1、锅炉原理 (参照北仑1号炉）,锅炉简史 第一章 锅炉设备整体介绍 第二章 蒸发设备及水冷壁 第三章 锅炉过热器和再热器 第四章 磨煤机及制粉系统 第五章 燃烧设备 第六章 点火器及燃烧器点熄火控制 第七章 燃烧中的问题 第八章 空气预热器 ,第一节 炉膛,煤粉锅炉燃烧设备的组成：炉膛+燃烧器+点火装置 燃烧设备的要求： 燃烧效率高； 着火和燃烧稳定、可靠，不发生熄火和回火等故障； 运行、操作方便； 制造、安装和检修简单、方便； 尽可能减少污染物的排放； 满足生产运行要求。,第一节 炉膛,炉膛是锅炉中组织燃料燃烧的空间，也称燃烧室 炉膛的任务：燃烧的场所，热交换(辐射)的场所。 炉膛的设计应满足
2、下列要求： (a)足够的容积和高度，合理布置燃烧器，保证燃料完全燃烧。 (b)良好的炉内空气动力场 (c) 能够布置合适的蒸发受热面 (d)炉膛结构紧凑。 (e)辐射受热面应具有可靠的水动力特性 炉膛的几何特性：宽度a、深度b、高度h和几何形状 炉膛的热力特性：每小时输入炉膛的燃料热量，炉膛热负荷,第一节 炉膛 一、设计参数,1. 炉膛容积热负荷 kW/m3 定义：单位时间送入炉膛单位容积中的热量保证燃烧完全和足够的受热面/冷却 维持炉内温度水平qv的选取：锅炉容量，燃烧方式、燃料特性 固态排渣煤粉炉，燃用无烟煤时， 取110140；贫煤取120165，烟煤取140200；褐煤取90150。
3、大容量锅炉取低值,第一节 炉膛 一、设计参数,2. 炉膛截面热负荷qa kW/m2 按燃烧器区域炉膛单位截面计算，单位时间送入炉膛的热量qa高，A小，炉膛横截面周界也小，炉膛呈瘦高形。燃烧器附近温度高，对着火有利。但容易结渣、水冷壁发生膜态沸腾 qa低，炉膛呈矮胖形，则烟气冷却不足，炉膛出口以后的受热面结渣；燃烧器区域温度降低，对着火不利。 qa选取：燃料性质、燃烧方式和排渣方式 3260-4650 燃烧器为多层布置，每层燃烧器的qac，各层燃烧器局部区域的温度水平。,第一节 炉膛 一、设计参数,3. 燃烧器区域壁面热负荷 qr 减少NOx，趋向于采用单个热功率较小的燃烧器，多层布置 qr反映
4、燃烧器分层或集中布置时的火焰分散和集中情况、燃烧器区域的温度水平 qr：按照燃烧器区域炉膛单位炉壁面积来计算，单位时间送入炉膛的平均热量,第一节 炉膛 一、设计参数,4 炉膛辐射受热面热负荷 qf 炉壁热流密度 qf：单位时间内单位炉膛辐射受热面吸收的平均热量qf：取决于燃料性质 结渣 qf：数值也可判断膜态沸腾是否会发生。,第一节 炉膛 二、炉膛与燃烧器,燃烧器作用：将燃料和空气送入炉膛，组织合理的空气动力工况，保证充分混合、及时着火和稳定燃烧。 按送入空气的作用不同，空气分为一次风、二次风和三次风 对煤粉炉燃烧器的基本要求： 1) 能使煤粉气流稳定地着火； 2) 着火后，一、二次风能及时合
5、理混合，确保高燃烧效率； 3) 火焰在炉内的充满程度好，且不会冲墙贴壁，避免结渣； 4) 较好的燃料适应性和负荷调节；5)减少NOx ；6)阻力较小 按其出口气流特性分两大类： 1)直流燃烧器：其出口气流为直流射流或直流射流组； 2)旋流燃烧器：其出口气流为旋转射流。,第一节 炉膛 二、炉膛与燃烧器,本锅炉设计及校核煤种为水城贫瘦煤 燃烧器共设置六层煤粉喷嘴，每台磨煤机的出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴，锅炉MCR和ECR负荷时均投五层，另一层备用。 燃烧器的一、二次风喷嘴呈间隔排列，顶部设有2层OFA二次风。连同煤粉喷嘴的周界风，每组燃烧器各有二次风挡板17组，均由电动执行器单独
