免费在线 四角切圆煤粉锅炉燃烧器设计方法 二、煤的认识 在我国,电站锅炉用燃料主要是煤,但煤的种类非常之多,从高水分褐煤、高灰份劣质烟煤、烟煤到低挥发份的贫煤和极低挥发份的无烟煤都有使用。所以在进行燃烧器设计之前，首先要对锅炉燃用煤种做多元化的分析，同时尽可能了解燃用相同或类似煤种锅炉的运作情况，从而对燃用煤种的特性有一个比较全面的认识。 第1页/共61页 1、煤的成分及其特性 煤的主要成分是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），以及灰分（A）和水分（M）。其中碳、氢、可燃硫为可燃成分，水分和灰分为不可燃成分。灰的主要成份为各种矿物质，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2等。 第2页/共61页 1.1 碳（C） 碳是煤中的主要可燃元素，以各种碳氢化合物和碳氧化合物的状态存在，含量一般占煤成分的15～90％。碳元素包括固定碳和挥发分中的碳。埋藏年代越久的煤，其碳化程度越深，含碳量也越高，而氢、氧、氮等的含量由于挥发则减少。 通常，含碳量愈多，发热量愈高。碳在完全燃烧时生成二氧化碳（CO2），每千克纯碳可放出33727KJ的热量；碳在不完全燃烧时生成一氧化碳（CO），每千克纯碳仅放出9270KJ的热量。由于纯碳的着火与燃尽都较困难，因此，含碳量愈高的煤，着火与燃尽愈难。 第3页/共61页 1.2 氢（H） 氢也是燃料中的可燃元素，多以碳氢化合物状态存在，水分中的氢不计入氢的含量。氢的发热量最高，每千克氢完全燃烧可以放出120370KJ的热量，约为纯碳的倍。煤中氢的含量较少，约在2～10％范围内，存在于挥发分气体中。碳化程度越深，氢的含量越少。另外，含氢量高的煤在储存时易于风化，含氢量将慢慢地减少。 第4页/共61页 1.3 氧（O）和氮（N） 氧和氮都是煤中的不可燃元素，因此氧氮元素的存在会使燃料中可燃元素相对减少，发热量会降低。燃料中含氧量变化很大，煤中的含氧量随碳化程度加深而减少。煤种不同含量变化很大，含量少的只有1～2％(如无烟煤),多的可达40％左右（如泥煤）。煤中氮的含量一般很少，约为～％。 在煤的燃烧过程中，氮的一部分会与氧化合生成NOx，排入大气后会造成了一定的环境污染，因此在进行锅炉及其燃烧设备设计时，应重视NOx的排放指标。 第5页/共61页 1.4 硫（S） 煤中的硫以三种形态存在，即有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。前两种参与燃烧，放出少量的热，每千克可燃硫的发热量仅为9100KJ，第三种不参与燃烧，只转化成灰份。我国大部分动力用煤含硫量一般在～2％，有的高达3～5％。 硫也是有害元素，燃烧后生成的SO2和少量SO3，排入大气后也会造成环境污染。不仅如此，SO3还会使露点大大升高，同时SO2和SO3能溶解于水中变成H2SO3（亚硫酸）和H2SO4（硫酸）,会造成锅炉低温受热面（如空气预热器）堵灰和金属腐蚀（即低温腐蚀）。另外硫的燃烧产物H2S（硫化氢）会对锅炉水冷壁产生高温腐蚀（生成硫化铁和氧化铁），存在于过热器和再热器结灰层中的复合硫酸盐（Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3）会对过热器和再热器产生高温腐蚀。 第6页/共61页 1.5 灰分（A） 灰分不仅降低燃料的发热量，影响燃料的着火与稳燃，而且轻易造成锅炉受热面的结渣、沾污、积灰、磨损、腐蚀等一系列问题，直接影响锅炉的安全经济运行。因此灰分含量的多少也是评价燃料质量优劣的指标之一。另外灰中还含有一些重金属，如砷As、镉Cd、铬Cr、汞Hg、铅Pb、硒Se等，如果排入大气，会对环境产生污染。 灰份的含量在各种煤中变化很大，少的只有4～5％，多的可达60～70％。 第7页/共61页 1.6 水分（M） 水分也是煤中的不可燃成分。