第五章煤粉燃烧理论基础及燃烧设备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT,文档演模板,Office,PPT,04 十一月 2026,第五章煤粉燃烧理论基础及燃烧设备,第五章 煤粉燃烧理论基础及燃烧设备,第一节,燃烧的基本理论,第二节,煤粉气流的着火和燃烧,第三节,煤粉燃烧器及点火设备,第四节,煤粉炉的炉膛及其特性,第五节,燃烧调整实验方法,11/4/2026,第一节燃烧的基本理论,燃烧概念,燃料与氧化剂进行的发热与发光的高速化学反应,单相（均相）反应,多相（异相）燃烧,11/4/2026,不同状态物质的燃烧,自然界里的一切物质，在一定温度和压力下，都以一定状态（固态、液态、气态）存在。这三种状态的物质燃烧过程是不同的。固体和液体发生燃烧，需要经过分解和蒸发，生成气体，然后由这些气体成分与氧化剂作用发生燃烧。气体物质不需要经过蒸发，可以直接燃烧。,11/4/2026,一、化学反应速度,化学计量方程式,化学反应速度的表示,1）反应物消耗的速度 或 生成物浓度增加的速度,2）单位：mol/m,3,s,3）影响反应速度的因素,（1）原始反应物的性质,（2）反应系统的条件：反应物浓度、温度、压力、是否有催化反应或连锁反应,11/4/2026,1C对的影响,1）化学反应本质,一定条件下，不同反应物分子彼此碰撞,单位t内,碰撞次数,单位V内反应物分子数（物质C）,2）与C的关系质量作用定律,（1）均相反应,一定T下，与参加化学反应的各反应物,的C成正比，各反应物浓度项方次取相应,的反应系数,（2）多相燃烧,单位t内炭粒表面上O浓度的变化,B,3）结论：若T、V一定，反应物C,11/4/2026,甲烷燃烧,11/4/2026,2T对的影响,1）反应速度常数k（若反应物C不随t变化）,Arrhenius定律,2）,（1）若C不变，与T成指数关系：T,（2）现象解释：活化分子的碰撞才是反应的有效碰撞,（3）T一定，E,3）实际炉内燃烧：C、p基本不变，T加速燃烧反应，缩短燃烧时间,11/4/2026,3p对的影响,1）V不变，pC,2）与p的n次方成正比：,11/4/2026,4催化反应,1）催化作用：催化剂加入反应系统，引起变化,2）特点,（1）催化剂可影响，但自身不受影响,（2）一定条件下不能改变平衡状态，只能改变达到平衡的t（实质是改变E）,11/4/2026,5连锁反应,1）作用：使化学反应自动连续加速进行,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,11/4/2026,二、氧的扩散速度,1炭粒的燃烧：炭粒在表面与O进行,2O的扩散速度：,ks,=,ks,（C,0,C,B,）,1）（C,0,C,B,）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（C,0,C,B,）,ks,减小d,3）气流与炭粒的相对速度扰动O向炭粒表面的供应速度，燃烧产物离开表面的速度,ks,11/4/2026,三、燃烧速度与燃烧区域,1炭粒的多相燃烧反应,2 炭粒燃烧速度,ks,：单位表面上的实际反应速度,3稳定燃烧：,B,=,ks,=,r,4燃烧过程反应区域,11/4/2026,1炭粒的多相燃烧反应,1）参加燃烧的O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（最快）,3）在炭粒表面进行燃烧化学反应,4）燃烧产物由炭粒解吸附（最快）,5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中（较快）,11/4/2026,4燃烧过程反应区域,1）动力燃烧区（T1400）,改善扩散混合条件，相对速度或d,3）过渡燃烧区（1000T1400）,提高T，改善扩散混合，强化扩散,煤粉锅炉,（1）粗煤粉：炉膛高温区，接近扩散燃烧,（2）其余煤粉：炉膛燃烧中心外，都为过渡、动力区,层燃炉：扩散区强化燃烧强制通风,11/4/2026,第二节煤粉气流的着火和燃烧,一、煤粉的燃烧过程,二、燃烧过程着火和熄火的热力条件,三、煤粉气流的着火,四、燃烧完全的条件,11/4/2026,一、煤粉的燃烧过程,1煤粉燃烧的三个阶段,1）着火前的准备阶段（吸热）,煤粉气流被烟气加热TM蒸发干燥煤粉热分解，析出V（煤的特性、加热T和速度）V着火燃烧放出的热量加热炭粒炭粒温度达到一定T并有O接触炭粒着火燃烧,2）燃烧阶段（放热）,煤粉颗粒局部着火燃烧,燃烧扩散到整个表面,3）燃尽阶段,炭粒变小，表面形成灰壳，,少量未燃尽炭继续燃烧,11/4/2026,11/4/2