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四角布置直流燃烧器的工作原理

作者: gsprinkle 时间:2018-04-25 来源:未知
摘要:1、四角布置直流燃烧器的工作原理 直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时,虽然是直流射流,但当四股气流到达炉膛中心部位时,以切圆形式汇合,形成旋转燃烧...

1、四角布置直流燃烧器的工作原理

直流燃烧器一般布置在炉膛四角上。煤粉气流在射出喷口时,虽然是直流射流,但当四股气流到达炉膛中心部位时,以切圆形式汇合,形成旋转燃烧火焰,同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流。

1.1、直流燃烧器的工作过程:

(1)?煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程;

(2)?射流两侧的补气及压力平衡过程;

(3)?煤粉气流的着火过程;

(4)?煤粉与二次风空气的混合过程;

(5)?气流的切圆旋转过程;

(6)?焦碳的燃尽过程。

上述几个过程虽然有先后顺序或某几个过程同时进行,但各过程之间的相互影响是十分显著的主气流卷吸高温烟气的过程。从燃烧器喷口射出的气流仍然保持着高速流动。由于气流的紊流扩散带动周围的热烟气一道向前流动,这种现象叫“卷吸”。由于“卷吸”,射流不断扩大,不断向四周扩张。同时,主气流的速度由于衰减而不断减小。正是由于射流的这种“卷吸”作用,将高温烟气的热量源源不断地运输给进入炉内的新煤粉气流,煤粉气流才得到不断加热而升温,当煤粉气流吸收足够的热量并达到着火温度后,便首先从气流的外边缘开始着火,然后火焰迅速向气流深层传播,达到稳定着火状态。

1.2、邻角气流的撞击点燃作用

在切圆燃烧炉中,四股气流具有“自点燃”作用。即煤粉气流向火的一侧受到上游邻角高温火焰的直接撞击而被点燃。这是煤粉气流着火的主要条件。背火的一侧也卷吸炉墙附近的热烟气,但这部分卷吸获得的热量较少,此外,一次风与二次风之间也进行着少量的过早混合,但这种混合对着火的影响不大。

1.3、煤粉气流接受辐射加热

煤粉气流着火的热源部分来自炉内高温火焰的辐射加热,但着火的主要热源来自卷吸加热,约占总着火热源的60~70%。

1.4、热源不足时的着火?

当煤粉气流没有足够的着火热源时,虽然局部的煤粉通过加热也可达到着火温度,并在瞬间着火但这种着火不能稳定进行,即着火后还容易灭火。这样的着火极易引起爆燃,因而是一种十分危险的着火工况。

1.5、煤粉气流从着火到燃尽的各阶段

煤粉气流在正常燃烧时,一般在距离喷口0.5~1处开始着火,在离开喷口1~2米的范围内,煤粉中大部分挥发分析出并烧完,此后是焦炭和剩余挥发份的燃烧,需要延续10~20米甚至更长的距离。当燃料到达炉膛出口处时,燃料中98%以上的可燃物可以完全燃尽。

1.6、四角切圆燃烧的气流偏斜

采用四角燃烧方式的锅炉,运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙,引起结渣以及燃烧不稳定现象。邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因,射流自燃烧器喷口射出后,由于受到上游邻角气流的直接撞击,撞击点愈接近喷口,射流偏斜就愈大

撞击动量愈大,气流偏斜就愈严重。

射流两侧“补气”条件的影响

射流自喷口射出后仍然保持着高速流动,射流两侧的烟气被卷吸着一道前进,射流两侧的压力就随着降低,这时,炉膛其它地方的烟气就纷纷赶来补充,这种现象称为“补气”。如果射流两侧的补气条件不同,

就会在射流两侧形成压差。向火面的一侧受到邻角气流的撞击,补气充裕,压力较高;而背火面的一侧补气条件差,压力较低。这样,射流两侧就形成了压力差,在压力差的作用下,射流被迫向炉墙偏斜甚至迫使气流贴墙,引起结渣。

燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大

燃烧器的高宽比值愈大,射流形状愈宽而薄,其“刚性”就愈差,因而,射流愈容易弯曲变形。?

