【正文】 口，噴口的高寬比越小，其剛性越大。出口氣流包含有旋轉射流的燃燒器為旋流燃燒器。出口氣流的初期擾動非常強烈，卷吸能力較強，但射程較短。射流的擴展角較大。 本文的主要研究內容 本課題的研究內容主要是針對使用無煙煤的大型煤粉鍋爐進行直流燃燒器的設計。包括爐膛截面設計、制粉系統(tǒng)的選定及燃燒器具體形式的設計。最后用FLUENT軟件計算四角切圓爐膛內部流場。 第2章 直流煤粉燃燒器的簡單介紹 引言我國主要的常規(guī)能源是煤，占能源總消耗的70%以上。隨著鍋爐熔容量和參數(shù)的提高，煤粉爐在電站中得到了廣泛的應用。其主要燃燒設備為燃燒器。其中又以直流燃燒器應用最為廣泛。 直流燃燒器的型式直流燃燒器的出口是由一組圓形、矩形或多邊形的噴口組成。一次風煤粉氣流、燃燒所需要的二次風以及中間倉儲式制粉系統(tǒng)送粉是的熱風乏氣分別由不同的噴口以直流射流的形式噴進爐膛。燃燒器噴口之間保持一定的距離，整個燃燒器成狹長型。噴口射出的直流多為水平方向，有的直流燃燒器噴口可以在運行時在一定角度內上下擺動。直流煤粉燃燒器根據(jù)一、二次風噴口的布置情況，可分為均等配風和分級配風兩種形式。均等配風直流煤粉燃燒器：一、二次風噴口相間布置，即在每一個一次風噴口的上下兩端均布置有二次風噴口，這樣很有利于煤粉氣流著火燃燒后，二次風能及時充分地供應燃燒所需氧氣。故燃燒煙煤和褐煤使用較多。分級配風直流煤粉燃燒器：將一次風噴口集中布置在一起，二次風分級分階段地送入燃燒的煤粉氣流中，二次風噴口分層布置，且一、二次風噴口間保持較大的距離，以便根據(jù)燃燒狀況控制一、二次風的混合時間。一次風噴口集中布置，意味著煤粉氣流的著火和燃燒相對集中，有利于提高燃燒器區(qū)域局部熱負荷和溫度水平。但是不利于與二次風的充分混合，故有些燃燒器的二次風噴口設計為可上下擺動的形式。這種燃燒器的型式比較適合無煙煤、貧煤和劣質煙煤的使用。 直流燃燒器的四角布置方式 直流煤粉燃燒器與爐膛的配合方式不同，其爐內形成的空氣動力廠特性也不同。而爐內氣體的運動狀況，影響著燃料的著火、燃燒和燃盡。燃燒器的布置形式有前后墻對沖布置、爐膛頂部布置、爐膛中部布置、四角切圓布置等等。直流燃燒器常采用四角布置形式，其出口氣流的集合軸線射向爐膛中心的一個假想切圓，組織切圓燃燒火焰，此即為切向燃燒方式。切向燃燒的爐內空氣動力特性對煤粉的燃燒有很大的影響。燃燒器射出的四股氣流在爐膛中心形成一個穩(wěn)定的強烈旋轉火炬，在離心力的作用下氣流向四周擴散。由于引風機的抽力，迫使氣流旋轉上升，形成一個旋轉上升的氣流，這不僅改變了火焰在爐內的充滿情況，而且延長了煤粉氣流在爐內的停留時間，有利于煤粉的燃盡。各個角燃燒器的煤粉氣流噴入爐內，收到上游已燃高溫火焰的點燃而迅速燃燒，因此著火條件良好。直流射流射程長，對煙氣的貫穿能力強，爐內氣流的強烈旋轉使后期湍流混合強烈，煤粉的燃盡條件較理想。切向燃燒方式通常有以下布置形式：（1） 正四角單切圓布置：四角燃燒器一、二次風口的集合軸線相切于爐膛中心同一個圓。此種布置方式，出口氣流兩側補氣差異小，氣流偏離較輕風粉管道對稱。如下圖21（a）。（2） 兩角對沖，兩角相切或一次風對沖，二次風切圓：可改善出口氣流的偏離，有利于避免爐膛結渣。如下圖21（b）。（3） 雙切圓布置：四角一、二次風口相切于不同直徑的圓或對角燃燒器各自相切于不同直徑的圓，用于截面長寬比較大的爐膛，可改善氣流偏斜，防止實際切圓的橢圓度較大。