直流煤粉燃烧器

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直流煤粉燃烧器的布置方式
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不同配风直流燃烧器
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直流燃烧器
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直流燃烧器: 出口气流为直流射流或直流射流组。
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直流燃烧器图片与四角布置
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褐 煤 锅 炉 燃 烧 器 设 计
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钝 体 煤 粉 燃 烧 器 着 火 示 意 图
转折截面：核心区消失，只在射流轴线保持初速w0的某点对应的截面。
在转折截面前的射流段称为初始段，在转折截面后的射流称为基本段。 扩展角：射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角
1-喷口；2-核心区； 3-边界层；4-外边界； 5-内边界；6-源点； 7-扩展角；8-速度分布
WH=0，CH=0，TH>T0
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一、直流射流——空气动力特性
卷吸量 Q ：外边界卷吸的高温烟气量
● 喷口结构：
u 圆形喷口的卷吸量小于矩形喷口；
u 一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的；
u 直流Q＜旋流Q；直流射流适用于无烟煤，后期混合好。
射程 L ： 射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到某一不
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通过燃烧器的空气
三次风 是指中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的 含有10%～15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧。
特点： 温度低，水分大，煤粉细。对燃烧有四个方面的不利影响： •火焰温度低，燃烧不稳定； •火焰拖长，炉膛出口烟温高，使过热器与再热器超温，汽温调节幅度大； •三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，飞灰中可燃物会增加； •三次风量较大时，风速也增大，易扰乱正常空气流动，引起火焰贴墙结渣。 措施：为消除这些不利影响，在大容量锅炉上可将三次风分为两段，即上三 次风和下三次风，并且布置于燃烧器上部，远离一次风喷口。为了保证三次 风穿透火焰，其风速通常高达50～60m/s。
均等配风燃烧器: 一、二次风喷口相间布置，即在二个一次 风喷口之间(或一次风喷口侧部--侧二次风)均等布置一个或二个 二次风喷口，各二次风喷口的风量分配较均匀。
均等配风燃烧器特点： u一、二次风口间距较小，有利于一、二次风较早混合，使一 次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧；
u适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟（褐）煤型配风方式 。
三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器 排出的含有10%～15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧， 这股乏气称为三次风。
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三、直流煤粉燃烧器各层风的作用
根据所承担的具体任务不同，二次风分为辅助风、燃料风和燃尽风。
辅助风：分为油辅助风（为油的燃烧提供氧气）和煤辅助风（为煤粉燃烧提
1、直流射流的概念 2、直流煤粉燃烧器的形式 3、直流煤粉燃烧器各层风的作用
燃烧设备的基本概念
燃 烧
• 炉膛（燃烧室）
设 • 燃烧器
备
空气雾化 蒸汽雾化
煤粉燃烧器 油燃烧器 点火装置
电火花点火 电弧点火 半导体高能点火
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自冷灰斗至炉膛 出口的燃烧空间
一次风喷嘴 二次风喷嘴 三次风喷嘴
直流燃烧器 旋流燃烧器
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第六章 燃烧原理和燃烧设备
§1 燃料燃烧的基本原理 §2 直流煤粉燃烧器 §3 旋流煤粉燃烧器 §4 煤粉炉炉膛 §5 煤粉炉点火系统 §6 煤粉燃烧新技术
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第六章 燃烧原理和燃烧设备
§1 燃料燃烧的基本原理 §2 直流煤粉燃烧器 §3 旋流煤粉燃烧器 §4 煤粉炉炉膛 §5 煤粉炉点火系统 §6 煤粉燃烧新技术
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稳燃腔燃烧器出口燃烧器火焰示意图