煤中水分以三种不同的形态存在，即外在水分、内在水分（吸附和凝聚在煤块内部毛细孔中的水分）和结晶水分（存在于煤的矿物质中的结晶水）。外在水分易于蒸发，变化很大；内在水分不易蒸发，在一定温度下（105～110℃）可以风干；结晶水分需在200℃以上才能析出，通常工业分析时不予测定。煤中水分含量变化极大，少则百分之几，如无烟煤约2％～9％；多则可达40％～60％，如高水分褐煤。 第8页/共61页 煤的成分分析基准和换算 2.1 煤的成分分析基准 煤的成分通常用质量百分比来表示： C + H + O + N + S + A + M = 100% 第9页/共61页 （1）收到基 包括全部水分和灰分在内的煤的各种成分之和为100％，表示进入锅炉的炉前实际燃用的煤成分，用下标“ar” （as received的简写）表示，其表达式为： Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar = 100% 在进行煤的燃烧计算和热力计算时均采用收到基（ar）。 第10页/共61页 （2）空气干燥基 表示在实验室经过自然干燥，去掉外在水分后煤的成份。它是将去掉外在水分后其余成份之和当作100％，用下标“ad” (air dry 的简写)表示，其表达式为： Cad + Had + Oad + Nad+ Sad + Aad + Mad = 100% 空气干燥基常在实验室内作煤的分析时采用。 第11页/共61页 （3）干燥基 表示去掉全部水分的煤的成份。它是将除去水分外的煤的各种成份之和当作100％，用下标“d” （dry的简写）表示，其表达式为： Cd + Hd + Od + Nd+ Sd + Ad = 100% 干燥基成份不受水分的影响，常用以表示灰份的含量。 第12页/共61页 （4）干燥无灰基 表示去掉全部水分和灰份的煤的成份。它是将全部水分和灰份两种含量不稳定的成份去掉，其余的组成成份之和当作100％，用下标“daf” （dry ash free 的简写）表示，其表达式为： Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf+ Sdaf = 100% 干燥无灰基组成不受水分、灰分变化的影响，可以比较准确地表示出煤的实质。常用它来表示挥发份的含量。煤的挥发份是煤在加热过程中分解出来的气态物质，其主要组成元素为碳、氢、氧，主要组成气体为氢气、各类碳氢化合物、一氧化碳，以及少量的二氧化碳、水蒸汽、氮气等惰性气体。挥发份受热很容易达到着火温度而燃烧，因此挥发份的干燥无灰基含量常常用来判别煤种及其属性。 第13页/共61页 2.2 四种基准的换算 煤的各种基准之间有着一定的关系，可以互相换算。因为煤的各种基准通常用以表示不同的组成成份，故各种基准之间的换算是经常要进行的,其换算系数下表。 已知的基质 待求的基质 收到基ar 空气干燥基ad 干燥基d 干燥无灰基daf 收到基ar 1 空气干燥基ad 1 干燥基d 1 干燥无灰基daf 1 注：表中M、A为水分和灰分，其下角标表示在不同的基准下 第14页/共61页 2.3 煤的元素分析和工业分析 煤的元素分析 煤的元素分析是指煤中所含有机质C、H、O、N、S的测定。元素中碳、氢、氧、氮的测定按GB476进行。 煤中全水分的测定方法 煤中全水分的测定按GB/T211进行。 (3) 煤的工业分析 煤的工业分析是一种实用性的技术分析，方法比较简便，不一定需要专门的实验室，适用于发电厂等运行单位对煤质的日常监督，包括测定煤中所含水分（Mad）、灰份（Aad）、挥发份（Vdaf）和固定碳含量（FCad）的计算四项。煤的工业分析按GB/T212进行。 第15页/共61页 2.4 煤的发热量 (1) 定义 单位物量煤完全燃烧时放出的热量称为发热量。煤的发热量有高位发热量Qgr,v和低位发热量Qnet,v两种。 高位发热量——1kg煤完全燃烧时放出的全部热量，包含烟气中水蒸汽凝结时放出的热量。低位发热量——1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中扣除水蒸汽气化潜热后的热量。