第4章 燃烧设备及运行-1.ppt
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1、第四章第四章 燃烧设备及运行燃烧设备及运行重要性重要性燃烧系统对火力发电机组安全经济运行的影响燃烧系统对火力发电机组安全经济运行的影响1 1、安全、安全四管爆漏灭火四管爆漏灭火2 2、经济、经济事故的影响、燃烧效率事故的影响、燃烧效率 少油少油/无油无油3 3、污染、污染火电的缺点烟尘火电的缺点烟尘SOxSOx NOxNOx CO2CO2运行人员的操作水平运行人员的操作水平(上述三大目标上述三大目标)q掌握直流燃烧器结构布置及运行特性q四角切圆燃烧方式的特点及火焰偏斜q稳燃技术q水冷壁结渣、高温腐蚀的问题q低NOx燃烧技术本章重点第一节直流燃烧器第一节直流燃烧器一般是矩形,也可以是圆形一般是矩
2、形,也可以是圆形四角切圆燃烧技术四角切圆燃烧技术ABBCE公司公司空气动力学特性:空气动力学特性:刚性、卷吸能力强、配风方式、一、二次风动刚性、卷吸能力强、配风方式、一、二次风动量矩比、喷口高宽比、风速大小、角度量矩比、喷口高宽比、风速大小、角度一、射流的动力学特性一、射流的动力学特性1 1、卷吸与扩散、卷吸与扩散由由射流边界卷吸周围烟气,发生热量、质量交换,最射流边界卷吸周围烟气,发生热量、质量交换,最终射流横截面扩大、速度降低终射流横截面扩大、速度降低煤粉气流煤粉气流卷吸卷吸(P(P7171)的高温烟气是着火热量的主要来源的高温烟气是着火热量的主要来源(7090%),另,另1030%来源于
3、炉膛四壁及高温火焰的来源于炉膛四壁及高温火焰的辐射辐射增加边界面可以加强卷吸作用增加边界面可以加强卷吸作用增加宽高比,面积未变,周长变大增加宽高比,面积未变,周长变大2 2、射程:、射程:轴向速度降到初速的轴向速度降到初速的0.050.05倍时;穿透能力倍时;穿透能力射程太大:使邻角射流发生偏斜射程太大:使邻角射流发生偏斜射程太小:对邻角射流的加热作用差射程太小:对邻角射流的加热作用差影响射程大小的因素:影响射程大小的因素:1 1)喷口面积一定)喷口面积一定,速度越高越远速度越高越远2 2)速度一定,喷口越大,射程越大)速度一定,喷口越大,射程越大二、四角布置切圆燃烧的主要特点二、四角布置切圆
4、燃烧的主要特点每每一层的四个角喷口中心线相切一层的四个角喷口中心线相切于一个或两个假想切圆,直径于一个或两个假想切圆,直径800mm800mm左右左右1 1、上游邻角气流的加热作用、上游邻角气流的加热作用(自自点燃点燃),加之本身卷吸,着火,加之本身卷吸,着火条件优越,着火稳定性好条件优越,着火稳定性好向火侧背火侧向火侧背火侧2 2、在整个炉内形成强烈的旋转,、在整个炉内形成强烈的旋转,扰动混合好,利于燃烧及燃尽扰动混合好,利于燃烧及燃尽3 3、强烈的湍流扩散和良好的炉内、强烈的湍流扩散和良好的炉内空气动力结构,烟气在炉内充空气动力结构,烟气在炉内充满程度好,炉内热负荷分布均满程度好,炉内热负
5、荷分布均匀匀f960f820整个炉内形整个炉内形成一个强烈成一个强烈的旋转的旋转4 4、负荷的调节灵活,对煤种的适应性强,控制和调节的手段、负荷的调节灵活,对煤种的适应性强,控制和调节的手段也较多也较多5 5、炉膛结构简单,便于大容量锅炉的布置、炉膛结构简单,便于大容量锅炉的布置6 6、采用摆动式燃烧器时,可通过上下摆动调节汽温、采用摆动式燃烧器时,可通过上下摆动调节汽温7 7、便于实现分段送风,组织分级燃烧,从而抑制、便于实现分段送风,组织分级燃烧,从而抑制NOx生成生成第一阶段低过量空气系数,还原性气氛第一阶段低过量空气系数,还原性气氛抑制抑制NOx生成生成第二阶段高过量空气系数,保证燃烧
