第五章 煤粉燃烧理论及燃烧设备.
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煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
煤粉炉燃烧原理及燃烧设备第一节燃烧化学反应动力学基础燃烧一般是指燃料与氧化剂进行的剧烈化学反应。
燃料与氧化剂可以是同一形态的，如气体燃料在空气中的燃烧，称为单相（均相）燃烧；燃料与氧气剂也可以是不同形态的，如固体燃料在空气中的燃烧，称为多相燃烧。
电厂锅炉的主要燃料是煤，使用空气作燃料的氧化剂。
电厂锅炉的主要燃料是煤使用空气作燃料的氧化剂一、碳粒的燃烧过程和燃烧速度炭粒表面的多相燃烧大致包括如下几个过程炭粒表面的多相燃烧大致包括如下几个过程：（1）参加燃烧的氧从周围环境扩散到炭粒的反应表面；（2）氧被炭粒表面吸附；（3）在炭粒表面进行燃烧化学反应；（4）燃烧产物由炭粒表面解吸附；（5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中。
炭粒燃烧速度是指炭粒单位表面上的实际反应速度，它取决于上述过程中进行得最慢的过程。
碳的燃烧速度主要决定于氧向炭粒表面的扩散速度和在反应表面上进行的化学反应速度最终决定于两者中的较慢者速度，最终决定于两者中的较慢者。
(吸附和解吸附过程速度快)1、影响化学反应速度的因素（1）浓度对化学反应速度的影响化学反应是在一定条件下反应物分子之化学反应是在一定条件下，反应物分子之间彼此碰撞而产生的，分子在单位时间内的碰撞次数越多则化学反应速度越快的碰撞次数越多，则化学反应速度越快。
分子碰撞次数决定于单位容积中反应物的分子数，即物质浓度。
在定温度下反应容积不变增加反应在一定温度下，反应容积不变，增加反应物的浓度即可增加反应物的分子数，分子之间的碰撞次数就会增多，反应速度就会加快。
加快（2）压力对化学反应速度的影响分子运动论认为，气体压力是气体分子撞击容器壁面的结果。
在温度和容积不变的条件下，反应物压力高，意味着反应物浓度大，因此化学反应速度就快。
（3）温度对化学反应速度的影响阿累尼乌斯定律反映的是温度对化学反应速度影响的规律。
阿累尼乌斯定律反映的是温度对化学反应速度影响的规律化学反应是在一定条件下，反应分子间发生碰撞而发生的，应在条件应发生撞发生的但并不是所有碰撞的分子都可以发生反应，只有那些碰撞能量足以破坏现存化学键并建立新的化学键的碰撞才是有效的。
史上牛煤粉燃烧理论及燃烧设备PPT学习教案
高于1200℃碳粒表面气体浓 度分布
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二、燃烧过程着火和熄火的热力条件
➢ 燃烧室内煤粉空气混合物 燃烧时的放热量Q1
Q1
k e
E RT
0
COn2VQr
➢ 燃烧过程中向周围介质的 散热量
Q2 S(T Tb )
改善着火的措施：
加强放热：增加可燃混合物的浓度、压力以 及可燃混合物的初温
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1.浓度对化学反应速度的影响
wA
dCA dt
k
AC
C a b
AB
wB
dCB dt
k
BC
C a b
AB
对炭粒的多相燃烧，化学反应在炭粒的表面进行
wB
dCB dt
kC
b B
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2.温度对化学反应速度的影响
E
反应速度常数 k k0e RT
频率因子 活化能 反应温度 通用气体常数
一次风量
一次风速
炉内散热条件
稳定着火过程的常用方法：
燃烧器结构特性 锅炉负荷
• 组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混合
• 提高一次风温、采用合适的一次风量和 风速
• 采用较细的煤粉和敷设卫燃带
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四、燃烧完全的条件
ηr = 100 - q4 - q3
减小散热：减小气流速度，增加混第1合5页物/共初7温1页
2点：着火温度 4点：熄火温度
三、煤粉气流的着火
着火热来源：卷吸周围高温烟气并接受高温火焰的辐射
煤的着火温度
煤种
无烟煤 烟煤 褐煤
着火温度（ºC） 700~800 400~500 250~450
第5章 煤粉燃烧器
❖ 提高火焰整体温度的同时．抑制火焰高温区 温度峰值；
❖ 拢烟罩和火焰稳定器的应用。
四、多通道燃烧器的方位调节 ❖ 1. 喷煤管中心在窑口截面上的坐标位置
❖ 火焰过于逼近物料表面，一部分未燃烧的燃 料就会裹入物料层内，因缺氧而得不到充分 燃烧，增加热耗，同时也容易出现窑口煤粉 圈，不利于熟料煅烧；
第六章 煤粉燃烧器
一、燃烧器发展简介
❖ 20世纪70年代以前，回转窑广泛使用单通道 煤粉燃烧器。
❖ 70年代，出现了双通道燃烧器，性能得以改 善。
❖ 80年代相继出现三通道、四通道、五通道燃 烧器，以适应燃料和窑况变化的需要。
❖ 燃烧器的发展，强化了燃料的燃烧，充分发 挥了燃料燃烧的热效率。
二、单通道燃烧器
❖ 内风、煤风和外风采用同轴套管方式制作，喷出后 的混合过程是逐渐进行的。分级燃烧使三通道燃烧 器的内、外风和整个燃烧过程更加合理，也使燃烧 过程中的有害产物生成量减少。
❖ 煤风三者的总风量，只相当于单通道喷煤管燃烧空 气量的8~12%，故可大大减少煤粉气流着火所需的 热能，并可充分利用熟料冷却机排出的热气流。
风速，内风道为旋流向外扩展，煤风道为轴流向外 扩展，各通道出口截面可以调节。
❖ 特点是：外风道为轴流，并没有锥角缩口。内风道 为旋流向外扩散，煤风道为直通式轴流，中心管端 部结合圆锥台型端盖，以利煤风混合和稳定火馅。
5. 几种多通道煤粉燃烧器介绍
❖ A KHD公司PYRO-Jet燃烧器
超音速煤 粉燃烧器
❖ 将煤风置于旋流风和轴流风包围中，借以提高火焰 根部CO2浓度，从而抑制NOx的形成。
❖ 火焰稳定器
❖ 煤风管科前后收缩，可在维持轴流风和旋流风比例 不变的前提下，一次风量调节范围可达50%~100%。
❖ 拢烟罩和火焰稳定器的应用。
四、多通道燃烧器的方位调节 ❖ 1. 喷煤管中心在窑口截面上的坐标位置
❖ 火焰过于逼近物料表面，一部分未燃烧的燃 料就会裹入物料层内，因缺氧而得不到充分 燃烧，增加热耗，同时也容易出现窑口煤粉 圈，不利于熟料煅烧；
第六章 煤粉燃烧器
一、燃烧器发展简介
❖ 20世纪70年代以前，回转窑广泛使用单通道 煤粉燃烧器。
❖ 70年代，出现了双通道燃烧器，性能得以改 善。
❖ 80年代相继出现三通道、四通道、五通道燃 烧器，以适应燃料和窑况变化的需要。
❖ 燃烧器的发展，强化了燃料的燃烧，充分发 挥了燃料燃烧的热效率。
二、单通道燃烧器
❖ 内风、煤风和外风采用同轴套管方式制作，喷出后 的混合过程是逐渐进行的。分级燃烧使三通道燃烧 器的内、外风和整个燃烧过程更加合理，也使燃烧 过程中的有害产物生成量减少。
❖ 煤风三者的总风量，只相当于单通道喷煤管燃烧空 气量的8~12%，故可大大减少煤粉气流着火所需的 热能，并可充分利用熟料冷却机排出的热气流。
风速，内风道为旋流向外扩展，煤风道为轴流向外 扩展，各通道出口截面可以调节。
❖ 特点是：外风道为轴流，并没有锥角缩口。内风道 为旋流向外扩散，煤风道为直通式轴流，中心管端 部结合圆锥台型端盖，以利煤风混合和稳定火馅。
5. 几种多通道煤粉燃烧器介绍
❖ A KHD公司PYRO-Jet燃烧器
超音速煤 粉燃烧器
❖ 将煤风置于旋流风和轴流风包围中，借以提高火焰 根部CO2浓度，从而抑制NOx的形成。
❖ 火焰稳定器
❖ 煤风管科前后收缩，可在维持轴流风和旋流风比例 不变的前提下，一次风量调节范围可达50%~100%。
5煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
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2、旋转射流的特点
（1）二次风是旋转气流。一次风可以是旋转气流，也 可用扩锥扩展。因此整个气流形成空心圆锥形旋转气
流。
（2）旋转射流有强烈的卷吸作用，能将中心及外缘的 气体带走，造成负压区，在中心部分和外缘就会因高温烟 气回流而形成回流区。
–中心部分形成的回流区称为内回流区；
–外缘部分形成的回流区称为外回流区。
• 单蜗壳扩锥型旋流燃烧器： • 双蜗壳旋流燃烧器： • 轴向叶片旋流燃烧器： • 切向叶片式旋流燃烧器：
