5煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
煤粉炉工作原理
煤粉炉工作原理
煤粉炉是一种利用煤粉作为燃料的热能设备，其工作原理主要包括煤粉燃烧、热能转化和热能利用三个方面。
首先，煤粉在炉膛内燃烧产生高温烟气，然后烟气通过热交换器将热能转化给水，最后利用蒸汽驱动汽轮机发电。
下面将详细介绍煤粉炉的工作原理。
煤粉燃烧是煤粉炉工作的第一步，煤粉通过煤粉喷嘴喷入炉膛，与空气混合后在炉膛内燃烧。
煤粉燃烧产生的高温烟气包含大量热能，这些热能需要通过热交换器转化给水。
热能转化是煤粉炉工作的第二步，烟气通过热交换器与水进行热交换，使水升温并转化为蒸汽。
热交换器通常采用管式结构，烟气在管内流动，水在管外流动，通过管壁的传热将热能转化给水。
转化后的蒸汽具有较高的温度和压力，可以用于驱动汽轮机发电。
热能利用是煤粉炉工作的第三步，转化后的蒸汽进入汽轮机，通过汽轮机的叶片推动转子旋转，最终驱动发电机发电。
汽轮机是煤粉炉的核心设备，其工作效率和稳定性直接影响发电厂的发电质量和效益。
总的来说，煤粉炉通过煤粉燃烧产生高温烟气，然后通过热交换器将热能转化给水，最后利用蒸汽驱动汽轮机发电。
这一工作原理是煤粉炉能够持续稳定运行并高效发电的基础。
同时，煤粉炉的工作原理也决定了其需要严格的安全控制和燃烧调节，以保证炉内燃烧的稳定性和热能转化的高效性。
总之，煤粉炉工作原理的理解和掌握对于煤粉炉的安全运行和高效发电至关重要。
通过深入研究煤粉炉的工作原理，可以不断优化煤粉炉的设计和运行参数，提高其热能利用效率，降低能源消耗，推动清洁高效能源的发展。
煤粉炉主要结构及工作原理介绍.PPT
工程部-电厂项目组
安徽海螺川崎工程有限公司
煤的化学成分及其性质
• 实际空气量 在锅炉实际运行时，由于锅炉燃烧技术条件的限制，不可能做到空气 与燃料理想的混合。为使燃料尽可能的燃尽（完全燃烧），实际供给 的空气量要比计算出的理论空气量多。 实际空气量与理论空气量之差称为过量空气（ΔV），而实际空气量 与理论空气量的比值称为过量空气系数（α）。 过量空气系数是锅炉运行的重要指标之一。其值偏低时，不能保证完 全燃烧，其值偏大时，不参与燃烧的大量冷空气进入炉内吸热，并随 烟气排入大气而带走热量，使热损失增大，同时使风机耗电量增加。 因此，锅炉运行中应确定合理的过量空气系数，既使燃料完全燃烧， 又使各项热损失最小。
• 干燥无灰基 以除去水分和灰分的燃料成分总量为基准分析得出的成分称为干燥无 灰基成分（旧标准为可燃基），其组成为： Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + Sdaf = 100 % 干燥无灰基因无水、无灰，故其剩下的成分便不收水分、灰分的影响， 是表示C、H、O、N、S成分百分数最稳定的基准，可作为燃料分类 的依据。 所用的基准不同，同一种燃料的同一成分的百分含量结果是不一样的。 燃料的各种基准之间可以互相换算。
优点：1)适合磨制无烟煤； 2）可磨制磨损指数大于3.5的煤； 3）对煤中 的杂质如铁块、木块和石块不敏感； 4）能磨制高水分煤； 5)结构简单， 故障少，运行安全可靠。
缺点：设备庞大、投资多、运行电耗大、占地面积大、金属磨损量大、噪 声大。
煤粉燃烧理论及燃烧设备
Pulverized coal combustion
煤粉燃烧理论及燃烧设备
1. 燃烧基本理论 2. 煤粉气流着火燃烧 3. 煤粉燃烧器及点火设备 4. 煤粉炉的炉膛 5. 煤粉炉燃烧调整
1、燃烧基本理论
燃烧：燃料+氧化剂的发光发热的剧烈 化学反应
燃料：煤、油、可燃气体 氧化剂：空气或富氧
随着反应温度的升高，分子运动的平均动能增加，活化分 子的数目大大增加，有效碰撞频率和次数增多，因而反应 速度加快。对于活化能愈大的燃料，提高反应系统的温度， 也能提高反应速度。
反应温度
② 燃烧速度与燃烧区域
一 碳粒表面的燃烧过程
煤粉粒子由于热解析出挥发份后的剩余 物质称为焦碳。焦碳由灰和固定碳组成，内 部结构为多孔性。
dQ1 ≥ dQ2 dT dT
放热量随系统温度的变化率大于散 热量随系统温度的变化率。
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 燃烧过程的着火、熄火条件
Hale Waihona Puke 燃烧中同时存在着放热和散热，在不同的阶段存 在着二者的不同工况。
燃烧放热量为（T、Qr）：
轴向叶片旋流煤粉燃烧器
注：适用于Vdaf≥25%，Qar,net,p ≥ 16800kJ/kg的烟煤和褐
切向叶片旋流 煤粉燃烧器
一次风： 直流
二次风： 切叶片旋流 器旋转
对理想气体混合物中的每个组分可以写出其状态方程：
pAV ART
CA
A
V
pA RT
CB
B
V
pB RT
w
p
a A
pBb
发电厂燃烧设备简介
