【文章內(nèi)容簡介】 于層狀燃燒與懸浮燃燒之間的燃燒方式。煤預先經(jīng)破碎加工成一定大小的顆粒而置于布風板上，其厚度在 500mm左右，空氣則通過布風板由下向上吹送， 如圖 。 當空氣以較低的氣流速度通過料層時，煤粒在布風板上靜止不動，料層厚度不變，這一階段 稱為固定床 （圖） 。這正是煤在層燃爐中的狀態(tài)，氣流的推力小于煤粒重力，氣流穿過煤粒間隙，煤粒之間無相對運動。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 當氣流速度增大并到達某一較高值 W1j時，氣流對煤粒的推力恰好等于煤粒的重力，也即此時床層顆粒完全由空氣流托曳，不再受布風板支持，煤粒開始飄浮移動，料層高度略有增長。如氣流速度繼續(xù)增大，煤粒間的空氣隙加大，料層膨脹增高，所有的煤粒、灰渣紛亂混雜，上下翻騰不已，顆粒和氣流之間的相對運動十分強烈。這種處于流化狀態(tài)的料床， 稱為流化床 （圖 ） 。這種燃燒方式，即為流化床燃燒技術。當風速繼續(xù)增大并超過一定限度 Wjx時，穩(wěn)定的流化床工況就被破壞，顆粒將全部隨氣流飛走。物料的這種運動狀態(tài)叫做 氣力輸送 （圖 ），正是煤粉在煤粉爐中隨氣流懸浮燃燒的情景。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 2. 流化床爐的形式與結(jié)構(gòu) 流化床爐的形式有鼓泡流化床爐和循環(huán)流化床爐兩種。 （ 1）鼓泡流化床爐 鼓泡流化床爐是流化床爐的主要爐型，因進入流化床的空氣部分以氣泡形態(tài)穿過料層而得名。 圖 子的結(jié)構(gòu)示意圖，主要由給煤機、布風板、風室、灰渣溢流口，以及沉浸受熱面等幾部分組成。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 （ 2）循環(huán)流化床爐 循環(huán)流化床爐是在爐膛里把顆粒燃料控制在特殊的流化狀態(tài)下燃燒，細小的固體顆粒以一定速度攜帶出爐膛，再由氣固分離器分離后在距布風板一定高度處送回爐膛，形成足夠的固體物料循環(huán)，并保持比較均勻的爐膛溫度的一種燃燒設備。 圖 一循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖。爐膛不分流化段和懸浮燃燒段，其出口直接與氣固分離器相接。來自爐膛的高溫氣經(jīng)分離器進入對流管束，而被分離下來的飛灰則經(jīng)回料器重新返回爐內(nèi)，與新添加的煤一起繼續(xù)燃燒并再次被氣流攜帶出爐膛，如此往復不斷地循環(huán)。燃盡的灰渣則從爐子下部的排灰口（冷灰管）排出。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 流化床爐結(jié)構(gòu)示意圖 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 料層的不同狀態(tài) （ a）固定床；（ b）流化床；（ c）氣力輸送 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 料層的不同狀態(tài) （ a）固定床；（ b）流化床；（ c）氣力輸送 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 流化床爐結(jié)構(gòu)示意圖 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖 單元 3 燃料與燃燒設備 煤粉爐和燃油爐、燃氣爐統(tǒng)稱為室燃爐。