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三、新型煤粉燃烧器
（一）煤粉稳燃 1、常用稳燃措施 （1）敷设燃烧带； （2）热风送粉； （3）较低的一次风速和一次风率； （4）减小颗粒细度； （5）控制最低运行负荷以及采用性能良好的燃烧器。 2、三高区理论 高温、高煤粉浓度和适当高的氧浓度。
影响因素： （1）反应物性质；（2）反应物的浓度；（3）温度； （4）压力；（5）是否有催化剂或连锁反应。
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2
（二）质量作用定律
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（三）阿累尼乌斯定律
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（四）催化作用 催化剂本身不变 改变化学反应速度，不改变反应限度 （五）链锁反应 多米诺效应－活化分子
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沿炉膛高度燃料分级燃烧81
一次燃料 80%入炉燃料
二次燃料 20%入炉燃料
主燃烧区 100%NOX
再燃还原区
一次风
燃尽区
燃尽风
40%NOX 炉膛内燃料分级燃烧过程
锅炉题和答案
第一章：绪论1、计算1台1025t/h 亚临界压力自然循环锅炉的年耗煤量、灰渣排放量。
已知，锅炉每年的运行小时数为6000h ，每小时耗煤128t ，煤的收到基灰分为A ar =8%。
答：解：（1）每年的煤耗量Ba=6000×128=76.8×104×8/100=6.144×104（t/a ）（2）每年的灰渣（飞灰、沉降灰、底渣之和）排放量44hz 876.810 6.14410(/)100100ar aA MB t a ==⨯⨯=⨯ 计算结果分析与讨论：（1）燃煤锅炉是一种煤炭消耗量很大的发电设备。
（2）1台300MW 机组每年排放的灰渣总量达到6.144万t ，应当对电厂燃煤锅炉排放的固体废弃物进行资源化利用，以便降低对环境的污染。
2、分析煤粉炉传热过程热阻的主要构成及提高煤粉炉容量的技术瓶颈。
答：传热系数的倒数2111()()()g m h K δδδαλλλα=++++ 其中，蒸汽或者水侧的对流放热系数α2=2000~4000W/(m2•K)，烟气侧的对流放热系数α1=50~80W/(2m •K)。
导热热阻相对较小，可以忽略不计。
因此锅炉的主要热阻出现在烟气侧。
要提高锅炉的容量，必须设法增加烟气侧的对流换热系数或者受热面面积。
煤粉炉提高容量的技术瓶颈就是烟气侧对流放热系数太小。
3、分析随着锅炉容量增加，锅炉给水温度提高的原因。
答：（1）锅炉的容量越大（即蒸汽流量D 越大），水蒸气的压力就会越高。
根据水的热力学性质，压力越高，水的饱和温度越高。
（2）为了保证水冷壁的系热量主要用于蒸发，而不是用于未饱和水的加热。
进入水冷壁的水的温度与对应压力下的饱和温度之间的差值基本上是常数。
（3）水在省煤器中吸热提高温度基本上是常数。
（4）综合分析（1）、（2），随着锅炉容量增加、水蒸气的压力就会提高。
来自省煤器出口的水与未饱和温度之间的差值等于常数，因此省煤器出口的水温会随着锅炉的容量的提高而提高，有因为水在省煤器中吸热提高温度基本上是常数，所以省煤器的入口水温，即给水温度随着锅炉容量的提高而提高。
电厂锅炉原理-151625-1
H 3H2 O2 3H 2H2O
上式表明： 一个氢分子与质点碰撞被激活而吸收活化能
后可以产生三个活化氢原子，而这三个氢原子又 在下一次反应过程产生九个活化氢原子，其反应 进行得很快，以至反应瞬间即可完成。
二、氧的扩散速度
碳粒燃烧时，距离碳粒较远处氧气浓度较高，设 为Co，由于碳粒表面燃烧消耗氧量使表面处的氧气浓 度降低为CB，而气流中的氧气不断向碳粒表面扩散。 用氧气扩散速度表示的燃烧速度为
活化分子：把能够发生化学反应的碰撞称为有 效碰撞，并把能够发生有效碰撞的分子称为活化分 子。
活化能：是参与化学反应的物质达到开始进 行化学反应状态所需的最低能量，也可表述为 为使化学反应进行，分子活化所需最低能量。 用Ｅ表示。
一定温度下，活化能越大，活化分子越少，化 学反应越慢。
挥发分高的煤活化能小，而挥发分低的煤活化 能大。
碳粒燃烧扩散区强化燃烧的措施：加强气流扰 动，减小煤粉颗粒径。
3、碳粒燃烧的过渡区
介于动力区和扩散区之间，称为燃烧处于过 渡区。
在过渡区，提高温度和提高扩散速度都可以 提高燃烧速度。即氧气向碳表面扩散速度与碳粒 表面化学反应速度同时影响和控制碳粒燃烧速度。
若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向 扩散区转化；
2、活化能
活化能小的燃料，反应能力就越强，反应速度 随温度变化也较小，在低温下也能燃烧。
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。
3、反应温度
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。
上式表明： 一个氢分子与质点碰撞被激活而吸收活化能
后可以产生三个活化氢原子，而这三个氢原子又 在下一次反应过程产生九个活化氢原子，其反应 进行得很快，以至反应瞬间即可完成。
二、氧的扩散速度
碳粒燃烧时，距离碳粒较远处氧气浓度较高，设 为Co，由于碳粒表面燃烧消耗氧量使表面处的氧气浓 度降低为CB，而气流中的氧气不断向碳粒表面扩散。 用氧气扩散速度表示的燃烧速度为
活化分子：把能够发生化学反应的碰撞称为有 效碰撞，并把能够发生有效碰撞的分子称为活化分 子。
活化能：是参与化学反应的物质达到开始进 行化学反应状态所需的最低能量，也可表述为 为使化学反应进行，分子活化所需最低能量。 用Ｅ表示。
一定温度下，活化能越大，活化分子越少，化 学反应越慢。
挥发分高的煤活化能小，而挥发分低的煤活化 能大。
碳粒燃烧扩散区强化燃烧的措施：加强气流扰 动，减小煤粉颗粒径。
3、碳粒燃烧的过渡区
介于动力区和扩散区之间，称为燃烧处于过 渡区。
在过渡区，提高温度和提高扩散速度都可以 提高燃烧速度。即氧气向碳表面扩散速度与碳粒 表面化学反应速度同时影响和控制碳粒燃烧速度。
若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向 扩散区转化；
2、活化能
活化能小的燃料，反应能力就越强，反应速度 随温度变化也较小，在低温下也能燃烧。
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。
3、反应温度
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。
第5章煤粉燃烧及燃烧设备——锅炉原理
❖ 四、影响煤粉着火的因素
❖ 在煤粉炉中，燃烧所需的空气被分成一次风和二次风。
❖ 一次风的作用是将煤粉通过燃烧器输送到炉膛，并供给 煤粉在着火阶段所需的空气；
❖ 二次风则在着火以后混入保证煤粉的燃尽。煤粉的点燃 过程是将一次风气流和高温炽热的烟气混合，使煤粉空 气混合物的温度升高到煤粉能够着火。
❖ 影响煤粉气流着火的主要因素是：
❖ 通过试验证明，锅炉的炉温在中温区域（1000～2000℃）内 比较适宜。当然，在中温区域，在保证炉内不结渣的前提下，
可以尽量提高些。
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❖ 3.足够的燃烧时间
❖ 在一定的炉温下，一定细度的煤粉要有一定的时间才能燃 尽。煤粉在炉内的停留时间，是煤粉自燃烧器出口一直到 炉膛出口这段行程所经历的时间。
❖ 燃烧器的尺寸也影响到着火。燃烧器出口截面积愈大，煤粉 气流的卷吸能力越小，着火点离喷口距离就愈远。因此，采 用尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的，因 为小尺寸燃烧器既增加了煤粉气流受热的周界面，也缩短了 着火区扩展到整个气流截面所需要的时间。
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❖ 6.锅炉负荷
❖ 锅炉经常在变负荷下工作。锅炉负荷降低时，燃料量减少， 放热量减少，而炉膛内的水冷壁和过热器等受热面的结构 和面积保持不变，致使炉膛平均烟温下降，燃烧器区域的 温度降低，煤粉气流的加热条件恶化，因而对煤粉气流的 着火和燃烧是不利的。
