1、1635-1第三节第三节 煤粉燃烧器煤粉燃烧器 本节重点本节重点 直流煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器 结构结构 特点特点 适用范围适用范围1635-2 煤粉炉的燃烧设备包括：煤粉炉的燃烧设备包括： 煤粉燃烧器（也称为喷燃器）煤粉燃烧器（也称为喷燃器） 点火装置点火装置 炉膛炉膛 煤粉燃烧器的作用：煤粉燃烧器的作用： 输送煤粉和空气输送煤粉和空气 组织煤粉迅速稳定地着火组织煤粉迅速稳定地着火 组织煤粉迅速完全地燃烧组织煤粉迅速完全地燃烧 1635-3 燃烧器的性能要求燃烧器的性能要求： 一、二次风的风速比要适当一、二次风的风速比要适当 着火迅速稳定，火焰充满程度好着火迅速稳定，火焰充满程度好 风粉混合
2、强烈，燃烧迅速风粉混合强烈，燃烧迅速 流动阻力小流动阻力小 较大的调节范围较大的调节范围1635-4 一、直流煤粉燃烧器的类型及特点一、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（一）直流煤粉燃烧器的射流特性 几个专业术语几个专业术语 射流射流 直流自由射流直流自由射流 湍流（紊流）湍流（紊流）自由射流自由射流 直流燃烧器各个喷口出来的射流，一般直流燃烧器各个喷口出来的射流，一般都具有比较高的初速，其雷诺数都具有比较高的初速，其雷诺数ReRe都较高，一都较高，一般般Re10Re106 6，因而射流都是湍流。而且射流射入，因而射流都是湍流。而且射流射入炉膛的空间尺寸总是远远大于喷
3、口的尺寸，射炉膛的空间尺寸总是远远大于喷口的尺寸，射流离开喷口后就不再受任何固体壁面的限制流离开喷口后就不再受任何固体壁面的限制, ,所所以直流燃烧器出来的射流都是湍流自由射流，以直流燃烧器出来的射流都是湍流自由射流，如下图所示。如下图所示。1635-51635-6 煤粉空气射流在喷口以煤粉空气射流在喷口以初速初速、初初温温 、煤粉初始浓度煤粉初始浓度状态射人炉膛后，状态射人炉膛后，炉内高温烟气就是射流的周围介质，在炉内高温烟气就是射流的周围介质，在湍流扩散的作用下，射流边界上的流体湍流扩散的作用下，射流边界上的流体微团就与周围介质发生质量交换和动量微团就与周围介质发生质量交换和动量交换，将一
4、部分周围介质交换，将一部分周围介质( (高温烟气高温烟气) )卷卷吸吸到射流中来，并随同射流一起向前运到射流中来，并随同射流一起向前运动。动。 卷吸卷吸使射流的使射流的横截面扩大横截面扩大，流量增流量增加，速度逐渐减慢加，速度逐渐减慢，煤粉浓度也逐渐降煤粉浓度也逐渐降低低。1635-71635-8 射流的结构及术语射流的结构及术语 等速核心区等速核心区 射流外边界射流外边界 射流内边界射流内边界 射流的转折截面射流的转折截面 射流初始段射流初始段 射流主体段射流主体段 射流扩散（展）角射流扩散（展）角 因为射流的始段一般很短，仅为喷口直径的因为射流的始段一般很短，仅为喷口直径的2 2 4 4倍
5、，这段距离在煤粉炉内往往处于尚未着火阶倍，这段距离在煤粉炉内往往处于尚未着火阶段，因此，我们主要研究主体段内的射流特性。段，因此，我们主要研究主体段内的射流特性。1635-91635-10喷口。喷口。少数一次风喷口是圆形少数一次风喷口是圆形风喷口都是矩形喷口，风喷口都是矩形喷口，二、三次二、三次是矩形的原因。一般，是矩形的原因。一般，大，这也是大多数喷口大，这也是大多数喷口的射程要的射程要速度时，矩形喷口射流速度时，矩形喷口射流比；在相同截面积和初比；在相同截面积和初正正射流初速和喷口尺寸成射流初速和喷口尺寸成由上两式可知，射程与由上两式可知，射程与矩形喷口射流的射程为矩形喷口射流的射程为圆形