026,一、煤粉的燃烧过程,2炭粒的燃烧,1）煤粉燃烧的关键,（1）可燃质的主要部分,（2）燃烧过程最长,（3）放热量份额大,2）燃烧机理,一次反应,二次反应,3）不同T下炭粒燃烧过程,（1）T1200,4）影响炭粒燃烧的因素,T、是否等温、炭粒的几何形状和结构、炭粒周围气流性质,11/4/2026,二、燃烧过程着火和熄火的热力条件,1着火和T,zh,1）缓慢氧化状态高速燃烧状态的瞬间着火,2）转变瞬间的TT,zh,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Q,1,2）燃烧过程中向周围介质的散热量Q,2,3Q,1,-T、Q,2,-T变化曲线及分析,4加快着火的方法,1）加强放热：散热条件不变，C、p、T,0,2）减少散热：放热条件不变，T,0,，气流速度、燃烧室保温,11/4/2026,11/4/2026,三、煤粉气流的着火,1着火过程,2煤粉燃烧特点之一：较难着火,3理想的煤粉气流着火燃烧器喷口不远处,4着火热Q,zh,：包括加热煤粉及空气（一次风），并使煤粉中M加热、蒸发、过热所需热量,5影响煤粉气流着火的主要因素,6结论,11/4/2026,1着火过程,煤粉空气混合物燃烧器喷入炉膛卷吸高温烟气（湍流扩散、回流）+高温火焰辐射被迅速加热热量达到一定T着火,11/4/2026,3理想的煤粉气流着火,1）着火过早燃烧器喷口烧坏、附近结渣,2）着火太迟推迟整个燃烧过程q,4,火焰中心上移炉膛出口受热面结渣,11/4/2026,5影响煤粉气流着火的主要因素,1）燃料性质：V,daf,、M、A、R,90,2）一次风温,3）一次风量（r,1,zj,）,（1）大Q,zh,着火推迟,（2）过小缺O限制燃烧过程的发展,（3）需满足输粉要求（煤粉堵塞）,4）一次风速（适宜风速选取）,（1）过高流量煤粉气流加热速度,（2）过低燃烧器喷口烧坏，煤粉管道堵塞,5）炉内散热条件敷设卫燃带（注意结渣）,6）燃烧器结构特性,（1）一、二次风混合,（2）尺寸,7）锅炉负荷着火稳定性条件限制了调节范围,11/4/2026,6结论,1）稳定着火过程的首要条件：组织强烈的煤粉气流与高温烟气的混合供给足够Q,zh,2）减小Q,zh,的有效措施：提高一次风温、合适的一次风量和风速,3）难燃煤稳定着火常用方法：较细较均匀煤粉，敷设卫燃带,11/4/2026,四、燃烧完全的条件,1燃烧效率：,r,=100（q,3,+q,4,）%,2完全燃烧的原则性条件,1）供应充足而又合适的空气量,l,”,必要条件,2）适当高的炉温,3）空气和煤粉的良好扰动和混合,4）足够的炉内停留时间,11/4/2026,第三节煤粉燃烧器及点火设备,煤粉炉燃烧设备,煤粉燃烧器（喷燃器）,点火装置,炉膛,燃烧器作用,将一、二次风送入炉膛，组织气流结构，迅速稳定着火,及时供应空气，风粉充分混合，迅速完全燃烧,11/4/2026,第三节煤粉燃烧器及点火设备,燃烧器要求,（1）空气动力场，着火，风粉混合燃烧稳定性、经济性,（2）燃料适应性，调节性，调节范围适应煤种和负荷变化的需要,（3）控制NO,x,生成保护环境,（4）运行可靠，便于维修,（5）易于实现远程或自动控制,型式（按出口气流特征）,直流燃烧器：直流射流（组）,旋流燃烧器：旋转（+直流）射流（组）,11/4/2026,一、旋流煤粉燃烧器,1.旋转射流的特性,（1）内回流区：反向气流卷吸周围介质,+射流外边界,（2）旋转效应衰减快：相同初始动量下，射程比直流短,（3）扩展角大：随旋转强度增大而增大,11/4/2026,旋转射流流动状态,封闭气流：弱旋转,开放气流：内回流区,全扩散气流：飞边火焰贴墙炉墙、水冷壁结渣,11/4/2026,2.旋流煤粉燃烧器的型式,11/4/2026,（1）单蜗壳型旋流煤粉燃烧器,优点：一次风阻力小，射程远，后期扰动好,煤种适应性好，可燃用低V贫煤,缺点：易烧坏、结渣,11/4/2026,烧毁的燃烧器,11/4/2026,烧毁的燃烧器,11/4/2026,（2）双蜗壳旋流煤粉燃烧器,优点：出口气流前期混合强烈，可燃用烟煤、褐煤和贫煤,缺点：燃料适用范围不广,一次风阻力大，不宜直吹式制粉系统,气流速度、煤粉浓度分布不均,11/4/2026,（3）轴向叶片型旋流煤粉燃烧器,特点,1）调节性能较好,2）中心回流区较小、较长,3）适宜燃用高V烟煤、褐煤,11/4/2026,（4）切向叶片式旋流煤粉燃烧器,11/4/2026,（5）双调风低NO,x,煤粉燃烧器,优点：空气分级送入、燃烧调节灵活、有利稳定燃烧、煤质适应范围宽、可防止结渣或腐蚀,11/4/2026,导流叶片鼓风式旋流扩散燃烧器,11/4/2026,二、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,11/4/2026,2.