煤在锅炉中燃烧后排烟温度一般较高，烟气中的水蒸不能凝结，所以我国锅炉设计中采用煤的低位发热量作为燃料带进锅炉的热量的计算依据。 高位发热量与低位发热量之差，按收到基计算为 Qgr,v,ar - Qnet,v,ar=2500(9Har/100+Mar/100)=25(9Har+Mar) (kJ/kg) 式中 2500——水在0℃时的汽化潜热近似值（kJ/kg） Har/100，Mar/100――煤中收到基氢和水分的质量百分数（％） 第16页/共61页 (2) 发热量的测定 煤的发热量按GB/T213进行。标准规定了煤的高位发热量的测定方法和低位发热量的计算方式，适用于泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤和炭质页岩，以及焦炭的发热量测定。 第17页/共61页 (3) 发热量的近似计算方式 发热量除直接测定外，可根据元素分析结果进行近似计算。锅炉设计中常用的发热量计算公式门捷烈也夫算式如下： Qnet,v,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar (kJ/kg) 第18页/共61页 3 煤灰渣的成分及其特性 3.1 灰的成分及其对熔融性的影响 我国火电厂煤灰的成分主要以氧化物来表示，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2、P2O5等。灰中主要成分是SiO2和Al2O3，两者合占煤灰的60％～70％，其余30％～40％为各种氧化铁（FeO，Fe2O3，Fe3O4）、CaO、MgO、TiO2、SO3、P2O5、Na2O、K2O 、MnO2、P2O5等。在煤灰的各种氧化物中，SiO2、Al2O3和TiO2为酸性氧化物，而Fe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O为碱性氧化物。对于大多数煤灰，其SiO2含量最多，因而呈弱酸性。 一般，酸性氧化物具有提高煤灰熔融温度的作用，其含量越多，熔融温度就越高；相反，碱性氧化物却有降低煤灰熔融温度的作用，其含量越多，熔融温度就越低。 第19页/共61页 3.2 煤灰熔融性的测定 煤灰熔融性是煤灰在高温下达到熔融状态时的温度，过去习惯上称为灰熔点，严格上讲是不太确切的。因为煤灰是一种多组分的混合物，没有一个固定的熔点，仅有一个熔融的温度范围。 我国过去用t1，t2，t3三个特征温度来表示灰的熔融特性，其中t1为灰的变形温度，t2为灰的软化温度，t3为灰的流动温度。新的煤灰熔融性测试方法GB/T219-1996采用DT、ST、HT、FT四个特征温度来表示灰的熔融特性。 第20页/共61页 （1）变形温度（DT）： 尖锥尖端或棱开始变圆或弯曲时的温度 （2）软化温度（ST）： 灰锥弯曲至锥尖触及托板或灰锥变成球形的温度 （3）半球温度（HT）： 灰锥形变至近似半球形，即高约等于底长的一半时的温度 （4）流动温度（FT）： 灰锥熔化展开成高度在以下的薄层时的温度 第21页/共61页 4、煤质特性分析方法 在进行锅炉和燃烧器设计之前，我们第一步要了解燃用煤质的特性。专门对燃煤进行非常规的试验，如煤粉—空气混合物射流着火温度IT；煤的热重分析即热天平；结渣特性和燃尽特性测试（一维火焰炉法），可以比较准确地了解燃用煤质的特性。 假如没有上述试验资料时，一般采用指数法的经验公式进行判断。 