6、喷口射流的射程为圆形喷口射流的射程为”表示。”表示。，一般用“，一般用“射程的定义射程的定义来表示。来表示。”穿能力，通常用“射程穿能力，通常用“射程射流在环境介质中的贯射流在环境介质中的贯 41. 044. 1 29. 096. 0 05. 0 22 moomooomwwabLwwaRLLww1635-11会会使使射射程程增增大大。之之，会会使使卷卷吸吸量量增增加加；反反面面积积相相同同的的几几个个小小喷喷口口为为总总，如如果果将将一一个个大大喷喷口口分分因因此此，在在直直流流燃燃烧烧器器中中结结果果，射射流流外外边边界界相相对对增增大大的的卷卷吸吸量量增增大大。这这是是由由于于尺尺寸寸由由
7、大大变变小小时时，相相对对由由上上两两式式可可知知，当当喷喷口口。；为为射射流流的的初初始始流流量量，流流流流量量，为为截截面面上上的的射射为为主主体体段段内内距距喷喷口口出出口口上上两两式式中中，对对于于圆圆形形喷喷口口，对对于于矩矩形形喷喷口口，如如下下：体体段段，卷卷吸吸量量的的关关系系式式增增加加的的。对对于于射射流流的的主主着着射射流流的的喷喷射射方方向向不不断断直直流流射射流流的的卷卷吸吸量量是是沿沿 / 29. 022. 2 41. 02 . 1 3321smsmQRaxQQbaxQQoooo 1635-12 对于矩形喷口，其高宽比对于矩形喷口，其高宽比ho/2bo对射流特对射流
8、特性也有一定的影响。当射流初速和喷口通流性也有一定的影响。当射流初速和喷口通流截面不变时，截面不变时， ho/2bo愈大，射流的外边界面愈大，射流的外边界面也增大，从而使射流卷吸周围介质的能力增也增大，从而使射流卷吸周围介质的能力增加，但射流轴线速度衰减加快，射程将缩短。加，但射流轴线速度衰减加快，射程将缩短。 为组织燃烧和混合过程，要求射流具有为组织燃烧和混合过程，要求射流具有一定的射程。另外，射程对于确定燃烧器的一定的射程。另外，射程对于确定燃烧器的功率和炉膛尺寸等也是一个重要的依据。直功率和炉膛尺寸等也是一个重要的依据。直流煤粉燃烧器中，空气和燃料是通过几只喷流煤粉燃烧器中，空气和燃料是
9、通过几只喷口喷入炉膛的。喷口的几何形状和尺寸以及口喷入炉膛的。喷口的几何形状和尺寸以及气流出口速度对炉膛内气流特性有很大影响。气流出口速度对炉膛内气流特性有很大影响。 1635-13 至于直流射流的扩展角，一般不至于直流射流的扩展角，一般不大，只有大，只有1515 2222。射流的扩展角决。射流的扩展角决定了射流的外边界，也就决定了射流定了射流的外边界，也就决定了射流的形状。在直流燃烧器中，射流扩展的形状。在直流燃烧器中，射流扩展角的大小，决定了角的大小，决定了相邻两股气流的开相邻两股气流的开始混合点，始混合点，直接影响煤粉的着火和燃直接影响煤粉的着火和燃烧情况。烧情况。1635-14（二）直
10、流煤粉燃烧器（二）直流煤粉燃烧器 直流煤粉燃烧器的出口是由一组圆形、直流煤粉燃烧器的出口是由一组圆形、矩形或多边形的喷口所组成。煤粉气流、矩形或多边形的喷口所组成。煤粉气流、燃烧所需空气以及由制粉系统来的乏气燃烧所需空气以及由制粉系统来的乏气（三次风）分别由不同喷口以直流射流形（三次风）分别由不同喷口以直流射流形式喷进炉膛。式喷进炉膛。 直流煤粉燃烧器大多布置在炉膛四角直流煤粉燃烧器大多布置在炉膛四角上，由四角的燃烧器喷出的四股气流在炉上，由四角的燃烧器喷出的四股气流在炉膛中心形成一个或两个膛中心形成一个或两个“假想切圆假想切圆”。这。这种组织燃烧的方法常称为种组织燃烧的方法常称为“切圆燃烧切
11、圆燃烧”。我国采用直流煤粉燃烧器的锅炉很多，大我国采用直流煤粉燃烧器的锅炉很多，大都采用此种都采用此种“四角布置切圆燃烧四角布置切圆燃烧”的方式。的方式。1635-151635-16 根据煤种的不同，直流煤粉燃烧器的根据煤种的不同，直流煤粉燃烧器的一次风喷口和二次风喷口有各种不同的布一次风喷口和二次风喷口有各种不同的布置方式，使燃料稳定地着火、煤粉与空气置方式，使燃料稳定地着火、煤粉与空气有效地混合、完全燃烧和避免结渣。有效地混合、完全燃烧和避免结渣。 直流燃烧器可分为均等配风燃烧器和分直流燃烧器可分为均等配风燃烧器和分级配风燃烧器两种形式。级配风燃烧器两种形式。1635-17 1. 1.均等
