1、一.燃烧设备基础知识二.东方锅炉超低氮燃烧技术1.四角炉超低氮燃烧技术2.W火焰炉超低氮燃烧技术3.对冲炉超低氮燃烧技术4.CFB超低氮燃烧技术目 录1.燃烧的基本原理2.燃烧器的主要作用3.燃烧器的主要型式4.燃料特性5.燃烧系统方案6.制粉系统计算7.燃烧器计算及参数8.燃烧器结构1.1.燃烧的基本原理燃烧的基本原理 燃烧一般指燃料在空气中的剧烈氧化放热反应，释放出的热量能使该反应过程自动维持。燃烧过程存在两个基本阶段，即着火阶段和着火后的稳定燃烧阶段。1.11.1燃料的着火燃料的着火 从工程应用角度看，燃料的着火方式有两类：自燃和点燃。1.1.11.1.1自燃自燃1.1.1.1自燃的定义
2、 在一定条件下，燃料和空气的混合物通过缓慢的氧化放热反应，不断的积累热量和活性粒子，随着混合物温度的升高，在没有明火接近的条件下，自动着火燃烧。如煤堆、积粉和空预器上黏附的油垢等均可能产生自燃现象。1.1.1.2自燃的条件 自燃的条件是燃料和空气的反应放热速度高于散热速度，致使热量不断积累，燃料温度不断升高，燃料最终自燃。1.1.1.3自燃温度 自燃温度（或称自燃点）不是一个常数，它不仅和燃料本身的特性有关，还和散热条件等有关，散热条件越差，自燃温度越低。而且往往更有实际意义的不是自燃温度，而是能引起自燃时的介质温度，介质温度越高，自燃所需的时间越短。自燃温度较低的燃料并不一定就更容易被点燃。
3、如氢气的自燃温度比褐煤的高，但却比褐煤更容易被点燃。1.1.21.1.2点燃点燃1.1.2.1点燃的定义 利用外部能源去接触可燃混合物，使其在靠近外部能源传入的部分先行发生剧烈的氧化反应而着火，然后火焰传播到整个混合物中去。1.1.2.2火焰的传播 火焰的传播分为层流火焰传播和湍流火焰传播两种。若可燃混合物气流处于静止或层流状态时，其火焰的传播称为层流火焰传播；若可燃混合物气流处于湍流状态时，其火焰的传播称为湍流火焰传播。工程中的火焰传播基本上都是湍流火焰传播。层流火焰传播速度主要受温度、压力、燃料浓度及燃料性质影响。试验表明，火焰传播速度随温度的增大而增大，随压力的增大而减小（对大多数气体燃
4、料而言），反应能力越强的燃料其火焰传播速度也越快。在温度、压力一定的条件下，某一燃料的火焰传播速度存在一极大值，该极大值一般处于过量空气系数略小于1的情况下，因为此时的燃烧温度达到最大值。此外试验证明，可燃混合物气流只有在一定的浓度范围内，火焰才能传播。当混合物气流中燃料的浓度高于某一最高浓度或低于某一最低浓度时，燃烧只能局限在点火火源附近，火焰不能传播。该浓度范围又叫做着火浓度范围，有时也叫做爆炸浓度范围。爆炸浓度该范围存在的原因是，当气流燃料浓度太低时，混合物反应析出的热量太低，不足以将邻近的混合物加热到着火温度，所以火焰不能传播；而当气流燃料浓度过高时，氧量不足，混合物不能充分燃烧，同样
5、不能析出足够的热量所以火焰也不能传播。温度、压力和惰性气体含量都可以影响着火浓度范围。湍流火焰传播机理与层流火焰有很大不同。湍流火焰传播速度远大于层流火焰传播速度。对于煤粉气流，湍流火焰的传播速度可超过200cm/s，而层流火焰传播速度不超过100cm/s。由于可燃混合物自喷口喷出后马上扩散，风速逐渐下降，当与火焰传播速度相等时而稳定着火。一般希望煤粉气流的着火点离喷口出口的距离为0.30.5m。1.2 1.2 燃料的稳定燃烧燃料的稳定燃烧可燃混合物喷入炉内，利用点火设备将它点燃，火焰很快传播到整个气流中，当点火设备撤出后，再进入炉内的可燃混合物应能继续着火燃烧，也就是保持火焰的稳定而不熄灭。
6、此外着火点的（远近）位置也必须合适。1.2.11.2.1一般火焰的稳定一般火焰的稳定 可燃混合物气流从喷口喷出后，速度是不均匀的，在喷口中心速度较高，四周速度很低，此外离喷口越远，速度也越低。另一方面火焰传播速度也不均匀。这样可能在气流外周某一圈位置上，气流速度等于火焰传播速度，使火焰保持稳定，这一圈称为引燃区。从引燃区附近流过的气体，虽然流速超过火焰传播速度，也可以被引燃区的火焰点燃。由于喷口中心速度最高，因此整个火焰锋面呈圆锥形。气流在火焰锋面处的法向速度等于火焰传播速度，切向速度使该处火焰点燃靠近中心一些的相邻气流，这样使整个火焰保持稳定。如果气流速度再增加，虽然在离开喷口更远处气流速度