第22页/共61页 （1）着火稳定性指数Rw RW＝3.59 + 0.054 Vdaf ——RW＜4.02 为极难着火煤种 ——4.02≤RW＜4.67 为难着火煤种 ——4.67≤RW＜5.00 为中等着火煤种 ——5.00≤RW＜5.59 为易着火煤种 ——RW≥5.59 为极易着火煤种 第23页/共61页 （2）燃烬特性指数RJ RJ＝1.22 + 0.11 Vdaf ——RJ＜2.5 为极难燃烬煤种 ——2.5≤RJ＜3.0 为难燃烬煤种 ——3.0≤RJ＜4.4 为中等燃烬煤种 ——4.4≤RJ＜5.29 为易燃烬煤种 ——RJ≥5.29 为极易燃烬煤种 第24页/共61页 （3）结渣特性指数RZ 其中B/A、G、RZ的计算公式如下 B/A=(CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2) G=100xSiO2/(SiO2+Fe2O3+CaO+MgO) RZ 第25页/共61页 （4）煤灰的沾污特性指数HW HW＝（Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O） ×Na2O/(SiO2+Al2O3+TiO2) ——HW＜0.2 为沾污倾向轻微 ——0.2≤HW＜0.5 为沾污倾向中等 ——0.5≤HW＜1.0 为沾污倾向容易 ——HW≥1.0 为沾污倾向严重 第26页/共61页 （5）煤灰的磨损特性指数Hm HW＝Aar(SiO2+0.8Fe2O3+1.35Al2O3)/100 ——HW＜10 为磨损倾向轻微 ——10≤HW≤20 为磨损倾向中等 ——HW＞20 为磨损倾向严重 第27页/共61页 我国煤的分类 煤的分类方法 （1）我国煤炭分类标准GB5751-1986按煤的煤化程度及工艺性能进行煤的分类。 （2）西安热工研究院和北京煤化所共同提出了我国发电厂用煤国家分类标准VAMST 。 （3）我国动力用煤的分类主要根据煤的干燥无灰基挥发份Vdaf多少来确定，并参考煤的水分和灰分的含量 。 第28页/共61页 5.2 我国动力用煤的主要类型 （1）无烟煤 无烟煤是生成年龄最老、煤化程度最高的煤种。由于其挥发份低（Vdaf≤10％），着火稳燃困难，不易燃尽。因其含碳量高，水分、灰份含量不多（Aar＝6％～25％，Mar＝1％～9％），故发热量一般较高，Qnet,v,ar约为25000～32500kJ/Kg。在无烟煤燃烧方面难度最大的是的超低挥发份无烟煤；而灰份较大且灰熔融温度较低的无烟煤燃烧时则易产生结渣。 我国无烟煤储量较多，主要分布于华北、中南、西南及福建省。 第29页/共61页 （2）贫煤 贫煤的煤化程度略低于无烟煤，干燥无灰基挥发份Vdaf含量约为10～20％。贫煤的发热量一般低于无烟煤，其着火稳燃、燃尽也很难。Vdaf低于15％的贫煤通常和无烟煤一起被称为低挥发份煤。 第30页/共61页 （3）烟煤 烟煤干燥无灰基挥发份Vdaf含量约为20～45％，一般含碳量也比较高，着火稳燃、燃尽非常容易。也有一些含灰量与含水量比较多的烟煤，Aar达40％以上，低位发热量低于16700kJ/kg，其着火燃烧也很难，这部分煤被称为劣质烟煤。 我国烟煤储量多，分布广，几乎各省区都有烟煤的储藏与开采。 第31页/共61页 （4）褐煤 褐煤的煤龄最轻，煤化程度最浅， Vdaf含量约为40～50％，Mar约为20～50，Aar高的可达40～50%。因其水分、灰份含量比较高，所以发热量较低，Qnet,v,ar＝16200～7000kJ/kg。但因其挥发份含量高，很易着火燃烧。褐煤中水Mar＝40％～60％以上者可成为高水分褐煤；灰分Aar＝40％～50％以上者可称为高灰分褐煤。褐煤的另一个特点是含氧量高，Oar＝8％～10％，因而容易自燃。 褐煤燃烧中最困难的问题是防止由于灰熔融温度低(一般ST小于1200℃)而造成的燃烧结渣问题。我国褐煤主要分布于内蒙、东北、云南、山东、广西等地 第32页/共61页 三、制粉系统类型的选择和计算 在进行锅炉和燃烧器设计之前，我们除了要了解燃用煤质的特性外，还必须确定制粉系统的类型以及进行煤粉制备计算。 1、磨煤机及制粉系统的选择 在我国制粉系统的类型一般由业主和设计院确定，制粉系统的选择主要是根据燃用煤种的特性，结合锅炉炉膛和燃烧器结构，并考虑投资、电厂检修运行水平、设备的配套、燃煤的来源及煤种杂物等诸因素，以达到磨煤机、制粉系统和燃烧装置匹配合理，保证机组的安全、经济运行。 