第5章 燃烧设备

旋转射流从两方面卷吸 高温烟气，一方面靠内 回流区的反向气流，另 一方面靠射流外边界的 卷吸，有利于稳定着火 燃烧。内回流区的回流 高温烟气加热煤粉气流 根部，才是稳定着火的 关键。
③比直流燃烧器扩展角大，旋转强度↑，扩展角↑。
旋转强度n：用于表征旋转射流旋转程度的特征参数。
n M KL
M：旋转动量矩 K：轴向动量 L：喷口尺寸
由于分级配风方式多用于无烟煤、贫煤，因此 为了保证煤粉稳定着火，中储式制粉系统都采 用热风送粉。此时磨煤乏气通过单独的三次风 口送入炉膛。
三次风口布置不当，可能会影响煤粉气流着火 （使炉膛温度降低，着火推迟，燃烧不稳定 等），使燃尽条件恶化，导致q 4 ↑，火焰中心 上移，炉膛出口烟温↑，炉膛出口附近结渣， 过热器超温等事故。 一般三次风口布置在燃烧器最上方，与二次风 口保持一定间距，并有一定下倾角（压火）。
射流核心区：射流中心尚未被周围气体混入，保持初速 W0的区域。 紊流边界层：核心区维持初速W0的边界称为内边界；射 流与周围气体的分界称为外边界。内、外边界间区域为紊 流边界层，其内为射流本身流体以及卷吸进来的周围气体。 扩展角：射流外边界线的交点称为源点，其交角即扩展角。
转折截面：核心区消失， 只在射流轴线保持初速 Ｗ0的某点对应的截面。 在转折截面前的射流段 称为初始段，在转折截 面后的射流段称为基本 段。
过低：刚性↓，偏斜贴壁结渣；切圆组织不好，扰动↓，卷吸↓， 着火延迟，燃烧缓慢；回火，烧坏喷口；煤粉空气分离，引 起煤粉沉积、堵管等现象。
4. 一次风温：一次风温↑，着火热↓，利于着火，但要同时满 足制粉系统安全性要求。
5. 二次风量和风速：高温火焰粘度很大，二次风必须具有很 强的穿透力，增强空气与焦炭粒子表面的接触。因此二次风 速必须很高。 6. 二次风温：二次风温↑，利于稳定燃烧，但受空预器传热面 积限制。一般煤质较差时，设计较高的热风温度。 四角布置燃烧器配风风速推荐值
送入燃烧器的空气是按对着火、燃烧有利而合理 组织、分批送入的。按送入的空气作用不同，可将送 入的空气分成三种： 一次风：携带煤粉送入燃烧器的空气，主要作用是输 送煤粉和满足燃烧初期挥发分燃烧对氧气的需要，一 次风数量一般较少。
二次风：待煤粉气流着火后再送入的空气，主要作用 是补充煤粉继续燃烧所需要的空气，并起着组织炉内 气流扰动和混合的作用。 三次风：当制粉系统采用中储式热风送粉，将磨煤乏 气通过单独的喷口送入炉膛燃烧。
3. 射流刚性：在有限空间内，射流抵抗外界干扰不 发生偏离轴线的能力。刚度不够，射流偏移到炉 墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其他 射流的正常工作。
射流初始动量↑，射流刚性↑。（与射程L相同） 二、直流燃烧器配风方式： 燃煤特性决定了燃烧器的结构。对于低挥发分的 无烟煤、贫煤，燃烧器必须首先保证煤粉稳定着 火；对于挥发分较高的烟煤、褐煤，着火相对比 较容易，燃烧器要保证燃烧时的空气补给。
3. 直流燃烧器各层二次风作用：
上二次风：补充氧气，保证燃尽，强化燃尽阶段的混合。 中二次风：保证燃烧所需氧气，强化湍流扰动。
下二次风：托住大颗粒煤粉和火焰，延长煤粉炉内停留时间， 防止未燃煤粉直接落入冷灰斗，降低q4，降低炉膛下部温度， 防止结渣。 燃尽风OFA：在大型锅炉燃烧器最上部，三次风口之上，设 置有两个燃尽风口。通过燃尽风口送入剩余15%的空气，实 现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，可实现空气分级燃烧， 降低NOX生成量。