7、也将降低，但这里可燃气体混合物的浓度太低，火焰可能已不能传播，将没有引燃区存在，火焰不能保持稳定，这种情况称为脱火。如果气流速度太低，火焰将传播到喷口内，这种情况称为回火。1.2.21.2.2锅炉内火焰的稳定锅炉内火焰的稳定燃烧器出口气流速度一般都较高，已超过脱火极限，火焰不能自身保持稳定。从燃烧器喷出的可燃混合物必须不断从其他方面获得热量，才能被加热到着火温度以上，不断着火，保持燃烧稳定。着火所需热量主要来自于回流的高温烟气。对于直流式燃烧器，气流喷出燃烧器后不断吸卷周围的高温烟气，高温烟气将其加热，使之着火。这种从四周吸卷高温烟气的回流方式叫外回流。对于旋流式燃烧器，旋转的气流离开燃烧器喷
8、口后在离心力的作用下向四周扩散，在中心形成负压区，使高温烟气回流，并提供热量点燃可燃混合物。这种烟气回流方式叫内回流。1.2.31.2.3影响火焰稳定性的因素影响火焰稳定性的因素影响火焰稳定性的因素主要包括回流区的大小、可燃混合物的初温、燃烧器区域的烟气温度及燃料性质等。1.2.3.1回流区的大小回流区越大，回流的烟气量越多，回流区域内的温度就越高，燃料着火越稳定，着火点更靠近喷口。对于直流式燃烧器，回流主要依靠外回流。外回流区的体积一般比内回流区的大得多，但是，如果组织不好，回流的烟气不是来自高温区域，这样的回流则不利于着火。因此一般直流式燃烧器采用四角布置燃烧方式，使每个燃烧器的火焰流向下
9、游相邻燃烧器的出口，以向其提供可吸卷的高温烟气。由于燃烧器出口气流速度一般都比较高，因此燃烧器喷口中还装有稳燃器，可使气流产生一个小的内回流区，有利于保证稳定着火。对于旋流式燃烧器，回流主要依靠内回流，但气流四周也卷吸烟气，也有外回流区，它也有助于火焰的稳定。增大内回流区和烟气回流量主要依靠增大每个燃烧器气流的旋流强度，旋流式燃烧的气流旋流强度一般均可调节，因此旋流式燃烧器独立性较强，不像四角切圆燃烧方式那样考虑炉内整体组织燃烧。1.2.3.2可燃混合物的初温可燃混合物的初温越高，将其加热到着火温度所需的热量就越少，气流就更容易着火，因此着火就更稳定，着火点就更近。由于着火热主要用于加热空气，
10、因此，提高可燃混合物的初温主要是提高预热空气的温度；对于煤粉气流，提高煤粉浓度可降低煤粉气流的着火热，有利于着火。1.2.3.3燃烧器区域的烟气温度回流烟气的温度不仅取决于燃料在这一区域的燃烧程度，还和散热（受热面的吸热）等因素有关。因此减少燃烧器区域的辐射吸热，可提高燃烧器区域烟气温度，此时回流的烟气温度也会高一些，可使着火更加稳定。1.2.3.4燃料性质燃料的化学反应能力越强，就越容易着火，如原油比重油更容易着火。此外对于燃油，雾化质量越好，则油滴越细，燃烧越快，着火越稳定。对于煤粉气流，煤粉越细，则煤粉气流越容易着火。2.2.燃烧器的主要作用燃烧器的主要作用燃烧器的主要作用是将燃料和燃烧
11、所需空气按一定的型式送入炉膛，使燃料能及时着火、稳定燃烧、充分燃尽，燃烧器及炉膛不结焦，锅炉NOx排放量低等，亦即要满足安全、经济和环保三方面的要求。上述要求主要是通过合理的燃烧方式、燃烧器布置、燃烧器结构和燃烧器设计参数等来实现；同时锅炉本体也应有合理的设计。3.3.燃烧器的主要型式燃烧器的主要型式对于以煤为燃料的大型电站锅炉，目前主要采用煤粉燃烧和循环流化床燃烧两大类燃烧方式。煤粉炉和以油（天然气）为主燃料的大型电站锅炉的燃烧器布置型式主要有墙置式和角置式，此外煤粉炉燃烧器还有炉拱布置方式。不同的燃烧器布置型式要求配以相应的燃烧器结构型式，燃烧器结构型式主要分为旋流式和直流式两类。3.13
12、.1墙置燃烧墙置燃烧3.1.13.1.1墙置式旋流燃烧器墙置式旋流燃烧器墙置式燃烧器一般包括前墙布置燃烧器和前后墙布置燃烧器对冲燃烧两种情况。这种布置方式的主要优点是沿炉膛宽度方向的热负荷分布比较均匀、锅炉低负荷稳燃能力较强、炉膛不易结焦；但缺点是烟气后期混合较差，不利于燃料的燃尽；而且单墙燃烧方式的炉膛火焰充满度较差，已很少采用。前后墙布置燃烧器的示意图如下图所示。3.1.23.1.2墙置式直流燃烧器墙置式直流燃烧器墙置式直流燃烧器主要用于配风扇磨的高水分褐煤燃烧。由于风扇磨所能提供的压头较小，因此磨煤机沿炉膛四周布置，尽可能减小磨煤机到燃烧器的沿程阻力损失。磨煤机数量一般为6台或8台，每台
13、磨煤机带一列燃烧器。燃烧器采用直流式，布置在水冷壁墙上形成切圆燃烧，如右图所示。3.23.2角置燃烧角置燃烧角置燃烧一般均采用直流式燃烧器。炉膛四角各布置一列燃烧器喷口，可燃混合物和燃烧所需其余空气可以从不同喷口喷入炉内，在炉膛中整体组织燃烧。每角燃烧器喷口的中心线与炉膛中心的一个或多个假想圆相切，燃烧火焰在炉内形成一个大火球，燃料着火所需热源由上游角的燃烧高温烟气提供，如右图所示。这种燃烧型式的四面水冷壁热负荷比较均匀；烟气的后期混合强烈，有利于燃尽；配以摆动式喷口，可以方便的调节汽温。缺点是烟气的残余旋转易造成炉膛出口两侧的烟温偏差；如果配风不均匀，易造成火球中心偏移，使火焰冲刷水冷壁，造