第33页/共61页 下表是《火力发电制粉系统模块设计计算技术规定》DL/T5145-2002推荐的不同煤质条件下的磨煤机及制粉系统类型 第34页/共61页 2、磨煤机的台数、出力及型号的确定 正常的情况下，每台锅炉至少应配置两台磨煤机。当一台检修时，另一台还可维持锅炉继续运行。 机组容量为200MW以下时，每台锅炉配置的中速或风扇磨煤机宜不少于3台，其中1台备用。 机组容量为200MW及以上时,每台锅炉配置的中速磨煤机宜不少于4台，风扇磨宜不少于3台，其中1台备用。 当配置的风扇磨煤机为6台及以上时，其中可设2台备用（检修备用和运行备用）。 当采用钢球磨煤机或双进双出钢球磨煤机时，一般不设备用磨煤机。 磨煤机的计算出力应有备用裕量，对中、高速磨煤机，在磨制设计煤种时除备用外的磨煤机总出力应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的110％；在磨制校核煤种时，全部磨煤机在检修前的总出力应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量。 对双进双出钢球磨煤机，磨煤机计算总出力在磨制设计煤种时应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的115％；在磨制校核煤种时，应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量；并应验算当其中一台磨煤机单侧运行时，磨煤机的连续总出力宜满足汽轮机额定工况时的要求。 对钢球磨煤机，磨煤机计算总出力（大型磨煤机在最佳钢球装载量下）按设计煤种不应小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的115％，按校核煤种亦应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量。当一台磨煤机停止运行时，其余磨煤机按设计煤种的计算出力应能满足锅炉不投油情况下安全稳定运行的要求，必要时可经输煤机由邻炉来粉。 当计算磨煤机的出力时，对中速磨和风扇磨按磨损中后期出力考虑；对双进双出钢球磨和钢球磨宜按制造厂推荐的钢球装载量考虑。 第35页/共61页 3、煤粉管道风粉偏差要求 同层燃烧器各一次风管之间的煤粉和空气应均匀分配，各并列管道之间的风量偏差不大于5％，煤粉量偏差不大于下述数值：储仓式系统8％，中速磨煤机直吹式系统10%。但是在实际运行中，上述要求往往难以达到。一方面设计院在进行煤粉管道设计时，磨煤机出口缩孔门后的煤粉管道的直段不满足测量要求，也没有设计测量孔，即使有，但测量孔处无测量平台，现场人没办法进行测量；另一方面，要将粉管的风量、粉量调到满足上述要求工作量很大，也十分艰难，同时在进行上述测量工作时由于煤粉管冒正压，工作环境很差，所以调试单位往往以无测量直段、测量孔和测量平台为理由，不太愿意进行上述工作。建议以后与设计院配合时，提出测量直段、测量孔和测量平台的要求。 第36页/共61页 4、煤粉制备计算 通过煤粉制备计算，可以计算出燃烧器的一、二、三次风率和风量，一次风、三次风风温以及各风次的燃烧器阻力等，这些都是燃烧器设计必不可少的参数。不一样的制粉系统，其煤粉制备计算也不相同。如有可能，在进行煤粉制备计算时最好与设计院、磨煤机生产厂商配合，使三方计算时选取的煤粉细度R90、磨煤机出口风温以及煤粉水份Mpc等参数相同，以便比较相互的计算结果。如果计算结果差别较大，应尽可能查明原因；如果是磨煤机本身参数选取问题导致差别的话，建议计算结果以磨煤机厂家的为准。 第37页/共61页 煤粉细度R90的选取 煤粉细度是煤粉最重要的特性之一，它是煤粉颗粒群粗细程度的反映。煤粉细度是指：把一定量的煤粉在筛孔尺寸为x微米的标准筛上进行筛分、称重，煤粉在筛子上剩余量占总量的质量百分数定义为煤粉的细度Rx。对于一定的筛孔尺寸，筛上剩余的煤粉量越少，则说明煤粉磨得越细，也就是说Rx越小。