锅炉燃烧理论基础

锅炉燃烧理论基础第一节燃烧理论解决问题学习燃烧理论的目的是为了了解认识燃烧过程的本质，掌握燃烧过程的主要规律，以便控制燃烧过程的各个阶段，使其按照人们的要求的速度进行，燃烧理论解决的问题是：(1)判断各种燃料的着火可能性，分析影响着火的内因条件与外因条件以及着火过程基本原理，保证燃料进入炉内后尽快稳定地着火，保证燃烧过程顺利进行。(2)研究如何提高燃料的燃烧速度，使一定量的燃料在有限的空间和时间内尽快燃烧，分析影响燃烧速度的内因条件与外因条件，以及燃尽过程的基本原理，提出加速燃烧反应，提高燃烧效率的途径。(3)燃烧理论来源于生产实践和科学试验。反过来又指示出燃烧技术进步与发展的方向。第二节质量作用定律---化学反应速度1．质量作用定律燃烧是一种发光发热的化学反应。燃烧速度可以用化学反应速度来表示。在等温条件下，化学反应速度可用质量作用定律表示。即反应速度一般可用单位时间，单位体积内烧掉燃料量或消耗掉的氧量来表示。可用下面的式子表示炉内的燃烧反应：ａＡ＋ｂＢ==ｇＧ＋ｈＨ(5-1)(燃料)(氧化剂)(燃烧产物)化学反应速度可用正向反应速度表示，也可用逆向反应速度来表示。即（5-2）(5-3)2.质量作用定律的意义质量作用定律说明了参加反应物质的浓度对化学反应速度的影响。其意义是：对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应的各反应物的浓度乘积成正比，而各反应物浓度的方次等于化学反应式中相应的反应系数。因此，反应速度又可以表示为：(5-4)式中ＣA,ＣB---反应物A,B的浓度a,b---化学反应式中，反应物A,B的反应系数；kA,kB---反应速度常数。3．多相燃烧的化学反应速度对于多相反应，如煤粉燃烧，燃烧反应是在固体表面上进行的，固体燃料的浓度不变，即CA=1。反应速度只取决于燃料表面附近氧化剂的浓度。用下式表示：(5-5)式中ＣB----固体燃料表面附近氧的浓度上式说明，在一定温度下，提高固体燃料附近氧的浓度，就能提高化学反应速度。反应速度越高，燃料所需的燃尽时间就越短。上述关系只反映了化学反应速度与参加反应物浓度的关系。事实上，反应速度不仅与反应物浓度有关，更重要的是与参加反应的物质本身有关，具体地说，与煤或其它燃料的性质有关。化学反应速度与燃料性质及温度的关系可用阿累尼乌斯定律表示。阿累尼乌斯定律在实际燃烧过程中,由于燃料与氧化物(空气)是按一定比例连续供给的,当混合十分均匀时,可以认为燃烧反应是在反应物质浓度不变的条件下进行的.这时,化学反应速度与燃料性质及温度的关系为:k＝k0ｅ(－E/RT)(5-6)式中,k0--相当于单位浓度中，反应物质分子间的碰撞频率及有效碰撞次数的系数E—反应活化能；R—通用气体常数；T—反应温度：k—反应速度常数（浓度不变）。阿累尼乌斯定律说明了燃料本身的“活性”与反应温度对化学反应速度的影响的关系。什么是燃料的“活性”呢可以简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度。例如，气体燃料比固体燃料容易着火，也容易燃尽。而不同的固体燃料，“活性”也不同，烟煤比无烟煤容易着火，也容易燃尽。因此，燃料的“活性”也表现为燃料燃烧时的反应能力。燃料的“活性”程度可用“活化能”来表示。第三节影响化学反应速度的因素质量作用定律和阿累尼乌斯定律指出了影响燃烧反应速度的主要因素是反应物的浓度．活化能和反应温度。一．反应物浓度的影响虽然认为实际燃烧过程中，参加反应物质的浓度是不变的，但实际上，在炉内各处．在燃烧反应的各个阶段中，参加反应的物质的浓度变化很大。在燃料着火区，可燃物浓度比较高，而氧浓度比较低。这主要是为了维持着火区的高温状态，使燃料进入炉内后尽快着火。但着火区如果过分缺氧则着火就会终止，甚至引起爆炸。因此在着火区控制燃料与空气的比例达到一个恰到好处的状态，是实现燃料尽快着火和连续着火的重要条件。反应物浓度对燃烧速度的影响关系比较复杂，将在后面的内容中加以分析。活化能对燃烧速度的影响1．活化能概念燃料的活化能表示燃料的反应能力。活化能的概念是根据分子运动理论提出的，由于燃料的多数反应都是双分子反应，双分子反应的首要条件是两种分子必须相互接触，相互碰撞。分子间彼此碰撞机会和碰撞次数很多，但并不是每一个分子的每一次碰撞都能起到作用。如果每一个分子的每一次碰撞都能起到作用，那么即使在低温条件下，燃烧反应也将在瞬时完成。然而燃烧反应并非如此，而是以有限的速度进行。所以提出只有活化分子的碰撞才有作用。这种活化分子是一些能量较大的分子。这些能量较大的分子碰撞所具有的能量足以破坏原有化学键，并建立新的化学键。但这些具有高水平能量的分子是极少数的。要使具有平均能量的分子的碰撞也起作用，必须使他们转变为活化分子，这一转变所需的最低能量称为活化能，用Ｅ表示。所以活化分子的能量比平均能量要大，而活化能的作用是使活化分子的数目增加。