6、的完全燃尽第二阶段高过量空气系数,保证燃烧的完全燃尽8 8、炉膛出口处的残余旋转、炉膛出口处的残余旋转烟温左右偏差烟温左右偏差9 9、如何确保四个角的风粉均匀性也是一个重要问题、如何确保四个角的风粉均匀性也是一个重要问题若管长不同,可用节流孔板来调,或在线监测风粉流量若管长不同,可用节流孔板来调,或在线监测风粉流量三、直流燃烧器的配风方式三、直流燃烧器的配风方式(均等、分级均等、分级)1 1、均等配风、均等配风一、二次风一、二次风相间布置相间布置P70 P70 概念概念一次风之间隔一次风之间隔1 12 2层二次风层二次风一次风的背火侧布置二次风一次风的背火侧布置二次风参考图参考图5 51 1为
7、何燃烧器分上下两组?为何燃烧器分上下两组?在在高度方向的配风方案:高度方向的配风方案:提高燃烧效率提高燃烧效率降低污染物降低污染物NOxNOx一、二次风相邻,易于较早的混合,适应煤种:烟煤、褐一、二次风相邻,易于较早的混合,适应煤种:烟煤、褐煤;煤;CECE公司则更广公司则更广(Vdaf13%)1)1)上下相隔布置:上下相隔布置:最上层二次风:给未燃尽的煤粉供氧最上层二次风:给未燃尽的煤粉供氧最下层二次风:把粗煤粉浮托起来最下层二次风:把粗煤粉浮托起来2)2)侧二次风:侧二次风:一次风一次风向火侧卷吸高温烟气向火侧卷吸高温烟气邻角气流的加热邻角气流的加热炉中间的热辐射炉中间的热辐射二次风二次风
8、背火侧防止火炬刷墙背火侧防止火炬刷墙氧化性气氛防止结渣、高温腐蚀氧化性气氛防止结渣、高温腐蚀2 2、分级配风、分级配风二次风二次风分段、分级送入(布置于上方)分段、分级送入(布置于上方)一次风集中布置,燃烧放热集中,利于一次风集中布置,燃烧放热集中,利于着火燃烧;高煤粉浓度着火燃烧;高煤粉浓度着火热小着火热小一、二次风离得远,混合晚一、二次风离得远,混合晚由上可知,适用于无烟煤、贫煤、劣质由上可知,适用于无烟煤、贫煤、劣质烟煤烟煤问题:问题:着火区供氧不足;烧喷口着火区供氧不足;烧喷口周界风周界风不多见不多见 W W 形炉形炉 四四、一次风煤粉气流的偏斜、一次风煤粉气流的偏斜一次风射流贴附或冲
9、击炉墙,是一次风射流贴附或冲击炉墙,是水冷壁结渣水冷壁结渣的主要原因的主要原因f960f820火焰贴墙火焰贴墙影响一次风射流偏斜的主要因素:影响一次风射流偏斜的主要因素:1 1、邻角气流的横向推力、邻角气流的横向推力由炉内的整体旋转强度决定的,旋转强由炉内的整体旋转强度决定的,旋转强推力大推力大炉内气流的旋转强度主要由二次风的动量矩决定炉内气流的旋转强度主要由二次风的动量矩决定二次风的动量二次风的动量(矩矩)太大太大旋转强度太大旋转强度太大横向推力太大横向推力太大旋转太强旋转太强炉膛出口残余旋转炉膛出口残余旋转出口烟温左右偏差出口烟温左右偏差增加增加一次风动量、减小二次风动量即增加一二次风的动
10、量比,一次风动量、减小二次风动量即增加一二次风的动量比,可以减轻偏斜,但一次风的流速受制约可以减轻偏斜,但一次风的流速受制约一次风一次风扁口扁口增加刚性增加刚性2 2、四角布风不均、四角布风不均某个角速度太小,某个角速度太小,则刚性不足,易被则刚性不足,易被吹斜吹斜太大,吹下游邻角太大,吹下游邻角发生四角不均时,发生四角不均时,实际切圆会偏心实际切圆会偏心3 3、假想切圆直径、假想切圆直径直接影响实际切圆直径(数倍于假想直径)的大小直接影响实际切圆直径(数倍于假想直径)的大小太太大大:水冷壁结渣;烧喷口;残余旋转;过热器结渣:水冷壁结渣;烧喷口;残余旋转;过热器结渣太太小小:动力场不稳定;充满