❖ 我国电厂在燃用无烟煤时，所设计的预热空气温度 一般为350~420C，以尽量使煤粉空气混合物的初 温接近300C。
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❖ 4.炉内散热条件
❖ 炉内散热条件好，则炉内温度低，从而不利于燃料 的着火和燃烧。因此实践中，为使低挥发分煤的及 时着火和稳定燃烧，常在燃烧器区域用耐火保温材 料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓的卫燃带，以 减少水冷壁吸热量、维持燃烧器区域的温度水平， 进而改善煤粉气流的着火和燃烧条件。
锅炉教案第五章燃烧理论
第五章 煤粉燃烧的理论基础和燃烧设备（一）教学要求1.掌握炭粒的三个燃烧区域，理解影响燃烧反应的化学因素和物理因素2.掌握煤粉气流着火的影响因素和完全燃烧的条件3.了解直流射流的特性，理解直流燃烧器的结构型式及其布置情况4.了解旋流射流的特性，理解旋流燃烧器的结构型式及其布置情况5.了解W 型火焰燃烧技术（二）重点和难点重点：1.炭粒燃烧的动力燃烧区、扩散燃烧区、过渡燃烧器三个区域2.煤粉气流着火的影响因素3.煤粉完全燃烧的条件难点：1.直流燃烧器的结构型式及其布置情况2. 旋流燃烧器的结构型式及其布置情况（三）教学方式课堂讲授、多媒体教学结合课堂讨论及现场模型讲授(四)教学内容第一节 燃烧的基本理论复习几种热损失。
为了减小热损失，锅炉燃烧需要作到：稳定着火、快速燃尽。
为实现该目的，需寻找强化燃烧的方法，这就要认识燃烧过程的本质。
从而，需要学习基础燃烧理论。
燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应；同时伴随各种物理过程燃烧反应根据参加反应的物质不同分为：一、化学反应速度某一反应物浓度的减少速度或生成物浓度的增加速度表示。
1.浓度浓度越大，反应速度越快。
质量作用定律：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，而各反应物浓度项的方次等于化学反应式中相应的反应系数。
对于异相反应：化学反应在炭粒表面进行，认为碳粒浓度不变，化学反应速度指单位时间内碳粒表面上氧浓度的变化。
质量作用定律说明：在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞hH gG bB aA +→+b Ba A C kC w =b BB kC w =机会越多，化学反应速度就越快。
2.温度阿累尼乌斯定律：温度增加，反应速度近似成指数关系增加，体现在反应速度常数。
反应物浓度不变时，反应速度常数k 随温度变化的关系3.压力在反应容积不变的情况下，反应系统压力增高，就意味着反应物浓度增加，化学反应速度增加。
第五章 煤粉燃烧理
阿累尼乌斯定律表示：
dC
a b k AC A C B
k k0e
E RT
b wB k 0 C B e
E RT
3、活化能的影响：在一定温度下，活化能越大，活化分子 数越少，则化学速度越慢；反之，若活化能越小，化学反应 速度就越快。在相同条件下，不同燃料的焦碳的燃烧反应， 其活化能是不同的，高挥发分煤的活化能较小，低挥发分煤 的活化能较大。各类煤的焦炭按方程反应的活化能的值 (MJ/kmol) 分别为： 褐煤：92~105；烟煤：117~134；无烟煤：140~147 4、压力对化学反应速度的影响 在反应容积不变的情况下，反应系统压力的增高，就意 味着反应物浓度增加，从而使反应速度加快。化学反应速度 与反应系统压力的次方成正比：
r kC0
当温度很高时（＞1400℃），化学反应速度常数随温度的升 高而急剧增大，炭粒表面的化学反应速度很快，以致耗氧速 度远远超过氧的供应速度，炭粒表面的氧浓度实际为零。这
时»，则 ks≈ ， k
r kC0
3、过渡燃烧区 介于上述两种燃烧区的中间温度区，化学反应 速度常数与氧的扩散速度系数处于同一数量级，因 而氧的扩散速度与炭粒表面的化学反应速度相差不 多，这时化学反应速度和氧的扩散速度都对燃烧速 度有影响。这个燃烧反映温度区称为过渡燃烧区。 在过渡燃烧区内，提高反应系统温度，改善氧的扩 散混合条件，强化扩散，才能使燃烧速度加快。 在煤粉锅炉中，只有那些粗煤粉在炉膛的高温 区才有可能接近扩散燃烧。在炉膛燃烧中心以外， 大部分煤粉是处于过渡区甚至动力区的。煤粉锅炉 着火区是动力区。 因此煤粉锅炉提高炉膛温度和氧的扩散速度都可 பைடு நூலகம்强化煤粉的燃烧过程。
B ks r
dC
a b k AC A C B
k k0e
E RT
b wB k 0 C B e
E RT
3、活化能的影响：在一定温度下，活化能越大，活化分子 数越少，则化学速度越慢；反之，若活化能越小，化学反应 速度就越快。在相同条件下，不同燃料的焦碳的燃烧反应， 其活化能是不同的，高挥发分煤的活化能较小，低挥发分煤 的活化能较大。各类煤的焦炭按方程反应的活化能的值 (MJ/kmol) 分别为： 褐煤：92~105；烟煤：117~134；无烟煤：140~147 4、压力对化学反应速度的影响 在反应容积不变的情况下，反应系统压力的增高，就意 味着反应物浓度增加，从而使反应速度加快。化学反应速度 与反应系统压力的次方成正比：
r kC0
当温度很高时（＞1400℃），化学反应速度常数随温度的升 高而急剧增大，炭粒表面的化学反应速度很快，以致耗氧速 度远远超过氧的供应速度，炭粒表面的氧浓度实际为零。这
时»，则 ks≈ ， k
r kC0
3、过渡燃烧区 介于上述两种燃烧区的中间温度区，化学反应 速度常数与氧的扩散速度系数处于同一数量级，因 而氧的扩散速度与炭粒表面的化学反应速度相差不 多，这时化学反应速度和氧的扩散速度都对燃烧速 度有影响。这个燃烧反映温度区称为过渡燃烧区。 在过渡燃烧区内，提高反应系统温度，改善氧的扩 散混合条件，强化扩散，才能使燃烧速度加快。 在煤粉锅炉中，只有那些粗煤粉在炉膛的高温 区才有可能接近扩散燃烧。在炉膛燃烧中心以外， 大部分煤粉是处于过渡区甚至动力区的。煤粉锅炉 着火区是动力区。 因此煤粉锅炉提高炉膛温度和氧的扩散速度都可 பைடு நூலகம்强化煤粉的燃烧过程。
B ks r
第五章煤粉炉及燃烧设备
直流燃烧器分级配风（※） 直流燃烧器分级配风（
分级配风燃烧器一次风喷口相对集中布置， 分级配风燃烧器一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧 一次风喷口相对集中布置 器的下部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保 器的下部， 二次风喷口则分层布置， 持较大的距离， 持较大的距离，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤 粉气流中，强化气流的后期混合， 粉气流中，强化气流的后期混合，促使燃料燃烧与燃尽 分级配风燃烧器一次风喷口高宽比大，卷吸量大； 分级配风燃烧器一次风喷口高宽比大，卷吸量大；煤粉 一次风喷口高宽比大 气流相对集中，火焰中心温度高， 气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着 火、燃烧 分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤， 常称为无 分级配风 适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为 无 适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤 烟煤和贫煤配风方式
直流射流空气动力特性
1-喷口；2-核心区； 喷口； 核心区； 3-边界层；4-外边界； 边界层； 外边界； 5-内边界；6-源点； 内边界； 源点； 7-扩展角；8-速度分布 扩展角；
=0， =0， WH=0，CH=0，TH>T0
直流射流空气动力特性
射流核心区 射流中心尚未被周围气体混入， 射流中心尚未被周围气体混入，保持初速w0的区域 的边界称为内边界 内边界； 湍流边界层 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 外边界。 外边界间区域为湍流边界层 湍流边界层， 分界称为外边界。内、外边界间区域为湍流边界层，其内为射流本身的流 体以及卷吸进来的周围气体 核心区消失， 的某点对应的截面。 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称为基本段 初始段， 在转折截面前的射流段称为初始段，在转折截面后的射流称为基本段 扩展角 射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角 射流外边界线的交点称为源点，
煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
• 各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大， 过分强调着火温度意义不大，
• 如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状态， 孕育时间长，着火温度可低于大气温度。
• 着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大 简化。
• 严格上，只说着火的临界条件或着火条件：使系 统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。
（二）质量作用定律
（三）阿累尼乌斯定律
（四）催化作用 催化剂本身不变 改变化学反应速度，不改变反应限度 （五）链锁反应 多米诺效应－活化分子
二、燃烧速度与燃烧区域 1、碳的多相燃烧特点
2、多相燃烧反应的燃烧区域
第二节 煤和煤粉的着火和燃烧
一、热力着火
1、定义 着火：由缓慢的氧化反应状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程 可分为： 连锁着火：这种由连锁反应引起的着火叫连锁着火。 热力着火：由于温度不断升高而引起的着火叫热力着火。在锅炉中发生
（3）在同样的初始动量下，旋转射流的射程要 比直流射流短。
（4）旋转射流外边界所形成的夹角称为扩散角， 用符号表示。旋转射流的扩散角一般比直流射流 大，而且随着气流旋转气流旋转强度的增加，扩散 角也增大，同时回流区也加大，因而高温烟气的回 流量也增多。
（5）当气流旋流强度增加到一定程度时射流会 突然贴在墙壁上，即扩散角等于180℃，这种现象
（二）低NOx燃烧技术
• 随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，NOX的生成量和增加的幅 度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关
NOX，mg/m3
3000
2000
低挥发份煤
液态排渣炉
1000
高挥发份煤
固态排渣炉
0
0
1
2
3
4
5
燃烧器出口氧量，%
• 如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状态， 孕育时间长，着火温度可低于大气温度。
• 着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大 简化。
• 严格上，只说着火的临界条件或着火条件：使系 统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。
（二）质量作用定律
（三）阿累尼乌斯定律
（四）催化作用 催化剂本身不变 改变化学反应速度，不改变反应限度 （五）链锁反应 多米诺效应－活化分子
二、燃烧速度与燃烧区域 1、碳的多相燃烧特点
2、多相燃烧反应的燃烧区域
第二节 煤和煤粉的着火和燃烧
一、热力着火
1、定义 着火：由缓慢的氧化反应状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程 可分为： 连锁着火：这种由连锁反应引起的着火叫连锁着火。 热力着火：由于温度不断升高而引起的着火叫热力着火。在锅炉中发生
（3）在同样的初始动量下，旋转射流的射程要 比直流射流短。
（4）旋转射流外边界所形成的夹角称为扩散角， 用符号表示。旋转射流的扩散角一般比直流射流 大，而且随着气流旋转气流旋转强度的增加，扩散 角也增大，同时回流区也加大，因而高温烟气的回 流量也增多。
（5）当气流旋流强度增加到一定程度时射流会 突然贴在墙壁上，即扩散角等于180℃，这种现象
（二）低NOx燃烧技术
• 随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，NOX的生成量和增加的幅 度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关
NOX，mg/m3
3000
2000
低挥发份煤
液态排渣炉
1000
高挥发份煤
固态排渣炉
0
0
1
2
3
4
5
燃烧器出口氧量，%
第5章 燃烧原理及设备
流 电 源 柜
等离子发生器
等离子燃烧器
隔离变压器
冷 却 水 给 水
冷 却 水 回 水
高 压 空 气
控制部分
23－63
直流燃烧器
23－64
直流燃烧器
23－65
切圆燃烧锅炉 等离子燃烧器兼主燃烧器 ：系统简洁、燃烧器出力与
主燃烧器基本相同，目前，多采用该方式。
23－24
二次风分层布置
一次风喷口的周围或中间还布置有一股二次 风，分别称为周界风和夹心风
23－25
三次风喷口布置在燃烧器的最上方，距相 邻二次风喷口有较大间距，并应有一定的 倾角，此外，三次风速不宜过低，一般为 5060m/s。
ｔ3＜100℃ ｒ3≈10％～18％
23－26
23－20
2.分级配风直流煤粉燃烧器
分级配风方式是指把燃烧所需要的 二 次风分级分阶段地送入燃烧的煤粉气流中， 此种燃烧器 适用于无烟煤 、 贫煤和劣 质煤，所以又叫做无烟煤型直流煤粉燃烧 器。
23－21
23－22
23－23
分级配风直流燃烧器的特点
一次风喷口狭长； 一次风喷口集中布置； 一、二次风喷口各自集中在一起，且一、二 次风喷口的间距较大；
二、直流燃烧器的布置及工作特性
四角布置的切圆燃烧方式
23－27
四角布置的直流燃烧器射出的四股气 流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。 在炉膛中心形成一股螺旋上升的气流。 着火 燃烧 燃尽 留的时间 互相引燃 气流在炉膛中心强烈旋转燃烧 旋转上升延长了煤粉在炉内停
23－28
23－29
23－30
23－56
炉膛的大体形状常由炉膛断面热强度和 炉膛容积热强度一起来确定。炉膛断面热强 度是指单位时间、单位炉膛横断面积放出的 热量，即
等离子发生器
等离子燃烧器
隔离变压器
冷 却 水 给 水
冷 却 水 回 水
高 压 空 气
控制部分
23－63
直流燃烧器
23－64
直流燃烧器
23－65
切圆燃烧锅炉 等离子燃烧器兼主燃烧器 ：系统简洁、燃烧器出力与
主燃烧器基本相同，目前，多采用该方式。
23－24
二次风分层布置
一次风喷口的周围或中间还布置有一股二次 风，分别称为周界风和夹心风
23－25
三次风喷口布置在燃烧器的最上方，距相 邻二次风喷口有较大间距，并应有一定的 倾角，此外，三次风速不宜过低，一般为 5060m/s。
ｔ3＜100℃ ｒ3≈10％～18％
23－26
23－20
2.分级配风直流煤粉燃烧器
分级配风方式是指把燃烧所需要的 二 次风分级分阶段地送入燃烧的煤粉气流中， 此种燃烧器 适用于无烟煤 、 贫煤和劣 质煤，所以又叫做无烟煤型直流煤粉燃烧 器。
23－21
23－22
23－23
分级配风直流燃烧器的特点
一次风喷口狭长； 一次风喷口集中布置； 一、二次风喷口各自集中在一起，且一、二 次风喷口的间距较大；
二、直流燃烧器的布置及工作特性
四角布置的切圆燃烧方式
23－27
四角布置的直流燃烧器射出的四股气 流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。 在炉膛中心形成一股螺旋上升的气流。 着火 燃烧 燃尽 留的时间 互相引燃 气流在炉膛中心强烈旋转燃烧 旋转上升延长了煤粉在炉内停
23－28
23－29
23－30
23－56
炉膛的大体形状常由炉膛断面热强度和 炉膛容积热强度一起来确定。炉膛断面热强 度是指单位时间、单位炉膛横断面积放出的 热量，即
史上牛煤粉燃烧理论及燃烧设备PPT学习教案
减小散热：减小气流速度，增加混第1合5页物/共初7温1页
2点：着火温度 4点：熄火温度
三、煤粉气流的着火
着火热来源：卷吸周围高温烟气并接受高温火焰的辐射
煤的着火温度
煤种
无烟煤 烟煤 褐煤
着火温度（ºC） 700~800 400~500 250~450
煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度
煤种
无烟煤 贫煤 烟煤
炭粒表面的化学反应速度 wB kCBb kCB
氧向炭粒表面的扩散速