6、操作。 汽温调节：燃烧器喷嘴采用摆动结构，除OFA2喷嘴由一台气动执行器驱动作上下单独摆动外，其余喷嘴由内外连杆组成一个摆动系统，由另一台气动执行器集中带动作上下摆动， 燃烧器二次风室中配置了三层共12支轻油枪，采用机械压力雾化方式，燃油容量按24%MCR负荷设计。,第二节 直流燃烧器 一、直流射流结构及基本特性,直流射流射入很大的不受约束的空间 自由射流 喷口尺寸相对于炉膛宽度和深度是很小的，近似自由射流。 自由射流结构图 湍流射流 射流与周围介质进行热质交换，带动周围介质，射流质量逐渐增加，横截面积不断扩大，同时射流速度逐渐减小。 射流外边界：射流与周围气体的边界(流速=0)。 射流等速核
7、心区：中心 保持初速的三角形区域 内边界：核心区的边界 湍流边界层：内外边界间 初始段：射流转折截面 基本段：轴心速度衰减 扩展角：外边界线夹角,第二节 燃烧器出口风粉射流特性 一、直流射流结构及基本特性,初始段很短，喷口直径的24倍，煤粉尚处于着火准备阶段。因此，主要研究基本段的射流特性。 射程：轴向速度衰减到0.05w0时，射流经过的距离 喷口尺寸越大，射程越远，即射流对周围介质的穿透力越大 基本段内主要特性参数的变化 不等温射流 结果相似,二、直流燃烧器,一次风和二次风从一组矩形或圆形喷口以直线形式喷入炉膛。 各喷口之间保持一定的距离。直射流多为水平方向，也有向上或向下倾斜某一角度，有的
8、运行时上下摆动一定的角度。 布置在炉膛四角、炉膛顶部或炉膛中部，形成四角布置切圆燃烧方式，W火焰燃烧方式和U型火焰燃烧方式。 四角切圆燃烧：某一角上燃烧器煤粉气流着火所需要的热量，除依靠射流本身卷吸的高 温烟气和接受炉膛火焰的 辐射热以外，主要靠四角 布置中来自上游邻角正在 剧烈燃烧的火焰横扫过来 的混合和加热作用。 燃烧器间的相互作用,二、直流燃烧器,1四角布置的切圆燃烧方式 布置在炉膛四角 有的墙形成切角 两侧墙或前后墙 双炉膛双四角布置 六角或八角布置 正反双切圆布置 同向双切圆布置 两角对冲两角相切,正四角布置 中小容量煤粉炉 射流两侧的补气条件差异很小，气流向壁面的偏斜较小，因而煤粉
9、火炬在炉膛的充满程度较好，炉内的热负荷也比较均匀，而且煤粉管道也可以对称布置。 正八角布置 同样的特点。 大切角正四角布置切角形水冷壁，保护燃烧器喷口；增大燃烧器喷口两侧的空间，使两侧补充条件的差异更小，射流不易偏斜。,同向大小切圆方式：适用于截面深宽比较大的炉膛燃烧器喷口中的几何轴线和两侧墙间的夹角差异很大，射流的补气条件也有较大的差异布置成大小切圆方式，可以改变气流的偏斜，并可防止实际切圆的椭圆度过大。 正反双切圆方式：反切，可减少实际切圆的椭圆度。 两角相切，两角对冲方式：减小气流相切时的实际假想切圆的直径，减低气流的旋转强度，可防止气流的过分偏斜 双室炉膛切圆方式：更大容量的煤粉锅炉,
10、2四角切圆燃烧主要特点 每个角的燃烧器出口气流的几何轴线均切于炉膛中心的假想圆，故称四角布置切圆燃烧方式。 四角射流着火后相交，相互点燃，有利于稳定着火； 强烈旋转，湍流的热量、质量和动量交换十分强烈，燃尽好 良好的炉内空气动力场，炉膛充满系数较好，炉内热负荷均匀 多个喷嘴组成，负荷变化时调节灵活，煤种适应性强，控制和调节手段也较多。 炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置。 分段送风，分段燃烧，抑制NOx 各燃烧器出口气流有适度偏转 切圆直径过大、过小？,3、气流偏斜问题 1）假想切圆直径过大炉内形成的旋转气流对煤粉射流的横向撞击更接近根部，射流偏转更严重。 2）邻角气流的横向推力旋转强度一、二