14、成结焦和高温腐蚀；另外如果背火侧补气条件不好也会使火焰偏斜刷墙。3.3 炉拱燃烧炉拱燃烧炉拱燃烧一般应用于难于着火和燃尽的无烟煤和低挥发分的贫煤。燃烧器一次风喷口直立布置（略有倾斜）在前后墙水冷壁的炉拱上面，大部分燃烧所需空气从前后水冷壁垂直墙上分段供给，每个燃烧器的火焰首先向下俯冲后再折向往上形成U形火焰，燃烧后的高温烟气被吸卷为燃料着火提供所需热量。前后墙的火焰共同在炉膛中形成W形，故这种燃烧方式一般称为W型火焰燃烧方式，如下图所示。锅炉下炉膛区域敷设有适量的卫燃带，因此燃烧区域温度水平较高，有利于煤粉的着火；同时火焰行程较长，有利于燃尽。但这种燃烧方式的缺点是NOx排放量高以及锅炉重量大
15、、成本高。炉拱燃烧方式所配燃烧器即可采用直流燃烧器也可采用旋流燃烧器。4.4.燃料特性燃料特性电站锅炉燃料主要有煤、油和气体燃料。4.14.1煤煤4.1.14.1.1煤的种类煤的种类锅炉燃煤主要按干燥无灰基挥发分Vdaf的含量分为褐煤、贫煤、烟煤及无烟煤几种。无烟煤：Vdaf 10，炭化程度最高，含碳量大，水分、灰分及挥发分含量少，热值高；不易着火和燃尽。贫煤：Vdaf：1020，烟煤：Vdaf：2037，它们的炭化程度低于无烟煤，燃烧特性视具体成分的差异而不同；一般贫煤和劣质烟煤的着火性能较差。褐煤：Vdaf 37，炭化程度较低，水分、灰分和干燥无灰基挥发分含量一般均较高。中低水分褐煤易着火
16、，高水分褐煤则难着火；均易结焦。4.1.24.1.2成分分析基准及相互换算成分分析基准及相互换算燃料的成分分析一般常用元素分析和工业分析两种。燃料的元素分析测定煤中碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）和矿物质（习惯上称之为灰分A）及水分（W）的含量。而工业分析只测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳的含量。分析煤的成分时，常用的分析基准有四种，即收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基，具体定义如下。收到基：以实际入炉煤的成分作为百分之百；空气干燥基：当煤样在20、相对湿度60的实验室中放置，会失去一些水分，留下的稳定水分称为空气干燥水分，以这种煤样的成分作为百分之百；干燥基：去除水分以
17、外的其他含量作为成分的百分之百；干燥无灰基：把水分、灰分含量除外，以可燃质成分作为百分之百。不同成分基准之间需要换算，换算系数如下表。4.1.34.1.3煤粉细度煤粉细度4.1.3.1煤粉细度的定义及计算送入锅炉燃烧的煤为满足输送和燃烧要求被磨煤机磨制成细粉，绝大部分煤粉的粒径一般不超过0.2mm。煤粉粒度的分布（也称为煤粉细度）在我国用筛余量R表示，即未通过筛孔的部分煤粉的质量占全部煤粉质量的百分比（），一般用R90和R200表示，下标90和200分别表示筛孔直径为 90m和200 m。煤粉粒度分布的均匀性用均匀性系数n表示，煤粉粒度越均匀越好。n一般在0.8到1.2之间，n越大表示煤粉粒径
18、的分布越均匀。n的计算如右式。知道了系数n和某一粒径x1的煤粉粒度分布Rx1后，便可计算其他粒径x2的煤粉粒度分布Rx2，计算公式如右式。4.1.3.2 R90与D200的换算工程中还常用过筛量D200来表示煤粉细度，即通过200目筛子的煤粉质量占全部煤粉质量的百分比（），美国200目筛子的筛孔直径为74m，约相当于我国筛孔直径为75m的筛子规格，即D200100R75（），因此R90与D200之间可按下面公式换算：1）已知D200求R90 2）已知R90求D200 90200lg100lnlg100lnlg90200RRnnDR7590200901001100nRD9075902001001
19、00100nxxxxRR12121001004.1.3.3煤粉细度的选取煤粉越细，越容易着火和燃尽，同时也有利于降低NOx排放量，但磨煤电耗会增加。因此从能耗方面考虑，存在一个煤粉的经济细度，长期以来推荐按下面的经验公式选取煤粉细度。烟煤：R90=4+0.5nVdaf，贫煤：R90=2+0.5nVdaf，无烟煤：R90=0.5nVdaf。但随着磨煤技术的不断进步和对NOx排放量要求的日益严格，目前倾向于按下面公式选取煤粉细度。R90=0.5nVdaf，对于无烟煤还可以更细。4.1.44.1.4煤的燃烧特性煤的燃烧特性煤的燃烧特性主要指着火稳定特性和燃尽特性，它是燃烧设备及锅炉炉膛的正确设计时的
