工 业 锅 炉 沈阳化工学院热能教研室四、四、燃烧设备燃烧设备 燃烧设备的任务任务：为燃料提供良好的燃烧条件，使其化学能最大限度地转化为热能，兼顾炉内辐射换热的任务。按照燃烧方式，燃烧设备可分为三类:层燃炉层燃炉/火床炉火床炉 燃料被层铺在炉排上进行燃烧的炉子。室燃炉室燃炉/悬燃炉悬燃炉 燃料随空气流进入炉室呈悬浮状燃烧的炉子。流化床炉流化床炉/沸腾炉沸腾炉 燃料在炉室中被由下而上送入的空气流托起，并上下翻腾而进行燃烧的炉子。1四、四、燃烧设备燃烧设备4.1层燃炉层燃炉一、煤的燃烧过程一、煤的燃烧过程 煤的燃烧过程分为三个阶段：着火前的热力准备阶段着火前的热力准备阶段挥发物与焦炭的燃烧阶段挥发物与焦炭的燃烧阶段灰渣形成段灰渣形成段/燃尽阶段燃尽阶段水分蒸发和挥发分析出 挥发物达到一定温度和浓度时，马上着火燃烧，然后焦炭着火燃烧 可燃成分减少，焦炭表面形成灰壳，使氧很难扩散至焦炭表面，燃烧速度减慢，燃料进入燃尽阶段 各各阶阶段段是是交交叉叉进进行行的的；着着火火和和燃燃尽尽是是最最重重要的两个阶段，着火是前提，燃尽是目的。要的两个阶段，着火是前提，燃尽是目的。2四、四、燃烧设备燃烧设备1.1.着火前的热力准备阶段着火前的热力准备阶段 特点特点：燃料没有着火燃烧，不需要氧气不需要氧气，是吸吸热热阶段。炉子任务炉子任务：为新煤及时提供足够的热量，缩短此阶段所需时间。方法方法：提高炉温、采用预热空气、改善炉子结构。3动力区 温度不高，燃烧速度取决于碳粒表面的化学反应速度,随温度的升高按指数增大。强化燃烧的措施是提高系统的温度四、四、燃烧设备燃烧设备2.2.挥发物与焦炭的燃烧阶段挥发物与焦炭的燃烧阶段特点：特点：燃烧反应剧烈，需要大量氧气需要大量氧气，放出大放出大量热量热，燃烧时间长。炉子任务炉子任务:使燃烧完全,提高燃烧速度。焦炭焦炭灰COCO2O2层燃炉层燃炉:煤粒大,燃料层中温度高,一般处于扩散燃烧区.提高气流相对流速,加强扩散是强化燃烧主要途径。煤煤粉粉炉炉:煤粉细,只有粗煤粉在高温区才处于扩散区，在燃烧中心外一般处于动力区或过渡区.提高炉温和扩散速度可强化燃烧。方法方法：保持炉内高温和一定空间，提供充足而适量的空气，空气与燃料良好的混合接触。扩散区 温度较高，燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。强化燃烧的措施是强化扰动，减小煤粉颗粒过渡区 动力区与扩散区之间，强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度多相燃烧分为三种不同的区域：4四、四、燃烧设备燃烧设备3.3.灰渣形成段灰渣形成段/燃尽阶段燃尽阶段特点特点：燃烧缓慢，放热少放热少，需氧少需氧少。炉子任务炉子任务:使灰渣尽量烧透燃尽方法方法：在较高温度下，延长灰渣在炉内停留时间，并配以拨火等操作。5 实现炉内燃烧迅速、完全、稳定的必需条件：保持一定的高温环境；供应充足而适量的空气；保证空气与燃料能很好接触、混合，提供燃烧反应必需的时间和空间；及时排出燃烧产物烟气和灰渣。四、四、燃烧设备燃烧设备6四、四、燃烧设备燃烧设备二、手烧炉二、手烧炉1.手烧炉的构造和工作特性 7四、四、燃烧设备燃烧设备工作特性：工作特性：燃烧过程沿高度进行新燃料区新燃料区:双面预热 焦炭层焦炭层:主要燃烧区域，温度可高达1200-1600。分为氧化区和还原区。灰渣层灰渣层:保证炉排不受高温损坏，同时使空气分布更均匀。氧化区：C+O2CO2，放热，温度，CO2 还原区：CO2+C2CO，吸热，温度，CO2，CO 8四、四、燃烧设备燃烧设备氧化区和还原区厚度氧化区和还原区厚度：主要取决于煤粒煤粒的大小（煤粒厚度）。氧化区厚度约为煤粒直径的3-5倍；还原区厚度约为氧化区厚度的4-6倍。