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燃烧器的作用与要求
作用：将燃料与燃烧所需空气， 按一定的比例、速度和
混合方式，经喷口送入炉膛。
要求： ①保证充分混合、迅速着火、稳定燃烧，燃尽；炉温分布
合理，受热面不结渣； ②有较好的燃料适应性，以满足煤种在一定范围内变化时，
仍能保证机组安全、稳定、经济运行； ③有良好的负荷调节性能和较大的调节范围，以适合电网
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第六章 燃烧原理和燃烧设备
§1 燃料燃烧的基本原理 §2 直流煤粉燃烧器 §3 旋流煤粉燃烧器 §4 煤粉炉炉膛 §5 煤粉炉点火系统 §6 煤粉燃烧新技术
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§2 煤粉燃烧器——直流燃烧器
直流燃烧器
Ø 燃烧器的作用与要求 Ø 通过燃烧器的空气
旋流燃烧器
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§2 直流煤粉燃烧器
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通过燃烧器的空气
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直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式
切圆燃烧方式直流燃烧器的布置 炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中 心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转。
切圆燃烧方式的特点 Ø 煤粉气流着火所需热量，除依 靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛 辐射热以外，主要是靠来自上游邻 角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加 热，着火条件好 Ø 火焰在炉内充满度较好，燃烧 后期气流扰动较强，有利于燃尽， 煤种适应性强 Ø 风粉管布置复杂
1-喷口；2-核心区； 3-边界层；4-外边界； 5-内边界；6-源点； 7-扩展角；8-速度分布
WH=0，CH=0，TH>T0
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一、直流射流——空气动力特性
射流核心区：射流中心尚未被周围气体混入，保持初速w0的区域
湍流边界层：核心区维持初速w0的边界称为内边界；射流与周围气体的分界 称为外边界。内、外边界间区域为湍流边界层，其内为射流本身的流体以及卷 吸进来的周围气体
不利。 ⑶周界风风速高于一次风，能增强一次风气流的刚性，防止其偏斜。 ⑷可托浮煤粉，防止煤粉从主气流中离析出来而增加不完全燃烧热损失。 ⑸在一次风煤粉气流与水冷壁之间形成屏障，避免一次风贴墙造成结渣。 ⑹可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段。 • 周界风[如图6-4(a）] 、十字风或夹心风[如图6-3(d）] 、侧二次风[如图6-3(b）]
直流一次风、二次风 旋流二、三次风
煤粉燃烧器种类
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直流燃烧器 旋流燃烧器
回流型燃烧器 浓淡燃烧器
气流没有切向 流动速度分量
一次旋流 一次直流+二次旋流 一次直流+二次旋流+三次旋流 一次旋流+二次旋流+三次旋流
气流有切向 流动速度分量
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燃烧器
燃烧器是煤粉锅炉的主要燃烧 设备，其作用是
为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的距离。
u 射程反映轴向速度wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气
体的穿透能力 。直流射程L>旋流射程L (同等条件下)。
u 射流卷吸周围气体越多，衰减较快。
u 直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射流的衰减较慢。
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⒈直流射流——空气动力特性
保证燃料和燃烧用的空气在进入炉 膛时能充分混合、及时着火和稳定 燃烧。
① 直流燃烧器
出口气流为直流射流；布置在 炉膛四角，使燃料气流在炉内 进行切圆燃烧
炉膛内部的直流燃 烧器
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直流燃烧器四角布置 俯视的炉膛火焰
• 直流燃烧器采用
四角切圆燃烧方
式形成的火焰
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煤粉燃烧火焰方式
扩展角θ uθ决定射流的形状及两相邻射流开始混合点. u混合点位置对煤粉气流着火和氧化剂的及时 补充有很大影响. u直流湍流自由射流的θ相对较小.
射流的刚性
射流组的流动过程
u定义：射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。
u刚性不够，射流偏移到炉墙，引起结渣；偏向其他射流，干扰其工作.
u射流的初始动量越大，刚性越大.