煤粉燃烧器层间距为4400mm，列间距为3680mm，最外侧燃烧器中心 线到两侧墙水冷壁中心线的距离为2990mm，最下层燃烧器中心线到冷 灰斗拐点的距离为3250mm，最上层煤粉燃烧器中心线到屏底的距离为 19947mm, 最 上 层 煤 粉 燃 烧 器 中 心 线 到 燃 尽 风 调 风 器 中 心 线 的 距 离 为 4000mm。
同一只风箱上的煤粉燃烧器所需中心风由同一个中心风 母管提供，中心风母管的入口位于大风箱入口风门的上 游位置，中心风母管入口处也设置有风门挡板并配有执 行器，用于调节其开、关状态。
风箱及风门调节
风门调节原理
每层运行燃烧器一次风总量是该层燃烧器对应的磨煤机负荷 的函数；进入大风箱的总热风量为相应锅炉负荷下所需的炉 膛总风量与全部投运磨煤机所确定的一次风总量之差；用于 降低Nox排放量的燃尽风量与锅炉负荷有关，可事先通过试验 加以确定，实际运行中将该理论值与分风道上测风装置（由 设计院提供）测得的实际值进行比较，如差值超过允许范围， 则通知该层风箱风门执行器动作，直至差值在允许范围内为 止；投运燃烧器层所需总热风量应为进入大风箱的总热风量 与燃尽风量、未投运燃烧器层所需冷却风量之差，将该理论 值与分风道上测风装置（由设计院提供）测得的实际值进行 比较，如差值超过允许范围，则通知该层风箱风门执行器动 作，直至差值在允许范围内为止；中心风母管上风门在油枪 投运时用于保证油枪配风，建议手动操作，当该层煤粉投运 成功且油枪停运后通过二次热风连通风道上的压力值确定风 门的开、关状态。
燃烧器运行
煤粉燃烧及设备
• 3.煤粉燃烧的过程 • 煤粉在炉内的燃烧过程分为三个阶段，即着火 前的准备阶段(干燥，挥发阶段)、燃烧阶段和 燃烬阶段，煤粉在炉膛内，必须在短短的两秒 钟左右的时间里，经过这三个阶段，将可燃质 基本烧完。着火是燃烧的准备阶段，而燃烧又 给着火提供必要的热量来源，这两个阶段是相 辅相成的。对应于煤粉燃烧的三个阶段，可以 在炉膛中划出三个区，即着火区、燃烧区与燃 烬区。大致可以认为：喷燃器出口附近是着火 区，炉膛中部与燃烧器同一水平以及稍高的区 域是燃烧区，高于燃烧区直至炉膛出口的区域 都是燃烬区。其中燃烬区却比较长。
• 2.煤的组成及各种成分： • 元素分析和工业分析 • 元素分析只能确定元素含量的质量百分比，它不 能表明煤中所含的是何种化合物，因而也不能充 分确定煤的性质。但是，元素组成与其他特性相 结合可以帮助我们判断煤的化学性质。 • 元素分析比较繁杂。 • 电厂一般只作工业分析，它能了解煤在燃烧时的 主要特性。
项 全水分 干燥基水分 收到基灰分 收到基碳 收到基氢 收到基氧 收到基氮 收到基硫 可磨性指数 干燥无灰基挥发 分 目 符号 Mt Mad Aar Car Har Oar Nar Sar HGI Vdaf % kJ/kg 单位 % % % % % % % % 设计煤种 平朔安太堡煤 7.3 2.4 21.3 57.37 4.19 7.57 1.4 <0.87 56 37.7 22000 校核煤种 1 晋北煤 9.61 2.85 19.77 58.56 3.36 7.28 0.79 0.63 57.64 32.31 22441 校核煤种 2 云峰混煤 2.6 1.25 29.16 53.94 3.44 9.52 0.87 0.47 58 36.23 20990
收到基低位发热 Qnet，ar 量
燃煤锅炉的工作原理锅炉的原理
燃煤锅炉的工作原理锅炉的原理燃煤锅炉是一种利用煤炭作为燃料产生热能的设备。
它的工作原理可以分为燃烧过程、热传递过程和排烟过程三个阶段。
第一阶段是燃烧过程。
燃煤锅炉通常分为多个燃烧室，供给煤粉和空气，在高温的条件下使煤粉点燃。
首先，煤粉被送入燃烧室，通过一系列的喷嘴将煤粉喷入燃烧器中。
同时，空气也被喷入燃烧室中，与煤粉混合后形成可燃的混合物。
然后，点火器点燃混合物，产生火焰。
第二阶段是热传递过程。
当火焰在燃烧室中燃烧时，燃烧产生的高温气体将被导入锅炉的热交换器中。
在热交换器中，高温气体与水进行热交换，使水受热。
热交换器通常采用多根管子，管子的内外表面都与高温气体接触，从而实现热量的传递。
同时，锅炉内部还设有分水器，用于将热能均匀地分配到不同的辅助设备中，比如暖气系统或者生产过程中所需的热水。
第三阶段是排烟过程。
燃烧过程中产生的烟气经过热交换后变得冷却，同时含有大量的热量，这时候需要将烟气排出锅炉，以避免烟气的积聚。
烟气在锅炉内部通过管道被导向排烟管道，一般在排烟管道上安装有变压器和除尘设备，用于降低烟气压力和去除烟粉尘等有害物质。
最后，烟气通过烟囱排出，进入大气中。
总的来说，燃煤锅炉的工作原理是利用煤粉和空气的燃烧产生高温气体，通过热交换器将热能传递给水，同时将产生的烟气排出。
这种传统的锅炉技术在很长时间内被广泛使用，但也面临着煤炭资源逐渐枯竭、产生大量的烟尘和二氧化碳排放等问题。
因此，现在更多的人开始转向清洁能源，如天然气或生物质锅炉，以减少环境污染和气候变化的影响。
煤粉炉工作原理
煤粉炉工作原理
煤粉炉工作原理是通过将煤粉与空气混合燃烧，产生高温高压的燃烧气体，进而实现能量转化和利用的过程。
煤粉炉的基本组成包括燃烧室、供料装置、供气装置和排烟装置。