20、重要因素。4.1.4.1着火稳定特性目前主要通过燃料的干燥无灰基挥发分Vdaf、着火指数Td以及着火稳定性指数Rw来判别其着火稳定特性。以Vdaf作为判别指标，同时需参考Aar和Mar。这种判别方法准确性相对较差，但使用方便。判别界限如下：Vdaf 9极难稳定区，Vdaf：919难稳定区，Vdaf：1930中等稳定区，Vdaf：3037易稳定区，Vdaf：37褐煤区。当Vdaf 37时之所以称为褐煤区，是因为当水分很高时，锅炉为低温燃烧，其燃烧稳定性也较差。当Aar 35时，所有判别等级应降一级。着火指数Td为煤粉气流在在管式电炉中着火时对应的最低炉膛温度。判别界限如下：Td 638极难稳定区
21、，Td：613638难稳定区，Td：593613中等稳定区，Td：560593易稳定区，Td560褐煤区。以空干基水分Mad、空干基灰分Aad和干燥无灰基挥发分Vdaf作为变量，对Td进行回归，得到如下关系：Td=654-1.9 Vdaf+0.43 Aad-4.5 Mad20（），其相关系数为0.916说明相关较好，因此当没有条件进行试验测定时，可用上式来计算Td 指数。着火稳定性指数Rw基于热天平测定煤样的失重速率曲线，用测得数据计算得到：Rw560/t650/T1min0.27W1max，其中t为着火温度、T1min为易燃峰最大反应速率对应的温度、W1max为易燃峰的最大反应速率。判别界限
22、如下：Rw4.0极难稳定区，Rw：4.04.65 难稳定区，Rw：4.655.0中等稳定区，Rw：5.05.7易稳定区，Rw5.7褐煤区。4.1.4.2燃尽特性目前主要通过燃尽指数RJ、RJl、傅张指数FZ、比表面积Si、表观反应速率系数kS以及用热显微镜观察等方法来判别。燃尽指数RJ 基于热天平测定煤样的失重速率曲线和煤焦燃尽率曲线，用测得的数据计算得到：RJ 10/（0.55G20.004T2max0.14980.27983.76），其中G2为难燃峰下烧掉的燃料量、T2max为难燃峰最大反应速率对应的温度、98为煤可燃质烧掉98所需的时间、98为煤焦燃尽98所需时间。判别界限如下：RJ2.
23、5极难燃尽区，RJ：2.53.0难燃尽区，RJ：3.04.4中等燃尽区，RJ：4.45.7易燃尽区，RJ 5.7褐煤区。煤的挥发分越高，其着火稳定性越好，但其燃尽性不一定就越好，原因是部分煤存在烧结特性，使得比表面积减少而影响燃尽。指数RJlKVdaf。其中K为焦渣指数系数，取值方法为：G4时，K1；G5时，K0.9；G6时，K0.8。G为焦渣指数，由煤的工业分析坩埚中的残渣状态来判别：残渣状态 粉状 粘着 弱粘结 不熔融粘结 不膨胀熔融粘结 微膨胀熔融粘结 膨胀熔融粘结 强膨胀熔融粘结 G 1 2 3 4 5 6 7 8 RJl判别界限如下：RJl9极难燃尽区，RJl：919难燃尽区，RJl
24、：1927中等燃尽区，RJl：2740易燃尽区，RJl40褐煤区。傅张指数FZ利用煤球在加热炉内燃烧试验所得结果回归得到，FZ（VadMad）2FCad100-2。式中FCad表示煤球中含碳量的大小，当单位面积上含碳的比例越大时，则化学反应放出的热量就越大，有利于着火。判别界限如下：FZ 0.5极难燃煤，FZ：0.51.0难燃煤，FZ：1.01.5中等难燃煤，FZ：1.52.0易燃煤，FZ 2.0极易燃煤。Si为清华大学用压汞法所测煤质表面积，判别界限如下：Si1.35极难燃尽区，Si：1.351.77难燃尽区，Si：1.772.19中等燃尽区，Si：2.192.85易燃尽区，Si 40褐煤区
25、表观反应速率系数kS根据管式沉降炉煤焦燃烧试验结果求出，当试验温度为1673K时，它与燃料的Vdaf的关系的拟合公式为：kS（0.368Vdaf19.3）10-5，相关系数为0.77。由Vdaf得出如下判别界限（10-5）：kS22.6极难燃尽区，kS：22.626.3难燃尽区，kS：26.329.2中等燃尽区，kS：29.233易燃尽区，kS33褐煤区。用热显微镜观察预制成一定形状的燃料燃烧后的灰渣形态，作如下判断：膨胀型 着火燃尽最好，收缩型 燃尽比较困难，熔球型 易结渣，不变型 着火燃尽均困难。4.1.54.1.5煤灰结渣特性煤灰结渣特性煤灰是燃料中不可燃的矿物杂质在燃料燃烧后的生成物，