9四、四、燃烧设备燃烧设备煤粒尺寸煤粒尺寸过小过小过大过大q4fh q4 通风阻力增加拨火q4lm燃烧反应面积炉子放热量燃料层燃料层过厚过厚过薄过薄通风阻力 CO，炉膛负担，q3 通风不均，甚至造成“火口”炉温，q2蓄热量不利于稳定着火和燃烧 使炉内可燃气体含量很少，过量空气系数达到合理的最低值使炉内可燃气体含量很少，过量空气系数达到合理的最低值 合合理理的的厚厚度度粒径粒径20-30mm，厚度，厚度:100-150mm10四、四、燃烧设备燃烧设备2.手烧炉的燃烧特点 v双面引火双面引火,煤种适应性广。煤种适应性广。v燃烧工况周期性燃烧工况周期性,燃烧效燃烧效率低，污染严重。率低，污染严重。燃烧周期空气过量空气不足aecjbdfk加煤手烧炉燃烧周期中空气供需情况ab-进入炉内的总空气量;空气量cd-实际能有效参与反应的空气量;jk-焦炭燃烧所需空气量ef-所需理想空气量；冒黑烟冒黑烟 煤入炉后，当挥发分大量析出需要大量空气时，由于实际参与燃烧的空气远远满足不了燃烧需要，在严重缺氧时引起挥发物热分解生成大量碳黑，此时炉温尚低导致碳黑难以燃烧而冒黑烟。113.改善手烧炉燃烧的措施(1)提高操作技术，使燃烧层厚度的变化尽可能减小。(2)采用间断送二次风的措施。(3)改进炉排结构，采用摇动炉排。(4)采用明火反烧手烧炉、双层炉排手烧炉等燃烧方式。四、四、燃烧设备燃烧设备12四、四、燃烧设备燃烧设备双层炉排手烧炉13四、四、燃烧设备燃烧设备三、机械化层燃炉三、机械化层燃炉 机械化层燃炉：机械化层燃炉：加煤、拨火和除渣三项主要操作部分或全部由机械代替人工操作的层燃炉的统称。类型类型：链条炉排炉、机械风力抛煤机炉、往复炉排炉、振动炉排炉及下饲燃料式炉等 14四、四、燃烧设备燃烧设备1、链条炉排炉链条炉排炉（一）链条炉的构造 煤、风行程：煤煤煤斗煤斗链条炉排链条炉排煤闸门煤闸门炉内炉内灰渣灰渣除渣板除渣板渣斗渣斗风仓风仓炉排炉排炉内炉内风风15四、四、燃烧设备燃烧设备煤闸门煤闸门：调节所需煤层厚度。老鹰铁老鹰铁/除渣板除渣板：延长灰渣在炉内停留时间,降低灰渣含碳量,减少炉排后端的漏风。炉排有效长度炉排有效长度:煤闸门至除渣板距离。链条炉的燃烧面积链条炉的燃烧面积:有效长度炉排宽度防渣箱防渣箱：保护炉墙不受高温燃烧层的侵蚀和磨损;防止侧墙粘结渣瘤,确保炉排上的燃料均匀满布,避免炉排两侧严重漏风。16四、四、燃烧设备燃烧设备（二）链条炉排的结构形式 17四、四、燃烧设备燃烧设备（1）鳞片式链条炉排 18四、四、燃烧设备燃烧设备（2）链带式链条炉排 轻型链带式炉排片及主动链环 轻型链带式链条炉排总图 19四、四、燃烧设备燃烧设备20四、四、燃烧设备燃烧设备（三）链条炉的燃烧过程 燃烧特点：“单面引火单面引火”，着火条件，着火条件较差，煤种适用范围较窄。较差，煤种适用范围较窄。燃烧过程燃烧过程有区段性有区段性,炉排首、炉排首、尾两端空气过剩，中部空气尾两端空气过剩，中部空气不足。不足。I.新煤区；II.挥发物析出、燃烧区；III.焦炭燃烧区(氧化区、还原区)；IV.灰渣形成区。21四、四、燃烧设备燃烧设备I.I.新煤区新煤区u煤预热干燥。u O1K斜面(等温面):挥发分开始析出。u 不需O2，烟气中O2浓度不变。22四、四、燃烧设备燃烧设备II.挥发物折出、燃烧区挥发物折出、燃烧区uO1K至O2H区间 析出全部挥发物并燃烧uO2 浓度，CO2浓度23四、四、燃烧设备燃烧设备IIIa.焦炭燃烧氧化区焦炭燃烧氧化区uO2H开始焦炭着火燃烧。u温度迅速升高，燃烧激烈。u在煤层较底部为氧化区，氧化层渐厚uO2迅速降至零，1。CO2出现第一个峰值。24四、四、燃烧设备燃烧设备IIIb.焦炭燃烧还原区焦炭燃烧还原区u氧化区产物CO2和H2O上升至还原区，被炽热的焦炭还原成CO、H2等（1200。灰分4；灰分过炉排过热；灰熔点较软化熔融破坏通风，燃烧恶化。挥发分挥发分：Vdaf15 挥发分其析出和着火延迟燃烧和燃尽时间 固定碳含量大 需燃烧时间 4 挥发分需足够炉膛空间，否则3。四、四、燃烧设备燃烧设备27四、四、燃烧设备燃烧设备粘结性粘结性：适中（混用）粘结性强 易结成焦块通风受阻燃烧不稳定；粘结性弱 易形成细屑碎末吹飞和漏煤，4。