11、次风的动量。 3）煤粉射流两侧补气条件的差异。射流两侧存在压差 4）射流刚性 扁薄射流，着火有利，但刚性较差 5）炉膛断面形状 长方形炉膛、气流冲墙 6）燃烧器多层布置时，上层气流不断的被卷 吸到下层气流中，加上气流受热膨胀的影响， 使气流容积流量增大，旋涡直径相应增大， 一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径 的810倍。,4减少切圆燃烧炉内气流偏斜的措施 1）合理的假想切园直径 冷态试验-热态试验 2）合理的一、二次风动量比 二次风率和风速都比一次风高，其动量起主要作用 适当增加一次风动量或减小二次风动量，会减小气流偏斜 但一次风率及风速都有所限制 3）射流对相邻两侧炉墙的夹角 锅炉宽度与
12、深度比值较大避免夹角差值过大 4）合理的燃烧器高宽比 h/b值增大，射流的刚性差，却对着火和燃烧有利 5）合理的燃烧器面积与一、二次风喷口间的相对间距 燃烧器总面积与炉膛截面积A的比值，A相对减小？ 适当的喷口间距压力平衡孔，减轻射流偏斜,5直流燃烧器类型 常用：WR型和PM型浓淡燃烧器 1）WR型浓淡偏差燃烧器（重点）Wide Range Coal Nozzle CE 直流式宽调节比摆动燃烧器 提高低挥发分煤的着火稳定性和在低负荷运行的稳定性 浓淡分离的高浓度煤粉燃烧器 工作原理：利用煤粉气流通过管道弯头转弯时，受离心力的作用，大部分煤粉紧贴着弯头外侧进入煤粉喷嘴，上部为高浓度煤粉气流，下部
13、为低浓度煤粉气流 低NOx,5直流燃烧器类型 2）PM燃烧器 MHI Pollution Minimum 利用分配器弯头的转弯及流速进行煤粉浓度的重新分配，浓淡比可达9:1。 浓侧的气粉比（A/C）约为1.01.2，淡侧A/C约为3.194.80；降低NOx； 解决燃用低挥发分煤，出现的磨煤机所需风量与燃烧器最佳一次风量失衡问题，为采用直吹式制粉系统创造条件。 实际运行，具有明显的低负荷稳燃性能,6切圆燃烧方式直流燃烧器的布置 一次风喷口都是多层布置，原因有二： 单个一次风喷口的热负荷不可能成正比地增加 NOx、结渣 炉膛的深度和宽度增大。但与锅炉容量的增大不成正比 一、二次风气流有较大的射程
14、 炉膛中气流上升速度增加，旋转强度减弱 适当增加单个喷口的热负荷，相应地增加一、二次风喷口的尺寸和出口气流速度。,7. 直流燃烧器喷口的排列方式 根据燃煤特性不同，一、二次风喷口的排列方式，可以分为均等配风和分级配风两种 (a)均等配风方式（重点） 一、二次风喷口相间布置,或者每个一次风喷口的背火侧均等布置二次风喷口。 喷口间距较小, 二次风风量分配接近均匀。 一、二次风的较早混合，煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气补充，火焰根部不致缺氧 燃用高挥发分的烟煤和褐煤，烟煤、褐煤型配风方式,7. 直流燃烧器喷口的排列方式 (b)分级配风 一次风喷口相对集中布置，靠近燃烧器的下部 二次风喷口则分层布