與層燃爐相比，無論是爐子結(jié)構(gòu)，還是燃料的燃燒方式， 室燃爐都有自己的特點： 第一， 它沒有爐排，燃料是隨空氣流入爐內(nèi)，燃料燃燒的各個階段都是在懸浮狀態(tài)下進行和完成的，其容量的提高不再受爐排的構(gòu)造和布置的限制； 第二， 燃料的燃燒反應面積很大，與空氣混合良好，可以采用較小的過量空氣系數(shù)，燃燒速度和效率比層燃爐高； 第三， 由于燃料在室燃爐停留時間一般都很短促，為保證 鍋爐的燃燒設備 煤粉爐 單元 3 燃料與燃燒設備 燃燒充分完全，因而爐膛體積大； 第四， 燃料適應性廣，可以燃用固體、液體和氣體燃料； 第五， 燃燒調(diào)節(jié)和運行、管理易于實現(xiàn)機械化和自動化。 煤粉爐是把煤先磨成煤粉，然后用空氣將煤粉噴入爐內(nèi)呈懸浮狀燃燒的爐子。煤被磨成煤粉后，與空氣的接觸面大為增加，這不僅改善了著火條件，也強化了燃燒，使煤粉爐的煤種適應范圍較廣，而且燃燒也較完全，鍋爐熱效率高達 90%以上。煤粉爐多用于大容量的電廠鍋爐。在供熱鍋爐中，由于它需要配置磨煤設備，電耗大，系統(tǒng)也較復雜，且不能低負荷運行和壓火，以及飛灰多，易污染環(huán)境等原因，應用受到限制。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 原煤先經(jīng)碎煤率不高的碎煤機打碎，然后再在磨煤機中磨制成煤粉。磨煤機種類很多，常用的有 豎井式磨煤機、風扇式磨煤機和筒式磨煤機（又名球磨機） 。供熱鍋爐容量不大，通常采用結(jié)構(gòu)簡單、電耗及金屬量都較低的豎井式磨煤機或風扇式磨煤機。 豎井式磨煤機是一種快速錘擊式磨煤機，由外殼、轉(zhuǎn)子和豎井組成。 鍋爐的燃燒設備 煤粉制備設備－磨煤機 單元 3 燃料與燃燒設備 經(jīng)過預先除鐵、破碎后的碎煤自進煤口送入，煤在錘子的高速打擊和外殼甲板的撞擊下變成細末煤粉，細粉被從兩側(cè)軸向進入的熱空氣攜帶，經(jīng)豎井由噴口進入爐膛燃燒。豎井有一定高度，粗粉由于重力作用，被分離重新落回磨煤機，繼續(xù)粉碎至所需的細度。當煤粉的細度不符合要求時，還可以通過改變擋板角度進行調(diào)節(jié)。為保證豎井的分離作用，其截面和高度均有一定要求，截面積取決于豎井中氣流的速度，通常氣流速度為 ～ ，豎井高度一般不低于 4m。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 豎井式磨煤機的運行功率主要取決于磨煤量，其制粉電耗不會因負荷的降低而增大。豎井既可以作為煤粉分離設備，又是磨煤機和爐子的連接通道，結(jié)構(gòu)簡單而緊湊。 風扇式磨煤機的結(jié)構(gòu)形式與風機相似，主要由葉輪、機殼等部件組成。煤隨熱空氣軸向進入，受裝于葉片上的沖擊板的沖擊和與護板的撞擊而被打碎成細粉。在磨煤機上部裝了分離器，合乎細度要求的煤粉經(jīng)燃燒器吹入爐膛燃燒。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 燃燒器是煤粉爐的重要組成部分，其作用是將煤粉和空氣送入爐膛，并使它們良好地混合，迅速而穩(wěn)定地著火燃燒和盡可能地充滿整個爐膛空間。目前，在小型煤粉爐上用得較多的燃燒器有 蝸殼式和旋流式 兩種。 鍋爐的燃燒設備 燃燒器 單元 3 燃料與燃燒設備 蝸殼式燃燒器又有單蝸殼和雙蝸殼兩種。前者的一次風為直流，二次風氣流通過蝸殼旋流器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。后者由大小兩個蝸殼和套管組成，煤粉隨一次風由小蝸殼進入爐內(nèi)，二次風則由大蝸殼送入，一、二次風經(jīng)蝸殼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，沿套管呈螺旋形前進，進入爐膛形成錐形擴散的旋轉(zhuǎn)射流。因其射流中心為負壓區(qū)，造成高溫煙氣回流，使一次風和煤粉的溫度迅速升高而著火燃燒。 如圖 。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 圖 為軸向葉片可調(diào)節(jié)的旋流式燃燒器。它與蝸殼式燃燒器的主要區(qū)別是沒有一次風的小蝸殼，只是在出口裝置有蘑菇形擴散錐。