编辑: 被控制998 话题热度:372 2019-11-01
关键词: 锅炉,四角切圆燃烧方式,燃烧,四角切,燃烧方式,四角切圆,四角切圆燃烧,方式,圆燃烧,boiler,切圆形,四角,切圆燃烧方式,四,角切圆,方法,切圆,切圆燃烧,形式,燃烧方法 添加资源
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被控制998
   锅炉四角切圆燃烧方式图

  四角切圆燃烧锅炉是将煤粉燃烧器布置在锅炉的四个角上,每个角上根据锅炉的容量可以有2~6层一次风喷口。四角切圆燃烧锅炉煤粉的着火特点是利用上游邻角火焰点燃下游煤粉气流。当上游邻角火焰与下游一次风煤粉汇合时,对下游一次风煤粉进行点燃。四个角之间煤粉气流由于互相点燃,在炉内形成一个温度的火球或圆柱形燃烧。



  对于切圆燃烧来说,其优势在于:煤粉在炉内行程长,炉内停留时间长;受邻角高温烟气的直接冲刷,强化了燃烧。目前300 MW 以上机组中采用四角切圆燃烧技术的烟煤锅炉,其锅炉热效率一般在93%左右,燃烧效率在99%左右,贫煤锅炉的热效率也高于90.5%,燃烧效率高于97%以上。在正常情况下,采用切圆燃烧技术时其燃烧经济性是有保障的。四角切圆燃烧锅炉在设计上还可利用燃烧器上下角度的摆动对蒸汽温度进行调节。

  直流式燃烧器是由一组矩形或圆形的喷口组成,喷出的一、二次风都是不旋转的直流射流。直流燃烧器布置在炉膛四角,形成四角布置切圆燃烧方式。在我国的燃煤电站锅炉中,应用最广的是四角布置切圆燃烧方式。

  直流式燃烧器各个喷口的射流一般均具有比较高的Re(Re³105),射流射入的炉膛空间尺寸总是大大于喷口的尺寸。这样,射流离开喷口后就不再受到任何固体壁面的限制,故称为湍流自由射流。根据流体力学理论可知:湍流射流沿着轴线方向运动,不断与周围介质进行湍流混合,射流不断扩展,断面一路增大,射流轴心线速度在初始段中保持与出口速度相同,在基本段中轴心速度也一路减小。射流中各断面上的轴向速度从轴心线上的最大值降低到射流外边界处的零。

  射流自喷口喷出后,由于仅在边界层处有周围气体被卷吸进来,而在射流中心尚未被周围气体混入的地方,仍然保持初速w0 ,这个保持初速为w0的三角形区域称为射流核心区。在核心区维持初速w0的边界称为内边界,射流与周围气体的边界(此处流速wX→0)称为射流的外边界。内外边界间就是湍流边界层,湍流边界层内的流体是射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体。从喷口喷出来的射流到一定距离,核心区便消失,只在射流中心轴线上某点处尚保持初速w0 ,此处对应的截面称为射流的转折截面。在转折截面前的射流段称为初始段,在转折截面以后的射流称为基本段,基本段中射流的轴心速度开始逐步衰减。

  射流的内、外边界都可近似地认为是一条直线,射流外边界线相交之点称为源点,其交角称为扩展角。扩展角的大小与射流喷口的截面形状和喷口出口速度分布情况有关。因为射流的初始段很短,仅为喷口直径的2~4倍,这段距离在煤粉炉中尚处于着火准备阶段。因此,在实际锅炉工作中,主要研究基本段的射流特性。



  试验发现,射流在基本段中各截面的速度分布是相似的,无论对于喷口是矩形或圆形截面的直流射流,都可用下面的半经验公式加以描述:

  式中:wx―在距喷口x处与轴线垂直的截面上任意点的轴向速度,m/s;

  wm―上述截面上轴线的速度,m/s;

  y―任意点到射流轴线的距离,m;

  Rm―该截面的半宽度,即是轴线与外边界的距离,m。

  式(3-13)说明,在基本段内的速度是相似的。在基本段内,在轴线上的轴向速度wm 沿射流流动方向上的变化规律为:

  对于圆形喷口

  对于矩形喷口

  式中:w0―射流的初始速度,m/s;

  a―湍流系数,对于圆形喷口,a=0.066~0.076;对于矩形喷口,a=0.10~0.12;