如下圖21（c）。（4） 八向或六向切圓布置：適用于截面較大的單爐膛，特別適用于大容量褐煤爐。如下圖21（d）。（5） 雙爐膛切圓布置：大容量鍋爐有時采用這種布置，通常兩爐膛氣流旋轉方向相反。如下圖21（e）。 （a） （b） （c） （d） （e）圖21 切圓燃燒布置方式（a）正四角切圓 （b）兩角相切兩角對沖 （c）雙切圓 （d）八向布置（e）雙爐膛切圓 本章小結燃燒器有各種不同的型式及布置方式，應根據(jù)設計的煤種和設計需要進行合理的選擇。本設計使用的煤種是無煙煤，故燃燒器的型式采用分級配風直流燃燒器，將一次風噴口集中布置。燃燒器與爐膛的配合方式采用正四角單切圓布置方式。第3章 爐膛及制粉系統(tǒng)的設計選取 引言制粉系統(tǒng)、爐膛、燃燒器是煤粉鍋爐的主要燃燒設備。燃燒器的設計與爐膛的橫截面形狀、制粉系統(tǒng)的選取息息相關。 煤粉鍋爐爐膛橫截面設計爐膛橫截面的設計與爐膛截面熱負荷的選取及計算燃料消耗量有關。 煤粉爐爐膛概述爐膛是供煤粉充分燃燒的空間。高溫煙氣在爐膛內把一部分熱量主要通過輻射的方式傳遞給爐膛四周的受熱面上，以保證出口氣溫在允許的范圍內。故爐膛應該有合理的形狀及足夠的空間，并與燃燒器共同組織爐內燃燒空氣動力場，保證火焰在爐內充滿良好，不貼壁，并有均勻的截面熱負荷分布。固態(tài)除渣爐的橫斷面一般為長方形或者正方形。為更便于組織良好的切圓燃燒方式。爐膛下部有一個倒錐形的斗，由前后墻水冷壁管傾斜形成。其高度的一半是爐膛的下部邊界。其作用是把爐膛空間內燃燒后的高溫爐渣冷卻后以固態(tài)爐渣形式排出爐膛。 煤粉爐爐膛的設計煤粉爐爐膛的設計很是復雜，在本設計中，僅設計出與燃燒器的設計計算有關的主要部分，包括爐膛橫斷面、爐膛高度及冷灰斗的設計，煙窗及前后測墻水冷壁的設計在本設計中并不重要，忽略。各部分的設計見以下各表（注：公式均匯總在表內）。根據(jù)設計任務書中所給無煙煤的成分，計算出初始數(shù)據(jù)（各種氣體的體積），如下表31：表31 初始數(shù)據(jù)序號名稱符號計算公式或來源結果單位1理論空氣容積*(Car+*Sar)+*Oarm3/Kg2ＲＯ２容積*(Car+*Sar)m3/Kg3Ｎ２理論容積*V+*Nar/100m3/Kg4Ｈ２Ｏ理論容積*Har+*Mar+*Vm3/Kg5理論煙氣容積m3/Kg6飛灰中純灰分額——7煙氣中飛灰質量濃度Kg/Kg8煤的折算灰分g/MJ 初始數(shù)據(jù)中得出了理論空氣量，三原子氣體、氮氣和水蒸汽的理論容積，以及飛灰質量濃度，為以下的計算做準備。煙氣特性如下表32：表32 煙氣特性序號名稱符號計算公式或來源爐膛與防渣管過熱器上級省煤器上級空氣預熱器下級省煤器下級空氣預熱器1漏風系數(shù)查表43 2出口過量空氣系數(shù)查表44 3平均過量空氣系數(shù) 4實際水蒸氣容積 5實際煙氣量 6RO2容積份額 表32（續(xù)表）序號名稱符號計算公式或來源爐膛與防渣管過熱器上級省煤器上級空氣預熱器下級省煤器下級空氣預熱器7H2O份額 8三原子份額 9煙氣質量 10飛灰濃度 查表并計算得焓溫表如下表33：表33 焓溫表　　(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 100 —— 200 — 300 — —400 — —500 ———600 ———700