大气式燃烧器
常用的引射式预混燃烧器,又称大气式燃烧器(如下图),是燃气具广泛采用的燃烧器,由头部和引射器组成。其工作原理是:燃气在一定压力下以一定流速从喷嘴喷出,依靠燃气动能产生的引射作用从一次空气口吸入一次空气,在引射器内燃气与一次空气混合,经排列在头部的火孔流出而燃烧。其一次空气系数一般在0.45~0.75之间,根据燃烧室工况的不同,过剩空气系数一般在1.3~1.8之间。
大气式燃烧器的主要优点是:
①比自然引风扩散燃烧器火焰短、火力强、燃烧温度高;
②可燃烧不同性质的燃气,燃烧比较完全,燃烧效率高,烟气中CO气体含量低;
③可应用低压燃气,空气靠燃气引射,不需要风机;
④适应性强,满足较多工艺需要。
大气式燃烧器的主要缺点是:
①仅混合部分空气,火孔热强度、燃烧温度均受到限制;
②负荷较大时,燃烧器的头部较大。
大气式燃烧器的部件——喷嘴
喷嘴的作用是输送一定量的燃气,并将燃气的势能(压力)转换成动能(速度),并引射一定量的空气。喷嘴的结构形式有固定喷嘴和可调节喷嘴。
固定喷嘴形式(如下图)。固定喷嘴其孔口大小是固定不变的,不能调节。固定喷嘴结构简单,阻力较小,引射空气性能较好,但仅适应一种燃气。如果燃气发生变化,需要更换喷嘴。
可调喷嘴结构(如下图)。可调喷嘴是由固定部件和活动部件组成。当活动部件前后移动时,借助针形阀可改变喷嘴的有效流通面积。
因此,可适应不同性质的燃气。可调喷嘴与固定喷嘴相比,结构复杂,阻力较大,引射空气的性能差,但能适应燃气性质的变化。
喷嘴孔径与燃气具热负荷的关系随燃气种类变化。
焦炉煤气喷嘴孔径与热负荷的关系(焦炉煤气低热值
17.62MJ/m3,密度为0.469kg/m3)如下图。
天然气喷嘴孔径与热负荷的关系(天然气低热值36.44MJ/m3,密度为0.744kg/m3)如下图。
液化石油气喷嘴孔径与热负荷的关系(液化石油气低热值108.36MJ/m3,密度为2.35kg/m3)如下图。
大气式燃烧器的部件——引射器
引射器是利用射流的紊动扩散作用,使不同压力的两股流体相互混合,并引发能量交换的流体机械和混合反应设备。影响大气式燃烧器性能的因素中引射一次空气量及一次空气与燃气的混合程度是主要的,而这两个过程是在引射器内完成的。
引射器有两种类型:一是燃气引射空气;另一种是空气引射燃气。家用燃气用具一般使用的是燃气引射空气的引射器。引射器由喷嘴、收缩管、混合管、渐扩管和调风板组成(如下图)。
(1)收缩管其作用是减少空气进入时的阻力损失,可以做成流线形或锥形形状。实验证明二者阻力损失相差不大,为制造方便一般选用锥形收缩管。
(2)混合管其作用是使燃气与空气充分混合,使燃气与空气混合物在进入渐扩管之前,速度场、温度场及浓度场分布均匀。通常采用圆柱形混合管。
(3)渐扩管其主要作用是使部分动压转换成静压,以提高气体压力。其次是使燃气与空气进一步混合。
(4)一次空气吸入口和调风板一次空气吸入口一般设在收缩管上,其开设位置如下图。
图(a)的一次空气吸入口截面与喷嘴轴线垂直,空气沿轴线方向吸入,阻力较小。图(b)的一次空气吸入口截面与喷嘴轴线平行,吸入空气阻力较大。
为了保证燃烧器正常工作,获得稳定的火焰特性,燃烧器运行时需要调节一次空气量。一般是在一次空气吸入口外面安装调风板(如下图)。
通过调节调风板来改变一次空气吸入口的有效流通面积,从而调节一次空气的吸入量。图(a)的调风板靠前后移动来改变一次空气吸入量。图(b)的调风板靠改变其开口与一次空气吸入口的重合程度来改变一次空气吸入量。
大气式燃烧器的部件——头部
燃烧器的头部的作用是将燃气与空气混合物均匀地分布到各个
火孔上,并运行稳定和完全燃烧。为此要求头部各点混合气体的压力相等,要求二次空气能均匀地畅通到每个火孔上。此外,头部容积不宜过大,否则灭火噪声将会过大。家用燃气用具的大气式燃烧器头部,大部分使用多火孔头部。多火孔头部上的火孔也叫燃烧孔,其形状对燃烧状况影响很大。常用的有以下几种火孔形状。
(1)圆火孔燃烧器头部采用圆火孔,加工简单,所以广为使用。圆火孔分为无凸缘的圆火孔和有凸缘的圆火孔。有凸缘的火孔比无凸缘的火孔对于二次空气的供给及火孔冷却要好。