图5-1表示出活化能的意义。从图可见，要使反应物由Ａ变成燃烧产物Ｇ，参加反应的分子必须首先吸收活化能Ｅ，使活化分子数目增多，达到活化状态，数目较多的分子产生有效碰撞，发生反应而生成燃烧产物，并放出比Ｅ1（活化能）更多的能量Ｅ2，而燃烧反应的净放热量为Ｑ。反应过程E2能量活化状态E1ΔE2．燃料的活化能对燃烧速度的影响在一定温度下，某一种燃料的活化能越小，这种燃料的反应能力就越强，而且反应速度随温度变化的可能性就减小，即使在较低的温度下也容易着火和燃尽。活化能愈大的燃料，其反应能力愈差，反应速度随温度的变化也愈大，即在较高的温度下才能达到较大的反应速度，这种燃料不仅着火困难，而且需要在较高的温度下经过较长的时间才能燃尽。燃料的活化能水平是决定燃烧反应速度的内因条件。一般化学反应的活化能大约在42～420kJ/mol，活化能小于42kJ/mol的反应，反应速度极快，以至难于测定。活化能大于420kJ/mol的反应，反应速度缓慢，可认为不发生反应。燃煤的活化能及频率因子可在沉降炉中测定，表5-1是国内四种典型煤种的测定结果。不同的测试仪器所测量的数据差别较大，因此，只有同一仪器测量的数据才具有可比性。煤种Ｖdaf频率因子活化能%g/无烟煤贫煤烟煤烟煤三．温度对燃烧速度的影响温度对化学反应的影响十分显著。随着反应温度的升高，分子运动的平均动能增加，活化分子的数目大大增加，有效碰撞频率和次数增多，因而反应速度加快。对于活化能愈大的燃料，提高反应系统的温度，就能愈加显著地提高反应速度。热力着火理论一．热力着火理论的实用性煤粉燃烧过程的着火主要是热力着火，热力着火过程是由于温度不断升高而引起的。因为煤粉燃烧速度很快，燃烧时放出的大量热量使炉膛温度升高，而炉温升高促使燃烧速度加快；反应放热增加，又使炉温进一步提高。这样相互作用、反复影响，达到一定温度时，就会发生着火。着火过程有两层意义：一是着火是否可能发生，二是能否稳定着火。只有稳定着火，才能保证燃烧过程持续稳定的进行，否则就可能中途熄火，使燃烧过程中断。在炉膛四周布置的水冷壁直接吸收火焰的辐射热，因而燃料燃烧时放出的热量，同时向周围介质和炉膛壁面散热。这时，要使可燃物着火并连续着火，必须使可燃物升温。二．实现稳定着火的两个条件：1、放热量和散热量达到平衡，放热量等于散热量。2、放热速度大于散热速度如果不具备这两个条件，即使在高温状态下也不能稳定着火，燃烧过程将因火焰熄灭而中断，并不断向缓慢氧化的过程发展。三．热力着火过程的特性曲线燃烧室内可燃混合物燃烧放热量为：（5-7）向周围环境散失的热量为：Q2=αS（Ｔ-Ｔｂ）（5-8）CO2--煤粉反应表面氧浓度；N--燃烧反应中氧的反应系数；V--可燃混合物的容积；Qr--燃烧反应热；Ｔ--燃烧反应物温度；Ｔｂ--燃烧室壁面温度；α--混合物向燃烧室壁面的放热系数；图5-3热力着火过程曲线S--燃烧室壁面面积。点1：缓慢氧化状态点2：着火点，点3：高温燃烧状态点4：熄火点，点5：氧化状态熄火温度ＴXh总是比着火温度ＴZh高。着火温度和熄火温度并不是常数，它们随放热条件而变。四．煤、煤粉气流和气体燃料的着火温度挥发分大的烟煤，活化能小，反应能力强，着火温度低，即使周围散热条件较强，也容易稳定着火；挥发分很低的无烟煤，活化能大，反应能力低，着火温度最高，需要减小周围散热，维持高温状态，才能稳定着火。表5-3各种煤的着火温度煤种无烟煤烟煤褐煤着火温度℃700～800400～500250～450表5-4煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度煤种无烟煤贫煤(Vr=14％)烟煤褐煤着火温度℃1000900650～840550表5-5液体燃料和气体燃料的着火温度燃料高炉煤气发生炉煤气炼焦煤气天然气石油着火温度℃530530300～500530360～40010007008009001100Vdaf5152535着火温度五．锅炉运行中的热力着火分析放热速度与散热速度是相互作用的。在实际炉膛内，当燃烧处于高负荷状态时，由于燃煤量增加，燃烧放热量比较大，而散热量变化不大，因此使炉内维持高温状态。在高负荷运行时，容易稳定着火。当燃烧处于低负荷运行时，由于燃煤量减少，燃烧放热量随之减小，这时相对于单位放热量的散热条件却大为增加，散热速度加快，因此炉内火焰温度与水冷壁表面温度下降，使燃烧反应速度降低，因而放热速度也就变慢，进一步使炉内处于低温状态。在低负荷运行状态下，稳定着火比较困难，因此需要投入助燃油等燃料来稳定着火燃烧。对于低反应能力的无烟煤和劣质烟煤，不但着火困难，而且难于稳燃，因而容易熄火”打炮”。从以上分析，可得到提示：(1)着火和燃烧温度与水冷壁面积、进入炉内的新气流初温度相关。(2)在炉内可自动到达稳定着火状态，如果点火区的温度与燃料的活性不相适应，就需投入助燃油或采用强化着火的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。