NTFB燃烧器的基本原理及特征

操作维护手册

NTFB燃烧器的基本原理及特征

1.1版

目录

1. 绪论：燃烧器的三个主要功能 (1)

1.1 最小化过量空气系数下空气与燃料的混合。 (1)

1.2 形成与炉膛相匹配的稳定火焰 (1)

1.3 污染物排放的控制：氮氧化物、一氧化碳和颗粒 (1)

2. NTFB燃烧器的运行原理与特征 (2)

3. 燃烧空气动力学原理 (4)

4. 超低氮氧化物排放的超混合系统 (5)

5. NTFB燃烧器的显著特征： (5)

1. 绪论：燃烧器的三个主要功能

1.1 最小化过量空气系数下空气与燃料的混合。

燃烧器是将燃料和空气按所要求的速度,湍流度和浓度送入炉膛,并使燃料能在炉膛内保持着火和燃烧的一个或一组装置。

燃烧器的第一个功能是：确保燃料与空气均匀混合进而在一定的火焰区域内完全燃烧。一般认为，当特定体积的完全燃烧所需的过量空气量降低时，燃烧器的燃烧效率更高。为了得到期望的混合比率，需要一定的动力，此动力来自于燃烧空气流压降与燃料流压降之和。特定体积、特定流速的空气与燃料压降为燃烧器正常工作提供了有用的混合动力。燃烧器火焰区域内的产热有赖于空气与燃料的混合能力：混合愈佳，其火焰愈短。

1.2 形成与炉膛相匹配的稳定火焰

燃烧器的第二个功能是：便捷地点火以产生稳定的火焰，并且能形成与炉膛的形状和尺寸相匹配的火焰，这一点至关重要。通常，火焰形状可以由火焰长度与直径之比加以描述，稳定的火焰一方面取决于壁面效应或临界旋涡效应。另一方面取决于空气的动力学特性与燃料的输入方式。旋涡指输入燃烧器的流体的切向动量与轴向动量之比，旋涡是决定火焰形状的关键参数。为了获得良好的实际效果，必须使火焰形状与炉膛形状相协调，这在水管锅炉中尤为重要，水管锅炉(包括火管锅炉，尤其是快装锅炉)。如果在水冷壁上发生火焰撞击，在撞击点上产生不完全燃烧将导致一氧化碳和其他副产品的生成，并发生猛烈的重燃，使炉子产生振动, 同时水冷壁管也会过烧。

1.3 污染物排放的控制：氮氧化物、一氧化碳和颗粒

空气与燃料的混合比率及分布决定了炉膛内特定的温度和化学组分的浓度。燃烧器的形状、尺寸和流体输入方式对氮氧化物、一氧化碳和颗粒的形成有极大影响。污染物的排放也与燃烧室的结构和受热面的布置密切相关。显然，要有效降低特定炉子的污染物生成，就必须使燃烧器的结构与炉内流量场与温度场有良好地匹配。

燃烧器三大功能的实现，在一定程度上取决于炉子的结构。燃烧器在稳定工作状态下的性能取决于它与炉子的相互作用。因此，燃烧器的设计不能不考虑安装这台燃烧器的炉子的具体情况。必须运用数学模型和CFX模拟仿真技术对项目中的每一个细节加以细致的计算和研究。这就是 NTFB 保证用户从燃烧器获得最佳使用效果的措施。

2. NTFB燃烧器的运行原理与特征

NTFB燃烧器的配风是以高强度的轴流风及中低强度的旋流风喷射进炉膛。其燃料的配给为可调分级输送，以控制氮氧化物及其他污染物的生成。运用旋流与中心钝体混合作用来稳定火焰。为了产生与特定的炉膛形状和尺寸相匹配的火焰形状，需要预先设定切向与轴向动量之比。NTFB燃烧器的另一大显著特征为：即使燃烧器正在运行，每一个单独的气体燃料喷嘴仍然可以旋转、检修和更换。