12、配风直流煤粉燃烧器均等配风直流煤粉燃烧器 均等配风方式是指一、二次风喷口均等配风方式是指一、二次风喷口相间布置相间布置，即在两个一次风喷口之间均等布置一个或两个二即在两个一次风喷口之间均等布置一个或两个二次风喷口，或者在每个一次风喷口的背火侧均等次风喷口，或者在每个一次风喷口的背火侧均等布置二次风喷口。布置二次风喷口。 在均等配风方式中，由于一、二次风喷口在均等配风方式中，由于一、二次风喷口间距间距相对较近相对较近，一、二次风处自喷口流出后能很快得，一、二次风处自喷口流出后能很快得到混合，使煤粉气流着火后不致由于空气跟不上到混合，使煤粉气流着火后不致由于空气跟不上而影响燃烧，故一般而影响燃烧，
13、故一般适用于烟煤和褐煤适用于烟煤和褐煤，所以又，所以又叫做烟煤褐煤型直流煤粉燃烧器。叫做烟煤褐煤型直流煤粉燃烧器。 典型的均等配风直流煤粉燃烧器喷口布置方式典型的均等配风直流煤粉燃烧器喷口布置方式如图如图5 53 3所示。所示。1635-181635-191635-20 2.2.分级配风直流煤粉燃烧器分级配风直流煤粉燃烧器 分级配风方式是指把燃烧所需要的分级配风方式是指把燃烧所需要的二次风二次风分级分阶段分级分阶段地送入燃烧的煤粉气流中，即将地送入燃烧的煤粉气流中，即将一次风喷口较集中地布置一次风喷口较集中地布置在一起，而二次风在一起，而二次风喷口分层而置，且一、二次风喷口分层而置，且一、二次
14、风喷口保持较大喷口保持较大的距离的距离，以便控制一、二次风的混合时间，以便控制一、二次风的混合时间，这对于无烟煤的着火与燃烧是有利的。故此这对于无烟煤的着火与燃烧是有利的。故此种燃烧器种燃烧器适用于无烟煤适用于无烟煤、贫煤和劣质煤贫煤和劣质煤，所，所以又叫做无烟煤型直流煤粉燃烧器。以又叫做无烟煤型直流煤粉燃烧器。 典型的分级配风直流煤粉燃烧器喷口布置典型的分级配风直流煤粉燃烧器喷口布置方式如图方式如图5 54 4所示。所示。1635-211635-22 分 级 配 风 直 流 燃 烧 器 的 特 点 是分 级 配 风 直 流 燃 烧 器 的 特 点 是 ： （1 1）一次风喷口狭长一次风喷口狭
15、长，即高宽比，即高宽比h ho o/2b/2bo o比较大，这样可以增大煤粉气流的迎火周界，比较大，这样可以增大煤粉气流的迎火周界，从而增加对高温烟气的卷吸能力，有利于煤从而增加对高温烟气的卷吸能力，有利于煤粉气流着火。但狭长喷口会使气流的刚性减粉气流着火。但狭长喷口会使气流的刚性减弱，造成成气流过分偏斜而贴墙，形成炉墙弱，造成成气流过分偏斜而贴墙，形成炉墙结渣。结渣。 （2 2）一次风喷口集中布置一次风喷口集中布置，由于煤粉燃，由于煤粉燃烧器放热集中，火焰中心高温会有所提高，烧器放热集中，火焰中心高温会有所提高，这就有利于煤粉的着火与燃烧。这就有利于煤粉的着火与燃烧。 （3 3）一、二次风喷
16、口各自集中在一起一、二次风喷口各自集中在一起，且一、二次风喷口的间距较大，使一、二次且一、二次风喷口的间距较大，使一、二次风混合较迟，对于烟煤和劣质煤的着火有利。风混合较迟，对于烟煤和劣质煤的着火有利。1635-23 （4 4）二次风分层布置二次风分层布置，即按着火和燃烧需要分级，即按着火和燃烧需要分级分阶段将二次风送入燃烧的煤粉气流中，这既有分阶段将二次风送入燃烧的煤粉气流中，这既有利于煤粉气流的前期着火，又有利于煤粉气流后利于煤粉气流的前期着火，又有利于煤粉气流后期的燃烧。期的燃烧。 （5 5）一次风喷口的周围或中间还布置有一股二次）一次风喷口的周围或中间还布置有一股二次风，分别称为风，分