wks ks (C0 CB )
度 燃烧稳定 时
wB wks wr
1 wr 1 1 C0 ksC0
k 第ks10页/共71页
1 kz 1 1
k ks
➢ 动力燃烧区（<1000ºC, ks k, kz ） k
➢ 扩散燃烧区（>1400ºC, ks k, kz ks ） ➢ 过渡燃烧区（ks与k处于同一数量）级
史上牛煤粉燃烧理论及燃烧设备
煤的热分 解
无烟煤、烟煤和木柴在不 同的温度下长时间放置后 所析出的挥发份份额
第1页/共71页
第一节 燃烧的基本理论
燃烧：即燃料与氧的剧烈化学反应
aAbB gG hH
一、化学反应速度
wA
dC A dt
,
wB
dCB dt
,
wG
dCG dt
,
wH
dC H dt
影响因素：反应物浓度，温度，压力，是否有催化反 应或连锁反应
旋流数
n M KL
旋转动量矩 轴向动量
M qV wtrx K qV wZ L d p
8
qV——气体的容积流量； ρ——气体密度； dp——旋流器喷口直径； rx——气流旋转半径； wt，wa——气流切向和轴向速 度
5第五章 燃烧理论基础及燃烧设备-推荐下载
n ——反应级数。
4、催化反应 如果把少量的催化剂加到反应系统中，使化学反应速度发生变化，则这种作用 称为催化作用。 5、连锁反应 连锁反应可以使化学反应自动连续加速进行。 连锁反应的机理是：在化学反应中，由于某种作用（热力活化、光子作用或者某 种激发作用），使反应物形成了初始的活化分子，在某些有利的情况下，活化分子能
（5—4）
（5—5）
（5—6）
第五章 煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
够使化学反应过程开始出现一系列的中间反应，这些中间反应大都是一些极简单的 化学反应。在中间反应过程中，同时会产生一些新的活化分子，形成链，这些活化分 子需要的活化能又较少，所以一旦形成了活化链，反应就可以自动连续加速进行，直 到反应耗尽或连锁中断为止。 二、氧的扩散速度
三、燃烧速度与燃烧区域 炭粒的多相燃烧反应由下列几个连续的阶段组成，即 （1）参加燃烧的氧气从周围环境扩散到炭粒的反应表面； （2）氧气被炭粒表面吸附； （3）在炭粒表面进行燃烧化学反应；
3
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电通，力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置，机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2，荷试而下卷且高总可中体保资配障料置各试时类卷，管调需路控要习试在题验最到；大位对限。设度在备内管进来路行确敷调保设整机过使组程其高1在中正资，常料要工试加况卷强下安看与全22过，22度并22工且22作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置，地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中，案资要，料求编试技写5卷术、重保交电要护底气设装。设备置管备高4动线调、中作敷试电资，设高气料并技中课试3且术资件、卷拒中料管试绝包试调路验动含卷试敷方作线技设案，槽术技以来、术及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式；资，对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资，件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调，并试合且技理进术利行，用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活：。。在对对分于于线调差盒试动处过保，程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试，题技应，术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进，变行需压隔要器开在组处事在理前发；掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时，、，强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试，卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用，关高要技中进术资行资料检料试查，卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
4、催化反应 如果把少量的催化剂加到反应系统中，使化学反应速度发生变化，则这种作用 称为催化作用。 5、连锁反应 连锁反应可以使化学反应自动连续加速进行。 连锁反应的机理是：在化学反应中，由于某种作用（热力活化、光子作用或者某 种激发作用），使反应物形成了初始的活化分子，在某些有利的情况下，活化分子能
（5—4）
（5—5）
（5—6）
第五章 煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
够使化学反应过程开始出现一系列的中间反应，这些中间反应大都是一些极简单的 化学反应。在中间反应过程中，同时会产生一些新的活化分子，形成链，这些活化分 子需要的活化能又较少，所以一旦形成了活化链，反应就可以自动连续加速进行，直 到反应耗尽或连锁中断为止。 二、氧的扩散速度
三、燃烧速度与燃烧区域 炭粒的多相燃烧反应由下列几个连续的阶段组成，即 （1）参加燃烧的氧气从周围环境扩散到炭粒的反应表面； （2）氧气被炭粒表面吸附； （3）在炭粒表面进行燃烧化学反应；
3
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电通，力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置，机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2，荷试而下卷且高总可中体保资配障料置各试时类卷，管调需路控要习试在题验最到；大位对限。设度在备内管进来路行确敷调保设整机过使组程其高1在中正资，常料要工试加况卷强下安看与全22过，22度并22工且22作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置，地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中，案资要，料求编试技写5卷术、重保交电要护底气设装。设备置管备高4动线调、中作敷试电资，设高气料并技中课试3且术资件、卷拒中料管试绝包试调路验动含卷试敷方作线技设案，槽术技以来、术及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式；资，对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资，件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调，并试合且技理进术利行，用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活：。。在对对分于于线调差盒试动处过保，程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试，题技应，术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进，变行需压隔要器开在组处事在理前发；掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时，、，强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试，卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用，关高要技中进术资行资料检料试查，卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
第五章 锅炉原理及设备 第二讲5.2煤粉气流的燃烧过程
14
31-6
图5-2表示三个区域的火炬情况。
