【正文】 的貧煤、無煙煤或劣質(zhì)煙煤。其特點(diǎn)：幾個(gè)一次風(fēng)噴口集中布置在一起，一、二次風(fēng)口中心間距較大。由于一次風(fēng)攜帶的煤粉著火比較困難，一、二次風(fēng)的混合過早，會(huì)使火焰溫度降低，引起著火不穩(wěn)定。為了維持煤粉火焰的穩(wěn)定著火，希望推遲煤粉氣流和二次風(fēng)的混合，所以將二次風(fēng)分為先后兩批送入著火后的煤 粉氣流中。一次風(fēng)集中布置的問題在于著火區(qū)煤粉濃度高，可能造成著火區(qū)供氧不足，延緩燃燒過程 [5,6]。 1. 2 新型燃燒器的發(fā)展 煤粉爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性都與煤粉火炬的穩(wěn)定性有密切的關(guān)系。為提高煤粉火炬的穩(wěn)定性首先使煤粉穩(wěn)定燃燒；針對(duì)我國新經(jīng)濟(jì)形式對(duì)電力的需求狀況和環(huán)保的要求，保證煤粉鍋爐在符合變動(dòng)的情況下仍然能高效、穩(wěn)定和低污染地燃燒盡量減低對(duì)低負(fù)荷投油穩(wěn)燃的依賴，在 20 世紀(jì) 90 年代后期，我國發(fā)展了新的煤粉燃燒設(shè)備，以下簡單介紹它們的原理和性能指標(biāo)。 （ 1） .WR 燃燒器 美國燃燒工程公司設(shè)計(jì)的 WR 燃燒器，其全名是 直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)燃燒器，主要是為提高低揮發(fā)份煤的著火穩(wěn)定和在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)著火、燃燒的穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)的。這種燃燒器的煤粉噴嘴是一種濃淡分離的高濃度煤粉燃燒器，煤粉噴嘴的一次風(fēng)道與煤粉管道的連接處有一個(gè)彎頭，因此， WR燃燒器時(shí)煤粉濃淡分離的工作原理，就是利用煤粉氣流通過這個(gè)管道彎頭時(shí)，依靠離心離力的作用，大部分煤粉緊貼著彎頭外側(cè)進(jìn)入煤粉噴嘴，而放在煤粉噴嘴中間的水平肋片，將使煤粉氣流順勢(shì)分成兩股，上部分是高濃度煤粉氣流，下部是低濃度煤粉氣流，并將其保持到離開噴嘴以后的一段距離，從而提高了煤粉氣流噴嘴出口處上部煤 粉氣流的煤粉濃度。同時(shí)在噴嘴出口處裝有一個(gè)擴(kuò)流錐，它可以在噴嘴出口形成一個(gè)穩(wěn)定的回流區(qū)。實(shí)踐證明， WR 燃燒器能有效地燃用低揮發(fā)份的無煙煤和貧煤 [6]。 （ 2） .水平濃淡低 NOx燃燒器 這種燃燒器是針對(duì)貧煤和無煙煤開發(fā)的。并以此為核心發(fā)展成了系列濃淡煤粉燃燒技術(shù)。它的工作原理是：在一次風(fēng)道內(nèi)采用百葉窗式煤粉濃縮器，使煤粉氣流在流經(jīng)百葉窗時(shí)發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致煤粉和氣流慣性分離，經(jīng)分流隔板后形成濃淡兩股煤粉氣流射流。被分離后的濃淡煤粉氣流，濃煤粉氣南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 4 流的空氣供應(yīng)量低于揮發(fā)分燃燒所需的量，對(duì)于焦炭燃燒而言更加不 足，使著火后在燃燒器出口的 NOx生成量大大降低。隨后淡煤粉氣流及時(shí)混入，形成局部區(qū)域的分級(jí)燃燒，并保證了燃燒效率。 水平濃淡燃燒器布置在四角切圓的同一個(gè)水平面內(nèi)。淡煤粉氣流在背火側(cè)噴入爐膛，形成外側(cè)假想切圓；濃煤粉氣流在向火側(cè)噴入爐膛，形成內(nèi)側(cè)假想切圓。淡煤粉氣流在水冷壁附近區(qū)域形成比普通燃燒器強(qiáng)的多的氧化性氣氛。這種布置不僅起到了穩(wěn)燃和降低 NOx的作用，而且還同時(shí)避免了濃煤粉氣流在外側(cè)燃燒時(shí)形成的還原性氣氛，在煙氣中含硫較高的時(shí)候?qū)λ浔诘母邷馗g現(xiàn)象 [5,6]。 （ 3） .鈍體燃燒器 鈍體燃燒器就是在常規(guī) 應(yīng)用的四角切圓布置燃燒直流燃燒器靠近一次風(fēng)噴口處安裝一個(gè)三角形的鈍體，它是華中理工大學(xué)的研究成果。 