26、当煤灰的熔融温度较低而炉膛中某处温度较高时，熔融的煤灰就可能粘在该处逐步堆积冷却成渣块，结渣后的部位吸热量减少，温度继续升高，这会使结渣更为严重，形成恶性循环，最终使锅炉不能正常运行。因此煤灰结渣特性也是锅炉及燃烧设备设计时需要考虑的重要因素。目前主要用煤灰软化温度ST、灰成分综合指数RZ、粘温特性指数RN及热显微镜观察等方法来判别煤灰结渣特性。煤灰的熔融温度常用四个特征温度来表示，即变形温度DT、软化温度ST、半球温度HT和流动温度FT。常用用煤灰的软化温度判别煤灰的结渣特性。煤灰软化温度ST的判别界限如下：ST1260结渣倾向严重，ST在12601390结渣倾向中等，ST 1390结渣倾向
27、轻微。灰成分综合指数RZ=1.24(B/A)+0.28(SiO2/Al2O3)-0.0023ST-0.019G+5.4。式中碱酸比B/A=(CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2)，硅比G=(SiO2100)/(SiO2Fe2O3CaO+MgO)。判别界限如下：RZ1.5轻微，RZ：1.51.75中偏轻，RZ：1.752.25中等，RZ：2.252.5中偏重，RZ2.5严重。粘温特性指数RN=(T25-T1000)/Tm，式中T25为灰渣粘度为25Pas时对应的温度，T1000为灰渣粘度为1000Pas时对应的温度，Tm=(T25+T1000)/2。R
28、N越高，结渣倾向越严重；RN越低，结渣倾向越轻。热显微镜观察，煤样燃烧后出现玻璃熔球说明煤有结渣性，球尺寸越大，结渣倾向越严重。4.24.2油油4.2.14.2.1燃油种类燃油种类锅炉燃烧主要使用柴油、重油、渣油和奥里油等。柴油：利用常压蒸馏和减压蒸馏获得，为柴油机的燃料，在锅炉上仅作点火用，在锅炉上烧柴油是不经济的。重油：由裂化重油、减压重油、常压重油和腊油调制而成，按粘度分成不同牌号，可作为锅炉点火、助燃用油。渣油：炼油过程中产生的残留油，直接作为燃料使用，因此一般没有质量标准。奥里油：是用70%的超重质奥里原油，加30%左右的水，再加0.30.5%的表面活性剂乳化得到的，作燃料使用。4.
29、2.24.2.2燃油特性燃油特性燃油特性主要包括：成分、密度、粘度及闪点和凝固点等。粘度粘度为液体受外力作用流动时，液体分子间呈现的内摩擦力，它表征燃油输送及雾化的难易程度。燃油的粘度主要受温度的影响较为明显，它随温度的升高而降低。为使雾化良好，采用压力雾化方式时，进入雾化器前的燃油粘度应不大于34E；采用蒸汽（或空气）雾化方式时，进入雾化器前的燃油粘度应不大于58E。燃油粘度常用运动粘度、动力粘度和条件粘度表示，条件粘度中以恩氏粘度最为常用。运动粘度：常用厘斯（cST）为单位，相应的国际制单位为10-6m2/s。动力粘度：常用厘泊（cP）为单位，相应的国际制单位为10-3Pas（即mPas）
30、。4.34.3气体燃料气体燃料4.3.14.3.1气体燃料种类气体燃料种类气体燃料可分为天然气体燃料和人工气体燃料，人工气体燃料的种类较多，主要有液化石油气、高炉煤气、焦炉煤气、及发生炉煤气等。天然气有气田煤气和油田伴生气，主要成分都是甲烷，如下例所示（），天然气的发热量在3555MJ/m3之间。液化石油气是在石油热裂化或催化裂化过程中获得的可燃气体，含硫量低，发热量高，在84125MJ/m3之间。高炉煤它是高炉中焦炭部分燃烧和铁矿石部分还原作用所产生的煤气，以CO为主，含有大量N2，发热量较低，仅在3.64.0 MJ/m3之间，独立稳燃困难。焦炉煤气是焦炭气化所得的煤气，组成中以H2和CO为
31、主，发热量较高，16.7MJ/m3。发生炉煤气是煤在发生炉中氧化燃烧而获得，其可燃组分主要是H2和CO，CO2和N2占体积的50以上，因此热值仅高于高炉煤气。若在气化时通入水蒸气，则煤气中H2和CO的含量将增加，发热量在610.5MJ/m3之间。4.3.24.3.2气体燃料的特性气体燃料的特性气体燃料的特性主要包括着火温度和着火浓度极限等。4.3.2.1着火温度使可燃气体与空气或氧的混合物着火并能继续维持燃烧的最低温度。着火温度与可燃气体的浓度和压力有关。一般在氧气中的着火温度低于空气中的着火温度50100。在可燃气体中掺入惰性气体，着火温度将提高；反之，如掺入着火温度低的可燃气体，则混合可燃