首先，煤粉在供料装置的作用下，经过破碎和输送，进入燃烧室。
在燃烧室内，煤粉与空气在适当的比例下混合燃烧。
煤粉燃烧产生的热量使炉内温度急剧升高，同时生成大量的燃烧气体。
其次，供气装置提供所需的空气量，确保煤粉充分燃烧。
空气通过通风机被送入燃烧室，在燃烧过程中与煤粉进行氧化反应。
这种反应会产生大量的热量和燃烧产物。
煤粉炉燃烧产生的高温高压燃烧气体经由燃烧室的出口进入排烟装置。
排烟装置起到隔热和导热的作用，防止热量的损失，并将燃烧气体中尚未完全燃烧的残余物质排出。
最后，经过排烟装置的处理，燃烧后的煤粉炉燃烧产物通过烟囱排出。
总结来说，煤粉炉的工作原理是将煤粉与空气混合燃烧，产生热量和燃烧气体，然后通过排烟装置将产物排出。
这一过程实现了煤炭能量的转化和利用，为供热、发电等工业生产和生活提供了重要的能源来源。
煤粉炉的工作原理
煤粉炉的工作原理
煤粉炉是一种常见的锅炉类型，它的工作原理是利用煤粉进行燃烧来产生热能。
煤粉炉通常由燃烧室、燃烧器、炉膛和烟气排放系统组成。
煤粉通过煤粉输送系统输送到燃烧器。
煤粉燃烧器将煤粉与空气混合并喷射到燃烧室中，在高温下完成煤粉的燃烧反应。
在燃烧室内，煤粉燃烧时释放出的热能会转移给炉膛内的水壁。
通过水壁吸收的热能会使水分子加热，产生蒸汽。
蒸汽在炉膛内上升，并通过热交换器传递热量给水，使其变为高温高压的蒸汽。
蒸汽在锅炉中被收集起来，用于加热或驱动汽轮机。
煤粉炉的烟气排放系统负责将燃烧产生的废气排放出炉外，并通过净化设备处理烟气中的颗粒物和污染物，以减少对环境的影响。
总的来说，煤粉炉利用煤粉的燃烧产生高温高压的蒸汽，从而产生热能。
这种锅炉常被用于工业生产和供热系统中，具有高效、可控性强等特点。
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热能与动力工程
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氮氧化物的生成：生成NOx的途径主要有三个：热力型、燃料
型和快速型。
热力型NOx是空气中的氮气在高温下直接氧化而生成的，它 的生成和温度密切相关，仅当火焰温度大于1500℃时，才会
大量生成；
燃料型是燃料中氮在燃烧过程中氧化而生成的NOx，与温度 的关系不大，是最主要的NOx生成途径； 快速型是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反 应生成的NOx，在煤燃烧过程中的生成量较小。
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分级配风直流燃烧器的特点
• 一次风喷口狭长； • 一次风喷口集中布置； • 一、二次风喷口各自集中在一起，且一、二次风喷 口的间距较大；
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• 二次风分层布置 • 一次风喷口的周围或中间还布置有一股二次风， 分别称为周界风和夹心风
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一、热力着火
1、定义
煤和煤粉的着火和燃烧
着火：由缓慢的氧化反应状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程 可分为： 连锁着火：这种由连锁反应引起的着火叫连锁着火。 热力着火：由于温度不断升高而引起的着火叫热力着火。在锅炉中发生 的着火就是热力着火。
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着火过程有两层意义：一是着火是否可能发生？二是能否稳 定着火？
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燃煤粉电站锅炉降低NOX的燃烧技术措施
燃烧空气分级技术
组织炉内燃料分级再燃还原NOX
浓淡分离技术
低氧燃烧技术
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空气分级燃烧技术 (air staging):
燃料的燃烧过程分段进行，燃烧用风分为一、 二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量，提高 燃烧区域的煤粉浓度。
推迟一、二次风混合时间，煤粉进入炉膛时形
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• 三次风喷口布置在燃烧器的最上方，距相邻二次 风喷口有较大间距，并应有一定的倾角，此外， 三次风速不宜过低，一般为5060m/s。 –ｔ3＜100℃ –ｒ3≈10％～18％
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二、旋流煤粉燃烧器
1、旋流燃烧器的射流特性 旋流燃烧器是利用旋流器使气流产生旋转运动的。旋
流燃烧器中所采用的旋流器主要有以下几种：蜗壳、切向