我国电站锅炉煤粉细度常用筛孔尺寸为90微米筛子来表示，即R90。 对于固态排渣煤粉炉燃用烟煤时，煤粉细度按下式选取： R90＝4＋0.5nVdaf 对于固态排渣煤粉炉燃用贫煤时，煤粉细度按下式选取： R90＝2＋0.5nVdaf 对于固态排渣煤粉炉燃用无烟煤时，煤粉细度按下式选取 R90＝0.5nVdaf 当燃用高灰份低热值烟煤时，煤粉细度按下式选取： R90＝5＋0.35Vdaf 当燃用褐煤时，煤粉细度为R90＝35～50％ （Vdaf高取大值，Vdaf低取小值） 对于200MW及以下机组，R90应在上述基础上适当下降。 第38页/共61页 （2）磨煤机出口风温的确定 磨煤机出口温度取决于防爆条件及设备允许的温度。实际上对于无烟煤和采用烟气混合物作干燥剂在惰化气氛下运行的直吹式制粉系统，磨煤机出口温度的最高值是不受防爆条件限制的，但它们受到磨煤机轴承允许温度的限制。根据火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程DL435－91和磨煤机选型导则等，磨煤机出口风温可按下表确定。 第39页/共61页 第40页/共61页 (3) 煤粉水份的选取 煤粉的水份Mpc和设备的终端温度以及原煤水份有关。 煤粉水份一般的选取范围为： 无烟煤、贫煤 Mpc ≤ Mad 烟煤 0.5 Mad ≤ Mpc ≤ Mad 褐煤 0.5 Mad ≤ Mpc ≤ Mad 具体数值可按《火力发电制粉系统模块设计计算技术规定》中图选取。 第41页/共61页 四、燃烧器的设计 燃烧器设计与炉膛有着很密切的关系，所以炉膛热力特性参数的选取在燃烧器设计时也应考虑。而炉膛热力特性参数选取除了与锅炉容量有关外，还与燃煤特性直接相关。 第42页/共61页 1、炉膛热力特性参数（BMCR工况）的选取 －－炉膛容积热负荷qV，KW/m3 ――炉膛截面热负荷qF，MW/m2 ――燃烧器区域壁面热负荷qHr，MW/m2 ――炉膛辐射受热面热负荷qH，MW/m2 ――上排一次风喷口中心线到屏下缘的烟气 平均停滞时间τ，s 第43页/共61页 炉膛热力特性参数的选取原则主要如下： 炉膛热力特性参数的选取可参照本厂或其他厂已经投运的锅炉设计数据采用类比法进行确定。 机组容量、煤的着火、燃烬特性及煤灰结渣倾向对热力特性参数值的影响趋势见下表。 炉膛容积热负荷的选取要适中。热负荷过高会影响燃烬，并导致炉膛出口烟温过高，以致受热面局部结渣；热负荷过低，则会使辐射与对流受热面分配失衡，甚至省煤器受热面趋近于零，这不仅增加了锅炉制造成本，也不利于锅炉运行性能。 qf与qHr共同构成主燃烧器区域燃烧强度，因此，在其中某一参数为一定时，为了更好的提高燃烧稳定性，可提高另一参数值。 各一次风喷口中心线间的平均距离与单只一次风喷口输入热功率有关。热功率增加，其平均距离应增大。 对于采用热炉烟干燥制粉系统低温燃烧的褐煤锅炉，上一次风喷口中心线至屏下缘距离的煤粉平均停滞时间选取既要保证充分燃烬，又要考虑由于燃烧温度低所造成的辐射受热面积增加的问题。 对于采用钢球磨中储式热风送粉制粉系统，要慎重考虑三次风（乏气）引入炉膛的位置，要采取必要的加强煤粉燃烬的措施。 第44页/共61页 第45页/共61页 2、与燃烧器设计有关的炉膛结构尺寸的选取 炉膛结构尺寸最重要的包含：炉膛截面深a和宽b、炉膛截面宽深比（b/a）、下排一次风喷口中心线、冷灰斗的倾角β、切角大小等。 炉膛截面的宽/深比应尽量趋近于1（即炉膛为正方形），而不宜超过。因为正方形炉膛的火焰充满度好，同时可形成良好的空气动力场，对防止炉膛结渣和高温腐蚀有利。 下排一次风喷口中心线的选取，要考虑为下半部分燃烧器进入的燃料提供一个燃烧空间，特别是摆动燃烧器，下摆时不能使火焰冲刷灰斗斜坡，造成水冷壁结渣或过烧、爆管。《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛轮廓选型导则》DL/T831-2002推荐h3的取值如下：对于水平固定式喷口，300MW机组宜取h3≥4m；600MW机组宜取h3≥5m；对于摆动式喷口，宜再增加～1m；对严重结渣煤应适当增加该段高度。