(2)方火孔方火孔有矩形和梯形火孔两种。方火孔与二次空气的接触面比圆火孔大,故适用于理论空气量较大的燃气,如液化石油气。这类火孔一般与火盖铸在一起(如下图)。
(3)缝隙式火孔缝隙式火孔可加工成各种形状(如下图)。缝隙式火孔与圆形火孔相比,可在同一面积的燃烧器上开设较大面积的火孔,不容易产生离焰,但容易产生黄焰,原因是与二次空气接触差。适用于加热面积有限、热负荷大或使用的燃气需要较大火孔面积的场合,如强制给气的热水器燃烧器和旋流式燃烧器采用这种火孔。
对某些要求火力集中和火孔热强度较高的大气式燃烧器,常采用孔径较大的单火孔头部(如下图)。
图(a)为工业用单火孔大气式燃烧器的头部,它由火孔、二次空气口和火道三部分组成。燃烧需要的空气靠炉膛负压吸入,二次空气口外面安装调风板,调节二次空气的吸入量。由于燃烧器喷口为一大火孔,其火焰与二次空气的接触面积比多火孔小,因此火焰较长,只适用有炉膛的工业加热设备。为了防止回火,火孔出口速度应比多火孔大,因此需要中压燃烧。火道能起到防止脱火的作用。
有时不采用火道而采用具有稳焰孔的火孔来防止脱火,如图(b)所示燃气与空气混合物通过小孔时,由于阻力损失大,使稳焰孔的流速低于主火孔,故不易脱火。稳焰孔加热了主火焰根部,提高了主火焰防止脱火的能力。
在LNASB燃烧器上进行褐煤掺烧的可操作因素优化 董信光1,何国亮2,李广龙3 (1.山东电力研究院锅炉所山东济南 250002;2.华能沾化发电有限公司山东滨州273400;3.山东里能集团里彦发 电有限公司山东济宁273400) 摘要:在600MW超临界直流锅炉旋流燃烧方式,LNASB燃烧器上进行了大比例褐煤掺烧试验,根据运行人员的实际操作习惯等,对LNASB燃烧器的操作杆,制粉系统和锅炉风量等运行可操作因素进行优化调整,使单台磨的褐煤掺烧比达到50%,并找出了这种炉型褐煤掺烧的最佳运行方式,实现了稳定燃烧,无明显结焦,经济性没有明显降低,能为其他大型旋流燃烧方式的锅炉掺烧褐煤安全运行提供有价值的参考。 关键词:超临界直流锅炉;LNASB;褐煤掺烧;可操作因素优化; Adjustable Factors Optimization of Mixed-burning with Lignite on LNASB DONG Xin-guang1, HE Guoliang2, LI Guanglong3 (1.Boiler Department of Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250002, China; 2.Huaneng zhanhua Power Generation Co. Ltd., Binzhou 273400,China; 3. Shandong Lineng Cooperation Liyan Power Generation Co. Ltd., Jining 273400,China) Abstract: t he mixed-burning test with big proportioning lignite has been performed on the swirling combustion and supercritical once-through 600MW boiler, the designed coal is bituminous. According to the conventional operating mode, the based experiment is carried out, then the adjustable factors of milling system, burner and FD air system have been optimized, on which the proportion lignite can meet 50%, the optimum operating mode with stable flame, no slag and good economic performance, which can be referred to