第四章 燃烧设备

– 旋流燃烧器是利用旋流装置使气流产生旋转运动的。
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旋转射流 • 旋转射流 – 旋转射流的特点：
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• 除具有直流射流中存在的轴向速度Wa和径向速度Wr外，还有切向分速度
Wt。
• 有内回流区——在燃烧器出口附近形成与主气流流向相反的回流运动，因 而产生内回流区。 因此旋流射流由内回流区和射流外边界两个方面卷吸周围介质 • 沿射流的运动方向，切向速度Wt衰减很快，即旋转效应衰减很快。轴向速 旋转射流的射程比直流射流短。
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直流煤粉燃烧器射流特点
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2. 气流偏斜与残余旋转
– 射流刚性
是指气流在外界干扰下不改变自己流动方向的能力。
– 气流偏斜
在四角切圆燃烧的炉膛内，从燃烧器喷口出来的气流并不能保持沿喷 口几何轴线方向前进，而会出现一定程度的偏斜，气流偏向炉墙一侧。
度Wa的衰减比切向速度Wt慢些，但远比直流射流快。在同样的初始动量下，
• 旋转射流的扩展角比一般直流射流大，而且随着旋转强度的增大而增大。
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旋转射流
– 旋流强度及其影响
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• 决定旋转射流旋转强烈程度的特征参数是旋流强度或旋流数n。 • 旋流强度n是用两个特征量——旋转动量矩M和轴向动量K为基础组 成的一个无因次准则。 • 旋流强度的影响
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直流煤粉燃烧器 （二） 直流煤粉燃烧器的分类
根据燃烧器中一、二次风口的布置情况， 直流煤粉燃烧器分为均等配风和分级配风 两种形式。 – 均等配风燃烧器
• 采用一二次风口相间布置。 • 特点： – 一、二次风喷口间距小，混合早，使一 次风煤粉气流在着火后就能获得足够的 空气； – 适用于挥发分含量较高且容易着火的煤 种（烟煤、褐煤）。
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直流煤粉燃烧器 – 分级配风燃烧器
• 把燃烧所需的二次风分级分段地送入燃烧的 煤粉气流中。一次风口集中布置，二次风口 分层布置，且一、二次风口之间保持较大距 离。 • 特点： – 一次风口集中布置，燃烧放热集中，火 焰中心温度升高，有利于劣质烟煤或无 烟煤的着火燃烧； – 二次风混合较迟； – 二次风分级供给； – 适用于挥发分含量较低且难着火燃烧的 煤种（无烟煤、贫煤和劣质烟煤）。
• 直流燃烧器：依靠一次风射流外边界卷吸高温烟气，着火由外向内 扩展。
• 旋流燃烧器：主要是内回流区卷吸烟气，着火由内向外扩展。
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第四节 煤粉气流的着火
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三、影响煤粉气流着火的主要因素
– 燃料的性质 Vdaf，Mar，A，R90 – 煤粉气流的初温 – 一次风量（一次风率）和一次风速 – 燃烧器结构特性（如稳定火焰装置） – 锅炉负荷
K 0 F0W0
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自由直流射流的空气动力学特性
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（四）射流主体段内流量变化规律和射流卷吸能力
ax Q 2.22 0.29 Q0 R0
– 卷吸能力：当喷口尺寸R0由大变小时，无因次流量增加，卷吸能 力增大。 – 在喷口流通面积不变的情况下，如果将一个大喷口分为几个小喷 口时，会使射流的卷吸能力增加，但射程将缩短。
– 旋流煤粉燃烧器布置方式：墙式布置，故也称之为采用墙式燃烧方式。 • 前后墙对冲布置 • 前墙布置 – 特点：
• 燃烧器在炉膛内形成的空气动力结构基本是独立的，它主要取决于燃烧器 本身的结构和工况参数的选择，燃烧器彼此之间的影响是次要的。锅炉燃 烧过程的稳定性和经济性基本上决定于单个燃烧器的工作状况。
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第二节直流射流和直流煤粉燃烧器射流特点
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一、直流射流
（一）射流概念
– 射流：喷口喷出的气流。 – 自由射流：射流射入到一个很大的不受约束的、充满静止气体的空间。 – 卷吸：射流进入炉膛后由于紊流作用将与周围的介质发生质量、动量和 能量交换，从而带动周围介质一起运动的过程。其结果是：射流流量增 加、宽度增加、速度降低、煤粉浓度降低、温度升高。
• 炉膛断面形状：炉膛的宽深之比
– 接近于正方形，射流两侧补气条件差异小。
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第三节旋转射流和旋流煤粉燃烧器射流特点
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一、旋转射流和旋流产生办法
• 旋流燃烧器的结构
