锅炉燃烧理论知识大全.docx
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1、一、燃烧煤粉对炉膛的要求 炉膛作为燃烧室,是保证炉膛正常运行的先决条件之一。燃烧煤粉时,对炉膛的要求是:1、创造良好的着火、稳燃条件,并使燃料在炉内完全燃尽;2、炉膛受热面不结渣;3、布置足够的蒸发受热面,并不发生传热恶化;4、尽可能减少污染物的生成量;5、对煤质和负荷复合有较宽的适应性能,以及连续运行的可靠性。二、煤粉在炉膛内的燃烧过程 燃料从入炉内开始到燃烧完毕,大体上可分为如下三个阶段:1、着火前准备阶段 从燃料入炉至达到着火温度这一阶段称准备阶段。在这一阶段内,要完成水份蒸发,挥发份析出、燃料与空气混合物达到着火温度。显然,这一阶段是吸热过程,热量来源是火焰辐射及高温烟气回流。影响准备
2、阶段时间长短的因素除燃烧器本身外,主要是炉内热烟气为煤粉气流提供热量的强弱,煤粉气流的数量、温度、浓度、挥发份含量及煤粉细度等。2、燃烧阶段 当达到着火温度后,挥发份首先着火燃烧,放出热量,使温度升高,焦炭被加热到较高温度而开始燃烧。燃烧阶段是强烈的放热过程,温度升高较快,化学反应强烈,这时碳粒表面往往会出现缺氧状态。强化燃烧阶段的关键是加强混合,使气流强烈扰动,以便向碳粒表面提供氧气,而将碳粒表面的二氧化碳扩散出去。3、燃尽阶段 主要是将燃烧阶段未燃尽的碳烧完。燃尽阶段剩余的碳虽然不多,但要完全燃尽却很困难,主要是存在着诸多不利于完全燃烧的因素,如少量的固定碳被灰包围着;氧气浓度已较低;气流
3、的扰动渐趋衰减;炉内温度在逐步降低。如果燃料的挥发份低、灰份高、煤粉粗、炉膛容积小,完全燃尽将更困难。据试验,对细度R90=5%的煤粉,其中97%的可燃物可在25%的时间内燃尽,而其余3%的可燃物却要75%的时间才能燃尽。这也是实际锅炉中不可能使可燃物彻底燃尽的基本原因。三、影响燃烧的因素 燃烧速度反映单位时间烧去可燃物的数量。由于燃烧是复杂的物理化学过程,燃烧速度的快慢,取决于可燃物与氧的化学反应速度以及氧和可燃物的接触混合速度。 前者称化学反应速度,也称化学条件;后者称物理混合速度,也称物理条件。化学反应速度与反应空间的压力、温度、反应物质浓度有关,且成正比。 对于锅炉的实际燃烧,影响化学
4、反应速度的主要因素是炉内温度,炉温高,化学反应速度快。燃烧速度除与化学反应速度有关外,还取决气流向碳粒表面输送氧气的快慢,即物理混合速度。而物理混合速度取决于空气与燃料的相对速度、气流扰动情况、扩散速度等。 化学反应速度、物理混合速度是相互关联的,对燃烧速度均起制约作用。例如,高温条件下应有较高的化学反应速度,但若物理混合速度低,氧气浓度下降,可燃物得不到充足的氧气供应,结果燃烧速度也必然下降。 因此,只有在化学条件和物理条件都比较适应的情况下,才能获得较快的燃烧速度。燃烧能迅速而又完全燃烧的基本条件主要有:1、相当高的炉膛温度: 温度是燃烧化学反应的基本条件,对燃料的着火、稳定燃烧、燃尽均有
5、重大影响,维持炉内适当高的温度是至重要的。当然,炉内温度太高时,需要考虑锅炉的结渣问题。2、适量的空气供应: 适量的空气供应,是为燃料提供足够的氧气,它是燃烧反应的原始条件。空气供应不足,可燃物得不到足够的氧气,也就不能达到完全燃烧。但空气量过大,又会导致炉温下降及排烟损失增大。3、良好的混合条件: 混合是燃烧反应的重要物理条件。混合使炉内热烟气回流对煤粉气流进行加热,以使其迅速着火。混合使炉内气流强烈扰动,对燃烧阶段向碳粒表面提供氧气,向外扩散二氧化碳,以及燃烧后期促使燃料的燃尽,都是必不可少的条件。4、足够的燃烧时间: 燃料在炉内停留足够的时间,才能达到可燃物的高度燃尽,这就要求有足够大的