第三节火焰的传播一．火焰传播理论的实用性燃料燃烧过程中，火焰的稳定性与火焰传播速度关系极大。电厂燃烧系统的安全运行也与火焰传播速度关系密切。例如，煤粉管道中某一处着火后，火焰迅速蔓延、扩散，导致制粉系统着火或爆炸。了解火焰传播的知识，有助于掌握燃烧过程的调整要领，对稳定着火非常有用。二．层流火焰传播在静止的可燃气体混合物中，缓慢燃烧的火焰传播是依靠导热或扩散使未燃气体混合物温度升高，火焰一层一层的依次着火。火焰传播速度一般为20～100cm/s。三．湍流火焰传播四．火焰传播形式1．正常的火焰传播（缓慢燃烧）正常的火焰传播是指可燃物在某一局部区域着火后，火焰从这个区域向前移动，逐步传播和扩散出去，这种现象就称为火焰传播。正常的火焰传播过程中，火焰传播速度比较缓慢，约为1～3m/s，燃烧室内压力保持不变。炉内煤粉气流正常燃烧的火焰传播就属于正常的火焰传播。2．反应速度失去控制的高速爆炸性燃烧炉膛内火焰传播为湍流火焰，火焰传播速度很快。出现爆炸性燃烧时，火焰传播速度极快，达1000-3000m/s，温度极高，达6000℃；压力极大，达2026500Pa()大气压)。爆燃是由于可燃物以极高的速度反应，以至于反应放热来不及散失，因而使温度迅速升高，压力急剧增大。而压力的急剧增大是由于高温烟气的比容比未燃烧的可燃混合物的比容大得多，高温烟气膨胀产生的压力波，使未燃混合物绝热压缩，火焰传播速度迅速提高，以致产生爆炸性燃烧。3．正常燃烧向爆炸性燃烧的转变当火焰正常燃烧时，有时会发生响声。此时，如果缩热压缩很弱，不会引起爆炸性燃烧。但当未燃混合物数量增多时，绝热压缩将逐渐增强，缓慢的火焰传播过程就可能自动加速，转变为爆炸性燃烧。五．不同燃料的火焰传播速度可燃混合物着火时的火焰传播速度即为着火速度。对于不同的燃料，火焰传播速度的差异很大。气体燃料和液体燃料的火焰传播速度远远大于煤粉气流的火焰传播速度。就煤粉气流本身而言，火焰传播速度的差别也很大。例如，燃用烟煤时的火焰传播速度比贫煤、无烟煤的火焰传播速度要大。因此，烟煤着火后，燃烧比较稳定。六．煤粉气流火焰传播速度的影响因素煤粉气流的火焰传播速度受多种因素的影响，其首先决定于燃料中可燃挥发分含量的大小，其次还与水分、灰分、煤粉细度、煤粉浓度和煤粉气流混合物的初温及燃烧温度有关。一般情况下，挥发分大的煤，火焰传播速度快；灰分大的煤火焰传播速度小；水分增大时，火焰传播速度降低。提高煤粉细度时，挥发分析出快，并增加了燃料的反应面积，火焰传播速度可显著提高。提高炉膛温度时，火焰面向周围环境的散热减少，反应速度加快，因而提高了火焰传播速度。锅炉在高负荷运行时，炉膛环境温度较高，容易稳定燃烧；锅炉在低负荷运行时，燃烧放热量减少，冷却散热条件增强，需要加强稳燃措施或增加易燃的液体或气体燃料，来帮助煤粉气流稳定燃烧，其实质是提高火焰传播速度。第七节链锁反应气体燃料的燃烧反应速度很高，而且在温度极低(如T→0Ｋ时)的场合下，反应仍可以很高的速度进行。这种反应并不是按化学反应方程式那样一步完成的，也并不需要给反应物质施加能量，使活化分子的数目增多。在气体燃料燃烧反应过程中，可以自动产生一系列活化中心，这些活化中心不断繁殖，使反应进行一系列中间过程，整个燃烧反应就象链一样一节一节传递下去，故称这种反应为链锁反应。链锁反应是一种高速反应。例如当温度超过500℃时，氢的燃烧就变为爆炸反应。氢的链锁反应过程：氢分子Ｈ吸收了极少的活化能，被质点Ｍ击活后，产生活化中心Ｈ，同时产生游离基ＯＨ，便开始下列反应：Ｈ2＋Ｍ→２Ｈ＋ＭＨ＋Ｏ2→ＯＨ＋ＯＯ＋Ｈ2→ＯＨ＋ＨＯＨ＋Ｈ2→Ｈ2Ｏ＋ＨＯＨ＋Ｈ2→Ｈ2Ｏ＋Ｈ总的反应平衡式为：Ｈ＋3Ｈ2＋Ｏ2→3Ｈ＋2Ｈ2Ｏ上式表明，一个氢分子与质点碰撞被击活而吸收活化能后，可以产生三个活化氢原子，而这三个活化氢原子在下一次反应过程中又可以产生九个活化氢原子，以此类推，……。这是一种分支链锁反应，其反应速度极快。以至在瞬间即可完成。煤粉的着火燃烧煤粉的燃烧过程可由下述过程粗略地描写：煤粉受热，水分析出→继续受热，绝大部分挥发分析出，挥发分首先着火→引燃焦碳，并继续析出残余的部分挥发分，挥发分与焦碳一道燃尽→形成灰渣。大部分挥发分着火，燃尽时间仅占整个燃烧过程的10％，约为～秒；而焦碳燃尽程度达到98％的过程所占的时间很长，约为90％，燃尽时间为1～秒。从燃烧放热量来看，焦碳占煤粉总放热量的60～95％。着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的大小，而燃尽过程主要取决于焦碳的燃烧速度。根据实际经验，一般着火时间长的燃料，所需的燃尽时间也相应地比较长。煤粉着火燃烧过程的细节十分复杂，只能说明几个阶段的主要特征。煤粉颗粒必须首先吸热升温，热源来自炉内1300～1600℃的高温烟气，通过对流、辐射、热传导方式使新鲜燃料受热升温。煤粉颗粒中水分首先析出，燃煤得到干燥，随着水分的蒸发，燃煤温度不断升高。