  R0―圆形喷口直径,m;

  b0―矩形喷口两边中的短边长度,m;

  x―计算截面距喷口的距离,m。

  直流射流的卷吸量是沿着射流运动方向不断增加的,对于射流的基本段,射流的流量变化情况是:

  对于圆形喷口

  对于矩形喷口

  式中 Q―距喷口为x的基本段截面的射流流量,m3/s;

  Q0―射流的初始流量,m3/s。

  射流的另一特性为射流的衰减。所谓衰减是指射流某一截面上的轴向速度wm与射流初始速度w0的比值沿射流方向降低的程度,它可以反映射流对周围气体的穿透能力。不同高宽比的矩形出口截面的射流速度衰减不同。射流的衰减较快,表明射流卷吸周围气体较多。

  在实际的炉膛中射流为不等温受限射流,但受限射流和自由射流轴心速度衰减规律基本上是相同的,只是在x/d很大的情况下,受限射流轴心速度小于自由射流。

  射流的扩展角决定了射流的外边界线,也就是决定了射流的形状。直流射流的扩展角 用下列公式计算:

  当射流的温度和成分与周围气体的温度及成分不同,而温差又不太大时,射流的浓度和温度变化的规律,基本上也与速度变化的规律相类似。基本段上的变化规律,可用下列公式表示:

  式中:T、C―分别为距喷口距离为x的截面上、距轴线距离为y处的温度和浓度;

  T0、C0―分别为射流在喷口出口处的温度和浓度;

  Tw、Cw―分别为周围气体的温度及浓度;

  Tm、Cm―分别为射流基本段内距喷口某一距离轴线上的温度和浓度。

  在实际炉膛中往往使用的不是一个燃烧器,而是一列相互平行的射流组。假设各喷嘴的截面及出口速度均相同,各射流等距离布置,两相邻射流的中心距为2B0,各股平面射流宽度为2b0。试验表明,平面射流的各射流在混合以前的初始段比一般的自由射流缩短了。由于射流之间有较强的旋涡区,其湍流脉动比自由射流大,其边界层增厚也比较快。但平行射流组的无因次速度场仍服从自由射流的速度分布规律即

  式中 y―从射流轴线算起的横向坐标;

  y0.5―从射流轴线算起至相应于纵向速度Dv=0.5处的距离;

  vm―喷嘴中心线处的速度最大值;

  v2―喷嘴之间位置处的速度最小值。

  直流燃烧器四角布置

  直流燃烧器通常布置在炉膛四角,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。这种燃烧方式,由于四角的射流在炉内组成旋转的空气动力场,上游的火焰点燃下游煤粉,在炉内形成稳定的燃烧火球,有利于煤粉的稳定着火和强化燃烧,而且火焰在炉内的充满程度较好。图3-23给出了四角切圆锅炉炉内气流运动方向。

  (1)配风方式

  根据燃煤特性不同,切圆燃烧的直流燃烧器一、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

  喷口的布置,其布置特点是,一、二次风喷口相间布置,即在两个一次风喷口之间均等布置l~2个二次风喷口。沿高度间隔排列的各个二次风喷口的风量分配接近均匀,仅最上层二次风的风量较大。这样布置有利于一、二次风的较早混合,使一次风煤粉气流着火后就能迅速获得足够的空气补充,充分的燃烧。这种布置方式,在国内外燃用高挥发分的烟煤和褐煤锅炉上应用较多,故常称为烟煤、褐煤型配风方式。

  (b)分级配风方式(或集中布置方式)

  (a)均等配风;(b)分级配风

  图3-24 切圆燃烧方式直流燃烧器喷口的布置

  其一、二次风喷口排列方式如图3-24(b)所示。它的特点是,一次风喷口相对集中布置,并靠近燃烧器的下部。二次风喷口则分层布置,且一、二次风喷口边缘保持较大的距离,目的是推迟一、二次风的混合,以保证在混合前的一次风煤粉气流有较好的着火条件。这种配风方式,适合于低挥发分的无烟煤和贫煤的燃烧要求。对于燃用劣质烟煤,为了稳定着火和燃烧,也常用这种配风方式。

  (c)直流式燃烧器各层二次风的作用

  下二次风的作用主要是防止煤粉离析,托住火焰不致过分下冲,避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗。在固态排渣炉的二次风分配中它所占百分比较小。

