1、5煤粉鍋爐的燃燒原理和燃燒設(shè)備，第5章，5.1燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，鍋爐的燃燒過程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)和物理過程，燃燒速度取決于化學(xué)和物理?xiàng)l件。燃料燃燒的化學(xué)反應(yīng)可以表示為反應(yīng)速率-每單位體積每單位時(shí)間的反應(yīng)物消耗或產(chǎn)物摩爾數(shù)，摩爾/(m 3/s)。燃料、氧化劑、燃燒產(chǎn)物、化學(xué)反應(yīng)速度由氧化劑B計(jì)算，氧化劑B的濃度為1?；瘜W(xué)反應(yīng)速度，2。影響反應(yīng)速度的因素，反應(yīng)物(燃料)的特性，e(活化能)的降低和反應(yīng)速度的提高；隨著溫度的升高，分子的平均動(dòng)能增加，碰撞的幾率增加。濃度：增加，碰撞幾率增加壓力：增加，單位體積分子數(shù)增加，碰撞幾率增加？其中，溫度是燃燒反應(yīng)最重要的影響因素，1)濃度的影響：碳粒燃燒

2、的化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)速度，碳粒表面的氧濃度；2)溫度對燃燒速度的影響遵循阿倫尼烏斯定律；其中：k-a常數(shù)代表化學(xué)反應(yīng)速度；K0 -頻率因子；r-一般氣體常數(shù)，r 8.314 kj/(kmol . k)；化學(xué)反應(yīng)活化能，kJ/Kmol；實(shí)際鍋爐燃燒過程中，壓力和濃度可以視為基本不變，因此溫度是影響反應(yīng)速度的主要因素。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在化學(xué)反應(yīng)中自動(dòng)產(chǎn)生一系列新的活化中心，使反應(yīng)由許多中間過程組成，即鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。例如，當(dāng)氫在500燃燒時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)加快了反應(yīng)速度。4.催化劑的作用可以大大加快反應(yīng)速度。氣流的擴(kuò)散能力取決于氧氣的濃度，氧氣的擴(kuò)散速率遵循以下關(guān)系：2 .氧氣的擴(kuò)散速率、擴(kuò)散速率

3、常數(shù)和表征氧氣擴(kuò)散速率的量；碳表面上的氧濃度和碳周圍介質(zhì)中的氧濃度。主要取決于氣流速度；w是氣流和碳粒子的相對速度，碳粒子的直徑是D3。燃燒速度和燃燒面積。1.碳粒子的燃燒過程和燃燒速度，氧氣從周圍環(huán)境擴(kuò)散到碳粒子表面。氧被碳粒子表面吸附。從碳顆粒表面解吸的燃燒產(chǎn)物離開碳顆粒表面并擴(kuò)散到周圍環(huán)境。1)燃燒過程：2)燃燒速度：碳顆粒表面燃燒速度的換算公式，換算系數(shù)kZ，2。燃燒區(qū)，燃料燃燒過程可分為三個(gè)不同的燃燒區(qū)：較低的溫度，較低的燃燒速度取決于溫度，即取決于化學(xué)反應(yīng)速度，而動(dòng)力燃燒所在的燃燒區(qū)是動(dòng)力燃燒區(qū)，)、動(dòng)力燃燒區(qū)：-4。熱點(diǎn)火，1。點(diǎn)火和點(diǎn)火溫度。點(diǎn)火是燃燒的準(zhǔn)備階段。當(dāng)燃料溫度達(dá)到

4、一定水平時(shí)，緩慢的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯×业难趸磻?yīng)。這種瞬態(tài)現(xiàn)象稱為燃料點(diǎn)火。此時(shí)的溫度稱為點(diǎn)火溫度或燃點(diǎn)。鍋爐燃燒設(shè)備中的火災(zāi)是由溫度上升引起的，這種現(xiàn)象稱為熱火災(zāi)。2。煤粉-空氣混合物的點(diǎn)火和熄火，Q1，煤粉-空氣混合物的燃燒放熱，Q2，對周圍介質(zhì)的散熱，k 0頻率因子，常數(shù)，CbO2煤粉反應(yīng)表面的氧濃度，B氧的反射系數(shù)，e活化能kj/kmol，r一般氣體常數(shù)8.314 kj/kmol。k，V可燃混合氣體積，Qr可燃反應(yīng)熱，綜合放熱系數(shù)，爐壁面積，爐壁溫度，反應(yīng)系統(tǒng)溫度，煤粉氣流點(diǎn)火溫度測試設(shè)備，煤粉氣流點(diǎn)火溫度，1)點(diǎn)火的組成，將煤粉氣流加熱到點(diǎn)火溫度所需的熱量稱為熱，包括加熱煤粉和空氣(一