对于不同煤种，大约在120-450℃的温度范围内，煤中的挥发分析出，挥发分析出后，剩余的固态物形成焦碳。可燃挥发分气体的着火温度比较低，当氧气供应充足时，大约加热到450～550℃以上就可着火、燃烧，同时释放热量，加热焦碳。焦碳同时从挥发分燃烧的局部高温处和炉内高温烟气区吸收热量，温度升高，当达到焦碳的着火温度时，即着火燃烧，并放出大量热量。当焦碳大半烧掉之后，内部灰分将对燃尽过程产生影响。其原因是：焦碳粒中内部灰分均匀分布在可燃质中，在焦碳粒从外表面到中心一层一层地燃烧的过程中，外层的内在灰分裹在内层焦碳上，形成一层灰壳，甚至形成渣壳。从而阻碍氧向焦碳表面的扩散，使燃尽时间拖长。因此，灰分对燃尽过程的影响主要表现在内部灰分的作用上，而绝大部分单独存在的外部灰分对可燃层的燃尽不产生直接的妨碍作用。煤粉气流的着火温度也随煤粉细度而变化，煤粉越细，加热速度越快，越容易着火。这是因为煤粉越细，燃烧反应的表面积越大。所以在煤粉气流燃烧时，细煤粉首先着火。煤粉在炉内的燃烧情况更为复杂。因为煤粉颗粒有粗有细，挥发分析出时，所需的时间也长短不一。当细粒煤粉已进入焦碳燃烧过程，而粗粒煤粉还在析出挥发分。即细的煤粒已经烧完，粗的煤粒才刚刚开始燃烧。实验研究发现，煤粉在炉内的加热升温速度很快，升温速度为～*104℃/S，仅在～秒的时间内就能达到炉内燃烧时的温度水平1500℃左右。在这种条件下，挥发分燃烧和焦碳燃烧这两个环节很难截然分开，在很大程度上可能是同时进行的。经验表明，可燃挥发分大的煤，还是比较容易着火和燃尽的，因为挥发分析出燃烧毕竟比焦碳的燃烧迅速得多，而且挥发分析出后可增大焦碳粒子与氧气接触的面积，提高焦碳粒子的反应活性。可燃挥发分仍对煤粉着火起着决定性的作用。煤的挥发分愈多，挥发分着火燃烧时释放的热量也愈多，这样焦碳得到充分加热并增加了与氧气接触的机会，因而燃烧的稳定性也愈高。碳粒的燃烧图5-5碳粒的低温燃烧图5-5碳粒的低温燃烧一．温度低于1200℃时碳粒表面的燃烧二．温度高于1200℃时碳粒表面的燃烧影响碳粒燃烧速度的主要因素1．碳粒表面上进行的化学反应速度2．氧向碳粒表面的扩散速度四．碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区1．动力区：温度低于900～1000℃时，化学反应速度小于氧气向碳粒表面的扩散速度，氧气的供应十分充足，提高扩散速度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于温度。2．扩散区：温度高于1200℃时，化学反应速度大于氧气向碳粒表面的扩散速度，以至于扩散到碳粒表面的氧气立刻被消耗掉，碳粒表面处的氧浓度接近于0，提高温度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。3．过渡区：介于动力区和扩散区之间，提高温度和提高扩散速度都可以提高燃烧速度。若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向扩散区转化；若温度不变，只提高扩散速度，燃烧过程向动力区转化。五．碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区模型分析在碳粒表面上发生反应的氧量＝扩散气流向表面输送的氧量，即可利用化学反应速度和气流的扩散速度表示燃烧速度：ω＝kC＝αks（Co—C）式中：k—反应速度常数；Co、C—气流中和反应表面氧浓度；αks—扩散速度系数，与气流的相对速度成正比，与粒子直径成反比。kz----考虑了扩散和化学反应后，燃烧反应的总速度常数；当时，kz≈k，燃烧处于动力区；当时，kz≈αks，燃烧处于扩散区。第六章燃烧设备第一节直流煤粉燃烧器一．煤粉燃烧器的作用煤粉燃烧器是燃煤锅炉燃烧设备的主要部件。其作用是：(1)向炉内输送燃料和空气；(2)组织燃料和空气及时、充分的混合；(3)保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽。在煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，迅速加热煤粉，使煤粉尽快达到着火温度，以实现尽快着火。故将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初始着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。直流燃烧器通常由一列矩形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。二．直流煤粉燃烧器的类型直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。