  中二次风是煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要风源。在均等配风方式中它所占百分比较大。

  上二次风的作用是提供适量的空气保证煤粉燃尽。在分级配风方式中它所占百分比最高,是煤粉燃烧和燃尽的主要风源。

  燃尽风(Over fire air)。对于大容量锅炉,为减少炉内NOX生成量,整组燃烧器的最上部(在三次风喷口之上)设置有燃尽风喷口,将15%的理论空气量从燃尽风喷口送入燃烧器顶部,将其余大约85%的理论空气量从下部燃烧器喷口送入炉膛,使下部炉膛风量小于煤粉完全燃烧所需风量(即富燃料燃烧),从而抑制燃烧区段温度,达到分级燃烧目的。运行时可根据工况需要从0~15%范围内调整燃尽风量。

  周界风在锅炉燃烧器上也是常见的,它装在一次风喷口的四周,周界风的风层薄风量小,约为二次风总量的10%左右;但风速却较高,约为30~45m/s。周界风的主要作用是防止喷口被烧坏,并适应煤质变化。此外,依据不同的目的可布置的二次风还有侧二次风、边缘风、中心十字二次风和夹心风等。

  (2)切圆燃烧方式直流燃烧器的布置

  切圆燃烧时,射流在炉膛中央形成一个大的旋转气流,理想的炉内空气动力工况,要求这个旋转气流中心不偏离炉膛中央,也不贴壁冲墙,热负荷分布均匀,火焰充满度好。

  设计要求:

  (a)炉膛截面最好是正方形,尽可能保持宽深比A/B£1.2

  (b)假想切圆的直径dJX与炉膛的周界U之比的范围dJX/(U/4)=0.05~0.139。固态排渣炉燃用高熔点劣质烟煤时,dJX取较大值以利于着火;燃用低灰熔点煤时,dJX取较小值以防结渣。

  切圆燃烧方式直流燃烧器的布置有多种形式。煤粉炉最常用的是正四角布置(图3-25(a)),这种布置方式的炉膛截面为正方形或接近正方形的矩形,直流燃烧器布置在四个角上,共同切于炉膛中心的一个直径不大的假想切圆,这样可使燃烧器喷口的几何轴线与炉膛两侧墙的夹角接近相等,因而射流两侧的补气条件差异很小,气流向壁面的偏斜较小,故煤粉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。正八角布置也有同样的特点。

  (a)正四角布置; (b)正八角布置; (c)大切角正四角布置; (d)同向大小双切圆方式;

  (e)正反双切圆方式; (f)两角相切,两角对冲方式, (g)双炉膛切圆方式; (h)两侧墙布置方式

  现代大容量锅炉常采用大切角正四角布置,它是把炉膛四角切去,在四个切角上安装燃烧器。这种布置是因为大容量锅炉的燃烧器喷口层数较多,整组的燃烧器高宽比较大,容易导致射流背火面补气不足,使煤粉气流冲刷水冷壁引起水冷壁的结焦、磨损或高温腐蚀。采用大切角的正四角布置,增大了燃烧器喷口两侧的空间,使两侧补气条件的差异更小,射流不易偏斜。

  同向大小双切圆方式和两侧墙布置方式适用于截面深宽之比较大的炉膛或由于炉膛四角有柱子,而不能作正四角布置的炉膛,燃烧器只能布置在两侧墙靠角的位置。该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。

  正反双切圆方式是指在整组燃烧器中,部分二次风喷口的假想切圆与其他喷口假想切圆的大小和旋转方向相反。而由于这部分二次风的动量较大,使得炉内形成的气流随这部分二次风旋转。正反双切圆的作用是让一次风煤粉的着火过程不受二次风的影响,而在着火后,一次风气流随二次风气流旋转,在炉内形成风包粉的火球,即二次风气流在外侧靠近水冷壁,一次风在炉膛中心燃烧。这种燃烧方式有利于劣质煤的着火,并可以减轻水冷壁的高温腐蚀和磨损。

  两角相切、两角对冲方式可以减小气流相切时的实际切圆的直径,减低气流的旋转强度,防止气流的过分偏斜,避免炉膛水冷壁结渣,降低烟气出口残余旋转,减少过热器热偏差,但可能会使燃烧后期的混合扰动情况变差,影响燃尽过程。

  一些大容量的煤粉锅炉有时设计成双室炉膛切圆方式,此时两个并排的炉膛中间用双面水冷壁隔开,使每个炉膛截面都成为正方形或接近正方形的矩形,在各自的炉膛的四角布置直流燃烧器,形成切圆燃烧方式。双室炉膛的布置方式有正四角布置的特点,但是由于中间四组燃烧器的布置较为困难,只能布置为靠近角上,因而使燃烧器喷口的几何轴线与两侧墙的夹角相差较大,燃烧器出口射流两侧的补气条件差异也较大,因而气流容易偏斜。