5、次空氣)使煤粉氣流中的水分蒸發(fā)和過熱所需的熱量。2)熱源，爐內(nèi)高溫?zé)煔獾膶α鱾鳠?；輻射熱傳遞煙氣溫度達(dá)到最大值，即1。燃燒階段3。燃盡階段，氧氣濃度降低，燃燒速度減慢，放熱小于水冷壁的吸熱，煙氣量和溫度逐漸降低，這是最長的階段。2.碳粒子的燃燒機(jī)理。煤的燃燒過程主要是碳的燃燒。2)當(dāng)溫度低于1200時(shí)，3)當(dāng)溫度高于1200時(shí)，a)當(dāng)溫度低于1200時(shí)，b)當(dāng)溫度高于1200時(shí)，有三個(gè)因素影響煤粉氣流的著火，1 .燃料特性，2。爐內(nèi)散熱條件。煤粉氣流的初始溫度，4。一次風(fēng)量和風(fēng)速，5。燃燒器一次風(fēng)量和一次風(fēng)速的最佳值。這直接影響一次空氣和二次空氣的混合。燃燒器的出口截面越大，出口越遠(yuǎn)，燃燒器越

6、小，功率燃燒器越小。6.鍋爐負(fù)荷和低負(fù)荷都不利于鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。四。完全燃燒條件，1。燃燒效率，1)保持一定的高溫環(huán)境；2)供應(yīng)充足、適度的空氣量，確保燃料和空氣接觸良好、充分混合；4)燃料應(yīng)有一定的燃燒時(shí)間和空間；5)及時(shí)排出低溫燃燒產(chǎn)物(如低溫?zé)煔夂突以?。2。燃料完全燃燒的必要條件。強(qiáng)化煤粉氣流燃燒的措施包括：1 .增加熱空氣和一次空氣溫度，2。限制一次風(fēng)量，3。合理供給二次空氣。保持點(diǎn)火區(qū)域的高溫，5。選擇合適的煤粉細(xì)度。強(qiáng)化燃燒階段和燃盡階段。合理組織爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況，不同煤種煤粉燃燒的一次風(fēng)量r 1，一次、二次、三次風(fēng)速推薦值。二次風(fēng)、三次風(fēng)、一次風(fēng)、煤種、無煙煤、煙煤、褐煤、貧煤

7、、1216、1522、2025、2025、2025、2026、5060、5060、4055、4555、4555、4025。大型噴嘴夾帶能力弱，射程遠(yuǎn)。噴嘴形狀：矩形噴嘴比圓形噴嘴射程更遠(yuǎn)。DC煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)和形式：1)均勻布風(fēng)的DC煤粉燃燒器。一次風(fēng)噴嘴和二次風(fēng)噴嘴在圖A和圖C中間隔布置，適用于高揮發(fā)分的褐煤和煙煤；圖二，二次風(fēng)噴嘴設(shè)置在一次風(fēng)的火后側(cè)，適用于貧煤和低揮發(fā)分煙煤；圖D是一種十字空氣噴嘴和油噴嘴的燃燒器，適用于大功率褐煤。2)圖7為分級配風(fēng)直流煤粉燃燒器，一次風(fēng)口集中布置，二次風(fēng)口分層布置；一次風(fēng)口和二次風(fēng)口距離較遠(yuǎn)，二次風(fēng)分階段送入煤粉氣流，適用于無煙煤貧煤和劣質(zhì)煤。三次風(fēng)口

8、布置在頂層，距二次風(fēng)口距離大，有一定的傾角，起到了滅火的作用，增加了三次風(fēng)在爐內(nèi)的停留時(shí)間，有利于細(xì)粉的燃燒。三。旋流煤粉燃燒器，1。旋流煤粉燃燒器的工作原理，(1)旋流煤粉燃燒器的射流特性。旋流燃燒器利用旋風(fēng)使氣流旋轉(zhuǎn)。旋流燃燒器中使用的旋風(fēng)器主要包括蝸殼、切向葉片和軸向葉片。旋轉(zhuǎn)氣流從燃燒器出口噴入較大的爐膛空間后，由于離心力的作用，它擴(kuò)散形成旋轉(zhuǎn)的中空錐形自由射流，如下圖所示。旋轉(zhuǎn)射流的特性旋轉(zhuǎn)射流的特性與直流有許多不同之處。其主要特征如下：(1)二次空氣是一種旋轉(zhuǎn)氣流，它一離開噴嘴就膨脹。一次空氣可以是旋轉(zhuǎn)的氣流，也可以是膨脹的圓錐體。因此，整個(gè)氣流形成中空的錐形旋轉(zhuǎn)氣流。(2)旋轉(zhuǎn)射