mixed-burning lignite on the same type boiler. Key words:supercritical once-through boiler; swirling firing; Mixed-burning with Lignite;Adjustable Factors Optimization 中图分类号:TK229.6 文献标识码:A 0 前言 国电某电厂两台1913t/h超临界、配低氮旋流燃烧器(LNASB)的锅炉设计煤种为兖州烟煤,但随着煤源供应的变化,单一煤种已不能保证,同时为降低运营成本和建立多煤源供应结构而掺烧价格较低的褐煤成为一种势在必行的选择,但烟煤锅炉掺烧褐煤要解决好煤种与锅炉耦合的诸多问题如掺烧方式、掺烧比例、结焦和蒸汽超温等问题。本文根据锅炉实际运行情况,首次在600MW超临界直流、低氮旋流燃烧方式的锅炉上采用炉外掺配和炉内混烧的综合方式进行褐煤掺烧,经对可操作因素优化调整,实现了大比掺烧褐煤的稳定经济运行。 1 设备简介 哈尔滨锅炉厂引进三井巴布科克能源公司技术生产的超临界变压运行直流Π型锅炉,单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构,型号为HG1913/25.4-YM3。设计煤种为兖州烟煤。制粉系统为中速辊式磨正压直吹系统,磨煤机型号为ZGM113N中速磨,共6台,每台供一层燃烧器。锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧,前、后墙各布置3层LNASB(Low NOx Axial Swirl Burner)低NOX 轴向旋流燃烧器,每层各有5只,共30只。在最上层煤粉燃烧器上方,前后墙各布置1层燃烬风口,每层布置5只,共10只燃烬风口。前墙最下层(B层燃烧器)安装了等离子点火系统,其余燃烧器均配有一只油枪,用于点火和助燃。 制粉系统与燃烧器的对应关系为: 燃尽风(前墙),燃尽风(后墙) 磨D-ROW 3(前墙上层),磨A-ROW 6(后墙上层) 磨C-ROW 2(前墙中层), 磨F-ROW 5(后墙中层) 磨B-ROW 1(前墙下层),磨E-ROW 4(后墙下层)
__________________________________________________ __________________________________________________ 一、大气的受热过程: “太阳暖大地,大地暖大气,大气还热大地” 1、地球上大气最重要的能量来源是——太阳辐射; 近地面大气主要、直接的热源是:地面。 2、大气逆辐射:大气辐射中向下的部分,与地面长波辐射方向相反。 3、大气对太阳辐射有 削弱作用; 大气逆辐射对地面有 保温作用。 练习:用图示表示大气的受热过程。(参照P28图2.1 地球表面受热过程) 二、热力环流:1、形成过程: 热力环流 风 练习:画出热力环流:①标准图 ②海陆风 ③城市热岛环流 2、等压面的变化: 高压向上凸出,低压向下凹下。 3、气压中心:受热上升,近地面形成 热低压 ;受冷下沉,近地面形成 冷高压。 ①等压面上的点气压值相等; 4、判断气压值高低: ②等压面以下气压值高,以上气压值低; ③近地面气压值高于高空。 三、大气的水平运动——风:1、风形成的直接原因是:水平气压梯度力。 2、水平气压梯度力的方向:垂直于等压线,指向低压。 3、等压线的疏密程度反映了水平气压梯度的大小。其规律: 等压线越密集,气压梯度越大,风力越大; 等压线越稀疏,气压梯度越小,风力越小 练习:画风向:①北半球近地面 ②南半球近地面 ③P32 甲、乙两地 第 一 节 冷 热 不 均 引 起 大 气 运 动 第二章 地球上的大气
多雨的风带:西风带 夏季偏北,冬季偏南。 分布纬度 气压带 气流 成因 属性 0°附近 赤道低气压带(A) 受热膨胀上升 热力和 动力 湿热 30°附近 副热带高气压带(B) 堆积下沉 动力 干热 60°附近 副极地低气压带(C) 暖气流爬升 动力 温湿 90°附近 极地高气压带(D) 受冷收缩下沉 热力 冷干 分布纬度 风带 成因 属性 0°—30° (低纬度) 信风带(①② 副热带高压带指向赤道低压带 干热 30°—60°(中纬度) 西风带(③) 副热带高压指向副极地低压带 温湿 60°—90°(高纬度) 极地东风 极地高压带指向副极地低压带 冷干