  (3)切圆燃烧方式直流燃烧器的主要热力参数

  切圆燃烧方式直流燃烧器的一次风喷口一般都是多层布置,对于300MW机组的锅炉,一次风喷口的层数为4~6层。

  直流燃烧器的一、二次风率主要是根据燃煤的Vdaf值和着火条件而决定的,同时也考虑制粉系统的采用情况。不同燃煤的直流燃烧器一次风率r1及选取相应热风温度tRF的推荐值。一次风率确定后,每个一次风喷口的风量通常是平均分配的。

  煤种

  无烟煤

  贫煤烟煤劣质烟煤

  褐煤

  20%30%Vdaf£30%Vdaf>30%

  风率乏气送粉————20~3025~35——2520~45

  热风送粉20~2520~3025~40——20~2525~3020~25

  热风温度380~430330~380280~350330~380300~380

  固态排渣煤粉炉采用直流燃烧器时的一、二次风速的推荐值。一次风速主要取决于煤粉的着火性能。对直吹式制粉系统或用乏气送粉的中间储仓式制粉系统取下限,热风送粉可取上限。二次风速主要考虑气流的射程,以保证煤粉空气在燃烧后期混合良好并使之完全燃烧。一次风与二次风的速度比w2/w1约为1.l~2.3。三次风的风速一般选用得较高,主要使三次风有较大的穿透深度,能较好地与炉内火焰混合,以利其中少量煤粉的燃尽。三次风喷口一般放在燃烧器的最上层(有顶部二次风的除外),通常设计成向下倾斜5~15°。
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单锅筒、单炉膛、平衡通风、燃烧、固态排 渣燃煤锅炉锅炉主要设计参数见表 1。 Table 1. The main design parameters of boiler 表1锅炉主要设计参数 序号 项目 数据 ... ---摘自《Power Station Boiler》
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燃烧煤粉锅炉 向喷入燃烬风对燃 烬有利。本文还对再燃气流的喷射量、 喷射位置对混合效果的影响, 进行 了讨论。 关键 词:锅炉;燃 气再燃 ; 燃烬 风 ;冷模 中图... ---摘自《天然气再 燃低 NOx技术的冷 模试验分析》
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露天布置的∏型汽包炉,采用燃烧方式。每角 燃烧器喷口分五层,一 、二次风呈间隔排列。 锅炉冷态通风及空气动力场试验的主要目的是掌握 各风门特性,对所配备的测... ---摘自《中能人》
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锅炉设备中, 已经使用的主要低 NOx 燃烧技术 有: 降低助燃空气预热温度法 低氧燃烧法 二段燃烧法(即分级配风方式) 排烟再循环法 浓淡燃烧法 低NOx 燃烧器,主要有:混合... ---摘自《贵州省大型火电站 NOx 排放量现状及分析》
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2.3.1锅炉型式:锅炉为高压、自然循环、无中间再热、燃烧方式、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的П型汽包炉。 2.3.2最大连续蒸发量:480t/h 2.3.3... ---摘自《陕西未来能源化工有限公司煤制油分公司》
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3.4.2 燃烧方式 直流燃烧燃烧和旋流燃烧器前后墙对冲燃烧是目前国内外应用 最为广泛的煤粉燃烧方式。由于切圆燃烧火焰的相互支持,一、二次风的 混合便于控... ---摘自《中国机电工业深度分析报告系列:86MDO.COM-R335390610》
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燃烧方式圆9. 排渣方式:固态排渣10. 汽水系统:见汽水系统和受热面布置示意图11. 烟气流程图:见锅炉结构示意图 2 给定条件 2 给定条件 2 给定条件 燃料特性 元素成分... ---摘自锅炉课程设计》
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个重要因素,但 飞灰含碳量 受煤种 、锅炉 设计结构 、操作参 数等多种 因素 影响 ,关系 复杂 煤种变 化往往 导致燃烧 工况偏离试验调 整获得 的最优值 在对某 台300MW ... ---摘自《大型 电厂锅炉 飞灰 含碳量建模》
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锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉,采用平衡通风、燃烧方式,设计燃料为褐煤。 1)主要参数: 过热蒸汽压力:17.5MPaؤ 过热蒸汽温度:540℃ؤ 给水... ---摘自《序号》
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