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炉 膛 形 状
前后墙布置：旋流燃烧器
(B&W)
四角布置切圆燃烧方式：直流燃烧器 (ABB-CE) W形火焰锅炉：无烟煤 旋流燃烧器： (FW)
燃 烧 器 种 类
适用于高挥发分煤种：烟煤、褐煤
直流燃烧器：
煤种适应性较广
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一、直流煤粉燃烧器的类型及特点 （一）直流煤粉燃烧器的射流特性 直流自由射流 湍流（紊流）自由射流 卷吸 衰减 射程 高宽比
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4、常用的旋流燃烧器 • 单蜗壳扩锥型旋流燃烧器： • 双蜗壳旋流燃烧器： • 轴向叶片旋流燃烧器： • 切向叶片式旋流燃烧器：
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三、新型煤粉燃烧器
（一）煤粉稳燃 1、常用稳燃措施 （1）敷设燃烧带； （2）热风送粉； （3）较低的一次风速和一次风率； （4）减小颗粒细度； （5）控制最低运行负荷以及采用性能良好的燃烧器。 2、三高区理论 高温、高煤粉浓度和适当高的氧浓度。 热能与动力工程
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（ 3 ）在同样的初始动量下，旋转射流的射程要 比直流射流短。 （4）旋转射流外边界所形成的夹角称为扩散角， 用符号 表示。旋转射流的扩散角一般比直流射流 大，而且随着气流旋转气流旋转强度的增加，扩散 角也增大，同时回流区也加大，因而高温烟气的回 流量也增多。
反应从而降低NOx排放水平。
第一级燃烧区：将85%左右的燃料送入进行富氧 燃烧，生成大量的NOx； 第二级燃烧区：送入15%的燃料，进行缺氧燃烧， 将第一区生成的NOx进行还原，从而降低NOx的 排放。 燃料分级燃烧时所使用的再燃燃料可以与主燃料
相同，但由于煤粉气流在再燃区内的停留时间相
对较短，再燃料宜于选用容易着火和燃烧的烃类 气体或液体燃料，如天然气。
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（5）当气流旋流强度增加到一定程度时射流会 突然贴在墙壁上，即扩散角等于180℃，这种现象 称为气流的飞边现象。 当飞边现象产生后，会导致喷口和炉墙结渣， 也容易烧坏燃烧器。
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3、旋流强度及其影响
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沿炉膛高度空气分级燃烧
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炉膛
煤粉气流
空气 旋流燃烧器空气分级示意图
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NOX
第二次生成的NOX 上部二次风SOFA 与主燃烧器一体的OFA 主燃烧器
NOX
NOX
NOX被还原
燃烧器分级配风的喷口布置示意和NOX的还原过程
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燃料分级燃烧技术 (fuel staging): 根据NOx的分 解机理，已生成的NOx在遇到烃根CHi和未完全燃 烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原
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• 着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大 简化。 • 严格上，只说着火的临界条件或着火条件：使系 统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。 • 实现这一过渡过程的初始条件或边界条件为着火 条件。
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• 3、着火热
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着火热的来源 • 卷吸炉膛高温烟气而产生的对流换热 • 炉内高温火焰的辐射换热
碳的反应可分为一次反应和二次反应
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三、影响煤粉气流着火的因素
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四、燃烧完全的条件 燃烧的完全程度可用燃烧效率来表示：