直流煤粉燃烧器的型式,结构：狭长形，由一组喷口（圆形、矩形或多边形）组成,流动介质：一次风煤粉气流、二次风、乏气（中间储仓式，热风送粉）,直流射流方向：水平、倾斜一定角度（向上、向下）,11/4/2026,（1）均等配风直流煤粉燃烧器,一、二次风喷口相间布置,适宜燃用烟煤、褐煤,11/4/2026,（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,11/4/2026,（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 迅速稳定着火,一次风射流刚性、贯穿能力火焰偏斜，风粉后期混合,3）一、二次风喷口间距加大：一、二次风混合推迟，利于着火,4）二次风分级布置：利于前期着火和后期燃烧,5）周界风、夹心风：风速气流刚性防止气流偏斜和燃烧器烧坏,影响着火稳定,6）三次风：布置在燃烧器上方，有下倾角，风速高,11/4/2026,锅炉内部#1/#2燃烧器及水冷壁布置,11/4/2026,（3）几种改进的直流煤粉燃烧器,宽调节比燃烧器,PM燃烧器,11/4/2026,三、点火装置,1.作用,（1）点燃主燃烧器煤粉气流,（2）稳定着火、燃烧,（3）辅助燃烧,2.点火方式,（1）三级点火：气体燃料雾化燃料油煤粉气流,（2）二级点火：燃料油煤粉气流,3.点火器,11/4/2026,电火花点火器,11/4/2026,电弧点火器,11/4/2026,高能点火器,11/4/2026,等离子煤粉燃烧器,11/4/2026,等离子点火系统组成,11/4/2026,等离子燃烧器,11/4/2026,第四节煤粉炉的炉膛及其特性,一、煤粉锅炉的炉膛,1.炉膛结构需满足的要求,（1）空间足够，形状合理,（2）炉内温度场和空气动力特性良好,（3）布置足够辐射受热面，炉膛出口烟温合理,2.影响炉膛形状、尺寸的因素,燃料种类、燃烧方式、燃烧器布置、火焰形状和行程,3.炉膛水平横截面选取,（1）直流燃烧器：正方形或接近正方形的矩形,（2）旋流燃烧器：长方形,4.炉膛宽度的选取,（1）适应过热器和尾部受热面布置的需要,（2）与汽包长度相匹配,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,1.旋流燃烧器,（1）布置要求,a.各燃烧器火焰自由发展，相邻射流不互相干扰,b.保持适当距离：燃烧器间、与邻近炉墙间、与冷灰斗上缘间,c.相邻气流旋转方向相反,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,1.旋流燃烧器,（2）前墙布置,a.优点：煤粉管道短，煤粉分配均匀，炉膛宽度方向烟温偏差小,b.缺点：火焰扰动弱，后期混合差，死滞漩涡区大，火焰充满程度差，易结渣,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,1.旋流燃烧器,（3）两面墙布置,a.优点：死滞漩涡区减少，火焰充满混合程度好,b.缺点：风、粉管道布置复杂，炉膛宽度方向温度分布不均，局部易结渣,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,2.直流燃烧器,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,2.直流燃烧器,（1）切向燃烧方式,a.单切圆b.两角对冲c.双切圆,d.八向或六向切圆e.双炉膛切圆,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,2.直流燃烧器,（2）切向燃烧炉内空气动力特性,a.空气动力工况,b.对煤粉燃烧的影响,着火角度：相邻煤粉气流互相引燃，高温烟气 回流、卷吸，接受辐射热,燃烧角度：混合充分,燃尽角度：火焰充满程度良好，延长煤粉炉内 停留时间,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,2.直流燃烧器,（3）影响一次风煤粉气流偏斜的因素,a.射流两侧补气条件,b.上游邻角射流的横向推力与射流刚性,c.燃烧器结构特性,11/4/2026,二、燃烧器的布置及炉内空气动力特性,2.直流燃烧器,（4）存在的问题,a.炉内易结渣：燃烧器、炉膛局部、冷灰斗,b.炉膛出口及水平烟道两侧烟温偏差大,c.各角二次风分配不均,d.摆动式燃烧器需经常维护,11/4/2026,邯郸热电厂#10炉燃烧器改造,11/4/2026,