9、流有很強(qiáng)的卷吸作用，可帶走中心和外緣的氣體，形成負(fù)壓區(qū)，高溫?zé)煔饣亓鲿谥行暮屯饩壭纬苫亓鲄^(qū)。中心部分形成的回流區(qū)稱為內(nèi)回流區(qū)；Th從這個(gè)角度來看，高溫?zé)煔鈴膬?nèi)回流區(qū)和外回流區(qū)兩個(gè)方面被旋轉(zhuǎn)射流吸入，這非常有利于煤粉氣流的著火。2)雙蝸殼旋流煤粉燃燒器，一次風(fēng)在小蝸殼內(nèi)旋流，二次風(fēng)在大蝸殼內(nèi)旋流，旋流方向相同。一次風(fēng)管中有一些油槍，二次風(fēng)管中有舌形擋板，在上世紀(jì)中期得到了廣泛應(yīng)用，但由于對煤種適應(yīng)性差，逐漸被淘汰。2.軸向葉片旋流燃燒器，配有軸向葉片，可通過拉桿調(diào)節(jié)，以改變直流和旋流二次風(fēng)的比例，調(diào)節(jié)二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度。燃燒器的中心回流區(qū)較小，僅適用于高揮發(fā)分的煤。3.切向葉片旋流燃燒器配有切向

10、葉片，葉片的位置和角度可以調(diào)節(jié)，直流二次風(fēng)與旋流二次風(fēng)的比例可以改變，以調(diào)節(jié)二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度。5.3.4新型煤粉鍋爐燃燒器，一、燃燒穩(wěn)定性技術(shù)，1。制粉系統(tǒng)：1)加強(qiáng)燃煤的整體調(diào)度和管理，盡量避免煤質(zhì)發(fā)生較大變化。2)根據(jù)煤質(zhì)特性、磨煤機(jī)類型、燃燒方式、爐膛結(jié)構(gòu)、熱負(fù)荷等因素，選擇經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度。3)提高一次風(fēng)粉混合物的溫度。4)提高風(fēng)粉混合物中煤粉的濃度，2)爐膛設(shè)計(jì)，1)合理選擇爐膛類型。2)爐膛結(jié)構(gòu)直接影響爐膛內(nèi)的空氣動(dòng)力特性和傳熱條件。3)爐內(nèi)煙氣的溫度水平，一次風(fēng)與高溫?zé)煔庵g的熱質(zhì)交換等。直接影響煤粉氣流的點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒。3.在燃燒方面，(1)在燃燒器出口建立一個(gè)有利的點(diǎn)火區(qū)。(2)

11、合理的噴嘴布置和氣流分布。(3)在預(yù)燃室增加點(diǎn)火和穩(wěn)燃裝置，提供穩(wěn)定的點(diǎn)火和穩(wěn)燃熱源。在上述技術(shù)措施中，最重要的是燃燒器的作用。二。新型煤粉燃燒器的主要類型：1。煤粉預(yù)燃室燃燒器是我國研究最早、應(yīng)用最廣泛的新型煤粉燃燒器裝置。預(yù)燃室燃燒器是由耐火或耐熱鋼板制成的預(yù)燃室。2.鈍頭燃燒器這種燃燒器是華中科技大學(xué)于20世紀(jì)80年代初開發(fā)的，其應(yīng)用范圍僅次于預(yù)燃室燃燒器。它廣泛用于燃燒劣質(zhì)煙煤、貧煤和無煙煤的鍋爐，以穩(wěn)定火焰和改善燃燒。在該方法中，非流線型物體的鈍體設(shè)置在角形煤粉燃燒器各角的一次風(fēng)噴嘴出口處，使煤粉氣流在鈍體尾流區(qū)產(chǎn)生回流，并夾帶高溫?zé)煔猓欣谌剂系狞c(diǎn)火和火焰的穩(wěn)定。點(diǎn)火后，煤粉火炬

12、在爐膛四角形成切向燃燒。煤粉預(yù)燃室燃燒器在尾部區(qū)域形成回流渦流，將高溫?zé)煔鈳Щ剽g體附近。這里，鈍體燃燒器中的鈍體具有33，360的功能，并且煤粉濃度高，可以穩(wěn)定地燃燒。利用這種結(jié)構(gòu)，上部煤粉氣流繞過它，然后射進(jìn)爐膛，在離一次空氣噴嘴不遠(yuǎn)的地方形成腰部射流。束腰兩側(cè)外緣形成高溫、高煤粉濃度和適當(dāng)氧濃度的區(qū)域，成為點(diǎn)燃煤粉氣流的良好點(diǎn)火熱源，從而穩(wěn)定爐內(nèi)燃燒。其結(jié)構(gòu)是在常規(guī)直流煤粉燃燒器的一次風(fēng)口安裝一個(gè)船形穩(wěn)焰器，在其中心安裝一個(gè)點(diǎn)火小油槍。3?；鹧娣€(wěn)定船燃燒器、4。濃淡燃燒器，2)富粉流中的燃料在過量空氣系數(shù)遠(yuǎn)小于1的條件下燃燒，而貧粉流中的燃料在過量空氣系數(shù)大于或接近1的條件下燃燒，因此燃燒