32、气体的着火温度将降低。以下为部分可燃气体在大气压力下、空气中的着火温度。H2 CO CH4 C2H6 C3H8 C4H10530590 610658 645850 530594 530558 490569 H2S 高炉煤气 焦炉煤气 发生炉煤气 天然气290487 530 300500 530 5304.3.2.2着火浓度极限使火焰能够传播，维持继续燃烧的可燃气体浓度称为着火浓度，它分为着火浓度上限和下限，可燃气体浓度高于上限或低于下限火焰均不能传播。着火浓度极限的大小与可燃气体种类、温度和压力等有关。几种可燃气体在大气压、室温下的空气中的着火浓度极限上下值（体积百分比）为：H2 475、CO
33、 12.574、CH4 5.315。可燃气体在氧气中的着火浓度极限上值明显增加。混合可燃气体的着火浓度极限上下值L可按下式计算：L（a+b+c+）/（a/A+b/B+c/C+）式中，a、b、c为混合气体各组分的体积百分比，A、B、C为混合气体各组分的着火浓度极限上下值。一些可燃气体着火浓度极限上值随压力的增加而增加，下限值受压力的影响不显著。4.3.2.3火焰传播速度各种可燃气体在空气中的最大火焰传播速度大概在0.2472.67m/s范围内。其中氢气的火焰传播速度最高，为2.67m/s，天然气为0.30.38m/s，CO为0.415m/s，焦炉煤气为0.841m/s。该速度值与混合物中可燃气体
34、的浓度有关。着火温度低、着火浓度范围宽、火焰传播速度大的可燃气体最具爆炸危险性。4.3.2.4腐蚀性和毒性可燃气体中的部分成分如遇水会生成具有腐蚀作用的酸性物质，对设备造成危害，因此可燃气体应尽可能除去水分。此外可燃气体中的许多成分具有毒性，因此燃气设备的使用应特别注意人员安全。5.5.燃烧系统方案燃烧系统方案5.15.1制粉系统型式制粉系统型式制粉系统的主要任务是连续、稳定、均匀的向锅炉提供合格的煤粉，满足燃烧要求；在磨制煤粉的同时要对煤粉进行干燥，使煤粉达到要求的水分含量和温度；同时制粉系统的设计还要考虑防爆要求等。5.1.1 5.1.1 磨煤机的分类磨煤机的分类磨煤机是制粉系统中的主要设
35、备，按工作转速可分为三大类：低速磨煤机：主要有筒式钢球磨煤机、双进双出球磨机等；适用于无烟煤、贫煤、劣质烟煤及磨损性大且爆炸性不强的烟煤。中速磨煤机：主要有球环式磨煤机（ZQM型或E型）、碗式磨煤机（RP型或HP型）、轮式磨煤机（ZGM型或MPS型）等；适 用于水分不大、灰分不大、磨损性小的贫煤、烟煤以及易燃烧、磨损性小的劣质烟煤和水分较小的褐煤。高速磨煤机：主要有风扇磨、锤击式磨煤机等；适用于褐煤和高水分烟煤。5.1.25.1.2制粉系统类型及特点制粉系统类型及特点制粉系统的型式较多，主要根据燃煤特性进行选择。目前最常用的制粉系统类型主要有以下几种：中间储仓式钢球磨中仓制热风送粉系统 钢球磨
36、中仓制乏气送粉系统直吹式 双进双出球磨机正压冷一次风机直吹式系统 中速磨正压冷一次风机直吹式系统中速磨正压热一次风机直吹式系统风扇磨煤机直吹式系统5.1.3制粉系统选择主要根据煤的燃烧特性、磨损特性、爆炸特性及磨煤机的制粉特性选择磨煤机及制粉系统型式。1）磨制无烟煤：一般应采用钢球磨中间储仓式热风送粉系统；当锅炉采用“W”火焰燃烧方式时，宜采用双进双出球磨机正压直吹式系统。2）磨制贫煤：当煤的磨损指数在较强以下，煤的燃烧性能较好，且煤粉细度在磨煤机能满足要求时，宜选用中速磨煤机直吹式系统。当煤的磨损性在较强以上时，应选用钢球磨煤机中间储仓式热风送粉或乏气送粉系统（视煤的燃烧性能而定）。3）磨制
37、烟煤：当磨制中挥发份及中高挥发份（Vdaf=19%40%）、高水分以下（外在水分20%）、磨损性较强以下的烟煤时，宜选用中速磨煤机直吹式系统。当煤的磨损性很强时，对于中挥发份（Vdaf=19%27%）烟煤，应选用钢球磨中仓制乏气送粉系统；如系中高挥发份（Vdaf=27%40%）烟煤，则需考虑防爆，可选用双进双出钢球磨直吹式系统。外在水分超过20时应对原煤进行预处理。4）磨制劣质烟煤：劣质烟煤是指多灰份（Aad40%）、低热值（Qnet,v,ar16.7MJ/kg）的烟煤和灰份Aad32%的洗中煤。大多数劣质烟煤的燃烧性能接近于无烟煤和贫煤，极少数的燃烧性能较好，和普通烟煤相近。因此，应当根据煤