17、别称为周界风周界风夹心风夹心风，如图，如图5 54 4所示。所示。 （6 6）三次风温度低，约为）三次风温度低，约为100100左右，实践证明，左右，实践证明，如三次风喷口布置不当，不仅影响主气流着火与如三次风喷口布置不当，不仅影响主气流着火与燃烧，而且还会恶化燃尽。此外还会使火焰中心燃烧，而且还会恶化燃尽。此外还会使火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，从而引起炉膛出口附上移，炉膛出口烟温升高，从而引起炉膛出口附近结渣，过热器超温等事故。近结渣，过热器超温等事故。 为此，三次风喷口一般布置在燃烧器的最上方，为此，三次风喷口一般布置在燃烧器的最上方，距相邻二次风喷口有较大间距，并应有一定的倾距相邻二
18、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，一般为角，此外，三次风速不宜过低，一般为5050 60m/s60m/s。1635-24 二、直流燃烧器的布置工作特性二、直流燃烧器的布置工作特性 直流燃烧器多为四角布置的切圆燃烧直流燃烧器多为四角布置的切圆燃烧方式，通常有如下几种布置方式：方式，通常有如下几种布置方式： (1)(1)单切圆布置，即四角燃烧器一、二单切圆布置，即四角燃烧器一、二次风口的几何轴线相切于炉膛中心一个同径次风口的几何轴线相切于炉膛中心一个同径圆，如图圆，如图5-5(a)5-5(a)； (2)(2)两角对冲，两角切圆或一次风对冲，两角对冲，两角切圆或一次风对冲
19、，二次风切圆，如图二次风切圆，如图5-5(b)5-5(b)； (3)(3)双切圆布置，即四角一、二次风口双切圆布置，即四角一、二次风口各自切于不同直径的圆或对角燃烧器自成不各自切于不同直径的圆或对角燃烧器自成不同直径的圆，如图同直径的圆，如图5-55-5（c c）。）。 1635-251635-26 四角布置的直流燃烧器射出的四股气四角布置的直流燃烧器射出的四股气流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。气流由四角喷入炉内后，一方面由于气流在气流由四角喷入炉内后，一方面由于气流在炉膛中心发生旋转，另一方面由于引风机吸炉膛中心发生旋转，另一方面由于引风机吸力
20、，迫使气流上升，结果在炉膛中心形成一力，迫使气流上升，结果在炉膛中心形成一股螺旋上升的气流。股螺旋上升的气流。 从着火角度来看，每股煤粉气流除依从着火角度来看，每股煤粉气流除依靠本身卷吸高温烟气和接受炉膛辐射热外，靠本身卷吸高温烟气和接受炉膛辐射热外，由于每只燃烧器都能将一部分高温火焰吹向由于每只燃烧器都能将一部分高温火焰吹向相邻燃烧器的根部，形成相邻煤粉气流互相相邻燃烧器的根部，形成相邻煤粉气流互相引燃。引燃。1635-271635-28 气流在炉膛中心强烈旋转燃烧，使炉气流在炉膛中心强烈旋转燃烧，使炉膛中心形成一个高温火球，而且煤粉与空气膛中心形成一个高温火球，而且煤粉与空气的混合也较好这
21、就加速了煤粉的燃烧，的混合也较好这就加速了煤粉的燃烧， 由于旋转上升气流既改善了炉内气流由于旋转上升气流既改善了炉内气流的充满度，又延长了煤粉在炉内停留的时间，的充满度，又延长了煤粉在炉内停留的时间，这对于煤粉的燃尽是有利的。这对于煤粉的燃尽是有利的。 由于切圆燃烧具有良好的炉内空气动由于切圆燃烧具有良好的炉内空气动力场，因而对煤种具有较广泛的适应性，但力场，因而对煤种具有较广泛的适应性，但应注意气流偏斜冲击炉墙带来的结渣问题。应注意气流偏斜冲击炉墙带来的结渣问题。1635-29三、四角切圆燃烧的气流偏斜三、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径及切圆直径1635-30 1. 1.气流偏斜问题气流偏