鈍體燃燒器在國內(nèi)大都應(yīng)用在燃用劣質(zhì)煙煤、貧煤或無煙煤的鍋爐上，起到穩(wěn)定火焰、改善燃燒的作用，并提高了燃燒效率，還可在額定負(fù)荷的 55%~60%的低負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行而不用投油助燃。其工作原理：在煤粉氣流流經(jīng)鈍體后，在鈍體后產(chǎn)生一個(gè)較大的回流區(qū)，由于回流區(qū)的高溫?zé)煔夥聪蛄飨蚧鹁娓?，使煤粉氣流在噴口出口附近形成一個(gè)高溫區(qū)，對(duì)煤粉氣流的著火非常有利；同時(shí)，煤粉空氣混合物從一次風(fēng)噴口噴出，遇到鈍體后，由于煤粉顆粒比空氣流有較大的軸向運(yùn)動(dòng)慣性，使大量煤粉在回流區(qū)邊緣附近集中，使這里的煤粉濃度比原一次風(fēng)的煤粉濃度增加了近 倍，形成一個(gè)高煤粉濃度區(qū)域。這個(gè)區(qū)域與高溫區(qū)同在回流區(qū)附近，使得鈍體后的回流區(qū)附近，成為煤粉氣流一個(gè)穩(wěn)定的著火點(diǎn)。另外，在鈍體的導(dǎo)流下，一次風(fēng)射流的擴(kuò)展角也比原來的顯著增大，射流外邊界卷吸溫?zé)煔獾哪芰σ灿兴黾印Ｒ虼?，鈍體燃燒器對(duì)燃燒低揮發(fā)份的切圓燃燒方式的穩(wěn)燃有很大的作用 [7]。 1. 3 燃燒器設(shè)計(jì)的 思路 和需要注意的問題 隨著鍋爐容量的增大，機(jī)組大型化，對(duì)燃燒器的要求已經(jīng)不僅局限在過去小容量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)的參數(shù)， 這也是本機(jī)設(shè)計(jì)的初衷之一，在設(shè)計(jì)大容量鍋爐的燃燒器時(shí)，會(huì)面臨一些之前沒遇到的問題，設(shè)計(jì)的步驟會(huì)有些改變， 煤粉燃燒器選用和計(jì)算的主要內(nèi)容有：選用煤粉燃燒器的型式和布置方式、確定每臺(tái)鍋爐所用燃燒器的數(shù)目和燃燒器的熱功率，計(jì)算一、二次風(fēng)量，計(jì)算燃燒器出口截面積和結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算燃燒器的阻力。 一個(gè)性能良好的燃燒器應(yīng)能滿足下南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 5 列的要求 [7]： 1）通過正確設(shè)計(jì)的燃燒器結(jié)構(gòu)，在燃燒器出口處建立使煤粉氣流能及時(shí)穩(wěn)定著火的空氣動(dòng)力場(chǎng)；著火以后一、二次風(fēng)能合理混合，以保證煤粉燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。 2）有較好的燃料適應(yīng)性和負(fù)荷調(diào) 節(jié)性。在煤種和負(fù)荷變化時(shí)能及時(shí)地對(duì)風(fēng)速和風(fēng)量進(jìn)行正確的調(diào)節(jié)，其各調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)和調(diào)節(jié)靈敏、可靠、耐用。 3）通過正確的組織著火、混合和燃燒過程，燃燒器應(yīng)能最大限度的降低NOx的排放，以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求。 4）燃燒器的設(shè)計(jì)、材料選用、制造和安裝，應(yīng)能與制粉系統(tǒng)和爐膛合理配合，以保證鍋爐燃燒系統(tǒng)的可靠安全運(yùn)行。 具體的內(nèi)容和 需要 注意的問題簡介如下： 一、設(shè)計(jì)的主要 思路 論文首先通過對(duì)所給煤種進(jìn)行的工業(yè)分析，確定了煤種實(shí)際的發(fā)熱量、鍋爐的基本參數(shù)、理論空氣量和煙氣量，并最終確定了爐膛燃料消耗量等；然后，計(jì)算爐膛 的結(jié)構(gòu)尺寸，先假定爐膛的容積熱負(fù)荷和截面熱負(fù)荷，計(jì)算出爐膛的容積和截面積以及爐膛的主體高度，并根據(jù)煤種特性來初步選定煤粉燃燒器的類型和布置方式，針對(duì)燃燒煤種和鍋爐容量選擇合適的制粉系統(tǒng)；最后，計(jì)算燃燒器的出力，確定一、二次風(fēng)的風(fēng)量，在此基礎(chǔ)上，最終確定出燃燒器的噴口截面尺寸和燃燒器的阻力。 