15、置，而且一、二次风喷口保持较大距离,推迟一、二次风的混合，以保证较好的着火条件。 二次风分层，分阶段送入。加强气流后期扰动和扩散速度，促进燃烧和燃尽。 适合于低挥发分的无烟煤和贫煤，无烟煤、贫煤型配风方式。 问题：着火区供氧不足；一次风喷嘴易变形、容易出现空气、煤粉分层现象。 通常有三次风,8.周界风、夹心风、十字风 （二次风）,8.周界风（重点） 、夹心风、十字风 （二次风） 周界风的作用是： 1)周界风比煤粉气流速度高，冷却1k喷口；2)少量热空气与煤粉火焰及时混合。3)增加1k的刚度；4)高速周界风有利于卷吸高温烟气，促进着火。 夹心风的作用： 1)补充火焰中心的氧气，降低着火区温度；2
16、)高速夹心风，增强内部的扰动，加速外缘火焰向中心传播；3)提高刚度；4)变煤种、变负荷时燃烧调整手段 十字风： 褐煤锅炉，着火后能迅速补充氧气，减少火焰对喷口内壁面的辐射传热，加强1k的刚性,锅炉原理,锅炉简史 第一章 锅炉设备整体介绍 第二章 蒸发设备及水冷壁 第三章 锅炉过热器和再热器 第四章 磨煤机及制粉系统 第五章 燃烧设备 第六章 点火器及燃烧器点熄火控制 第七章 燃烧中的问题 第八章 空气预热器 ,第一节 点火装置,用途： 机组启动，点燃主燃烧器煤粉气流 低负荷或煤质变差，稳燃 分类：气油煤粉三级点火系统 油煤粉二级点火系统 1. 电火花点火器 组成：打火电极、火焰检测器和燃气配风
17、 点火杆与外壳高电压火花放电 能量较小 三级点火 2.电弧点火器 二级点火 电极间形成高温电弧 轻油枪煤粉,第一节 点火装置,3.等离子点火 原理：利用强磁场下的直流接触引弧放电，获得稳定的直流空气等离子体。局部高温 系统：等离子点火设备及其辅助系统组成 直线电机推动阴极离开阳极的瞬间，电弧建立起来 4.高能点火装置（？） 半导体电嘴两极脉冲电压电火花，直接点燃雾化的油,第二节 油燃烧器,AB、CD、EF层各装有一只油燃烧器 用于点火和低负荷稳定燃烧 油燃烧器采用油压力雾化（机械雾化油喷咀）。 压力雾化油喷嘴：利用油压转变为高速旋转动能使油雾化。雾化完全依赖油压、油量调节 平流调风器：气流的主
18、要部分平行于调风器轴线的高速气流，流速约为5070m/s。由于二次直流衰减较慢，能穿入火焰核心，加强后期混合。,第三节 火焰检测器,作用：对点火器的点火工况、燃烧器的着火工况以及全炉膛的燃烧稳定性进行自动检测和监视。 炉膛火焰特性：燃烧过程中会发出可见光、红外线、紫外线等。煤粉火焰有较强的可见光和一定数量的紫外线，而且火焰的形状会随着负荷的变动而有明显的变化 我厂火焰检测系统 FORNEY 公司生产的DPD（数字剖面）火焰检测器和DP 7000 数字剖面放大器两部分组成。 DPD 火检：鉴别单燃烧器或多燃烧器燃烧环境中目标火焰的存在与否。对目标火焰的频率和振幅特性不断地进行监测。 确定被监测火
19、焰的类型（如：燃烧器有火、相邻燃烧器窜火、背景火焰、无火）以及火焰频谱的特定剖面形状,第三节 火焰检测器,火检探头的角度 火检探头,锅炉原理 (参照北仑1号炉）,锅炉简史 第一章 锅炉设备整体介绍 第二章 蒸发设备及水冷壁 第三章 锅炉过热器和再热器 第四章 磨煤机及制粉系统 第五章 燃烧设备 第六章 点火器及燃烧器点熄火控制 第七章 燃烧中的问题 第八章 空气预热器 ,第七章 燃烧中的问题 第一节 炉膛结渣,结渣的先决条件：呈熔融状态颗粒与壁面的碰撞。 较大尺寸的颗粒容易从转向气流中分离出来，与壁面碰撞 不清洁的水冷壁，吸热能力弱，区域温度高，对灰粒的冷却能力弱，使灰粒在碰撞之际易呈熔融状态