《大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范》JB/T10440-2004推荐h3的取值如下：对于水平固定式喷口，300MW机组宜取～之间；600MW机组宜取～之间；遇有强结渣倾向煤时取高值；对于摆动式喷口，一般不宜小于按求得的值。《锅炉燃烧设备》推荐h3的取值如下：下层二次风下边缘到冷灰斗拐点距离为～5.0b(b为二次风喷口的宽度)。对中小容量锅炉贫煤、无烟煤锅炉可取～；对摆动式燃烧器可取＞。 冷灰斗的倾角β一般都会采用50°～55°，对于强结渣倾向的煤种采用55°。 炉膛四角的切角越大，则燃烧器两侧的补气条件越好，有利于防止火焰刷墙或偏斜，但切角处的水冷壁弯管和炉墙密封结构较复杂。 第46页/共61页 3、燃烧器水冷壁工作点（WP）的选取 燃烧器工作点(WP)的确定，主要根据两个方面，第一是炉膛断面尺寸及相应的水冷壁切角尺寸；第二是切圆的旋转方向（逆时针或顺时针）。最初，燃烧切圆的旋转方向是根据锅炉过热器或再热器出口集箱的出口位置确定，目前习惯为逆时针旋向。一般燃烧器工作点选在向侧墙水冷壁偏离切角中点大约1～2个管节距的位置。 第47页/共61页 第48页/共61页 4、燃烧角的选择 直流燃烧器射流的射程较长，在炉内按一假想切圆组织燃烧，在炉内燃烧器区形成一个稳定的旋转大火球。炉内假想切圆大小是四角切向燃烧的一个重要布置参数。切圆直径越大，炉膛火焰充满度越好，最大切向速度或最大温度区域就越靠近四壁和喷口，就越对着火有利，但高温旋转火焰愈容易冲刷炉墙而引起结渣和喷口烧坏。反之，假想切圆直径过小，炉膛火焰充满度差，高温火焰集中在炉膛中心，则四壁和喷口处温度水平较低，不利于着火。《锅炉燃烧设备》推荐的假想切圆直径djx=U/4,其中U为炉膛周长。热态运行时，由于气流膨胀，实际切圆直径一般是假想切圆直径的5～10倍。 第49页/共61页 第50页/共61页 我公司对燃烧器燃烧角的大小一般选取为2.5°～4°，选取的主要原则如下： 燃烧角为箱壳角α与β(风粉射流与前墙或后墙的夹角，见上图所示)差值的一半； 对于燃用难着火的煤种选取较大的燃烧角，燃用易着火的煤种选取较小的燃烧角； 对于燃用强结渣倾向的煤种选取较小的燃烧角，燃用轻微结渣倾向和难着火的煤种选取较大的燃烧角； 有时在燃用极强结渣倾向的煤种时，前墙左侧角与后墙右侧角的燃烧器采用对冲（即切圆为0mm）,另两个角采用较小切圆,这样做才能够减小平均切圆的大小。 第51页/共61页 5、燃烧器一次风参数的选取 一次风率的选取 一次风率主要与燃用煤种以及制粉系统有关。对于钢球磨储仓式热风或温风送粉，一般低挥发份煤种选用较低的一次风率，相对较高挥发份煤种选用较高的一次风率；对于钢球磨乏气送粉、中速磨直吹和风扇磨直吹系统，一次风率由煤粉制备计算得出，其值与煤的发热量、水份、磨煤机风粉混合物出口温度、磨煤机型号等因素相关。《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛轮廓选型导则》DL/T831-2002推荐，对配储仓式制粉系统一次风率为12～27％；配直吹式制粉系统一次风率为14～30％（配风率总和为100％，未计入炉膛漏风率，炉膛漏风率一般≤5%） 一次风喷口层数的选取 一次风喷口层数主要与锅炉容量、所配制粉系统形式、每只一次风喷口的热功率以及煤种的结渣特性等有关。 第52页/共61页 5、燃烧器一次风参数的选取 第53页/共61页 一次风速的选取 一次风速是燃烧器很重要的设计参数，要考虑煤粉的着火、稳燃及磨损、堵粉等因素，选择合理的一次风速。一次风速过低，煤粉气流刚性差，气流刷墙或贴壁的可能性增加，也可能会产生掉粉；同时煤粉着火相对提前，可能会引起喷口结渣、烧坏；另外风速过低也有可能导致燃烧器喷口或粉管堵粉。