煤的颗粒度煤的颗粒度：均匀（2025mm）未筛分延缓着火和燃烧过程；易在细末多的地方形成火口，破坏正常燃烧煤斗和炉排上煤的机械分离 两侧穿风早燃尽，中间带火焦炭落入渣斗，易造成4。28四、四、燃烧设备燃烧设备(五)链条炉的燃烧调节 负荷变动调节风量给煤量u煤层厚度：煤层厚度：100-150mm 过薄燃烧层蓄热过稳定着火和燃烧；过厚通风阻力，燃尽率;粘结性煤，煤层易薄，不粘结性煤可稍厚些 煤层合理厚度由试验确定,定后一般不宜变动u炉排速度：炉排速度：2-20m/h 高挥发分：薄煤层、快送煤 低挥发分：厚煤层、慢送煤 29四、四、燃烧设备燃烧设备（六）改善链条炉燃烧的措施 （1）分区配风分区配风u两端少,中间多u炉排下的风室分成4-6个小风室u宽炉排采用双侧相对进风 u增大中段风量，只能强化燃烧而无法消除还原区。acbd链条炉空气分配情况ab-统仓送风时进风量分配情况；cd-燃烧所需空气量；虚线-分区送风时进风量分配情况30四、四、燃烧设备燃烧设备（2）炉拱炉拱 作用作用：u改变自燃料层上升的气流方向，使可燃气体与空气得以良好混合，为可燃气体燃尽创造条件；u 加速新燃料的着火燃烧。31四、四、燃烧设备燃烧设备前拱前拱：加速新煤着火。与后拱配合，造成一个扰动气流的“喉口”。32四、四、燃烧设备燃烧设备引燃拱引燃拱：再辐射引燃新煤；保护煤闸门不受高温而烧损。33四、四、燃烧设备燃烧设备后拱后拱：把炉排后端过量氧气导向燃烧中心，使可燃气体进一步燃烧；使气流转向，炽热炭粒从烟气中分离，投落至新煤上，改善着火条件。无烟煤：低而长的后拱。烟煤、褐煤：高而短的前拱和不长的后拱。34（3）二次风二次风二次风二次风：在燃烧层上方借喷嘴送入炉膛的高速气流 作用作用：加强炉内气流的扰动混合，防止结焦，q3，1”；后拱二次风将高温烟气引向炉前，帮助新燃料着火；形成烟气旋涡，延长细屑燃料的停留时间，促燃尽。将碎屑炭粒甩回炉排复燃，提高效率，减少飞灰。提高炉膛内火焰充满度，减少炉膛死角涡流，防止炉内局部积灰结渣。二次风主要作用不在于补给空气，而在于加强扰动。层燃炉二次风量层燃炉二次风量：总风量的5-15；风速风速：50-80m/s；工质工质：空气、蒸汽或烟气 布置形式布置形式：前墙、后墙或前、后墙两面布置。四、四、燃烧设备燃烧设备35四、四、燃烧设备燃烧设备2.2.机械机械-风力抛煤机炉风力抛煤机炉36四、四、燃烧设备燃烧设备3.3.往复炉往复炉37四、四、燃烧设备燃烧设备38四、四、燃烧设备燃烧设备39四、四、燃烧设备燃烧设备40四、四、燃烧设备燃烧设备4.2流化床流化床炉炉 1.流化床炉及其特性 料床状态：固定床固定床 煤粒在布风板上静止不动,料层厚度不变。流化床流化床 当风速超过Wlj时,料层膨胀增高,燃料、灰渣混杂上下翻腾。气力输送气力输送 当风速超过Wjx时,稳定的沸腾工况被破坏,颗粒全部随气流飞走。WjxWWlj固定床 流化床 气力输送料层的不同状态41 特性曲线：Wlj流化临界速度(与颗粒尺寸、筛分级配、粒子密度、气流的物理性质有关)Wjx极限速度/带出速度 沸腾状态:Wlj-Wjx之间四、四、燃烧设备燃烧设备固定床 流化床 气力输送料层高度 空隙中实际速度 料层阻力aaabbbcccWlj Wjx沸腾床特性曲线WjxWWlj固定床 流化床 气力输送料层的不同状态42四、四、燃烧设备燃烧设备2.流化炉的型式与结构(1)鼓泡流化床炉结构简单;燃料适应性广；控制SOx及NOx生成；床内传热能力强,节省金属耗量；灰渣可综合利用；电耗高；飞灰多且含碳高,热效率较低；沉浸受热面磨损严重；脱硫率低；受床面积限制，难大型化43四、四、燃烧设备燃烧设备布风板类型:v直孔式/密孔板v侧孔式/风帽式44四、四、燃烧设备燃烧设备(2)循环流化床炉 u燃烧效率高，燃料适应性强。u排烟清洁。u磨损问题减轻。u负荷调节范围宽，速度快。45四、四、燃烧设备燃烧设备46四、四、燃烧设备燃烧设备4.3煤粉炉 主要构造：煤粉制备设备、燃烧器、炉膛 特点:煤种适应范围较广