一次風攜帶煤粉進入一次風殼，借蘑菇形擴散錐的作用，使煤粉氣流一進爐膛就迅速向四周擴散。二次風由葉輪上的軸向葉片導向，造成旋轉(zhuǎn)。葉輪的位置是可調(diào)的，當葉輪拉出時，葉輪和二次風殼的圓錐形殼壁之間間隙增大，部分二次風便從間隙里直流而過。這股直流二次風和葉輪中流出來的旋轉(zhuǎn)二次風混合在一起，其旋轉(zhuǎn)強度比全部二次風通過葉輪時的旋轉(zhuǎn)強度有所減弱。因此，只要調(diào)節(jié)葉輪位置，即改變間隙大小，就可調(diào)節(jié)氣流的旋轉(zhuǎn)強度，調(diào)節(jié)比較靈活，調(diào)節(jié)性能也較好。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 根據(jù)燃燒需要，旋轉(zhuǎn)強度可調(diào)的二次風旋轉(zhuǎn)射流會帶動一次風旋轉(zhuǎn)流動，借旋轉(zhuǎn)離心力使射流迅速擴展成錐形體（ 圖 ）。旋轉(zhuǎn)射流的擴散使火焰在爐膛中的充滿度良好，另一方面射流內(nèi)緣和外緣會帶動周圍氣流一起向前流動，形成卷吸現(xiàn)象。由于卷吸作用，在燃燒器中心線附近造成負壓區(qū)，于是燃燒器遠處的高溫煙氣被回流到煤粉氣流的后部來，促進和改善了煤粉的著火燃燒。旋轉(zhuǎn)射流在卷吸了煙氣后，其軸向速度迅速衰減，切向速度也由于射流的擴散使轉(zhuǎn)動半徑加大而衰減，因而射流的射程較短，不致沖到對面爐墻上而形成渣瘤，影響正常運行。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 在一次風管中還可伸入重油霧化噴霧，以供煤粉爐升火時燃油點火之用。 旋流式燃燒器的旋流強度易于調(diào)節(jié)，有利于燃燒的調(diào)整。它的一次風阻力較小，故可配用于豎井式磨煤機爐，但二次風阻力較大，一般為 700～ 1500Pa。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 SZS10— — W型鍋爐簡圖 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 旋流式燃燒器 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 旋流式燃燒器 單元 3 燃料與燃燒設備 煤粉爐的爐膛，既是供煤粉燃燒的空間，又是鍋爐換熱的重要組成部件。與層燃爐相比，煤粉爐的爐膛體積大，使煤粉氣流在爐膛中的停留時間不致太短，以滿足燃燒的需要。煤粉爐的爐膛體積熱負荷 qV，通常推薦為 140～235kW/m3，據(jù)此可確定爐膛體積的大小。對于燃用無煙煤、貧煤和灰熔點低的煤，取較小值；對于燃用揮發(fā)分和灰熔點高的煤，則取較大值。 鍋爐的燃燒設備 爐膛 單元 3 燃料與燃燒設備 煤粉爐的爐膛除要有適當體積外，還必須有合理的幾何形狀。一般來說，過于瘦長的爐膛，氣流充滿程度雖好，但水冷壁附近的煙氣溫度往往過高，易造成結(jié)渣，過于矮胖的爐膛，燃燒器附近溫度較低，不利煤粉著火，且火焰充滿也差，煤粉氣流在爐內(nèi)停留時間相對較短。因此，煤粉爐的爐膛截面熱負荷 qF的推薦值一般為 1860～2330kW/m2。 爐膛要便于布置水冷壁，水冷壁布置的數(shù)量應使爐膛出口煙氣溫度在 1000～ 1100℃ ，略低于灰的軟化溫度 t2為宜。過高易造成受熱面結(jié)渣，過低又影響燃盡，降低鍋爐經(jīng)濟性。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 從燃燒器至爐膛出口要有足夠行程，也稱火焰長度，其值隨煤種和鍋爐容量大小而異。對于小型供熱鍋爐，火焰長度也不宜小于 6～ 7m。至于爐膛的寬度和深度，寬深比一般在 1～ 。爐膛深度不宜過小，以免火焰噴到對面爐墻而引起結(jié)渣。 