第五章 燃烧设备
直流燃烧器及其布置
旋流燃烧器及其布置
煤粉火焰的稳燃技术
燃烧污染物控制方法
煤粉锅炉炉膛
电站锅炉的燃烧设备主要包括煤粉燃烧器和炉 膛等。燃烧器的作用是将燃料与燃烧所需空气按一 定的比例、速度和混合方式经喷口以射流形式送入 炉膛，保证燃料在炉膛内与空气充分混合、及时着 火、稳定燃烧和燃尽。燃烧器的性能对燃烧的稳定 性和经济性有很大影响。
对于煤粉锅炉燃烧器的基本要求是： 保证燃料与空气充分混合、及时着火、稳定燃烧 和燃尽，燃烧效率较高。 能形成良好的炉内空气动力场，火焰在炉内的充 满程度好，且不会冲墙贴壁，避免结渣。 有较好的燃料适应性和负荷调节范围。
能减少NOX的生成，减少对环境的污染。
结构简单，流动阻力较小。
向前冲 扩展 旋转
从燃烧器喷出的气流一 般为多股气流的共轴射 流，且具有较大的切向 和轴向速度，因此初期 扰动强烈；但轴向速度 衰减较快，射流射程较 短，后期扰动较弱。适 用于Vdaf较高的煤种。
②形成内回流区：由于旋转，在射流中心产生低压区， 造成在燃烧器出口附近形成与主气流流向相反的回流 运动，即旋转气流内部的内回流区。
直流射流卷吸能力 < 旋流射流卷吸能力。
2. 射程L：射流轴向速度Wm与射流初始速度W0的比 值降低到0.05时的截面与喷口间的距离。射程反映 轴向速度Wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流 在烟气介质中的贯穿能力。 喷口面积一定，速度↑，射程L↑。
速度一定，喷口面积↑，射程L↑。（小喷口L↓）
射流卷吸周围气体越多，衰减↑，射程L↓ 。 直流射流射程L > 旋流射流射程L。
旋流燃烧器及其布置
旋流燃烧器出口截面都是圆形，也称圆形燃烧器。
一次风射流可以是直流或旋转射流，二次风射流 都是围绕燃烧器轴线旋转的射流。
一、旋转射流的动力学特性： 燃烧器中装有旋流器，煤粉 气流和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。
旋转射流的空气动力学特点： ①具有三个速度分量：轴向Wa，径向Wr，切向Wt。
②假想切圆直径：较大的dim可使邻角 火炬的高温烟气更易达到下角射流的 根部，有利于煤粉气流着火，并且气 流旋转强度大，扰动更强烈，利于燃 尽； 但dim过大，一次风射流偏斜增大， 容易引起水冷壁结渣；炉膛出口的残 余旋转较大，会引起烟温和过热汽温 偏差。
③燃烧器结构特性：燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，内侧 有上游邻角气流横扫过来，补气条件充裕；外侧需从射流较远 处回流烟气或由射流上下两端来补气，补气条件很差，因此形 成外低内高的静压分布。在高度方向上，射流中部气流偏斜更 严重。四角切圆炉膛截面尺寸D/W或W/D小于1.2。
2. 分级配风：
一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器 的下部，二次风喷口分层布置，且一、二 次风口间距较大。 分级配风是把二次风分级分阶段的送入。
分级配风一次风集中布置，气流刚性↑，煤 粉浓度↑，燃烧放热集中，火焰中心温度↑， 利于着火。一二次风口间距大，一、二次 风的混合晚，保证一次风粉良好的着火条 件，后期扰动好，有利于燃尽。适用于低 挥发分的无烟煤、贫煤。
一、直流射流的空气动力学特性：