一类适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速地和相邻二次风喷口射出的热空气混合。这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。因而沿高度相间排列的二次风喷口的风量分配就接近均匀。二次风分级风一次风二次风图6-2分级配风图一次风二次风二次风图6-1直流喷燃器配风图2．一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器适用于燃烧着火比较困难的煤，如贫煤、无烟煤或劣质煤。这种燃烧器的特点是：几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风喷口中心间距较大。由于一次风中携带的煤粉着火比较困难，一、二次风的混合过早，会使火焰温度降低，引起着火不稳定。为了维持煤粉火焰的稳定着火，希望推迟煤粉气流与二次风的混合，所以进一步将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中，这种配风方式称为分级配风。分级配风的目的是：在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉既能稳定着火、又能完全燃烧。(1)一次风集中布置的特点使着火区保持比较高的煤粉浓度，以减少着火热；燃烧放热比较集中，使着火区保持高温燃烧状态，适用于难燃煤；煤粉气流刚性增强，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力加强。(2)一次风集中布置的问题着火区煤粉高度集中，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，使喷嘴出口附近气流速度分布不均，容易出现空气、煤粉分层现象。为了消除这种现象，有时将一次风分割成多股小射流，使气流扰动增强，提高着火的稳定性。一次风喷口附近处于高温，且一次风速较低，喷口易烧坏。为了冷却一次风喷口，可在一次风喷口上加装夹心风或周界风。当然，夹心风或周界风也可增强一次风气流卷吸高温烟气的能力。三．四角布置直流燃烧器的工作原理直流喷燃器四角切圆燃烧直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流。直流燃烧器的工作过程：(1)煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；(2)射流两侧的补气及压力平衡过程；(3)煤粉气流的着火过程；(4)煤粉与二次风空气的混合过程；(5)气流的切圆旋转过程；(6)焦碳的燃尽过程。图6-4直流喷燃器烟气卷吸上述几个过程虽然有先后顺序或某几个过程同时进行，但各过程之间的相互影响是十分显著的。主气流卷吸高温烟气的过程从燃烧器喷口射出的气流仍然保持着高速流动。由于气流的紊流扩散，带动周围的热烟气一道向前流动，这种现象叫“卷吸”。由于“卷吸”，射流不断扩大，不断向四周扩张。同时，主气流的速度由于衰减而不断减小。正是由于射流的这种“卷吸”作用，将高温烟气的热量源源不断地运输给进入炉内的新煤粉气流，煤粉气流才得到不断加热而升温，当煤粉气流吸收足够的热量并达到着火温度后，便首先从气流的外边缘开始着火，然后火焰迅速向气流深层传播，达到稳定着火状态。3.邻角气流的撞击点燃作用在切圆燃烧炉中，四股气流具有“自点燃”作用。即煤粉气流向火的一侧受到上游邻角高温火焰的直接撞击而被点燃。这是煤粉气流着火的主要条件。背火的一侧也卷吸炉墙附近的热烟气，但这部分卷吸获得的热量较少，此外，一次风与二次风之间也进行着少量的过早混合，但这种混合对着火的影响不大。4.煤粉气流接受辐射加热煤粉气流着火的热源部分来自炉内高温火焰的辐射加热，但着火的主要热源来自卷吸加热，约占总着火热源的60～70%。5.热源不足时的着火当煤粉气流没有足够的着火热源时，虽然局部的煤粉通过加热也可达到着火温度，并在瞬间着火，但这种着火不能稳定进行，即着火后还容易灭火。这样的着火极易引起爆燃，因而是一种十分危险的着火工况。6．煤粉气流从着火到燃尽的各阶段煤粉气流在正常燃烧时，一般在距离喷口～米处开始着火，在离开喷口1～2米的范围内，煤粉中大部分挥发分析出并烧完，此后是焦炭和剩余挥发份的燃烧，需要延续10～20米甚至更长的距离。当燃料到达炉膛出口处时，燃料中98％以上的可燃物可以完全燃尽。四．四角切圆燃烧的气流偏斜采用四角燃烧方式的锅炉，运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙，引起结渣以及燃烧不稳定现象。1.邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因射流自燃烧器喷口射出后，由于受到上游邻角气流的直接撞击，撞击点愈接近喷口，射流偏斜就愈大；撞击动量愈大，气流偏斜就愈严重。