二 、設(shè)計(jì) 開始前應(yīng)注意的問題 （ 1） 、 應(yīng)為本次設(shè)計(jì)的是 2020T/h 鍋爐直流煤粉燃燒器，在參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)特別注意，因?yàn)楹芏嗟膮?shù)的確定是在過去小容量的爐內(nèi)傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，存在 一定得誤差，這就需要在設(shè)計(jì)時(shí)要多多的參考文 獻(xiàn)，以求得更加精準(zhǔn)的參數(shù)選擇。 （ 2） 、鍋爐容量是 2020T/h，可以按亞臨界鍋爐也可以按超臨界鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)算，在計(jì)算之前首先應(yīng)該明確這一前提，否則在最后計(jì)算的結(jié)構(gòu)上會(huì)有很大的差距。 （ 3） 、制粉系統(tǒng)的選擇是燃燒器選型的一個(gè)非常重要的影響因素 。 因?yàn)椋煌闹品巯到y(tǒng)就對(duì)應(yīng)于不同的配風(fēng)方式 ， 這這將直接導(dǎo)致最后計(jì)算結(jié)果和燃燒器噴口的整體布置。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 6 第二章 燃料性質(zhì)和燃燒計(jì)算 燃料 分析 燃料的主要組成都是多種碳?xì)浠衔?，從元素分析的角度來看，燃料主要成分?C、 H、 O、 N、 S 以及水分和灰分，由于水分和灰分這兩種不 可燃組分的含量常隨燃料的開采、運(yùn)輸、貯存及氣候等外界條件的改變而變化，所以在燃料元素分析時(shí)常采用以下四種元素分析的成分基準(zhǔn)：收到基、空氣干燥基、干燥基和干燥無灰 基 [8]： 收到基 水分： Mar=13 灰分： Aar= 炭： Car= 氫： Har= 氧： Oar= 氮： Nar= 硫： Sar= 低位發(fā)熱量： =22415 kJ/kg 揮發(fā)分： Vdaf=46 空氣干燥基水分： Mad= 一 、 煤的元素各成分之和為 100%的校核 Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar=13++++++=100 校核表明該煤種符合標(biāo)準(zhǔn)。 二 、 元素分析數(shù)據(jù)校核 （ 1）根據(jù)元素分析成分計(jì)算燃料收到基低位發(fā)熱量（門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式） 門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式 [9]如公式 (21)所示 Q’ =339Car+1030Har109(OarSar)25Mar （ 21） 將數(shù)值代入公式可得： Q’ =339Car+1030Har109(OarSar)25Mar =339+10304 .4109( )2513= （ kJ/kg) （ 2）計(jì)算煤種的實(shí)際發(fā)熱量和用門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的發(fā)熱量誤差 Q’ ==(kJ/kg) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 7 可以認(rèn)為 Q’ ≈ (3) 計(jì)算設(shè)計(jì)煤種干燥基灰分 Ad=100/(100 Mar) Aar= （ 4） 判斷元素分析的正確性 設(shè)計(jì)煤種的 Ad=﹤ 25，實(shí)際發(fā)熱量與用門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的發(fā)熱量的誤差小于 600kJ/kg，所以元素成分是正確的。 三 、爐膛過量空氣系數(shù)和漏風(fēng)系數(shù)的確定 對(duì)固態(tài)排渣爐來說，在燃燒煙煤時(shí) ，爐膛出口的過量空氣系數(shù)取 ~。本次設(shè)計(jì)是在鍋爐額定負(fù)荷下進(jìn)行的考慮到是固態(tài)排渣爐，屏式水冷壁，爐膛的漏風(fēng)系數(shù) Δα= [10]。 