11、度不好;自点燃作用减弱;:动力场不稳定;充满度不好;自点燃作用减弱;燃烧不稳定;着火推迟,炉出口烟温升高燃烧不稳定;着火推迟,炉出口烟温升高综合考虑:充满度、着火条件、结渣、残余旋转综合考虑:充满度、着火条件、结渣、残余旋转f960f820一二次风可采取不同的切圆大小,一二次风可采取不同的切圆大小,或不同旋转方向:或不同旋转方向:小切圆小切圆一次风反切;一次风反切;二次风反切;二次风反切;对冲;对冲;消旋风消旋风区别水冷壁区域的结渣现象:区别水冷壁区域的结渣现象:局部局部四周都有四周都有1#2#3#4#结渣思考思考4 4、补气条件补气条件向火侧与背火侧的向火侧与背火侧的补气条件补气条件不同不同
12、静压差静压差偏斜偏斜大容量锅炉可将每个角燃烧器分为上下大容量锅炉可将每个角燃烧器分为上下 2 23 3 组,组,两组之间的间距相当于压力平衡孔两组之间的间距相当于压力平衡孔a ab b炉膛横截面的形状:矩形或炉膛横截面的形状:矩形或正方形,也会影响补气条件正方形,也会影响补气条件要求炉膛的设计尽可能要求炉膛的设计尽可能接近正方形接近正方形一、二风喷口一、二风喷口间距间距不能太小不能太小见图见图5 51 15 5、燃烧器的结构特性高、燃烧器的结构特性高宽比宽比不能太大不能太大瘦高形的刚性差瘦高形的刚性差矮胖形的刚性强矮胖形的刚性强一个工程实例一个工程实例丰泰丰泰发电厂发电厂670t/h670t/
13、h1 1、过热器超温、过热器超温对流过热器前左右两侧烟温偏差大对流过热器前左右两侧烟温偏差大(达到达到200-260)200-260)2 2、排烟温度低、排烟温度低3 3、多次结渣,导致落焦故障、多次结渣,导致落焦故障 DTDT15001500存在的问题存在的问题原因分析原因分析热力计算热力计算冷态试验火花拍摄冷态试验火花拍摄数值模拟数值模拟采取方法采取方法拟拟采取的措施采取的措施小切小切圆圆同心反切同心反切消旋风,上二次风反切消旋风,上二次风反切炉后屏出口截面温度分布炉后屏出口截面温度分布 五、一次风与二次风(切圆燃烧方式的主要热力参数)五、一次风与二次风(切圆燃烧方式的主要热力参数)1 1
14、、一次风层数:、一次风层数:300MW57层(利港层(利港6 6)随着锅炉容量增大,若只增大单个一次风喷口的随着锅炉容量增大,若只增大单个一次风喷口的热负荷,会导致结渣、热负荷,会导致结渣、NOx增加增加2 2、一次风率:决定于煤种的、一次风率:决定于煤种的Vdaf值,和值,和着火着火条件、制粉系条件、制粉系统情况统情况3 3、一次风速、一次风速一次风速过一次风速过高高燃烧不稳,甚至灭火(火焰的传播速度)燃烧不稳,甚至灭火(火焰的传播速度)对面墙结渣对面墙结渣一次风速过一次风速过低低刚性、扰动、卷吸、回火、堵管、浓度不均刚性、扰动、卷吸、回火、堵管、浓度不均石洞口二厂曾出现一次风不足石洞口二厂
15、曾出现一次风不足烧喷口、出力受限烧喷口、出力受限一次风速取决于着火性能,直吹式、乏气送粉取下限;热风送一次风速取决于着火性能,直吹式、乏气送粉取下限;热风送粉取上限。粉取上限。4 4、一次风温、一次风温与煤种与煤种有关,风温有关,风温高高:优优易着火,燃烧稳定:无烟煤易着火,燃烧稳定:无烟煤近近300300度度利港利港7777度度缺缺制粉系统的安全性制粉系统的安全性5 5、二次风量及二次风速、二次风量及二次风速二次风穿透火焰的能力二次风穿透火焰的能力着火后的稳定性燃尽着火后的稳定性燃尽喷口面积不变,风速由风量决定喷口面积不变,风速由风量决定二次风的配风方式二次风的配风方式二次风的配风方式二次风