射流两侧“补气”条件的影响四角切圆燃烧的气流偏斜射流自喷口射出后仍然保持着高速流动，射流两侧的烟气被卷吸着一道前进，射流两侧的压力就随着降低，这时，炉膛其它地方的烟气就纷纷赶来补充，这种现象称为“补气”。如果射流两侧的补气条件不同，就会在射流两侧形成压差。向火面的一侧受到邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；而背火面的一侧补气条件差，压力较低。这样，射流两侧就形成了压力差，在压力差的作用下，射流被迫向炉墙偏斜，甚至迫使气流贴墙，引起结渣。3.燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大燃烧器的高宽比值愈大，射流形状愈宽而薄，其“刚性”就愈差，因而，射流愈容易弯曲变形。图6-6压力平衡在大容量锅炉上，由于燃煤量显著增大，燃烧器的喷口通流面积也相应增大，所以喷口数量必然增多。为了避免气流变形和减小燃烧器区域水冷壁的热负荷，将燃烧器沿高度方向拉长，并把喷口沿高度分成2～3组，每组的高宽比不超过6，相邻两组喷口间留有空档，空档相当于一个压力平衡孔，用来平衡射流两侧的压力，防止射流向压力低的一侧弯曲变形。当燃烧器多层布置时对旋涡直径的影响较大上层气流不断的被卷吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响，使气流容积流量增大，旋涡直径相应增大，一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的7～8倍。五．切圆直径炉内四股气流的相互作用，不仅影响到气流偏斜程度，也影响到假想切圆直径。而切圆直径又影响着气流贴墙、结渣情况和燃烧稳定性。此外，还影响着汽温调节和炉膛容积中火焰的充满程度。当锅炉燃用的煤质变化较大时，切圆直径的调整十分重要。当切圆直径较大时，上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近，煤粉的着火条件较好。这时炉内气流旋转强烈，气流扰动大，使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强，有利于煤粉的燃尽。切圆直径过大，也会带来下述的问题：(1)火焰容易贴墙，引起结渣；(2)着火过于靠近喷口，容易烧坏喷口；(3)火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温火焰的粘度很大，到达炉膛出处，残余旋转较大，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，因而既容易引起较大的热偏差，也可能导致过热器结渣，还可能引起过热器超温。在大容量锅炉上为了减轻气流的残余旋转和气流偏斜，假想切圆直径有减小的趋势，对于300ＭＷ锅炉，切圆直径一般设计为700mm～1000mm。同时，适当增加炉膛高度或采用燃烧器顶部消旋二次风(一次风和下部二次风正切圆布置，顶部二次风反切圆布置)，对减弱气流的残余旋转，减轻炉膛出口的热偏差有一定的作用，但还不可能完全消除。当然，切圆直径也不能过小，否则容易出现对角气流对撞，火焰推迟，四角火焰的“自点燃”作用减弱，燃烧不稳定，燃烧不完全，炉膛出口烟温升高一系列不良现象，影响锅炉安全运行。或者给锅炉运行调节带来许多困难。六．一次风与二次风在锅炉燃烧设备和煤质一定的条件下，一次风与二次风的调节就成为决定着火和燃尽过程的关键。一次风与二次风的工作参数用风量、风速和风温来表示。1．一次风量一次风量主要取决于煤质条件。当锅炉燃用的煤质确定时，一次风量对煤粉气流着火速度和着火稳定性的影响是主要的。一次风量愈大，煤粉气流加热至着火所需的热量就越多，即着火热愈多。这时，着火速度就愈慢，因而，距离燃烧器出口的着火位置延长，使火焰在炉内的总行程缩短，即燃料在炉内的有效燃烧时间减少，导致燃烧不完全。显然，这时炉膛出口烟温也会升高，不但可能使炉膛出口的受热面结渣，还会引起过热器或再热器超温等一系列问题，严重影响锅炉安全经济运行。对于不同的燃料，由于它们的着火特性的差别较大，所需的一次风量也就不同。应在保证煤粉管道不沉积煤粉的前提下，尽可能减小一次风量。对一次风量的要求:满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量，满足输送煤粉的需要。如果同时满足这两个条件有矛盾，则应首先考虑输送煤粉的需要。例如，对于贫煤和无烟煤，因挥发分含量很低，如按挥发分含量来决定一次风量，则不能满足输送煤粉的要求，为了保证输送煤粉，必须增大一次风量。但因此却增加了着火的困难，这又要求加强快速与稳定着火的措施，即提高一次风温度，或采用其它稳燃措施。一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示，称为一次风率。