一次风速过高，影响煤粉的着火和稳燃，也会增加燃烧器喷口和粉管的磨损，增加燃烧器一次风阻力。一次风速的选取主要与燃用煤种的干燥无灰基挥发份（即着火稳燃性）有关，Vdaf高，选取较高的一次风速，Vdaf低，就选取较低的一次风速，当然同时要适当考虑燃用煤种的结渣性和磨损性。 第54页/共61页 一次风温的选取 对于正压直吹式制粉系统，燃烧器一次风温等于磨煤机出口温度即t1=tM2，对于负压直吹式制粉系统，燃烧器一次风温比磨煤机出口温度低5度即t1=tM2－5。 对于中间储仓式制粉系统，燃烧器一次风温的选取范围大致如下：对低Vdaf煤，如采用热风送粉，一次风温一般为200～260℃，如采用乏气送粉，一次风温约为130℃；对于烟煤，一般都会采用乏气送粉，一次风温一般为60～100℃；对于劣质烟煤，一次风温一般为100～160℃ ，采用热风送粉时可高达200℃，对于Vdaf大于35％的烟煤，一般不采用热风送粉，一定要用时，一次风温建议还是不要超过160℃。 第55页/共61页 6、燃烧器二次风参数的选取 二次风率的选取 煤粉制备计算后，一次风率和三次风率就已确定，而炉膛漏风率一般按≤5％选取，二次风率也随之确定了。二次风率一般为50～86％（配风率总和为100％，未计入炉膛漏风率，炉膛漏风率一般≤5%），具体与煤种及制粉系统有关。 二次风速的选取 二次风速的大小主要与煤种和炉膛大小有关，我国有关联的资料及规范推荐值一般为40～56m/s。ALSTOM－CE公司推荐的二次风速可查的图选取。 二次风温的选取 二次风温的选取基本与热风温度的选取相同。对小容量锅炉二次风温比热风温度低10℃，对大容量锅炉二次风温比热风温度低5℃。 第56页/共61页 7、燃烧器三次风参数的选取 三次风率的确定 并非所有的燃烧器设计参数中都有三次风，仅采用钢球磨热风送粉系统才有三次风。三次风率是煤粉制备计算时计算得出，主要与煤种、乏气温度、再循环率等有关，一般为16～26％。 三次风速的选择 三次风速的大小也主要与煤种和炉膛大小有关，炉膛越大，风速相对越高；对低挥发越高，风速相对越高；三次风速一般为40～60m/s，对小炉膛、低Vdaf煤种偏下限，大炉膛、高Vdaf煤种偏上限。 三次风温的选择 三次风温与钢球磨热风送粉系统中乏气温度相关。一般对小容量锅炉三次风温比乏气温度低10℃，对大容量锅炉三次风温比乏气温度低5℃。 第57页/共61页 8、燃烧器各喷口面积的计算 一次风喷口、三次风喷口及非直吹式制粉系统的二次风喷口面积的计算很简单，可直接由BMCR工况下各风次风量和风速计算得出，注意二次风喷口面积还应包括周界风、侧边风，对大风箱结构的燃烧器还包括间隙风。这里需要指出的是，计算直吹式制粉系统的二次风喷口时，应考虑停运一次风喷口的上下二次风喷口仅按通过10％的冷却二次风进行计算，即正常运行时，停运的一次风喷口上下的二次风喷口风门仅开10％的风量冷却喷口。 第58页/共61页 9、高海拔对燃烧器设计的影响 由于高海拔地区炉膛气压降低，煤粉在炉内的停留时间减少，且氧气也稀薄，影响燃烬。设计时可参考已有电厂的运行经验：在海拔500～800m时，煤粉在炉内所减少的停留时间对燃烧的影响轻微，特别是对于一般烟煤可不增加炉膛燃烬区的容积，而采取其它一些强化燃烬的措施。至于燃用低Vdaf煤种及低灰熔融温度的煤种，除采取强化燃烬及防结渣措施外，必要时可少许增加炉膛燃烬区容积，以弥补压力降低所减少的停留时间。 高海拔地区燃烧器出口截面的流动状况因空气密度变小也发生了变化，设计时应维持质量流量相等，即ρdFdWd=ρBFBWB ρd ——高原地区地面空气密度,kg/m3 Fd ——高原地区燃烧器喷口截面积，m2 Wd ——高原地区燃烧器出口风速，m/s ρB——平原地区地面空气密度,kg/m3 FB ——平原地区燃烧器喷口截面积，m2 WB ——平原地区燃烧器出口风速，m/s 第59页/共61页 谢 谢！ 第60页/共61页

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