16、的配风方式在炉膛高度方向各层二次风风量的配置在炉膛高度方向各层二次风风量的配置正塔型正塔型适合烟煤的燃烧适合烟煤的燃烧对对粗煤粉的浮托粗煤粉的浮托能力能力减少减少灰渣含碳量灰渣含碳量燃用烟煤时,较燃用烟煤时,较倒塔型倒塔型炉膛出口烟温炉膛出口烟温低低倒塔倒塔型型适用于无烟煤、贫煤适用于无烟煤、贫煤着火稳定、燃烧效率高着火稳定、燃烧效率高缩腰型缩腰型改善由于气流偏斜导致的结渣问题改善由于气流偏斜导致的结渣问题停用中部二次风,相当于开了一个大的平衡孔停用中部二次风,相当于开了一个大的平衡孔总之,可以通过各层二次风的风量配置,实现总之,可以通过各层二次风的风量配置,实现燃烧的优化燃烧的优化6 6、二
17、次风温、二次风温风温高风温高利于燃烧,但受利于燃烧,但受空预器空预器传热面积的限制传热面积的限制故:煤质差时,设计较高的热风温度故:煤质差时,设计较高的热风温度六、三次风、周界风、夹心风六、三次风、周界风、夹心风1 1、三次风:中储式制粉系统、三次风:中储式制粉系统、热风送粉热风送粉乏气乏气直接送入炉内直接送入炉内10%10%的细煤粉的细煤粉特点:风温低、水分大、煤粉细、风速大特点:风温低、水分大、煤粉细、风速大不利影响:不利影响:降低火焰温度,燃烧不稳降低火焰温度,燃烧不稳炉膛出口烟温升高炉膛出口烟温升高过热、再热汽温升高过热、再热汽温升高加大残余旋转加大残余旋转飞灰可燃物增加飞灰可燃物增加
18、影响空气动力场,火焰贴墙影响空气动力场,火焰贴墙合理布置:合理布置:向下压火向下压火下倾角下倾角上下两段上下两段2 2、周界风、周界风:q冷却作用,防止烧喷口停运时冷却风冷却作用,防止烧喷口停运时冷却风q当煤质、负荷变化时,可通过调节它来改变着火距离当煤质、负荷变化时,可通过调节它来改变着火距离q当燃用高挥发分煤时,可及时补氧,强化后期着火当燃用高挥发分煤时,可及时补氧,强化后期着火q加强卷吸、加强湍流脉动改善着火条件加强卷吸、加强湍流脉动改善着火条件q增加刚性增加刚性 防止刷墙防止刷墙q当燃用劣质煤时:当燃用劣质煤时:1 1、阻止煤粉与高温空气的接触;、阻止煤粉与高温空气的接触;2 2、与一
19、次风混合过早,对着火不利、与一次风混合过早,对着火不利所以:周界风一般只用于烟煤型燃烧器所以:周界风一般只用于烟煤型燃烧器煤质差时,减少周界风量煤质差时,减少周界风量周界周界风量占二次风总量的风量占二次风总量的10%或稍多或稍多风速风速45-60m/s风层厚度风层厚度15-25mm补充中心的氧气补充中心的氧气燃尽加强燃尽加强炉温升高炉温升高刚度、气流内部扰动刚度、气流内部扰动变煤种、变负荷变煤种、变负荷时的调节手段时的调节手段周界周界风、夹心风风、夹心风,使用不当会产生不利影响使用不当会产生不利影响对称型不对称型对称型不对称型不不对称型,靠近背火侧:对称型,靠近背火侧:避免与向火侧一次风的过早
20、混合避免与向火侧一次风的过早混合增加背火侧的刚性,防止贴墙增加背火侧的刚性,防止贴墙3 3、夹心风、夹心风风量不宜大于二次风总量的风量不宜大于二次风总量的10-15%风速高于风速高于50m/s七、摆动式燃烧器七、摆动式燃烧器各喷口同步上、下摆动各喷口同步上、下摆动20203030度,改变火焰中心位置,度,改变火焰中心位置,调节再热汽温调节再热汽温大容量锅炉常用,角度大容量锅炉常用,角度20203030度,汽温辐度度,汽温辐度40405050度度控制炉膛出口烟温,避免结渣控制炉膛出口烟温,避免结渣或者:一次风固定,二、三次风摆动或者:一次风固定,二、三次风摆动适应煤质的变化,调节混合的早晚适应煤
