锅炉燃烧原理

1、锅炉燃烧原理锅炉燃烧原理副标题：如何提高锅炉燃烧效率一、基本概念1.1. 自由射流流体经小孔、缝隙或管子等的引导，射入较大流体空间的流动现象，如烟气经烟囱排 入大气就是射流。射流进入静止的与之互溶的流体中，这种射流称为自由射流，是射流最 简单的情况。自由射流遵守动量守恒原理。1.2. 配风燃烧设计。早期手烧炉的固定炉排到工业锅炉链条炉排是一次飞跃，它减少人工体力 劳动。悬浮燃烧是燃烧设计的又一次革命，它摆脱了链条炉排较大煤块的原煤燃烧面积不 足以及氧分子扩散速度慢的问题，燃烧强度大幅度提高。悬浮燃烧主要种类有煤粉悬浮燃 烧、油气悬浮燃烧、沸腾炉或流化床锅炉悬浮燃烧。煤粉悬浮燃烧是工业锅炉和电力锅炉 主要燃烧方式。按燃烧器出口气流的特性，出口气流为直接射流的称为直流燃烧器，出口 气流含有旋转射流的称为旋流燃烧器。也有按火焰种类分的，如两侧墙交叉射流W型火焰, 旋转切圆火焰，对冲式火焰三种等。逆时针旋转切圆悬浮燃烧是国内多数工业和电力锅炉的燃烧方式。直流燃烧器配风（指二次风热空气，370C左右），有均等配风、分级配风和特殊配风等方式。所谓均等配风，是从上到下，每个角的一次风粉相间布Z入二次

2、风，这种布Z方 法适合早期燃烧速度较快的煤种如烟煤褐煤，它的优点是早期补充氧气的速度快。分级配 风是每个角的一次风粉口集中布Z在一起，下二次风布Z在下面，中上二次热风布Z 在上面，这种布Z方法适合早期燃烧速度慢的煤种，如无烟煤和贫煤，它的优点是早期 空气量少，燃烧区温度高。1.3. 下图为某一角煤粉燃烧配风垂直面示意图：我厂为贫煤和无烟煤的集中配风方式，二个一次风粉集中布Z在一起。一次风携带煤粉，二次风为热空气提供燃烧所需要的氧气。二、锅炉煤粉燃烧原理2.1、煤粉燃烧空气动力场示意图，以下是煤粉锅炉典型直流 燃烧假想切圆示意图 逆时针的龙卷风，中心风速为0，四边风速为0。原煤中含有约有15-30%的不能燃烧的灰分、盐类杂质。这些灰分中，夹带没有燃烧的 煤量越小，煤燃烧效率越高。煤粉锅炉飞灰可燃物含量一般在1-8%左右。设计有问题的锅 炉，飞灰可燃物含量最差可达Cfh 20%,按原煤Qar 20500kJ/kg , Aar 25%灰分，afh 90% 飞灰计算 qfh=328.66XAarXafhXCfh/(100- Cfh)XQar.ne t,仅飞灰可燃物中热损 失可达9.02%。炉渣

3、含二部分，一是锅炉结大块红渣含碳量约2%左右，二是没有燃烧完全 的直接落入冷灰斗内的原煤含碳量约20-35%左右。炉渣可燃物含量大小取决于锅炉原煤以 及测试、设计人员对燃烧过程和燃烧原理的理解程度，也影响锅炉燃烧器的燃烧方式的设 计和布Z。2.2、燃烧基本原理2.2.1风量配比3示例：以下为单套制粉系统运行时的风量比，总风量12.5万Nm3/h。一次风量：占 总风量的20%。每个一次风量约占2.5%，共8个，单个风量3125Nm3/h热态约 7417m3/h(测点处温度按375C计)，一次风管按内径300计，风速29.15m/s。锅炉运行时 要求：一次风热态风速控制在18-22 m/s，不小于15 m/s，防止一次风管被煤粉堵塞。二次风量：占总风量的65%。每个二次风量约占5.4%，共12个，单个风量6750Nm3/h 热态约16022m3/h（测点处温度按375C计）。二次风量：占总风量的15%。每个三次风量约占7.5%，共2个单个风量9375Nm3/h热 态约11950m3/h（测点处温度按75C计）。2.2.2直流燃烧器切圆基本要求国内电站煤粉锅炉燃烧器布Z约60%以上炉膛为正（