在大容量锅炉上,由于燃煤量显著增大,燃烧器的喷口通流面积也相应增大,所以喷口数量必然增多

为了避免气流变形和减小燃烧器区域水冷壁的热负荷,将燃烧器沿高度方向拉长,并把喷口沿高度分成2~3组,每组的高宽比不超过6,相邻两组喷口间留有空档,空档相当于一个压力平衡孔,用来平衡射流两侧的压力,防止射流向压力低的一侧弯曲变形。

当燃烧器多层布置时对旋涡直径的影响较大

上层气流不断的被卷吸到下层气流中,加上气流受热膨胀的影响,使气流容积流量增大,旋涡直径相应增大,一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的7~8倍。

2、燃烧调整

2.1、设备结构调整

切圆直径

炉内四股气流的相互作用,不仅影响到气流偏斜程度,也影响到假想切圆直径。而切圆直径又影响着气流

贴墙、结渣情况和燃烧稳定性。此外,还影响着汽温调节和炉膛容积中火焰的充满程度。当锅炉燃用的煤

质变化较大时,切圆直径的调整十分重要。

当切圆直径较大时,上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近,煤粉的着火条件较好。这时炉内气流旋转

强烈,气流扰动大,使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强,有利于煤粉的燃尽。切圆直径过大,也会带来下述的问题:

(1)火焰容易贴墙,引起结渣;

(2)着火过于靠近喷口,容易烧坏喷口;

(3)火焰旋转强烈时,产生的旋转动量矩大,同时因为高温火焰的粘度很大,到达炉膛出处,残余旋转较大,这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大,因而既容易引起较大的热偏差,也可能导致过热器结渣,还可能引起过热器超温。

在大容量锅炉上为了减轻气流的残余旋转和气流偏斜,假想切圆直径有减小的趋势,对于300MW锅炉切圆直径一般设计为~。同时,适当增加炉膛高度或采用燃烧器顶部消旋二次风(一次风和下部二次风正切圆布置,顶部二次风反切圆布置),对减弱气流的残余旋转,减轻炉膛出口的热偏差有一定的作用,但还不可能完全消除。

当然,切圆直径也不能过小,否则容易出现对角气流对撞,火焰推迟,四角火焰的“自点燃”作用减弱燃烧不稳定,燃烧不完全,炉膛出口烟温升高一系列不良现象,影响锅炉安全运行。

适当加大切园直径,可使上部邻角的火焰更靠近射流根部,对着火有利,炉膛充满度较好。燃用挥发分较低劣质煤是,希望较大的切园直径,但切园直径过大,一次风煤粉气流可能偏转贴壁,火焰冲刷水冷壁引起结渣。燃用易着火易结渣和高挥发分煤种是,适当减小切园直径。大的切园直径炉内残余旋转保持炉膛出口甚至更远,对燃尽有利,但增大烟温偏差引起超温。

煤粉细度

煤粉越细,单位质量煤粉表面积越大,加热升温、挥发分析出着火和燃烧速度越快,着火越迅速,燃尽所

需时间越短,飞灰可燃物含量越小,燃烧越彻底煤粉细度也不是越细越好,还要考虑综合经济性,选用经

济细度。

2.2、运行调整

、锅炉负荷

锅炉负荷降低,炉膛平均温度及燃烧器区域温度都要降低,着火变难。高挥发分煤,飞灰可燃物随负荷变化下,低挥发分煤,飞灰可燃物受负荷影响很大。

煤粉浓度

一次风中煤粉和空气质量比对着火稳定影响大。高的煤粉浓度不仅使得单位体积燃烧释放热量强调增大而且容积内辐射粒子数量增加,导致风粉气流黑度增大,可迅速吸收炉膛辐射热量,着火提前。随着煤粉浓度的增大,煤中挥发分析出后浓度增大,促进了可燃混合物的着火。对于劣质煤,需要较高的煤粉浓度。

一次风与二次风

在锅炉燃烧设备和煤质一定的条件下,一次风与二次风的调节就成为决定着火和燃尽过程的关键。一次风与二次风的工作参数用风量、风速和风温来表示。

a.一次风量

一次风量主要取决于煤质条件。当锅炉燃用的煤质确定时,一次风量对煤粉气流着火速度和着火稳定性的影响是主要的。一次风量愈大,煤粉气流加热至着火所需的热量就越多,即着火热愈多。这时,着火速度就愈慢,因而,距离燃烧器出口的着火位置延长,使火焰在炉内的总行程缩短,即燃料在炉内的有效燃烧时间减少,导致燃烧不完全。显然,这时炉膛出口烟温也会升高,不但可能使炉膛出口的受热面结渣,还会引起过热器或再热器超温等一系列问题,严重影响锅炉安全经济运行。