21、质的变化,调节混合的早晚容易被烧变形,而不能摆动容易被烧变形,而不能摆动不适用于难着火的煤:上摆时,自点燃作用减弱不适用于难着火的煤:上摆时,自点燃作用减弱燃烧器上摆时,残余旋转减小燃烧器上摆时,残余旋转减小长期下摆时,冷灰斗易结渣长期下摆时,冷灰斗易结渣八、大容量锅炉的典型燃烧器结构八、大容量锅炉的典型燃烧器结构九、切圆燃烧方式的燃烧器的布置方式九、切圆燃烧方式的燃烧器的布置方式正四角与正四角与补气条件补气条件 大切角与切角形水冷壁大切角与切角形水冷壁大小切圆大小切圆(或反切或反切):矩形矩形减小椭圆度减小椭圆度两角对冲:减弱旋转两角对冲:减弱旋转不偏不偏斜、充满度、热负荷均匀斜、充满度、热
22、负荷均匀几种典型的切圆方式几种典型的切圆方式1 1、二次风反切、二次风反切一次风一次风二次风二次风一次风被二次风包裹一次风被二次风包裹“风包火风包火”还可以实现水平方向的分级送风还可以实现水平方向的分级送风低低NOx消弱残余旋转消弱残余旋转部分二次风反切部分二次风反切容易造成主燃区旋转过弱,影响着火容易造成主燃区旋转过弱,影响着火2 2、二次风外切、二次风外切一次风一次风二次风二次风“风包火风包火”增加实际切圆直径增加实际切圆直径对着火有利对着火有利易结渣易结渣残余旋转加大残余旋转加大偏转二次风偏转二次风2 2、一次风反切、一次风反切部分一次风反切部分一次风反切1、一次风实际切圆直径降低,对着
23、火不利、一次风实际切圆直径降低,对着火不利2、一次会发生偏转,在偏转处惯性分离,、一次会发生偏转,在偏转处惯性分离,煤粉浓度高,易着火煤粉浓度高,易着火3、风包火一次风实际的切圆直径会变、风包火一次风实际的切圆直径会变小,有利于防止水冷壁结焦及高温腐蚀小,有利于防止水冷壁结焦及高温腐蚀4、一二次风的混合推迟、一二次风的混合推迟5、实现水平方向分级供风,有利于降、实现水平方向分级供风,有利于降NOx对着火是否有利,关键在于合适的对着火是否有利,关键在于合适的反切角度反切角度及动量及动量图图十、四角切圆锅炉的残余旋转十、四角切圆锅炉的残余旋转从上往下看,气流逆时针旋转时,炉膛出口处存在从上往下看,
24、气流逆时针旋转时,炉膛出口处存在烟温和烟速的烟温和烟速的左右偏差左右偏差;烟温高烟速高烟温高烟速高?一般偏差可达一般偏差可达100100度度利港利港燃烧器布置燃烧器布置349193302731135292432735125459六层一次风喷口六层一次风喷口WR燃烧器燃烧器三层油喷口三层油喷口冷却风冷却风CCOFA端部风端部风端部风端部风火下风火下风冷却风冷却风CFS辅助风辅助风CFSCFS油风油风室室CFS燃料风燃料风Concentric Firing SystemCFSCCOFA与大风箱连在一起与大风箱连在一起SOFA与大风箱分开与大风箱分开4839双切圆双切圆前前后后48188161769
25、683002031255349193302731135292432735125459SOFA45910440994228871850503050645具有具有V V形扩流锥的形扩流锥的WRWR燃烧器燃烧器 (CE公司公司)1 1)上部煤粉浓度)上部煤粉浓度高,利于着火,还高,利于着火,还可降低可降低NOx生成生成2)2)扩流锥形成回流扩流锥形成回流区:回流高温烟气区:回流高温烟气3 3)可以降低不投可以降低不投油稳燃负荷油稳燃负荷WRWR燃烧器燃烧器主要目的是主要目的是稳定燃烧稳定燃烧锅锅炉炉在在燃燃用用设设计计煤煤种种或或校校核核煤煤种种时时,能能满满足足负负荷荷在在不不大大于于锅锅炉炉的的
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