4、长）方形，燃烧器四角布Z,逆 时针假想切圆燃烧。燃烧假想切圆，煤粉在炉膛燃烧象逆时针的龙卷风，最大空气速度场 在几何正中心到炉墙壁的一半处，其中靠近炉墙水冷壁空气速度为0，炉膛几何正中心的 空气速度也为0。冷态（20C）空气动力场试验时，在上中二次风处的最大速度场风速一般在3.0 3.5m/s（热态1400C时，20m/s），垂直面从上到下即中上二次风平面、一次风平面到下二 次风平面以下最大速度场风速从3.5减少到Om/s，即热态最大速度场从上到下风速从约 20 m/s 下降到 Om/s。我们从煤粉锅炉典型直流燃烧假想切圆示意图可以看到，理想状态下一次风煤粉出燃 烧器到炉膛几何正中心，浓侧向火的煤粉和一次风已经卷入最大速度场中，因此没有煤粉 和一次风进入炉膛正中心无风区。即一次风煤粉出煤粉燃烧器后速度迅速衰减溶入龙卷风 中。但事实常常并不是这样的。在此，我们粗略假定，在炉膛内，煤粉的一次风和二次风燃烧射流，也是遵守动量守 衡基本原理的。要达到理想的燃烧状态，首先是风粉混合要好，氧气扩散的速度能符合煤粉在0.2秒 内燃烧失重95%的要求。另一个基本要求是，燃烧经过的距离适当延长，尾部燃烧

5、要较强 飞灰含碳量要小，这和燃烧假想切圆直径有关，假想直径越大飞灰越小。上述二个基本要 求，设计较好的煤粉直流假想切圆燃烧，基本上能够符合要求，有时还会存在飞灰含碳量 较高的问题。第三个基本要求是，一次风携带的煤粉不能进行炉膛正中心无风区，否则， 较粗的煤粉会直接下落，没有完全燃烧落入冷灰斗中被水冲走。直流燃烧器设计恰恰是第 三个基本要求，严重不能达标。由于一次风量较大，按动量守恒原理，部分速度分量不能 被上一邻角来的二次风速度分量消除，因此有部分一次风粉进入炉膛正中心无风区。参见 下图。一次风进入炉膛后，如下图可以分解成向Y和向X的基本速度分量，如果要一次风和煤粉不进入无风区，必须使向Y的速度分量在最大速度场符近下降到零。从上 面我们知道，一次风量单个风量3125Nm3/h热态约7417m3/h（测点处温度按375C计），一 次风管按内径300计，风速29.15m/s，因此向Y的速度分量20.4米/秒，我们知道，来自邻角的下二次风平面热态风速不会超过6米/秒（最大处 的上二次风平面，风速约20米/秒），因此从动量守恒原理来看，如果要煤粉不进入无风 区，邻角来的下二次风量及射流卷吸的风量应为本角一次风量的3.4倍以上。此处仍有一 个假定问题，即下二次风一次风向上出炉膛风速假定问题，此处假定邻角一次风已经离开 本角一次风平面，而邻角下二次风上升后的风速正处于本角一次风平面上。按设计参数， 下二次风量仅为一次风量的 2.16 倍应能满足防止邻角一次风进入炉膛正中心无风区要求 但是，实际运行时并不是这样，仍有部分煤粉进入炉膛正中心无风区。2021年某厂大块“炉渣”和炉渣与煤灰“渣灰混合样”可燃物含量表。随机取样，代 表性一般。日期 2月15日 3月3日 3月14样本炉渣炉渣 渣灰 1#炉 2.413.0011.2#炉 1.101.415.49 3#炉 1.2811.7911.09 54#炉 2.28 2.60 8.63感谢您的阅读，祝您生活愉快。

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