38、的磨损性和燃烧性能具体分析选择合适的制粉系统。对劣质烟煤，极少数燃烧性能为易燃且煤的磨损性在较强以下时，宜选用中速磨煤机直吹式系统。否则应选用钢球磨中仓制热风送粉系统。5）磨制褐煤：当褐煤的冲刷磨损指数Ke3.5时，宜选用风扇磨煤机直吹式系统。当褐煤的冲刷磨损指数Ke3.5，且外在水分20%时，宜选用中速磨煤机直吹式系统。当外在水分20%时，可选用热烟-热风二介质干燥系统，或冷烟-热烟-热风三介质干燥系统。当外在水分20%时，应选用热风干燥系统。5.1.45.1.4磨煤机规格及参数选择磨煤机规格及参数选择磨煤机的规格及参数主要是根据所要求的磨煤机出力、磨煤机通风量、煤粉细度等来进行选择的。磨煤
39、机的出力、通风量、功率等按照制造厂提供的计算公式、图、表进行计算和选取。对缺少资料或资料不全的磨煤机可以提供计算要求的数据给制造厂请其帮助计算。磨煤机的出口温度应根据防爆和系统运行要求确定。表4列出各类磨煤机出口温度的高限值；磨煤机出口温度的低限值为：采用中仓制制粉系统时，正压系统高于露点温度5，负压系统高于露点温度15；采用直吹式制粉系统时，正压系统高于露点温度2，负压系统高于露点温度7。5.25.2燃烧方式燃烧方式5.2.1油/气炉可采用四角切圆燃烧方式，也可采用前后墙对冲燃烧方式。两种燃烧方式各有特点，均有大量应用业绩。5.2.2煤粉炉1）对于高水分褐煤配风扇磨煤机制粉系统，应采用墙置直
40、流燃烧器切圆燃烧方式。由于磨煤机台数一般为6台或8台。2）对于无烟煤或其他极难着火煤种，可采用“W”型火焰燃烧方式，也可采用四角切圆燃烧方式。制粉系统应采用钢球磨中间储仓式热风送粉系统，“W”型火焰燃烧方式常采用双进双出钢球磨直吹式制粉系统，但目前倾向采用双进双出钢球磨中间储仓式热风送粉系统。3）对于其他大部分煤质既可采用四角切圆燃烧方式配直流式燃烧器，也可采用前后墙对冲燃烧方式配旋流燃烧器。制粉系统宜优先选用中速磨煤机直吹式制粉系统。5.35.3燃烧设备布置燃烧设备布置5.3.1四角切圆燃烧设备的布置炉膛断面、燃烧器中心线与水冷壁夹角及切圆尺寸等都是四角切圆锅炉的重要参数。5.3.1.3对应
41、于不同煤质的几种典型的燃烧器喷嘴布置型式几种典型的燃烧器喷嘴布置型式见右图。在这些燃烧器喷嘴布置型式的基础上还可根据具体情况派生出其他许多种燃烧器喷嘴的布置型式。燃烧器喷嘴布置的基本原则如下：1）选取合适的制粉系统型式后，可确定有无三次风喷嘴。2）确定合适的一次风喷嘴热功率，即一次风层数。3）对于高挥发份、强结焦性烟煤，可降低一次风喷嘴热功率并尽量拉开一次风喷嘴间距，两层一次风喷嘴之间可布置有两个乃至三个二次风喷嘴，必要时可将燃烧器分三组布置。4）对于结焦性不强的无烟煤、贫煤和劣质烟煤，可选取较高的一次风喷嘴热功率并适当拉近一次风喷嘴间距，对于这些煤种可采用水平浓淡燃烧方式或其他有较强稳燃作用
42、的特殊燃烧方式。5）对于其他煤种，在计算和参考以往工程经验的基础上选取适当的一次风喷嘴间距，并可通过采用水平浓淡燃烧器来增强燃烧器低负荷稳燃能力并同时防止炉膛结焦。6）为降低NOx排放量，确定是否单独布置燃尽风喷口并拉开布置。5.3.1.25.3.1.2燃燃 烧器参数烧器参数燃烧器参数主要指各种风率、风速及风温。1）风率对于中速磨直吹系统一次风率1，取决于磨煤机计算结果，一般为20%左右；燃尽风率rj，按不同的煤种和氮氧化物排放要求选取；二次风率2，2=100-1-rj。对于钢球磨中仓制热风送粉系统一次风率1，根据煤质特性人为选取，着火性差的煤可取较小值，着火性好的煤可取较大值，一般可取为15
43、%25%；燃尽风率rj，按不同的煤种和氮氧化物排放要求选取；三次风率3，取决于磨煤机计算结果，一般为20%左右，不宜超过25%二次风率2，2=100-1-rj-3。2）风速一次风速：根据煤的着火特性取值，着火性好取高值，着火性差取低值，一般为2030m/s。但应核算低负荷时喷口出口处和一次风管中一次风速不应低于17m/s。二次风速：考虑炉膛大小，要维持适当的切圆大小（着火）和火焰充满度（传热）；与一次风速相差越大，一、二次风混合越早；一般为4050m/s；燃尽风速（三次风速）：风速较高，以保证足够的穿透力，一般为5060m/s。5.3.1.25.3.1.2燃燃 烧器参数烧器参数3）风温一次风温
44、首先应防止结露（低限）、防止爆炸（高限）；其次考虑煤的着火性能，着火性好的煤应取低值，着火性差的煤应取高值；还有考虑磨煤机轴承允许温度。热风送粉，一次风温为预热器送粉用热风与煤粉混合后温度，目的，提高一次风温度，但当挥发份大于16%时，原则上应不大于160；挥发份小于16%时，无上限（常规预热器出口热风温度情况下）。直吹式，一次风温为磨煤机出口风温5，磨煤机出口风温主要考虑磨煤机轴承允许温度、煤的着火性能（爆炸性），一般可按下面经验式计算最高允许温度5（82Vdaf）/3 （允许正负5偏差）二次风温综合考虑煤的着火性能和预热器计算结果三次风温为磨煤机出口风温，最低应比露点温度高5，最高允许温度