气流温度的变化 是在着火区和燃烧区中 温度上升，在燃尽区中 温度下降。 气流进入炉膛时温 度很低(通常不到 300℃)，加热到着火点 就开始着火，随着着火 煤粉增多，温度上升速 度加快。
31-7
当可燃质开始大量燃烧，温度 突然很快上升时，可以认为气流进入 燃烧区。火焰中心温度有1600 ℃左右。 当大部分可燃质烧掉后，气流温度开 始下降，这时可以认为气流进入燃尽 区。 在燃尽区内，燃烧放热很少，而水 冷壁仍在不断吸热，故烟气温度逐渐 下降，到炉膛出口降至1000℃左右。
14
31-17
水分大的煤，着火需要的热量就多。同时由于一部分燃烧热
消耗在加热水分并使其汽化和过热上，这就降低了炉内的烟气温 度。从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射 热都降低，这对着火显然是不利的。此外，炉内烟气温度低，也 不利于燃烧化学反应的进行，影响煤粉迅速完全燃烧。 灰分多的煤，着火速度慢，对着火稳定不利，而且燃烧时， 灰壳对焦炭核的燃尽起阻碍作用，所以不易烧透。 煤粉细度和均匀性指数煤粉越细、越均匀，煤粉总的表面积 越大，挥发分越容易尽快析出，有利于着火和燃烧，降低排烟、 化学、机械不完全燃烧热损失，提高锅炉效率，但煤粉过细炉膛 容易结焦。煤粉越粗、越不均匀，不仅不利于着火，而且燃烧时 间延长，燃烧不稳，火焰中心上移，烟温升高，增加机械不完全 燃烧和排烟热损失，降低锅炉效率，同时增加受热面磨损程度。
14
31-4
3.燃尽阶段
燃尽阶段是燃烧阶段的继续。这一阶段的特点是氧气供应不足， 风粉混合较差，空间温度较低，以致这一阶段需要的时间较长。 如燃烧烟煤时，在到炉膛出口约8m的距离内仅燃烧了不到1%的未 燃尽部分。 所以，为了使煤粉在炉内尽可能燃尽，以提高燃料的利用率，应保证 燃尽阶段所需要的时间，并应设法加强扰动来击破灰衣，以便改善风粉 混合，使灰渣中的可燃物燃透烧尽。
第五章煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
2019年11月18日
二、燃烧过程着火和熄火的热力条件
1．着火和Tzh
1） 缓慢氧化状态→高速燃烧状态的瞬间——着火 2） 转变瞬间的T——Tzh
2．燃烧过程中的放热和吸热
1）燃烧室内煤粉空气混合物燃烧的放热量Q1 2）燃烧过程中向周围介质的散热量Q2
3．Q1-T、Q2-T变化曲线及分析
2）机理
3）反应过程
（1）链的激发形成过程 （2）链的传递过程 （3）链的断裂过程
4）不分支连锁反应 分支连锁反应
2019年11月18日
二、氧的扩散速度
1．炭粒的燃烧：炭粒在表面与O进行 2．O的扩散速度：ωks=αks（C0－CB）
1）（C0－CB）——供应燃烧足够空气量 2）d↓→表面积↑→与O的反应面积↑→O消耗↑→CB↓→（C0－CB）↑→ωks↑—
2019年11月18日
（2）分级配风直流煤粉燃烧器
把二次风分级分阶段送入燃烧的煤粉气流中 适宜燃用无烟煤、贫煤、劣质烟煤
2019年11月18日
（2）分级配风直流煤粉燃烧器
设计和布置上的特点
1）喷口呈狭长形：高/宽↑→着火周界↑→卷吸能力↑→利于煤粉气流着火 2）喷口集中布置：着火区煤粉浓度↑，放热集中→火焰中心T↑→利于煤粉
2019年11月18日
二、直流煤粉燃烧器
1. 直流射流的特性
（1）直流湍流自由射流：
初始段
基本段
（2）射程：长（与喷口尺寸、射流初速有关）→衰减慢，贯穿能力强→ 后期混合好
（3）卷吸烟气能力：高/宽↑→卷吸力↑→速度衰减↑→射程↓
（4）射流刚性：高/宽↓→刚性↑→不易偏转，吸引刚性小的射流
2019年11月18日
二、燃烧过程着火和熄火的热力条件
1．着火和Tzh
1） 缓慢氧化状态→高速燃烧状态的瞬间——着火 2） 转变瞬间的T——Tzh
2．燃烧过程中的放热和吸热
1）燃烧室内煤粉空气混合物燃烧的放热量Q1 2）燃烧过程中向周围介质的散热量Q2
3．Q1-T、Q2-T变化曲线及分析
2）机理
3）反应过程
（1）链的激发形成过程 （2）链的传递过程 （3）链的断裂过程
4）不分支连锁反应 分支连锁反应
2019年11月18日
二、氧的扩散速度
1．炭粒的燃烧：炭粒在表面与O进行 2．O的扩散速度：ωks=αks（C0－CB）
1）（C0－CB）——供应燃烧足够空气量 2）d↓→表面积↑→与O的反应面积↑→O消耗↑→CB↓→（C0－CB）↑→ωks↑—
2019年11月18日
（2）分级配风直流煤粉燃烧器
把二次风分级分阶段送入燃烧的煤粉气流中 适宜燃用无烟煤、贫煤、劣质烟煤
2019年11月18日
（2）分级配风直流煤粉燃烧器
设计和布置上的特点
1）喷口呈狭长形：高/宽↑→着火周界↑→卷吸能力↑→利于煤粉气流着火 2）喷口集中布置：着火区煤粉浓度↑，放热集中→火焰中心T↑→利于煤粉
2019年11月18日
二、直流煤粉燃烧器
1. 直流射流的特性
（1）直流湍流自由射流：
初始段
基本段
（2）射程：长（与喷口尺寸、射流初速有关）→衰减慢，贯穿能力强→ 后期混合好
（3）卷吸烟气能力：高/宽↑→卷吸力↑→速度衰减↑→射程↓
（4）射流刚性：高/宽↓→刚性↑→不易偏转，吸引刚性小的射流
2019年11月18日
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射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值 降低到某一不为零的数值（如0.05）时的截 面与喷口间的距离
卷吸能力
射流抗偏转的能力
刚性
旋流射流
旋流射流的型式
根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成 的火焰形状可能有三种：封闭式火焰、开放式火 焰、飞边火焰。
旋流煤粉燃烧器的型式
PM燃烧器
直流燃烧器的布置方式
切向燃烧方式
U型火焰燃烧 W型火焰燃烧
切向燃烧方式
特性
旋流射流
旋流燃烧器 出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转
的旋转射流，煤粉气流着火热量，来源于旋转射流
内、外边界同时卷吸炉内高温烟气的热量。卷吸量
较大但射程短，适用于挥发份较高的煤种。
旋流射流的特性
射程
k 化学反应速度 T （ 1000℃） k ks ks 扩散速度
kz k即r kC0
温度↑、燃料性质
扩散燃烧区
燃烧反应速度只决定于氧的扩散速度，即扩散 到反应表面氧远不能满足化学反应的需要，这 个反应温度区称为扩散燃烧区。
瞬时化学反应速度可表示为 dc A ＝－ dc B ＝ dc G dCH A＝－ B G H dt dt dt dt
影响化学反应速度的因素
浓度 温度
压力
催化反应
氧的扩散速度
炭粒与氧的燃烧化学反应是在炭粒表面进行 的。由于化学反应消耗氧，炭粒反应表面氧 浓度CB小于周围介质中的氧浓度CO，周围环 境的氧不断向炭粒表面扩散。氧扩散过程的 快慢用氧的扩散速度表示。
催化反应的影响
催化剂可影响化学反应速度，但化 学反应却不能影响反应进行的程度。催 化剂可以改变反应物的活化能。
锅炉实际生产过程要考虑成本和效 益的平衡，一般不以投用催化剂作为加 速反应的手段。
动力燃烧区
燃烧反应速度决定于化学反应动力因素，而 氧的扩散过程对燃烧反应速度影响很小，这 个反应温度区称为动力燃烧区
第五章
煤粉燃烧理论基础及 燃烧设备
本章内容
燃烧的基本理论
煤粉气流的着火和燃烧
煤粉燃烧器及其炉内布置型式 煤粉炉点火设备 燃烧调整试验方法
本章重点与难点
炭粒的燃烧过程与影响因素 燃烧的三个区域 着火和熄火的热力条件 煤粉气流着火的影响因素 燃烧完全的条件
直流射流的特性、直流燃烧器的种类、特点、布 置方式 旋流射流的特性、旋流燃烧器的种类与特点、布 置方式
第一节
燃烧的基本理论
燃烧的分类
单相燃烧（均相燃烧）
燃料与氧化剂同相
2CO＋O 2＝2CO 2
多相燃烧（异相燃烧）
燃料与氧化剂 不同相
C＋O 2＝CO 2
化学反应速度
定义： 单位时间内反应物浓度的减少或生成物 3 mol m 浓度的增加，单位 s 对于反应 aA＋bB＝gG＋hH
第四节
煤粉炉点火设备
点火装置的作用及分类
作用 机组启动时点燃主燃烧器的煤粉气流 低负荷运行时稳定着火和燃烧 分类 三级点火装置（电火花点火器） 二级点火装置（电弧点火器、高能点 火器）
高能点火器
蒸汽雾化油喷嘴
第五节
燃烧调整试验方法
燃烧调整试验的目的
在以下情况下： 新投产或大修后的锅炉 燃料种类、燃烧设备、炉膛结构改变
着火和熄火的热力条件
煤粉气流燃烧时的放热量Q1为
Q1 k0e
E RT
C VQr
n o2
向周围介质的散热量Q2为
Q2 S T Tb
?