13、器出口處的總過量空氣系數(shù)保持不變美國通用電氣公司W(wǎng)R DC煤粉濃縮器。圖5-18示出了波浪形擴(kuò)壓器錐體結(jié)構(gòu)和V形擴(kuò)壓器錐體結(jié)構(gòu)，圖5-20示出了具有彎頭擋板擴(kuò)壓器錐體的寬可調(diào)比燃燒器。4.穩(wěn)定燃燒原理富粉氣流中煤粉濃度的增加，即該氣流中一次空氣分?jǐn)?shù)的降低，將減少點(diǎn)火熱量，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，并提前燃料點(diǎn)火。然而，煤粉濃度越高越好。如果煤粉濃度過高，由于氧氣不足會影響揮發(fā)分的燃燒，顆粒的升溫速率會降低，相反，火焰接力速度會降低，點(diǎn)火距離會延長，并會產(chǎn)生煙塵。煤粉濃度的最佳值與煤種有關(guān)。低揮發(fā)分煤和劣質(zhì)煙煤的最佳值高于煙煤。富粉流著火后，為貧粉流提供點(diǎn)火熱源，貧粉流著火，提高了整個(gè)火炬的燃燒穩(wěn)定性，

14、從而擴(kuò)大了鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和煤種適應(yīng)性，無需添加燃油助燃。5.減少污染無論煤粉燃燒時(shí)是否產(chǎn)生氮氧化物，它們統(tǒng)稱為氮氧化物，用氮氧化物表示，氮氧化物是一種有害氣體排放物。為了減少氮氧化物的產(chǎn)生，要求火焰溫度低，燃燒區(qū)氧氣濃度小，燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間短。濃淡燃燒器也是低NOX燃燒器，因?yàn)樗梢詼p少燃燒產(chǎn)物中NOX的排放。6.防止結(jié)渣在高溫還原氣氛下，煤灰的灰熔點(diǎn)將大大降低，因此當(dāng)煙氣中的灰顆粒與受熱面或爐壁接觸時(shí)，它們?nèi)钥赡鼙３周浕蛉刍⒄吃跔t壁上形成結(jié)渣。對于濃淡煤粉燃燒器，一次風(fēng)煤粉流在水平方向分離，輕煤粉流位于后火側(cè)，即水冷壁側(cè)，這降低了水冷壁附近的煤粉濃度，增加了氧氣濃度，降低了還原

15、氣氛水平，提高了灰粒的熔化溫度，降低了爐內(nèi)結(jié)渣的可能性。同時(shí)，濃煤粉氣流位于火側(cè)，有利于獲得熱而穩(wěn)定的燃燒。五，五。點(diǎn)火裝置：1。點(diǎn)火裝置采用過渡燃料，1)火花點(diǎn)火裝置，2)電弧點(diǎn)火裝置，3)高能點(diǎn)火裝置，2)帶有煤粉預(yù)燃室的點(diǎn)火裝置，3)等離子點(diǎn)火裝置圖5-22，1) DC電流為280，350，在0.010.03的中壓下電弧點(diǎn)火產(chǎn)生高溫。2)在強(qiáng)磁場作用下，獲得了功率穩(wěn)定的空氣等離子體，其中含有大量的活性原子和原子團(tuán)。3)活性原子和原子團(tuán)(氧、碳、氫、氫、H2、氧)加速熱化學(xué)反應(yīng)并促進(jìn)完全燃燒。4)等離子點(diǎn)火裝置：等離子燃燒系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、薄膜空氣系統(tǒng)、等離子空氣系統(tǒng)和DC電源控制系統(tǒng)的組成。等離子體發(fā)生器是點(diǎn)火裝置的核心。5.4煤粉爐，一臺.煤粉爐爐膛和燃燒器的布置。爐膛的功能和要求，1100，1200，1300，1400，1500，55 2)爐膛內(nèi)溫度場合理，空氣動(dòng)力特性良好。3)可設(shè)置足夠的受熱面，出口煙溫可降至允許值而不結(jié)渣。4)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料，便于制造、安裝、操作和維護(hù)。2。影響爐膛運(yùn)行的因素：(1)熱負(fù)荷，(1)爐膛容