45、为中速磨 5（82Vdaf）/3 （允许正负5偏差）钢球磨 对于贫煤不超过130，烟煤不超过705.3.1.3.5.3.1.3.燃烧器结构燃烧器结构四角切圆燃烧直流式燃烧器结构四角切圆燃烧直流式燃烧器结构煤粉燃烧器主要由壳体、喷口、抽出式一（三）次风管、风门（及喷口摆动机构）等零部件组成。煤粉及其输送用风(即一次风)经煤粉管道、燃烧器一次风管(含百叶窗式煤粉浓缩器)，一次风喷口喷入炉膛；制粉系统乏气经乏气管道、燃烧器三次风管、三次风喷口喷入炉膛；周界风(兼作停运一次风喷口、三次风喷口冷却风)经大风箱、燃烧器风室、一次风喷口的周界风通道、三次风喷口的周界风通道喷入炉膛；二次风(其中喷口内布置有燃
46、油装置的二次风在油枪投运时也作为油燃烧器的配风)经大风箱、燃烧器风室、二次风喷口喷入炉膛。燃烧器壳体将燃烧器隔成与燃烧器喷口数量相等的多层风室，各层风室分别向对应的各周界风喷口和二次风喷口单独供风。各层风室之间的风量分配是通过调节各层风室入口处的风门挡板的开度来实现的。5.3.2前后墙对冲燃烧设备的布置燃烧器的数量（或单只燃烧器的热功率）和布置位置主要考虑燃烧器火焰之间不会相互影响（气流能自由扩展，形成必要的回流区），火焰不冲刷受热面，炉膛火焰充满度好，热负荷均匀和合理的炉膛结构尺寸等。由于燃烧器的布置位置（定位间距）与燃烧器热功率Qth密切相关，因此按Qth确定燃烧器布置位置是最合理的；但由
47、于燃烧器的出口直径d随燃烧器热功率的增加而增加，因此国内习惯直接以燃烧器出口直径d的倍数来确定燃烧器的布置。燃烧器层数一般为3层，燃烧器列数以600MW炉为例，一般为46列。燃烧器布置一般按以下方法确定。5.3.2.1按燃烧器热功率Qth（以某国外公司数据为例）燃烧器列间距：0.42(Qth)1/2最外侧燃烧器中心至侧墙距离：0.5(Qth)1/2燃烧器层间距：0.6(Qth)1/2最下层燃烧器中心至冷灰斗拐点距离：0.4(Qth)1/2燃尽风喷口到最上层燃烧器喷口的距离，取67m时降低NOx的效果较为明显5.3.2.2按燃烧器出口直径d的倍数燃烧器列间距和层间距：2.5d3.5d，燃烧器层间
48、距还应该保证燃烧器区域壁面热负荷在合适范围内。最外侧燃烧器中心至侧墙水冷壁中心线的距离：3.0d3.5d，尽量取大值。最下层燃烧器中心至冷灰斗拐点的距离：2.4m3.6m，对结焦性强的煤取较大值。5.3.2.3炉膛深度炉膛深度应保证对冲的火焰既不要相互干扰、火焰不冲墙，又要在燃烧后期（火焰尾部）产生适度的相互扰动，以加强后期混合。一般炉膛深度应5d7d或1.9(Qth)1/25.3.2.4气流旋向此外各燃烧器的气流旋向对炉膛中的气流结构也有很大影响，相邻燃烧器的气流旋向宜彼此对称，反向旋转。前后墙对冲的两个燃烧器的气流旋向应相同（从同一方向看）。当发现燃烧器布置位置不能满足推荐要求时，应适当调
49、整燃烧器的数量和炉膛尺寸，直至满足要求。5.3.2.5 5.3.2.5 前后墙对冲燃烧旋流燃烧器前后墙对冲燃烧旋流燃烧器煤粉燃烧器将燃烧用空气分成四个部分：即一次风、二次风、三次风和中心风，参见下图。一次风率磨煤机出口一次风量磨煤机入口风量进入磨煤机的密封风量，不包含蒸发水分，用于计算一次风率；一次风率磨煤机出口一次风量/炉膛总风量；一次风体积流量磨煤机出口一次风体积流量蒸发水分体积流量，用于计算设备中风速燃尽风率总燃尽风率总燃尽风量/炉膛总风量，视NOx排放要求等因素综合确定燃烧器冷却风率燃烧器冷却风量用于保护未投运燃烧器，单层未投运燃烧器的冷却风率冷却风量/炉膛总风量，一般选取未2.6中心
50、风率中心风率的选取主要考虑燃煤工况，因此风率较小，一般选取为0.8，该风量远不足以满足燃油要求，因此油枪投运时需要投一次风系统来补充燃油用风。二次风率总二次风风率100一次风率燃尽风风率燃烧器冷却风风率中心风风率（）单只燃烧器中内二次风占总二次风的比例一般取为2030，实际运行中可以通过风门加以调节内二次风风率总二次风风率内二次风占总二次风的比例外二次风风率总二次风风率内二次风风率 绝大部分工程采用中速磨直吹式制粉系统及双进双出磨直吹式制粉系统。5.3.3“W”型火焰燃烧设备布置5.3.3.1 布置原则1）上下炉膛深度比宜大于0.5，使前后拱火焰射流避免相互干扰。2）燃烧器中心线到水冷壁的距离