空气通过圆柱形网罩进入燃烧器，由此产生足够的压降，以保证燃烧器内空气的均匀分布。之后少量的空气进入中心低速空气区，其余大部分空气会进入到轴向的空气管道内，在抵达火焰稳定器区域后一部分由火焰稳定器以产生旋流风，其余的以轴流风的形式喷射进燃烧区域。稳焰盘采用倾斜角可变的弧形叶片设计，以形成双重区域。在靠近燃烧中心的地方，叶片倾斜角很小，因而形成高浓度的宽广的炽热燃烧气体回流，保证刚进入的新鲜燃料与空气能够持续燃烧。

当燃烧空气流过燃烧器时，这股气流被分为三个部分：一部分被导入内层中心区，在那里与燃料混合以产生稳定燃烧所必须的中心低速空气区；另外一部分流过外层的旋流区，在那里由一组倾斜角可变的弧形叶片施加给这股气流一个切向速度以产生旋流风；第三部分速度增大并完全沿火焰稳定器的轴向流动。内层中心稳定区配有一个可调节的空气进口。在燃烧器工作时，可以从外部对空气进口进行调节以调节内层中心的空气量。

NTFB 燃烧器的适应性使得整套装置在调试时能够很容易地实现性能的最优化。在内层中心区域可以很清晰地观察到火焰的根部状况，这个空气区域空气流速较低，因此这是放置火焰检测器和燃烧器点火器的理想位置。即使在负荷最低的时候，检测器也能到探测火焰，这使得 NTFB 可以保证其燃烧器达到很高的实际运行的调节比。

气体燃料用三组独立的喷嘴输入。第一组喷嘴位于内层中心管内，确保火焰的稳定性不受燃烧器负荷与总的过量空气条件的影响。第二组喷嘴被用作在回流区内喷射燃料，该回流区成形于外部旋流式喷嘴所配置的倾斜角可调节的叶片处。第三组喷嘴用来最后完成燃料的分级输入，这样布置的目的在于降低氮氧化物的排放。

NTFB燃烧器的显著特征是，其燃气喷嘴可以完全地、独立地即时调节。燃气速度由喷嘴上的一个单独的球阀加以调节，同时喷嘴可以一边旋转一边沿轴向前后移动，这样可以即时调节，迅速实现燃烧性能的最优化，而无须停机调试。其结果是：无论在使用单台燃烧器还是多台燃烧器的项目中，均可实现燃料的高效分级燃烧，并将氮氧化物和一氧化碳的产生降至最低。

在用燃油做燃料时，NTFB使用了特殊的尺寸可调的雾化装置，该装置布置在燃烧器内部，也可以即时调节。如此即可调节雾化蒸汽与燃油的比率，从而控制雾化燃料喷入燃烧空气气流后的扩散。有了这些独特的适应性设计，我们可以很方便地对燃烧空气动力场进行即时调节。所有这些性能都可以在启动时甚至燃烧时调节，而根本不需要停炉。

综上所述，通过对燃烧过程进行精细的调节，即使在锅炉满负荷运行时NTFB燃烧器的性能也能够达到最优化，可以实现最低的排放和最高的效率。

NTFB燃烧器的喉口是直圆筒状的，没有任何扩散。使用扩散喉口对轴流燃烧器是有害的。例如，在应用多台燃烧器的项目中，扩散喉口内的旋流式喷嘴位置的微小变化将改变流动通道内的流通。众所周知，空气的流动平衡若被改变，将对整体燃烧性能产生不利影响。扩散喉口会使空气向外扩散流动，导致火焰张散，进而在狭窄的炉膛内引起严重的火焰撞击问题。扩散喉口的概念对于旧的全旋流燃烧器是必需的，比如 Coen DAZ，Peabody-H，和 Todd Register。这些燃烧器都用于产生球状火焰，适用于以煤为燃料改为以燃油为燃料的方形锅炉。不幸的是，这些燃烧器制造商将扩散喉口的概念错误地引入了他们的轴流燃烧器设计之中。NTFB的直圆筒状喉口设计优于扩散喉口的原因如下：首先，直圆筒状喉口容易制造而且造价较低。其次，平行流动空气良好的冷却作用使直圆筒状喉口不会过热。最后也是最重要的是，旋转式喷嘴的布置可以防止燃烧器之间空气流动的不平衡。