射流初速度W0， 初温T0， 煤粉初始浓度C0。 烟气速度Wamb=0， 环境内煤粉浓度Camb=0， 环境温度Tamb>T0。
直流射流过程：直流燃烧器的单个喷口喷出的气流是最简单 的圆形或平面紊流直流射流。煤粉气流以较高的初速 （Re≥105）和一定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间，炉膛 内充满高温静止烟气，炉内煤粉浓度为零。自由紊流射流除 沿着轴线方向作整体运动外，流体微团还具有紊流脉动，与 周围介质发生物质、动量、热量交换，将周围部分高温静止 烟气卷吸到射流中来，并随射流一起运动。 沿射流流动方向： 射流横断面不断扩展， 流量Q增加， 煤粉浓度C下降， 温度T升高， 轴向速度W减慢， 最后射流的能量完全消失 在空间介质中。
旋转强度n的影响：
①回流区长度和回流量：在开放式气流区间内： n过小：长度和回流量均小，只能卷吸少量低温烟气。 n过大：回流量↑，但气流混合过早，不利于着火。 目标：回流大量高温烟气到气流根部，加速着火燃烧。
②扩散角：n↑，扩散角↑，外边界面↑，卷吸↑，有利 着火。
根据燃煤特性不同，直流燃烧器一、二次风喷口 的排列方式也不同，可分为均等配风和分级配风。
1. 均等配风： 一、二次风相间布置的配风方式。即在两个 一次风口之间均等布置一个或两个二次风口， 各二次风喷口的风量分配较均匀。 均等配风燃烧器一、二次风口间距较小，有 利于一、二次风的较早混合，使一次风煤粉 气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完 全燃烧。因此适用于燃用高挥发分煤种，如 烟煤、褐煤。
影响一次风粉射流偏斜的因素： ①邻角气流的横向推力：一次风射流动量（刚性）是维持气流 不偏斜的内在因素。二次风射流动量增加，则中心旋转强度增 大，横向推力也增大，导致一次风射流偏斜加剧。因此增加一 次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风的偏斜。但一次风 速受着火条件限制，不能过分提高，二次风速受加强扰动的限 制，也不能过分降低。
四角切圆燃烧方式的主要热力参数：
1. 一次风口层数：300MW 5-7层 随着锅炉容量增大，若只增大单个一次风喷口热负荷，会导 致局部热负荷过高，引起结渣、NOX增加。 2. 一次风量：要满足挥发分着火所需氧量，及制粉系统要求。 一次风量↑，着火热↑，着火推迟，炉内停留时间↓，q4↑。挥 发分大的煤一次风率高。 3. 一次风速：决定着火稳定性，及一次风气流刚度。 过高：推迟着火，燃烧不稳定，灭火，冲墙结渣。
周界风：装在一次风喷口的四周，风层薄、风量小、风速较 高。可防止喷口烧坏，加强卷吸，防止煤粉离析，增强一次 风刚性，减少偏斜，并适应煤质变化。
三、直流燃烧器的布置：
直流燃烧器通常布置在炉膛四角，每个角的燃烧器 出口气流的几何轴线均切于炉膛中心的假想圆，使 气流在炉内强烈旋转，称为四角切圆燃烧方式。 四角切圆燃烧方式的特点：
1-无风区 2-强风区 3-弱风区 无风区太小，不利于着火。 强风区太靠近水冷壁易结渣。
直流煤粉燃烧器切圆燃烧布置方式
单切圆
双切圆
六角或八角布置
双炉膛切圆
气流偏斜：
四角切圆燃烧方式实际气流并不 能完全沿轴线方向前进，会出现 一定的偏斜，严重时会导致燃烧 器出口射流贴壁冲墙，造成炉膛 水冷壁结渣。
①着火：煤粉气流着火所 需热量，除依靠边界卷吸 高温烟气和接受炉膛辐射 热，主要ห้องสมุดไป่ตู้靠来自上游邻 角正在剧烈燃烧的火焰的 冲击和加热，着火条件好。