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五、强化煤粉气流燃烧的措施 • • • • • • • 提高热风和一次风温度 限制一次风量 合理送入二次风 着火区保持高温 选择适当的煤粉细度 强化燃烧阶段和燃尽阶段 合理组织炉内空气动力工况
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（二）低NOx燃烧技术
• 随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加，NOX的生成量和增加的幅 度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关
3000
º Ì Ò ¬ Å Ô ü Â ¯ Í » µ Ó · ¢ · Ý Ã º
NOX £ ¬ mg/m3
2000
1000
ß » ¸ Ó · ¢ · Ý Ã º Ì Ì ¹ ¬ Å Ô ü Â ¯
第五章
煤粉炉燃烧原理及燃烧设备
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1
第一节
燃烧化学反应动力学基础
一、燃烧化学反应速度 （一）化学反应速度 燃烧反应是一种发光发热的高速化学反应； 1、均相反应和多相反应： 2、反应速度可以用某一反应物浓度减少的速度表示，也可 以用生成物浓度增加的速度表示。 aA+bB一＞gG+hH wA=－dCA/dt 影响因素： （1）反应物性质；（2）反应物的浓度；（3）温度； （4）压力；（5）是否有催化剂或连锁反应。 热能与动力工程
0 0 1 2 3 4 5
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¼ É È Õ Æ ÷³ ö ¿ Ú Ñ õ Á ¿ £ ¬ %
图3—1 不同燃烧方式和煤种的NOX排放浓度比较
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• 燃煤排放的众多污染物中，NOX是唯一可通过改进燃烧
方式来降低排放量的气体污染物，
• 选择合理燃烧参数和合理地组织燃烧过程减少在燃料燃
烧阶段NOX的形成量，
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直流燃烧器
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直流燃烧器
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点火 热能与动力工程
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射流的结构及术语 – 等速核心区 – 射流外边界 – 射流内边界 – 射流的转折截面 – 射流初始段 – 射流主体段 – 射流扩散（展）角
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实现稳定着火满足两个条件
A、放热量和散热量达到平衡，放热量等于散热量。
B、放热量随系统温度的变化率大于散量热随系统温度的变
化率。 热能与动力工程
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2、着火和熄火的热力条件
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关于着火温度的说明 • 着火温度不是物性参数，随所处热力条件的变化 而不同， • 各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大， 过分强调着火温度意义不大， • 如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状态， 孕育时间长，着火温度可低于大气温度。
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热力型 燃料型 快速型
•
1500
1000
500
三 种 类 型 NOx 生 成 量 与 温 度 关 系
NOx (mg/Nm3 )
1000
1400
1800
炉膛温度(°C)
三种类型NOx生成量与温度关系图
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抑制NOX生成的理论依据 • 降低火焰峰值温度、 • 降低最高温度区域的局部氧浓度， • 降低燃料在最高温度区域的停留时间
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第三节 燃烧器和点火装置
煤粉炉的燃烧设备包括： 煤粉燃烧器（也称为喷燃器） 点火装置 炉膛
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1、作用：组织燃烧 2、要求： 稳定着火