20、。 灰的熔融特性温度是与所处环境气氛相关的，若是氧化性气氛则熔融温度高，还原性气氛则低 一.煤灰的结渣倾向特性 煤灰组分并不是一个单一的物质，熔融温度不是一个单值 变形温度、软化温度和熔化温度（流动温度） 灰锥 软化温度越低， 其结焦性能就越差 各种单项指标,二、受热面的结渣,结渣可以产生于水冷壁、靠近炉膛出口区域的屏式过热器。 1、基本成因 受热面的结渣发生于呈熔融状态的灰粒与壁面的碰撞，从而被黏附在壁面上。 炉内结渣总不可避免，问题只是结渣程度或是否迅速剧增。 2、影响受热面结渣的基本因素 炉内的空气动力场 煤粉细度 炉内温度场以及煤灰的熔融特性 炉内气流的贴壁,二、受热面的结渣,3、锅炉
21、的设计运行与结渣 1）炉膛出口烟温 2）锅炉负荷 3）燃烧器上部的炉膛高度 4）炉壁热负荷和燃烧器区域热负荷 5）燃烧的空气量及风粉配比 6）火焰偏斜，煤粉气流贴壁，使水冷壁产生严重结渣。 7）煤粉细度 8）吹灰操作 结渣导致恶性循环,二、受热面的结渣,4、结渣层的形态和煤灰特性 结渣机理：初始的沉积层壁面温度升高灰粒冷却条件变差呈塑性状态的沉积物增厚、热阻的增大，结渣层表面温度进一步升高结渣层呈现处于流动状态的渣层 DT低的煤种容易产生结渣；DT与FT相差大的煤种，容易产生厚的塑性熔渣层 等等。 呈塑性状态的熔融渣是最难对付的，既不易破碎，相互间又能黏结成团，更不易排出炉外，当其熔合成大块，
22、因重力从上部落下，导致砸坏冷灰斗水冷壁。,三、结渣的防止,预防结渣：不使炉温过高、火焰不冲墙和防止灰熔点降低 1、防止受热面壁面温度过高，保持四角风粉量的均衡，使四角射流的动量尽量均衡，尽量减少射流的偏斜程度。火焰中心尽量接近炉膛中心，切圆直径要合适，以防止气流冲刷炉壁而产生结渣现象。 2、防止炉内生成过多的还原性气体。 3、做好燃料管理 4、做好运行监视 5、不同煤种掺烧 6、控制锅炉负荷,第二节 高温腐蚀 1、原因及特点,高参数锅炉，腐蚀发生在燃烧器下游邻角炉墙的管子，与是否结渣无关。向火侧的面腐蚀最快。硫化物型较多 1）.硫酸盐型腐蚀 Na2O及K2O冷凝SO3K2SO4和 Na2SO4
23、硫酸盐有粘性灰层 外表面温度升高硫化层 烟气中的SO3能穿过灰渣层 与管壁上的氧化层发生反应。 2）.硫化物型腐蚀 FeS2分解产生H2S FeSFe3O4,第二节 高温腐蚀 2、煤灰腐蚀性预测,煤灰或煤中的元素： Na、K、S、Fe、Cl和V（油灰、V2O5）3、高温腐蚀的防止 严格控制受热面的管壁温度 低氧燃烧技术降低烟气中SO3和V2O5含量 合理的炉膛出口温度 定时对过热器和再热器进行吹灰：当已存在高温腐蚀时，过多的吹灰使灰渣层脱落，反而会加速腐蚀的进行。 合理组织燃烧,低NOX煤粉燃烧技术 来源：燃料氮、空气氮,控制NOX排放：低NOX燃烧技术、尾部烟气脱硝处理 1. 低过量空气燃烧
24、 减少过量氧，抑制NOX生成，15-20% 。 最简单的方法 但炉内氧浓度过低，CO、飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。 2 .空气分级燃烧 主燃烧器供入70-75%的空气量，缺氧富 燃料燃烧降低燃烧速度和温度水平、 还原性气氛抑制NOX。 其余空气“燃尽风” OFA，1， 完成全部燃烧过程。 空气分两级供入炉内 空气分级燃烧法,3. 燃料分级燃烧 NO遇到碳氢基团CHi和CO、H2、C和CnHm，发生NO还原反应 例如： 4NO+CH4 =2N2+CO2+2H2O 80-85%燃料送入第一级燃烧区， 1，燃烧并生成NOX 其余燃料则送入再燃区， 1强还原性气氛NOX被还原， 还抑制新的NOX生成