6、炉膛容积。炉膛容积与锅炉容量成正比。当然炉膛容积也与燃料燃烧特性有关,易于燃烧的燃料,炉膛容积可相对小些。比如相同容量的锅炉,燃油炉的炉膛容积要比煤粉炉的小,而烧无烟消云散煤的炉膛容积要比烧烟煤的炉膛容积稍大些。四、改善燃烧的措施1、适当提高一次风温度: 提高一次温可减小着火热需要量,使煤粉气澈入炉后迅速达到着火温度。当然,一次风温的高低是根据不同煤种来定的,对挥发份高的煤,一次风温就可以低些。2、适当控制一次风量: 一次风量小,可减小着火热需要量,利于煤粉气流的迅速着火。但最小的一次风量也应满足挥发份燃烧对氧气的需要量,挥发份高的煤一次风量要大些。3、合适的煤粉细度: 煤粉越细,相对表面积越
7、大,本身热阻小,挥发份析出快,着火容易于达到完全燃烧。但煤粉过细,要增大厂用电量,所以应根据不同煤种,确定合理的经济细度。4、合理的一、二次风速: 一、二次风速对煤粉气流的着火与燃烧有着较大影响。因为一、二次风速影响热烟气的回流,从而影响到煤粉气流的加热情况;一、二次风速影响一、二次风混合的迟早,从而影响到燃烧阶段的进展;一、二次风速还影响燃烧后期气流扰动的强弱,从而影响燃料燃烧的完全程度。因此,必须根据煤种与燃烧器型式,选择适当的一、二次风速度。5、维持燃烧区域适当高温: 适当高的炉温,是煤粉气流着火与稳定燃烧的基本条件。炉温高,煤粉气流被迅速加热而着火,燃烧反应也迅速,并为保证完全燃烧提供
8、条件。故在燃烧无烟煤或其它劣质煤时,常在燃烧区设卫燃烧带或采取其它措施,以提高炉温。当然,在提高炉温时,要考虑防止出现结渣的可能性。6、适当的炉膛容积与合理的炉膛形状: 炉膛容积大小,决定燃料在炉内停留时间的长短,从而影响其完全燃烧程度,故着火、燃烧性能差的燃料,炉膛容积要大些,这种燃料还要求维持燃烧区域高温,故常需要选用炉膛燃烧区域断面尺寸较小的瘦高型炉膛。7、锅炉负荷维持在适当范围内: 锅炉负荷低时,炉内温度下降,对着火、燃烧均不利,使燃烧稳定性变差。锅炉负荷过高时,燃料在炉内停留时间短,出现不完全燃烧。同时由于炉温的升高,还有可能出现结渣及其它问题。因此,锅炉负荷应尽可能地在许可的范围内
9、调度。五、锅炉运行中稳定燃烧的措施1、实现稳定着火的两个条件: 1)放热量和散热量达到平衡,放热量等于散热量。 2)放热速度大于散热速度如果不具备这两个条件,即使在高温状态下也不能稳定着火,燃烧过程将因火焰熄灭而中断,并不断向缓慢氧化的过程发展。2、实现稳定着火的措施 放热速度与散热速度是相互作用的。在实际炉膛内,当燃烧处于高负荷状态时,由于燃煤量增加,燃烧放热量比较大,而散热量变化不大,因此使炉内维持高温状态。在高负荷运行时,容易稳定着火。 当燃烧处于低负荷运行时,由于燃煤量减少,燃烧放热量随之减小,这时相对于单位放热量的散热条件却大为增加,散热速度加快,因此炉内火焰温度与水冷壁表面温度下降
10、,使燃烧反应速度降低,因而放热速度也就变慢,进一步使炉内处于低温状态。 在低负荷运行状态下,稳定着火比较困难,因此需要投入助燃油等燃料来稳定着火燃烧。对于低反应能力的无烟煤和劣质烟煤,不但着火困难,而且难于稳燃,因而容易熄火“打炮”。从以上分析,可得到提示: 1)着火和燃烧温度与水冷壁面积、进入炉内的新气流初温度相关。 2)在炉内可自动到达稳定着火状态,如果点火区的温度与燃料的活性不相适应,就需投入助燃油或采用强化着火的措施。六、影响锅炉热效率的因素分析1、氧 量 入炉总风量的大小与锅炉热效率的高低密切相关,总风量过大会使排烟热损失增加;总风量过小,则会使煤粉燃烧不充分,烟气中CO含量、飞灰可
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