湍流自由射流除了做整体运动外，流体微团还具有纵向脉动和横 向脉动，后者对对热质交换起着重要作用
W0
1-喷口；2-核心区；
C0
3-边界层；4-外边界； 5-内边界；6-源点；
T0
7-扩展角；8-速度分布
等温自由射流的结构特 性及速度分布
WH=0，CH=0，TH>T0
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一、直流射流——空气动力特性
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一次风煤粉气流的偏斜
切圆燃烧方式实际气流并不能完全沿轴线方向前进，会出现一定的
偏斜，严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙。造成炉膛水冷壁结渣.
邻角气流的横向推力 其大小取决于四 角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动 量矩起主要作用；一次风射流本身的动量 （刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素
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三、直流煤粉燃烧器各层风的作用
燃料风：是指从一次风的内部或外围补入的少量空气。是二次风的一部分。 • 十字风或夹心风 是指从一次风的内部补入的少量空气。 • 周界风 从一次风的外围补入的少量空气称为周界风，其特点风层薄，风量小，
风速较高。其作用是： ⑴冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形。 ⑵给火焰周围补氧，但风量不宜过大，否则会相当于二次风过早混入而对着火
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㈡分级配风直流煤粉燃烧器
分级配风燃烧器：一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器下 部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保持较大的距离， 燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中，强化气流的 后期混合，促使燃料燃烧与燃尽。
分级配风燃烧器特点： u一次风喷口高宽比大，卷吸量大； u煤粉气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着 火、燃烧。
射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体 微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止 介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动(速度差大卷吸大). 射流横断面不断扩展，流量Q增加；煤粉浓度C下降；温度T升高；轴向 速度W逐渐减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中
供氧气，且位于燃烧器最下层的辅助风还可以托浮住粗粒煤粉）。 辅助风：是二次风的主要组成部分。
• 下二次风 防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住 火焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小。 • 中二次风 是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主 要风源，风量较大。 • 上二次风 提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃 烧和燃尽的主要风源，风量较大。
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二、直流煤粉燃烧器的形式
• ㈠均等配风直流煤粉燃烧器 • ㈡分级配风直流煤粉燃烧器
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均等配风直流燃烧器
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㈠均等配风直流煤粉燃烧器
直流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形 的喷口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛。根据燃煤特性不同， 一、二次风喷口的排列方式不同可分为均等配风和分级配风。
等都是二次风的一部分。
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三、直流煤粉燃烧器各层风的作用
燃尽风：分二层布置于整组燃烧器的最上部，送入剩余15%的空气。 它也是二次风的一部分。其作用是： •给燃尽区未燃尽的煤粉继续燃烧提供空气。 •抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内NOX生成量。 •燃尽风一般沿与主气流旋转方向相反的方向喷入炉膛内，这样可降 低炉膛出口处烟气的残余旋转，减轻水平烟道两侧的烟温烟速及烟气 中飞灰浓度偏差，减小布置在水平烟道入口处过热器的热偏差，又叫 做偏转二次风或消漩二次风。
u适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式。
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通过燃Hale Waihona Puke Baidu器的空气
进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的，按对着火、燃烧有 利而合理组织、分批送入，按流过的介质和作用不同，可分为三种：
一次风 携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉 和满足燃烧初期对氧气的需要。
二次风 待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继 续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用。
调峰的需要； ④能通过燃烧控制NOX的生成，以满足环境保护的要求； ⑤流动阻力较小，运行可靠，不易烧坏和磨损，便于维修
和更换部件。
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一、直流射流——空气动力特性
湍流自由射流是直流燃烧器各喷口以较高的初速（Re≥105）和一 定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间（炉膛内充满高温、静止介 质——烟气，煤粉浓度为零）的煤粉气流.
增加一次风动量或减少二次风动量，可 减轻一次风射流的偏斜。但一次风速受着 火条件限制，不能相应提高；而为了加强 炉内气流的扰动，二次风速也不宜降低。 一、二次风速推荐值见表6-4。
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一次风煤粉气流的偏斜
假想切圆直径dJX ：较大的dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到 下角射流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽； 但dJX 过大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余 旋转会引起烟温和过热汽温偏差.