25、。 NOX降低50%以上。 需布置“燃尽风”喷口，形成燃尽区 二次燃料：天然气、超细煤粉。,4. 烟气再循环 空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内 再循环风机 降低燃烧温度，而且降低了氧气浓度，进而降低NOX 烟气再循环率：再循环烟气量与无烟气再循环时的烟气量之比 特点： 降低NOX排放的效果：燃料品种和烟气再循环率 烟气再循环率15-20%时，NOX降低25% 燃烧温度越高，烟气再循环率的影响越大。 烟气再循环率更高燃烧不稳定，q3、q4增加。 系统复杂，增大投资,5. 低NOX燃烧器 NOX生成机理着火阶段生成燃料型NOX 低NOX燃烧器：特殊设计的
26、燃烧器结构及燃烧器风煤比例，降低着火区氧浓度、温度，抑制NOX。 NOX降低率：30-60% 6 煤粉炉的低NOX燃烧系统 低NOX燃烧器和炉膛低NOX燃烧（空气分级、燃料分级和烟气再循环）等组合在一起,锅炉原理 (参照北仑1号炉）,锅炉简史 第一章 锅炉设备整体介绍 第二章 蒸发设备及水冷壁 第三章 锅炉过热器和再热器 第四章 磨煤机及制粉系统 第五章 燃烧设备 第六章 点火器及燃烧器点熄火控制 第七章 燃烧中的问题 第八章 空气预热器 ,第八章 空气预热器 第一节 概述,空气预热器：利用烟气热量加热燃烧所需空气的热交换设备 作用 降低排烟温度,提高锅炉效率。 给水150260 改善燃料的着
27、火条件和燃烧过程，降低q3、q4，提高锅炉效率 热空气进入炉膛，提高理论燃烧温度，强化炉膛辐射传热 提高了制粉干燥出力 空气预热器的分类 按工作原理分：管式(间壁导热式)和回转式(再生式) 热管式 管式/板式的特点：烟气将热量通过中间壁面传给空气。 回转式（转子转和风罩转）：烟气和空气轮流地流过一种中间载热体(金属、陶瓷、液体等)来实现传热，烟气流经中间载热体，把载热体加热。空气流经载热体，载热体冷却，空气被加热,第二节 空气预热器构造,受热面回转再生式/容克式 受热面：金属波纹板 分区：烟气流通区0.5、空气流通区0.3、密封区0.2 转速：1-4r/min 二分仓：空气、烟气 三分仓：一次
28、风、二次风分开，风机电耗低 本厂锅炉各设置了两台60%容量、三分仓、回转式空气预热器,第二节 空气预热器构造,三分仓：一次风、二次风分开，风机电耗低,风罩回转式空气预热器/罗特缪勒式 传热元件不旋转，上下风罩旋转，转子轻 转一周换热两次，转速稍慢，用的较少,第二节 空气预热器构造,回转式空气预热器的优缺点： 受热面两面受热，传热系数高，不怕腐蚀。 布置方便。单位体积内受热面大，外形尺寸小，重量轻 缺点：漏风系数大，结构复杂，需传动装置，消耗电能。 漏风来源： 转动和固定部分间存在一定的间隙， 空气与烟气间存在一定的压差， 转动部分带入风量,第二节 空气预热器构造,本厂的特点 每台空预器配备2台电机和一台气动马达，一用一备一盘 支承轴承和导向轴承的润滑要求较高，独立的润滑油循环系统 空预器的冷端和热端都布置了径向密封 可调式的扇形板 空预器冷端、热端存在较大温差，径向的相对膨胀使空预器呈“蘑菇”形，且膨胀量随锅炉负荷变化 转子内、外缘周边与上、下端板间的环向间隙 环向密封 油质残渣会沉积在热端，与高温空气接触，可能产生燃烧 空预器的冷端，烟气温度较低，已接近烟气的露点温度，极易造成空预器的积灰和低温腐蚀，堵塞空预器 在一、二次风空预器进口处A、B侧各设置了一台暖风器。在机组启动阶段，辅助蒸汽为汽源，对一、二次风进行预热,