22、斜问题 射流偏斜产生的原因及其危害：射流偏斜产生的原因及其危害： 四角布置的直流燃烧器，由于射流与假想的切四角布置的直流燃烧器，由于射流与假想的切圆相切，使射流轴线与两边炉墙的夹角不等，常常圆相切，使射流轴线与两边炉墙的夹角不等，常常是一边大，一边小，如下图所示。射流两边同时卷是一边大，一边小，如下图所示。射流两边同时卷吸烟气，在其周围形成吸烟气，在其周围形成负压区负压区，炉膛中的烟气则不，炉膛中的烟气则不断地向负压区补充。如果两侧的断地向负压区补充。如果两侧的补气补气条件不同，一条件不同，一侧的压力将大于另一侧的压力，使射流向一侧偏斜，侧的压力将大于另一侧的压力，使射流向一侧偏斜，这就是射流
23、产生偏斜的原因。这就是射流产生偏斜的原因。 射流偏斜的危害是：当射流偏斜严重时，会形射流偏斜的危害是：当射流偏斜严重时，会形成射流贴墙，导致炉墙结渣和水冷壁磨损。成射流贴墙，导致炉墙结渣和水冷壁磨损。1635-311635-32 影响影响射流偏斜射流偏斜的因素及其防止措施：的因素及其防止措施： 在四角布置燃烧器的炉室中，由于一次风煤粉在四角布置燃烧器的炉室中，由于一次风煤粉气流动量最小，刚性最差，因此一次风射流的偏斜气流动量最小，刚性最差，因此一次风射流的偏斜也最历害。另外结渣往往是由于一次风煤粉射流贴也最历害。另外结渣往往是由于一次风煤粉射流贴壁冲墙造成的。所以从防止炉墙结渣的角度来看，壁冲
24、墙造成的。所以从防止炉墙结渣的角度来看，应尽量减小一次风煤粉射流的偏斜。影响应尽量减小一次风煤粉射流的偏斜。影响一次风煤一次风煤粉射流偏斜粉射流偏斜的主要因素有：的主要因素有： （1 1）假想切圆直径）假想切圆直径 （2 2）邻角气流的横向推力）邻角气流的横向推力 （3 3）燃烧器高宽比与一次风口本身的高宽比）燃烧器高宽比与一次风口本身的高宽比 （4 4）燃烧器喷口的排列密度）燃烧器喷口的排列密度 （5 5）炉膛断面形状）炉膛断面形状 1635-33 （1 1）假想切圆直径）假想切圆直径 国内外的试验和运行证实，国内外的试验和运行证实，炉内实际切圆直径炉内实际切圆直径远比设计的假想切圆直径大得
25、多远比设计的假想切圆直径大得多，如下图所示。，如下图所示。 较大的切圆可使邻角火炬的高温烟气更易于达较大的切圆可使邻角火炬的高温烟气更易于达到下角到下角射流的根部射流的根部，有利于煤粉气流的着火；扰，有利于煤粉气流的着火；扰动更强烈，使燃烧后期混合加强，有利燃尽。但动更强烈，使燃烧后期混合加强，有利燃尽。但切圆直径过大，易使一次风射流偏斜贴墙，引起切圆直径过大，易使一次风射流偏斜贴墙，引起水冷壁结渣，而且中间有较大的无风区，使火焰水冷壁结渣，而且中间有较大的无风区，使火焰的充满程度不好。的充满程度不好。 炉膛横截面呈正方形或接近正方形（炉膛横截面呈正方形或接近正方形（a/b1.2a/b1.2）
26、时，切圆直径和炉膛宽度之比为时，切圆直径和炉膛宽度之比为0.050.050.100.10。采用。采用“切角形水冷壁切角形水冷壁”，能改善气流出口两侧补气条，能改善气流出口两侧补气条件，减小射流偏斜。件，减小射流偏斜。1635-341635-35 （2 2）邻角气流的横向推力）邻角气流的横向推力 横向推力的大小与炉内气流的旋转强度，即炉横向推力的大小与炉内气流的旋转强度，即炉膛四角射流的旋转动量矩有关，其中二次风射流膛四角射流的旋转动量矩有关，其中二次风射流的动量矩是起主要作用的。二次风动量及其旋转的动量矩是起主要作用的。二次风动量及其旋转半径愈大，中心旋转强度愈大，横向推力亦愈大，半径愈大，中
27、心旋转强度愈大，横向推力亦愈大，致使一次风射流的偏转加剧。致使一次风射流的偏转加剧。 一次风射流抵抗斜的能力与本身的动量有关。一次风射流抵抗斜的能力与本身的动量有关。一次风射流动量愈大，一次风射流动量愈大，刚性刚性愈强，射流的偏斜也愈强，射流的偏斜也就愈小。就愈小。 试验和运行实践证明，增加一次风动量或减少试验和运行实践证明，增加一次风动量或减少二次风动量，或者就降低二次风与一次风的动量二次风动量，或者就降低二次风与一次风的动量比，会减轻地次风射流的偏斜。但应注意二次风比，会减轻地次风射流的偏斜。但应注意二次风动量降低导致气流扰动减弱对燃烧带来的不利影动量降低导致气流扰动减弱对燃烧带来的不利影响。响。