四 、鍋爐的基本特征參數(shù) 鍋爐的額定容量是 2020t/h，即 De=2020t/h，再熱蒸汽流量 Dzr=1700 t/h。 主 蒸汽壓力取 ： P0= 主 蒸汽溫度取 ： T0=570℃ 查表 [11]計(jì)算可得過熱蒸汽焓值： h〃 gg = kJ/kg 再熱蒸汽 進(jìn)口溫度 ： T?zr=321℃ 再熱蒸汽進(jìn)口壓力 ： P?zr= 再熱蒸汽進(jìn)口焓 ： h?zr= kJ/kg 再熱蒸汽出口溫度 ： T?zr=569℃ 再熱蒸汽出口壓力 ： P?zr= 再熱蒸汽出口焓 ： h?zr= kJ/kg 給水溫度 ： tgs=285℃ 低溫省煤器入口的壓力即給水壓力 ： pgs= Mpa[12] 查水蒸氣熱力表用差值法可得到給水焓 ： hgs= kJ/kg 鍋爐的有效熱量包括過熱蒸汽的吸熱、再熱蒸汽的吸熱、飽和蒸汽的吸熱和排污水 的吸 熱，當(dāng)鍋爐不對(duì)外供應(yīng)飽和蒸汽時(shí)，而且是直流爐時(shí)，單位時(shí)間內(nèi) 鍋 爐的總有效利用熱量 Q 計(jì)算公式如 Q=1000(De(h〃 gg － hgs)+ Dzr(h?zr－ h’ zr)) （ 22） 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 8 將數(shù)值代入公式 （ 22）可得： Q=1000(De(h〃 gg － hgs)+ Dzr(h?zr－ h’ zr)) =1000( 2020( )+1700( ))=10 9 (kJ/h) 燃料的燃燒計(jì)算以單位質(zhì)量（或單位體積）的 燃料為基礎(chǔ)。燃料計(jì)算包括：燃燒計(jì)算、煙氣特性計(jì)算、煙氣焓計(jì)算 [10]。 ：理論空氣量、理論氮容積、 RO2容積、理論干煙氣量、理論水容積等。 ：干煙氣容積、水蒸氣容積、煙氣總?cè)莘e、 RO2容積份額、水蒸氣容積份額、三原子氣體和水蒸氣容積總份額、容積飛灰濃度等。 值。 以下是三部分具體的計(jì)算內(nèi)容： 一、燃燒計(jì)算 （ 1）理論空氣量 V0 1kg 收到基燃料完全燃燒而又沒有剩余氧存在時(shí)所需的空氣量，稱為理論空氣量用 V0表示 V0=(Car+)+ = (+ )+ =(Nm3/kg) （ 2）理論氮容積20NV ? ?200N a r3V / 1 00 V 1 .2 / 1 00 5 .94 4 .7 0 N m / kg??? ? ? ? ? （ 3） RO2容積2ROV ? ?2R O a r a r3V 1 .8 6 6 C / 1 0 0 0 .7 S / 1 0 01 .8 6 6 5 6 .9 / 1 0 0 0 .7 0 .6 / 1 0 01 .0 7 m / k g??? ? ? ?? 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 9 （ 4）理論干煙 氣容積 0gyV ? ?220 0 3g y N R OV V V 4 .7 0 1 .0 7 5 .7 7 N m / k g? ? ? ? ? （ 5）理論水蒸氣容積 VH2O VH2O=++ = + 13/100+ =(m3/kg) 二、煙氣特性計(jì)算 （ 1）實(shí)際干煙氣量 Vgy 鍋爐中實(shí)際的燃燒過程是在過量空氣系數(shù) α ＞ 1 的條件下進(jìn)行的，實(shí)際干煙氣量 Vgy=V0 gy+(α 1)V0=+() =(m3/kg) （ 2）煙氣總?cè)莘e Vy Vy=Vgy+VH2O=+=(m3/kg) （ 3） RO2容積份額 rRO2 rRO2=VRO2/Vy=（ 4）水蒸氣容積份額 rH2O rH2O=VH2O/Vy=（ 5）三原子氣體和水蒸氣容積總份額 r r= rRO2+ rH2O=+= 三、空氣 和煙氣焓的計(jì)算 （ 1）理論空氣焓 h0 k 理論空氣焓 h0 k = V0(ct)k kJ/kg 上式中 (ct)k— 1m3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干空氣連同其攜帶的水蒸氣在溫度 t ℃ 時(shí)的焓值 例如： 100℃ 時(shí)，可以查文獻(xiàn) [10]得到 (ct)k= 所以有 ? ?100kh 13 2 .4 3 5 .9 4 78 6 .8 2 kJ / kg? ? ? 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 10 （ 2）理論煙氣焓 h0 y 理論煙氣是多種成分的混合氣體。由工程熱力學(xué)可知，其焓值等