一次风率的推荐值列于表6-1。表6-1一次风率的推荐值煤种无烟煤贫煤烟煤烟煤褐煤Ｖdaf20%～30%＞30%乏气送粉20～2525～3025～3520～45热风送粉15～2020～2520～2525～4040～452．一次风速在燃烧器结构和燃用煤种一定时，确定了一次风量就等于确定了一次风速。一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。一次风速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，甚至灭火。任何一种燃料着火后，当氧浓度和温度一定时，具有一定的火焰传播速度。当一次风速过高，大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰或者引起“脱火”。即便能着火，也可能产生其它问题。因为较粗的煤粉惯性大，容易穿过剧烈燃烧区而落下，形成不完全燃烧。有时甚至使煤粉气流直冲对面的炉墙，引起结渣。一次风速过低，对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。原因在于：(1)煤粉气流刚性减弱，易弯曲变形，偏斜贴墙，切圆组织不好，扰动不强烈，燃烧缓慢；(2)煤粉气流的卷吸能力减弱，加热速度缓慢，着火延迟；(3)气流速度小于火焰传播速度时，可能发生“回火”现象，或因着火位置距离喷口太近，将喷口烧坏；(4)易发生空气、煤粉分层，甚至引起煤粉沉积、堵管现象；(5)引起一次风管内煤粉浓度分布不均，从而导致一次风射出喷口时，在喷口附近出现煤粉浓度分布不均的现象，这对燃烧也是十分不利的。四角布置燃烧器配风风速的推荐值列于表5-2。煤种无烟煤贫煤烟煤褐煤一次风速m/s20～2520～3025～3525～40二次风速m/s40～5545～5540～6040～60三次风速m/s50～6055～6035～4535～453．一次风温一次风温对煤粉气流的着火、燃烧速度影响较大。提高一次风温，可降低着火热，使着火位置提前。运行实践表明，提高一次风温还能在低负荷时稳定燃烧。有的试验发现，当煤粉气流的初温从20℃提高到300℃时，着火热可降低60%左右。提高一次风气流的温度对煤粉着火十分有利。因此，提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一。我国电厂在燃用无烟煤时，为了使煤粉气流的初温尽可能接近300℃，热空气温度提高到350～420℃。根据煤质挥发分含量的大小，一次风温既应满足使煤粉尽快着火，稳定燃烧的要求，又应保证煤粉输送系统工作的安全性。一次风温超过煤粉输送的安全 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 时，就可能发生爆炸或自燃。当然，一次风温太低对锅炉运行也不利。除了推迟着火，燃烧不稳定和燃烧效率降低之外，还会导致炉膛出口烟温升高，引起过热器超温或汽温升高。4．二次风量及二次风速煤粉气流着火后，二次风的投入方式对着火稳定性和燃尽过程起着重要作用。对于大容量锅炉尤其要注意二次风穿透火焰的能力。当燃用的煤质一定时，一次风量就被确定了，这时二次风量随之确定。对于已经运行的锅炉，由于燃烧器喷口结构未变，故二次风速只随二次风量变化。二次风是在煤粉气流着火后混入的。由于高温火焰的粘度很大，二次风必须以很高的速度才能穿透火焰，以增强空气与焦碳粒子表面的接触和混合，故通常二次风速比一次风速提高一倍以上。配风方式不仅影响燃烧稳定性和燃烧效率，还关系到结渣、火焰中心高度的变化、炉膛出口烟温的控制。从而，进一步影响过热汽温与再热汽温。5．二次风温从燃烧角度看，二次风温愈高，愈能强化燃烧，并能在低负荷运行时增强着火的稳定性。但是二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制，传热面积愈大，金属耗量就愈多，不但增加投资，而且将使预热器结构庞大，不便布置。表5-3热风温度的推荐数值燃料无烟煤贫煤褐煤(热风)褐煤(烟气)烟煤热风温度℃380～430330～380350～380300～350280～350七．三次风、周界风、夹心风1．三次风在中储式制粉系统中，细粉分离器将煤粉和输送煤粉的空分离后，形成乏气。乏气中带有10%的细煤粉。这部分乏气一般送入炉膛燃烧，形成三次风。三次风的特点是温度低，水分大，煤粉细。运行经验证明，三次风对燃烧有明显的不利影响。在大容量锅炉上，三次风的投入对过热汽温、再热汽温的影响很大。三次风对燃烧及汽温调节的不利影响是：（1）使火焰温度降低，燃烧不稳定。（2）火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热汽温与再热汽温偏高，汽温调节幅度增大。同时增大过热器热偏差。