– 旋流燃烧器出口的二次风射流是绕燃烧器轴线旋转的射流，一次风射流 可为直流射流或旋转射流，但燃烧器总的出口气流都是旋转射流。
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第四章 燃烧设备
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第一节 电厂锅炉的燃烧设备
一、电厂锅炉的燃烧设备
• 燃烧器 • 炉膛 • 点火装置
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煤粉燃烧煤粉燃烧器是锅炉燃烧设备的主要组成部分，其性能对燃烧 的稳定性、经济性及污染物(NOx)的生成都有很大的影响。
（二）自由直流射流
直流射流气流结构和空气动力学特性：以圆形喷口为例分析射流图。 平面射流特性与圆形射流近似。
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自由直流射流的空气动力学特性 （三）射流轴线上的轴向速度衰减规律和射程
Wm 0.96 ax W0 0.29 R0
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M Wt rWa 2rdr const
0
R
K Wa Wa 2rdr P 2rdr const
0 0
R
R
M n KL
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第三节旋转射流和旋流煤粉燃烧器射流特点
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二、旋转煤粉燃烧器的射流特性
5. NOx的生成量控制在允许范围内，以达到环保的要求。
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煤粉燃烧器
三、煤粉燃烧器的分类
根据燃烧器出口气流的特征分为
– 直流燃烧器：出口气流为直流射流或直流射流组。 – 旋流燃烧器：出口气流主要为旋转射流。
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直流煤粉燃烧器射流特点
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– 直流燃烧器切圆燃烧的特点
• 着火性能较好，煤种适应性强； • 一、二次风混合的快慢可以通过燃烧器的设计进行适 当的调节； • 初期混合差，后期混合好，燃烧后期气流扰动较强， 有利于燃尽； • 炉内空气动力场不仅取决于单个燃烧器，而且决定于 整体布置； • NOx生成量相对少。
（五）其它参数的变化规律
– 在不等温射流中，其温度差的分布与速度分布相似；
– 无因次浓度差的变化规律与无因次温度差的变化相同。
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第二节直流射流和直流煤粉燃烧器射流特点
二、直流煤粉燃烧器的配风方式
（一）直流煤粉燃烧器结构
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– 燃烧器由一组圆形、矩形或多边形的喷口所构成，煤粉和 燃烧所需要的空气分别由不同的喷口以直流射流的形式进 入炉膛。 – 一次风、二次风、三次风
– 射流（特别是一次风射流）偏斜严重，会导致火焰贴墙或 冲墙，是引起炉膛水冷壁结渣的主要原因之一。 – 残余旋转
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直流煤粉燃烧器射流特点
– 影响—次风煤粉射流偏斜的主要因素
• 邻角气流的横向推力：
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– 与炉膛四角射流的旋转动量矩有关，即一、二次风的动量比。 – 二次风动量增加，偏斜加剧 – 一次风动量（刚性）大，偏斜小
– 在其它条件（W0、 x 、a）一定时，喷口尺寸R0愈大，则Wm愈大， 即射流衰减愈慢。 – 射程L： • 按照第一种定义，射程L与W0 无关，只与 R0和紊流系数a有关。 当R0愈大，射程L愈长。 • 按照第二种定义，射程L与W0 、 R0和紊流系数a有关。W0↑， 则L↑；R0 ↑，则L↑。 – 喷口的几何尺寸和气流的初速综合起来可用射流的初始动量K0来 表示 2
1. 着火前的准备阶段：预热、干燥、挥发分的析出（50-100 ms）和着火 燃烧； 2. 燃烧阶段：挥发分燃烧和焦碳燃烧； 3. 燃尽阶段：焦碳燃尽。 对应于炉内的燃烧区域：着火区、火焰区（主燃烧区）、燃尽区
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第四节 煤粉气流的着火
二、煤粉气流的着火 • 着火热
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第五节 低NOx燃烧
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一、煤燃烧过程中NOx的生成和转化
– 煤燃烧过程中NOx的生成机理
• NOx的生成机理 – 热力型NOx：空气中的N2在高温下氧化生成的。一般在高温 （>1500°C）下生成，其生成量与温度、在高温中的停留时 间、氧气的浓度有关。 – 燃料型NOx：煤中的有机N氧化生成的。生成温度低，其生 成量与温度关系不大；但与氧浓度关系密切，煤粉与空气的 混合过程也对其有显著的影响。 – 快速型NOx：富燃料条件下碳氢化合物与N2反应生成。其生 成量与化学当量比和温度有关，在煤粉燃烧中可忽略。 • 煤粉燃烧生成的NOx中，燃料型占60-80%；热力型约20%。