着火和熄火的热力条件
着火热
定义 将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量 计算
一次风 煤粉 水分
g 100 M ar Qzh V1ck cr Mcq t zh t1 100 M ar M 4.19 100 t1 2510 cq t zh 100 100
dC B B＝－ ＝kC b B dt
温度的影响
阿累尼乌斯定律
k＝k 0 e
E － RT
E － RT
dC B B＝－ ＝k 0 C b Be dt
E－活化能 T－反应温度
T＝const，E越大，产生的有效碰撞 越少，反应速度愈慢 E＝const，T越大，活化分子数目急 剧增加，反应速度快
燃烧器的分类
直流燃烧器 旋流燃烧器
直流射流
直流射流的特性
射程
射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到 某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的 距离
卷吸能力
刚性
射流抗偏转的能力
扩展角θ
直流煤粉燃烧器的型式
均等配风 适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟 煤、褐煤型配风方式。 分级配风 适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤， 常称为无烟煤和贫煤配风方式。
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对氧气的需 要，用于挥发分的燃烧 二次风 着火后单独送入的空气，补充后期 燃烧所需空气，用于焦炭燃烧，并起到气流 的扰动和混合的作用 三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充 分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉 的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧
ks＝ ks C 0－C B
ks Co CB
扩散速度系数
D o2 ks Nu ks d
d Nu Re 相对速度
炭粒多相燃烧反应阶段
ks 慢 氧气扩散到炭粒反应表面 氧气被炭粒表面吸附 在炭粒表面进行燃烧化学反应 B 慢 燃烧产物由炭粒解吸附 燃烧产物离开炭粒表面扩散到周围环境中
燃烧效率
100 q 3＋q 4
第三节
煤粉燃烧器 及其炉内布置型式
燃烧器的作用
将携带煤粉的一次风和助燃的二次 风送入炉膛，并组织一定的气流结构， 使煤粉迅速稳定的着火；及时供应空气， 使燃料和空气充分混合，达到煤粉在炉 内迅速完全燃烧。
燃烧器的要求
组织良好的空气动力场，及时着火，保 证燃烧的稳定性和经济性。 有较好的燃料适应性和负荷调节范围。 能减少NOx生成，减少对环境的污染。 运行可靠，不易烧坏和磨损 易于自动控制
炭粒的燃烧速度
定义： 炭粒单位表面上的实际反应速度。
当燃烧过程稳定时
B＝ks＝r
r＝
1 1 ks k 1
B＝kC ＝kC B
b B
ks＝ ks C 0－C B
C 0＝k z C 0
燃烧区域
0.5 T 随温度变化缓慢 ks r E RT k e 受温度影响大
直流燃烧器均等配风
一、二次风喷口相间布置，即在二个一 次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷 口，各二次风喷口的风量分配较均匀。 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，利于挥发份高的烟煤、褐煤 燃烧
直流燃烧器均等配风
二次风
一次风
二次风
上、下二次风 周界风 夹心风
十字风
三次风
位于燃烧器上方 具有一定的下倾角（7°～15°） 风速：50
～60m/s
改进的直流燃烧器
宽调节比燃烧器（WR燃烧器） PM燃烧器
原理：煤粉稳燃技术 低NOx燃烧技术
宽调节比（WR）燃烧器
煤粉气流通过管道弯头时，受离心力作用分成浓淡两股 煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，可在喷嘴出口形成一个 稳定的回流区 一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；
k 化学反应速度 T （ 1400℃） k ks 扩散速度
ks
kz ks即r ks Co
通过试验来确定
确定最合理、最经济的安全运行方式和
参数控制要求
冷态空气动力场试验
一次风调平 二次风挡板调节，确定风速、风量 四角：飘带法确定切圆位置、大小 旋流：调整旋流强度改变射流形式
性能试验（热态试验）
负荷特性试验（最大负荷、最低稳燃负荷、经 济负荷） 风量分配试验（结合冷动场试验） 热效率试验 磨最大出力/单耗 一次风调平（考虑运行后煤粉管道与之前冷动 场的不同） 单个设备的试验（空预器漏风、分离器效率）
单蜗壳旋流煤粉燃烧器 双蜗壳旋流煤粉燃烧器 轴向叶片型旋流煤粉燃烧器 切向叶片式旋流煤粉燃烧器 双调风低NOx煤粉燃烧器
旋流燃烧器的布置方式
北仑电厂1#600MW机组 制粉燃烧系统（控制循环）
制粉系统：正压直吹式制粉系统配6台碗式 中速磨，5台可带MCR负荷，一台备用。6 台磨共24根煤粉管道在磨煤机上引出分6层 布置成水平走向引至炉膛四角
燃烧系统：四角切圆燃烧，摆动式燃烧器， 每角6只煤粉喷口，6只二次风喷口
北仑电厂2#600MW机组 制粉燃烧系统（自然循环）
制粉系统：正压直吹式制粉系统配6台HP983碗式中速磨，5台可带MCR负荷，一台 备用。 燃烧系统：旋流燃烧器前、后墙对冲布置， 36只双调节旋流燃烧器以前、后墙各布置3 层，每层6个燃烧器，同墙面、同标高的6个 燃烧器共用1个二次风室，也通过6根煤粉管 道与同一台磨煤机连接，即同层燃烧器与 同一个煤粉子系统相对应。
煤粉炉
粗粉高温区—扩散区
温度↑、燃料性质 扰动↑、炭粒直径↓
层燃炉
扩散区
扰动↑ 炭粒直径↓
强制通风
第二节
卷吸能力
射流抗偏转的能力
刚性
旋流射流
旋流射流的型式
根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成 的火焰形状可能有三种：封闭式火焰、开放式火 焰、飞边火焰。
旋流煤粉燃烧器的型式
PM燃烧器
直流燃烧器的布置方式
切向燃烧方式
U型火焰燃烧 W型火焰燃烧
切向燃烧方式
特性
旋流射流
旋流燃烧器 出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转
的旋转射流，煤粉气流着火热量，来源于旋转射流
内、外边界同时卷吸炉内高温烟气的热量。卷吸量
较大但射程短，适用于挥发份较高的煤种。
旋流射流的特性
射程
k 化学反应速度 T （ 1000℃） k ks ks 扩散速度
kz k即r kC0
温度↑、燃料性质
扩散燃烧区
燃烧反应速度只决定于氧的扩散速度，即扩散 到反应表面氧远不能满足化学反应的需要，这 个反应温度区称为扩散燃烧区。
瞬时化学反应速度可表示为 dc A ＝－ dc B ＝ dc G dCH A＝－ B G H dt dt dt dt
影响化学反应速度的因素
浓度 温度
压力
催化反应
氧的扩散速度
炭粒与氧的燃烧化学反应是在炭粒表面进行 的。由于化学反应消耗氧，炭粒反应表面氧 浓度CB小于周围介质中的氧浓度CO，周围环 境的氧不断向炭粒表面扩散。氧扩散过程的 快慢用氧的扩散速度表示。
催化反应的影响
催化剂可影响化学反应速度，但化 学反应却不能影响反应进行的程度。催 化剂可以改变反应物的活化能。