綜上所述，一個合理的爐膛結(jié)構(gòu)，應組織好燃燒，獲得較高的燃燒效率，有合理的溫度場，防止和避免局部熱負荷過大和發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象，有良好的爐內(nèi)空氣動力工況，使火焰不貼壁，不沖對面爐墻，火焰充滿度好，有較好的燃燒適應能力。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 油作為一種液體燃料，有兩類燃燒方式。 一類為預蒸發(fā)型， 燃料油先行蒸發(fā)為油蒸氣，然后按一定比例與空氣混合進入燃燒室燃燒，如裝有化油器的汽油機； 另一類為噴霧型， 燃料油被噴霧器（噴嘴）霧化為油的微小油粒在燃燒室內(nèi)燃燒，燃油爐采用的就是這種燃燒方式。 鍋爐的燃燒設備 燃油爐 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐燃用重質(zhì)油時，需要預先加熱以降低其黏度，再由油泵加壓送至爐前，然后通過油噴嘴噴入爐內(nèi)，此時油被散開并形成極細的霧狀油滴，這個過程稱為霧化。霧化后的油滴置于高溫、含氧的介質(zhì)中，吸熱并蒸發(fā)為蒸氣，再和噴入爐中的空氣混合，進而繼續(xù)吸熱而升溫，當達到著火條件（一定的溫度和濃度）時即著火、燃燒。 鍋爐的燃燒設備 油的燃燒過程 單元 3 燃料與燃燒設備 油及其蒸氣都是由碳氫化合物組成的，其中高分子碳氫化合物所占的比例較大。它們?nèi)粼谂c氧接觸前已達到高溫（ 700℃ ），則會因缺氧、受熱而發(fā)生分解，熱解產(chǎn)生固體碳和氫，這種固體碳即為炭黑顆粒。另外，如有尚未蒸發(fā)的油滴會因急劇受熱發(fā)生裂化，一部分較輕的分子從油滴中飛濺而出，較重的部分可能變成固態(tài)物質(zhì) —— 焦粒或瀝青。炭黑顆粒和焦粒不僅造成固體不完全燃燒熱損失，而且還將污染環(huán)境。因此，必須重視油噴嘴的設計、制造，以保證油的霧化質(zhì)量。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 氣態(tài)的碳氫化合物，包括油蒸氣以及熱解、裂化產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，當與氧分子接觸后并達到著火溫度時便開始劇烈的燃燒反應，即便是炭黑顆粒和焦粒也有可能在這種條件下開始燃燒。 油從油噴嘴向爐內(nèi)噴射形成霧化炬 ,如圖 。這股射流在爐膛內(nèi)含氧的高溫介質(zhì)中，其中油蒸氣和熱解、裂化產(chǎn)物等可燃物不斷向外擴散，而空氣（氧分子）則不斷向內(nèi)擴散。當二者混合達到一定程度（化學當量）時，就開始著火燃燒并形成火焰鋒面?；鹧驿h面上產(chǎn)生的熱和爐膛輻射熱又將微細油粒加熱，繼而蒸發(fā)和燃燒。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 由上不難發(fā)現(xiàn)，油粒的燃燒經(jīng)歷了兩個互相依存的過程：一方面燃燒反應需要由油的蒸發(fā)來提供反應物質(zhì)；另一方面油的蒸發(fā)又需依賴燃燒反應提供熱量。如果燃燒處于穩(wěn)態(tài)過程中，油的蒸發(fā)速度和燃燒速度應該相等。所以，當油蒸氣和氧的混合燃燒過程強烈時，只要有油蒸氣可以即刻燃盡，也即此時的燃燒速度取決于蒸發(fā)速度；如果蒸發(fā)速度很快而燃燒緩慢，顯然燃燒過程的速度此時取決于油蒸氣和空氣混合物的燃燒速度。換言之，油的燃燒過程不只包括混合物的均相燃燒，同時還包含有對油粒表面的傳熱和傳質(zhì)過程。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 油的霧化與燃燒 單元 3 燃料與燃燒設備 前已提及，油的霧化質(zhì)量對燃燒速度和燃燒的完全程度起著重要作用。霧化的目的就是提高油的總表面積，如果將 1kg油霧化成直徑為 30μm的油粒，總表面積約達200m2，可以大為強化油的燃