（3）三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加；（4）三次风量较大时，风速也增大，易扰乱炉正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。为了减轻三次风对燃烧的不利影响，在大容量锅炉上可将三次风分为两段，即上三次风和下三次风。三次风的分级送入和合理布置，不仅能减轻上述的不利影响，还能把制粉系统乏气中的煤粉烧掉，并加强燃烧后期可燃物与空气的混合，促进燃烧。为了保证三次风穿透火焰，三次风速通常达50～60米/秒。三次风温一般低于100℃。煤中水分较大时，只有60℃。三次风量约占总风量的10～18%，有时可达30%。三次风量的大小取决于一次风量。根据煤质的挥发分含量，着火的难易程度，水分含量等，一次风量首先以满足干燥原煤、输送煤粉的要求为原则，进入磨煤机前的一次风流量和温度可以调整。目的是控制磨煤机内的温度，提高磨煤效率，控制磨煤出力。2．周界风在一次风喷口外缘，有时布置有周界风。周界风的作用是：(1)冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形；(2)少量热空气与煤粉火焰及时混合。由于直流煤粉火焰的着火首先从外边缘开始，火焰外围易出现缺氧现象，这时周界风就起着补氧作用。周界风量较小时，有利于稳定着火；周界风量太大时，相当于二次风过早混入一次风，因而对着火不利；(3)周界风的速度比煤粉气流的速度要高，能增加一次风气流的刚度，防止气流偏斜；并能托住煤粉，防止煤粉从主气流中分离出来而引起不完全燃烧；(4)高速周界风有利于卷吸高温烟气，促进着火，并加速一、二次风的混合过程。但周界风量过大或风速过小时，在煤粉气流与高温烟气之间形成“屏蔽”，反而阻碍加热煤粉气流。故当燃用的煤质变差时，应减少周界风量。周界风的风量一般为二次风量的10％或略多一些，风速为30～40米/秒，风层厚度为15～25mm。3．夹心风夹心风的作用是：(1)补充火焰中心的氧气，同时也降低了着火区的温度，而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响；(2)高速的夹心风提高了一次风射流的刚度，能防止气流偏斜，而且增强了煤粉气流内部的扰动，这对加速外缘火焰向中心的传播是有利的；(3)夹心风速度较大时，一次风射流扩展角减小，煤粉气流扩散减弱，这对于减轻和避免煤粉气流贴壁，防止结渣有一定作用；(4)可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一。如前所述，周界风或夹心风主要是用来解决煤粉气流高度集中时着火初期的供氧问题。数量约占二次风量的10%～15%。实际运行中，由于漏风，周界风或夹心风的风率可达20%以上。在燃用无烟煤、贫煤或劣质煤时，周界风或夹心风的速度比较高，约为50～60米/秒；在燃用烟煤时，周界风的速度约为30～40米/秒，主要是为了冷却一次风喷口。燃烧褐煤的燃烧器一次风喷口上一般布置有十字风，其作用类似于夹心风。实践表明，周界风和夹心风使用不当时，对煤粉着火产生不利影响。八．四角切圆燃烧的改进我国电站在组织四角切圆燃烧方面具有丰富的经验。不少电厂对四角切圆燃烧方式进行了改进，其主要特点为：一次风喷口外侧布置侧边二次风(偏转二次风)图偏转二次风将一、二次风喷口按不同角度组织切圆，二次风靠炉墙一侧，一次风靠内侧布置。这种布置方式既保持了邻角相互点燃的优势，又使炉内气流流动稳定，火焰不贴炉墙，因而防止了结渣。但容易引起煤粉气流与二次风的混合不良，可燃物的燃烧不充分。在燃料着火后，及时供应二次风，将火焰与炉墙“隔开”，形成一层“气幕”，在水冷壁附近区域造成氧化性气氛，可提高灰熔点温度，减轻水冷壁的结渣。还可以降低ＮＯx的生成量。适用于燃用烟煤及挥发分较高的贫煤。一次风正切圆、二次风反切圆布置可减弱炉膛出口的残余旋转，从而减小了过热器的热偏差，并能防止结渣。一次风对冲、二次风切圆布置减小了炉内一次风气流的实际切圆直径，使煤粉气流不易贴壁，因而能防止结渣，而且能减弱气流的残余旋转。九．残余旋转引起的烟温偏差与烟速偏差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。图旋转气流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图6-8双调风旋流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。图封闭气流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。图6-10开放气流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 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