锅炉实际生产过程要考虑成本和效 益的平衡，一般不以投用催化剂作为加 速反应的手段。
动力燃烧区
燃烧反应速度决定于化学反应动力因素，而 氧的扩散过程对燃烧反应速度影响很小，这 个反应温度区称为动力燃烧区
第五章
煤粉燃烧理论基础及 燃烧设备
本章内容
燃烧的基本理论
煤粉气流的着火和燃烧
煤粉燃烧器及其炉内布置型式 煤粉炉点火设备 燃烧调整试验方法
本章重点与难点
炭粒的燃烧过程与影响因素 燃烧的三个区域 着火和熄火的热力条件 煤粉气流着火的影响因素 燃烧完全的条件
直流射流的特性、直流燃烧器的种类、特点、布 置方式 旋流射流的特性、旋流燃烧器的种类与特点、布 置方式
第一节
燃烧的基本理论
燃烧的分类
单相燃烧（均相燃烧）
燃料与氧化剂同相
2CO＋O 2＝2CO 2
多相燃烧（异相燃烧）
燃料与氧化剂 不同相
C＋O 2＝CO 2
化学反应速度
定义： 单位时间内反应物浓度的减少或生成物 3 mol m 浓度的增加，单位 s 对于反应 aA＋bB＝gG＋hH
第四节
煤粉炉点火设备
点火装置的作用及分类
作用 机组启动时点燃主燃烧器的煤粉气流 低负荷运行时稳定着火和燃烧 分类 三级点火装置（电火花点火器） 二级点火装置（电弧点火器、高能点 火器）
高能点火器
蒸汽雾化油喷嘴
第五节
燃烧调整试验方法
燃烧调整试验的目的
在以下情况下： 新投产或大修后的锅炉 燃料种类、燃烧设备、炉膛结构改变
着火和熄火的热力条件
煤粉气流燃烧时的放热量Q1为
Q1 k0e
E RT
C VQr
n o2
向周围介质的散热量Q2为
Q2 S T Tb
?
着火和熄火的热力条件
着火热
定义 将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量 计算
一次风 煤粉 水分
g 100 M ar Qzh V1ck cr Mcq t zh t1 100 M ar M 4.19 100 t1 2510 cq t zh 100 100
dC B B＝－ ＝kC b B dt
温度的影响
阿累尼乌斯定律
k＝k 0 e
E － RT
E － RT
dC B B＝－ ＝k 0 C b Be dt
E－活化能 T－反应温度
T＝const，E越大，产生的有效碰撞 越少，反应速度愈慢 E＝const，T越大，活化分子数目急 剧增加，反应速度快
燃烧器的分类
直流燃烧器 旋流燃烧器
直流射流
直流射流的特性
射程
射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到 某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的 距离
卷吸能力
刚性
射流抗偏转的能力
扩展角θ
直流煤粉燃烧器的型式
均等配风 适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟 煤、褐煤型配风方式。 分级配风 适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤， 常称为无烟煤和贫煤配风方式。
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对氧气的需 要，用于挥发分的燃烧 二次风 着火后单独送入的空气，补充后期 燃烧所需空气，用于焦炭燃烧，并起到气流 的扰动和混合的作用 三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充 分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉 的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧
ks＝ ks C 0－C B
ks Co CB
扩散速度系数
D o2 ks Nu ks d
d Nu Re 相对速度
炭粒多相燃烧反应阶段
ks 慢 氧气扩散到炭粒反应表面 氧气被炭粒表面吸附 在炭粒表面进行燃烧化学反应 B 慢 燃烧产物由炭粒解吸附 燃烧产物离开炭粒表面扩散到周围环境中
燃烧效率
100 q 3＋q 4
第三节
煤粉燃烧器 及其炉内布置型式
燃烧器的作用
将携带煤粉的一次风和助燃的二次 风送入炉膛，并组织一定的气流结构， 使煤粉迅速稳定的着火；及时供应空气， 使燃料和空气充分混合，达到煤粉在炉 内迅速完全燃烧。
燃烧器的要求
组织良好的空气动力场，及时着火，保 证燃烧的稳定性和经济性。 有较好的燃料适应性和负荷调节范围。 能减少NOx生成，减少对环境的污染。 运行可靠，不易烧坏和磨损 易于自动控制
炭粒的燃烧速度
定义： 炭粒单位表面上的实际反应速度。
当燃烧过程稳定时
B＝ks＝r
r＝
1 1 ks k 1
B＝kC ＝kC B
b B
ks＝ ks C 0－C B
C 0＝k z C 0
燃烧区域
0.5 T 随温度变化缓慢 ks r E RT k e 受温度影响大
直流燃烧器均等配风
一、二次风喷口相间布置，即在二个一 次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷 口，各二次风喷口的风量分配较均匀。 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，利于挥发份高的烟煤、褐煤 燃烧
直流燃烧器均等配风
二次风
一次风
二次风
上、下二次风 周界风 夹心风
十字风
三次风
位于燃烧器上方 具有一定的下倾角（7°～15°） 风速：50
～60m/s
改进的直流燃烧器
宽调节比燃烧器（WR燃烧器） PM燃烧器
原理：煤粉稳燃技术 低NOx燃烧技术
宽调节比（WR）燃烧器
煤粉气流通过管道弯头时，受离心力作用分成浓淡两股 煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，可在喷嘴出口形成一个 稳定的回流区 一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；
k 化学反应速度 T （ 1400℃） k ks 扩散速度
ks
kz ks即r ks Co
通过试验来确定
确定最合理、最经济的安全运行方式和
参数控制要求
冷态空气动力场试验
一次风调平 二次风挡板调节，确定风速、风量 四角：飘带法确定切圆位置、大小 旋流：调整旋流强度改变射流形式
性能试验（热态试验）
负荷特性试验（最大负荷、最低稳燃负荷、经 济负荷） 风量分配试验（结合冷动场试验） 热效率试验 磨最大出力/单耗 一次风调平（考虑运行后煤粉管道与之前冷动 场的不同） 单个设备的试验（空预器漏风、分离器效率）
单蜗壳旋流煤粉燃烧器 双蜗壳旋流煤粉燃烧器 轴向叶片型旋流煤粉燃烧器 切向叶片式旋流煤粉燃烧器 双调风低NOx煤粉燃烧器
旋流燃烧器的布置方式
北仑电厂1#600MW机组 制粉燃烧系统（控制循环）
制粉系统：正压直吹式制粉系统配6台碗式 中速磨，5台可带MCR负荷，一台备用。6 台磨共24根煤粉管道在磨煤机上引出分6层 布置成水平走向引至炉膛四角
燃烧系统：四角切圆燃烧，摆动式燃烧器， 每角6只煤粉喷口，6只二次风喷口
北仑电厂2#600MW机组 制粉燃烧系统（自然循环）
制粉系统：正压直吹式制粉系统配6台HP983碗式中速磨，5台可带MCR负荷，一台 备用。 燃烧系统：旋流燃烧器前、后墙对冲布置， 36只双调节旋流燃烧器以前、后墙各布置3 层，每层6个燃烧器，同墙面、同标高的6个 燃烧器共用1个二次风室，也通过6根煤粉管 道与同一台磨煤机连接，即同层燃烧器与 同一个煤粉子系统相对应。
煤粉炉
粗粉高温区—扩散区
温度↑、燃料性质 扰动↑、炭粒直径↓
层燃炉
扩散区
扰动↑ 炭粒直径↓
强制通风
第二节