对于不同的燃料,由于它们的着火特性的差别较大,所需的一次风量也就不同。应在保证煤粉管道不沉积煤粉的前提下,尽可能减小一次风量。对一次风量的要求:满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量满足输送煤粉的需要如果同时满足这两个条件有矛盾,则应首先考虑输送煤粉的需要。

例如,对于贫煤和无烟煤,因挥发分含量很低,如按挥发分含量来决定一次风量,则不能满足输送煤粉

的要求,为了保证输送煤粉,必须增大一次风量。但因此却增加了着火的困难,这又要求加强快速与稳

定着火的措施,即提高一次风温度,或采用其它稳燃措施。

一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示,称为一次风率。一次风率的推荐值列于表6-1。

一次风率的推荐值

煤种?无烟煤?贫煤?烟煤?烟煤?褐煤

Vdaf?20%~30%?>30%?

乏气送粉?20~25?25~30?25~35?20~45

热风送粉?15~20?20~25?20~25?25~40?40~45

b.一次风速、风率

在燃烧器结构和燃用煤种一定时,确定了一次风量就等于确定了一次风速。一次风速不但决定着火燃烧的稳定性,而且还影响着一次风气流的刚度。在一定的总风量下,燃烧器保持适当的一次风出口风率、风速,是建立良好炉内工况和稳燃所必须的。

一次风速过高,会推迟着火,引起燃烧不稳定,甚至灭火。一次风率越大,为达到煤粉气流着火所需热量越大,达到着火所需时间越长。同时,煤粉浓度也随着一次风率的增大而降低,这对低挥发分或者难燃煤种是非常不利的。任何一种燃料着火后,当氧浓度和温度一定时,具有一定的火焰传播速度。当一次风速过高大于火焰传播速度时,就会吹灭火焰或者引起“脱火”。

一次风率过小,煤燃烧初期可能氧量不足,挥发分析出时不能完全燃烧,也会影响着火速度。一次风率原则上只要能满足挥发分的燃尽即可以。一次风速过低,对稳定燃烧和防止结渣也是不利的。原因在于:

(1)煤粉气流刚性减弱,易弯曲变形,偏斜贴墙,切圆组织不好,扰动不强烈,燃烧缓慢;

(2)煤粉气流的卷吸能力减弱,加热速度缓慢,着火延迟;

(3)气流速度小于火焰传播速度时,可能发生“回火”现象,或因着火位置距离喷口太近,将喷口烧坏;

(4)易发生空气、煤粉分层,甚至引起煤粉沉积、堵管现象;

(5)引起一次风管内煤粉浓度分布不均,从而导致一次风射出喷口时,在喷口附近出现煤粉浓度分布不均的现象,这对燃烧也是十分不利的。

一次风速对燃烧器的出口烟气温度和气流偏转也有影响。一次风速过大,着火距离拖长,燃烧器出口附近烟温低,着火相对困难。一次风中较大煤粉颗粒可能因其动能大而穿越燃烧区不能燃尽,增大未完全燃烧损失。一次风速如果过低,一次风射流刚性小,很容易偏转和贴壁,且卷吸高温烟气的能力差对于着火性能好的煤种,着火太靠近燃烧器可能烧损燃烧器喷口。

四角布置燃烧器配风风速的推荐值

煤种?无烟煤?贫煤?烟煤?褐煤

一次风速m/s?20~25?20~30?25~35?25~40

二次风速m/s?40~55?45~55?40~60?40~60

三次风速m/s?50~60?55~60?35~45?35~45

c.一次风温

一次风温对煤粉气流的着火、燃烧速度影响较大。

提高一次风温,可以减少煤粉着火热,使着火位置提前。一次风温升高,提高炉内的温度水平,炉膛温度

升高加快,煤粉着火提前。

运行实践表明,提高一次风温还能在低负荷时稳定燃烧。有的试验发现,当煤粉气流的初温从提高到高温

时,着火热可降低60%左右。提高一次风气流的温度对煤粉着火十分有利。因此,提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一。根据煤质挥发分含量的大小,一次风温既应满足使煤粉尽快着火,稳定燃烧的要求,又应保证煤粉输送系统工作的安全性。一次风温超过煤粉输送的安全规定时,就可能发生爆炸或自燃。当然,一次风温太低对锅炉运行也不利。除了推迟着火,燃烧不稳定和燃烧效率降低之外,还会导致炉膛出口烟温升高,引起过热器超温或汽温升高。

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