机出力不足，或挡板调节失灵时，炉内可能出现正压状态。此时，烟气或火焰向外泄漏，不仅污染工作环境，而且对设备及人身构成危险。当然负压太大也是不允许的。

炉膛负压太大的危害：

炉膛负压太大，说明引风机抽吸力过大。此时，炉内气流明显向上翘，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，引起汽温升高或过热器结渣。气流上翘，火焰行程缩短，导致不完全燃

烧。

对于四角燃烧炉，由于气流上翘，使四股气流的相互作用变差，甚至切圆形成不好，煤粉气流相互点燃的作用变弱，燃烧变得不稳定。如果煤质着火性能变差时，还可能引起灭火。漏风增大，使烟气体积增加，烟气流速相应升高。这时排烟损失增加；受热面磨损加剧；汽温升高；炉膛温度降低，影响燃烧稳定性；火焰向上运动速度增大，一部分燃料未来得及完全燃烧就被排出炉外，因而造成不完全损失增大等一系列不良影响。

炉膛负压急剧升高时，还可能发生炉膛内爆事故。内爆会造成水冷壁损坏或人身事故。内爆产生的原因一是：引风机运行不正常，静压头过高或挡板运行不良；二是因灭火而切断燃料供应时，炉膛负压急剧升高。因此，在切断燃料的同时，应适当关小引风机挡板，以免负压剧增。此外，大型机组应设置炉内压力报警和安全保护装置。

炉膛负压波动时，也可能是炉内压力波变化造成的。此时表明燃烧处于不稳定状态。燃烧脉动时，负压也随着脉动。所以，炉膛负压是燃烧调整和锅炉保护的重要参数。

炉膛负压由极低突变正压，此过程发生的时间极短，只有1～2秒，正压值极高。这种情况下，极可能发生炉膛爆炸或“打炮”。对于自动化程度比较高的锅炉，炉膛负压超限时，控制系统会自动发出报警或保护动作。但当控制系统处于手动状态时，则必须做出准确、迅速的判断和处理。

大型锅炉运行中，炉膛爆炸现象极少发生，但是一旦发生，破坏性很大。因为炉膛爆炸的发生时间很短，只有1～2秒。所以，如何把燃料安全适当地送入炉内并对可能发生的爆炸做出判断是十分重要的。

炉膛爆炸的原因是数量过多的燃料和空气在炉膛内未能及时着火燃烧，而以极高的速度进行化学反应，当具有足够的着火热源时，在瞬间形成可燃性气体，气体容积急剧增加，炉内压力和温度急剧升高。

需要注意的是，在锅炉点火阶段或燃烧不稳定时，如果炉内积聚了大量的未燃燃料，此时点火这很有可能造成爆炸。因此，运行人员必须严格，准确地按照运行规程的操作顺序控制燃料和空气的投入并熟练掌握点火程序以及具有快速、准确的判断能力。事实上，在破坏性炉膛爆炸发生之前，总要发生一些先导性事件。例如，燃料的着火性能变差或点火装置的能量不足以及未及时投入点火装置。由于这些条件的变化，使送入炉内的燃料与空气未能及时转变为不易反应的氧化物或惰性产物，因而积累了大量活性可燃易爆产物。这种积累过程需要持续相当长的时间。即爆炸发生前总要有一段较长的孕育时间。 四．煤粉气流的着火燃烧 1．影响煤粉气流着火的因素

影响煤粉气流着火的主要因素概括起来，主要是三个方面的因素。即一是燃料因素，二是设备结构因素，三是运行因素。具体内容如下：

上述因素中，结构因素的影响如前所述，本节主要分析燃料因素与运行因素的影响。 2．燃料性质的影响

煤中挥发分含量对煤粉气流的着火过程影响很大。可燃基挥发份越高的煤，着火温度越低，火焰传播速度也快。因此挥发分高的煤不仅容易着火，而且着火稳定性也好。

挥发份的燃烧，对焦炭起加热作用，从而为焦炭的着火燃烧创造了有利条件，一般而言，挥发分高的煤也易于燃尽。然而近年来国内的许多研究表明，可燃基挥发分相同的煤，其燃尽时间有时差别很大，其原因是一部分煤具有烧结性，使氧气与炭表面的反应变差，因而影响燃尽。

在分析煤的挥发分含量对着火的影响时，不但应注意挥发分的数量，还应注意挥发分的发热量。

例如，无烟煤，贫煤的挥发分含量虽然很小，但挥发分的发热量很高，实际燃烧发现，

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库锅炉燃烧理论基础(4)在线全文阅读。