锅炉燃烧优化调整方案 为提高锅炉效率,降低辅机耗电率,保持煤粉“经济细度”的要求,力争机械不完全燃烧损失和制粉系统能耗之和最小;保证锅炉设备安全、各经济指标综合最优和环保参数达标排放,制定以下燃烧优化调整方案: 1、优先运行A、B、C、D层煤粉燃烧器,低负荷时运行 B、C、D层煤粉燃烧器,负荷增加时,根据需要依次投入E、F层煤粉燃烧器,运行中应平均分配各层燃烧器出力(可通过各分离器出口风粉温度、压力是否一致判断,通过调整各容量风门偏置维持各容量风门后磨煤机入口风压一致来实现),各层煤粉燃烧器出力应在24~28t/h(根据单只燃烧器设计热负荷,19.65MJ/kg热值对应出力6.1t/h,17.5 MJ/kg 热值对应出力 6.85t/h),单侧运行的磨煤机出力不得超过30t/h(通过节流单侧运行磨煤机热风调节门,维持单侧运行磨煤机总风压偏低正常双侧运行磨煤机0.7~1.0kPa,调整容量风门偏置来实现),在此原则基础上,及时减少煤粉燃烧器运行层数或对角停运燃烧器,一方面,可发挥低氮燃烧器自身的稳定能力,另一方面,较高的煤粉浓度有利于在低氧环境中,集中煤粉挥发分中的含氮基团将NO还原为N2,此外,运行下层燃烧器增加了煤粉到燃尽区(富氧区)的停留时间,可充分利用含氮基团将NO还原为N2,从而降低SCR
入口NOx。 2、锅炉氧量保持:(1)供热期,负荷150~180MW氧量 3.0~5.0%;负荷180~210MW氧量 2.5~ 4.0%;负荷大于210MW氧量2.0~3.2%。(2)非供热期,负荷150~200MW氧量3.2~ 5.5%;负荷200~250MW氧量2.7~4.0%;负荷大于250MW氧量2.0~3.5%。(3)正常情况下,锅炉氧量按不低于2.5%保持,不能超出以上规定区间;环保参数超限,异常处理时,氧量最低不低于1.5%,异常处理结束后应及时恢复正常氧量。通过以上原则保证锅炉不出现高、低温硫腐蚀、受热面壁温超限、空预器差压增大,同时为降低飞灰含碳量、再热器减温水量、排烟温度、引送风机耗电率提供保障。 3、运行中保持二次风与炉膛差压不低于0.3kPa,掺烧贫瘦煤较多时,周界风风门开度在锅炉蒸发量500t/h以下可关至10%(周界风量太大时,相当于二次风过早混入一次风,因而对着火不利),大负荷时周界风风门开度不超过35%,除保持托底二次风至少70%以上开度,其余二次风采用倒塔配风方式。 4、燃尽风量占总风量的20~30%(燃尽风量之和与锅炉总风量的比值),低负荷压低限,优先使用下层燃尽风,锅炉蒸发量600t/h以下最多使用两层燃尽风(燃尽风使用原则:锅炉蒸发量430t/h以上燃尽风A层开50~80%;锅炉蒸发量500t/h以上燃尽风B层逐渐开启至全开;锅炉蒸发
几种常见燃烧器的特点 为方便起见,按第一种分类叙述。 (一)扩散式燃烧器 空气在燃烧时供给,按空气供给方式,可分为自然供风式和鼓风式。自然引风式依靠自然抽力或扩散供给空气,多用于民用。 优点:a.燃烧稳定,不回火; b.结构简单,制造方便; c.操作简单,易于点火,无需鼓风; d.可利用低压燃气,燃气压力为200-400 Pa时,仍正常工作。 缺点:a.燃烧热强度低,火焰大,需较大燃烧室; b.容易产生不完全燃烧,经济性差; c.过剩空气系数大,燃烧温度低。 鼓风式扩散燃烧器,只是所需空气由动力风机供给,其它方式仍与白然引风式扩散烧器相似。 优点:a.结构紧凑,占地少; b.热负荷调节范围大,调节系数一般大于5; c.可预热燃气或空气,预热温度甚至可接近着火温度; d.要求燃气压力低; e.易实现燃气一煤粉、油一燃气混烧。 缺点:a.需鼓风,耗费电能; b.容积热强度较完全预混式小,火焰长,需大的燃烧室容积; c.本身不具备燃气与空气成比例变化的白动调节特性,最好配白动调节装置(二)大气式燃烧器 大气式燃烧器又称引射式预混燃烧器,应用十分广泛。其燃烧所需空气与燃气在燃气燃