燃烧器管道防磨(燃烧设备课程介绍)

煤粉气流的着火和燃烧

一、煤粉气流的着火

1、煤粉的着火

长期以来，人们根据煤块的燃烧，认为煤的燃烧过程如下：煤被加热和干燥，然后挥发分开始分解析出，如果炉内有足够高的温度，并且有氧气存在，则挥发分着火燃烧，形成火焰，这时氧气消耗于挥发分的燃烧，不能达到焦碳的表面，挥发分接近燃烬时，氧气到达焦碳表面，焦碳立即剧烈燃烧，因此，挥发分能促进焦碳以后的的燃烧，也就是说，挥发分和焦碳的燃烧基本上是分阶段进行的。

但近年来的试验研究表明，煤粉的燃烧过程和上述概念大不相同。试验采用的加热速度为10⁴度每秒，最终温度为1550℃，这个加热速度接近煤粉炉中的实际情况，挥发物的裂解也是一个化学反应过程，裂解也存在着反应速度，当加热速度很快时，煤粉很快达到足够高的温度，在挥发物还没有明显分解析出前，氧气已和碳表面直接接触，煤粉就可能直接着火燃烧，挥发分只析出一部分即开始着火，以后挥发分和焦碳的燃烧是同时进行的，直到温度已很高，挥发分的析出仍未完成。

2、着火热

煤粉空气混合物经由燃烧器以射流方式进入炉膛后，通过紊流扩散的外回流以及旋转射流产生的内回流卷吸周围的高温烟气，促使煤粉气流与炽热烟气产生强烈的混合，同时煤粉气流又受到炉膛四壁和高温火焰的辐射，而将悬浮在气流中的煤粉迅速加热。分析表明，煤粉的着火主要是靠高温回流烟气的加热，而且，为了将煤粉加热到着火温度，也必须将伴随煤粉进入炉膛的一次风同时加热到着火温度。

将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量称为着火热，它用于加热煤粉和空气并所煤粉中的水分蒸发和过热，对于用干燥介质送粉的直吹式制粉系统，着火热为：

Q_zh=（V⁰α₁C_k（100—q₄）/100+C^g_r（100—W^y）/100+C_qW^y/100）（T_z—T₁）+6W_mf

式中V⁰——理论空气量，Nm³/kg；

α₁——一次风供给系数；

C_k——空气比热，J/（Nm³·k）；

C^g_r——干燃料比热J/（kg·k）；

C_q——水蒸气比热J/（kg·k）；

W_mf——煤粉水分，（%）；

T_z——着火温度；℃；

T₁——一次风煤粉混合物初温，℃。

当煤粉气流获得足够的着火热，温度达到着火温度时，就开始着火燃烧，一般希望在离燃烧器出口约0.5m处着火。着火太迟煤粉可能来不及在炉膛内烧完，造成很大的机械不完全燃烧损失，而且着火推迟，还会使火焰中心上移，造成炉膛上部或炉膛上部出口部位受热面结渣，但是着火太早，可能使燃烧器喷口过热而烧坏，也易使喷口附近发生结渣。

显然，需要的着火热越少，可以提供着火热的热源越充分，着火越有利。以下分析影响煤粉气流着火的一些主要因素。

（1） 煤的性质

燃料性质中对着火过程影响最大的是挥发分Vr，挥发分降低时，煤粉气流的着火度显著升高。着火温度升高，着火热也随之增大．也就是说，必须把煤粉气流加热到更高的温度才能着火。因此，抵挥发分的煤着火要困难些，达到着火所需的时间也长些。着火点离开燃烧器喷口的距离相应拉长。

原煤水分增大时，着火热随之增大。同时，由于有一部分热量消耗在加热水并使其汽化和过热上，也使烟气温度降低了，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射热都降低，这对着火显然是不利的。

燃烧中的灰分在燃烧过程中不但不能放出热量，而且还要吸收热量。大量灰分的存在使得炉膛烟气温度降低。煤粉气流着火推迟，而且还使着火稳定性降低。

煤粉气流的着火温度随着煤粉粒度变细而降低，所以越细的煤粉，着火就越容易。这是因为在同样的煤粉质量浓度下，煤粉越细，进行燃烧反应的表面积就愈大，使煤粉本身的导热阻力减小。因而在加热时，细煤粉的温升速度要比粗煤粉来得快。如图6—1所示。这样就可以更快地进行反应和吸收外界热量而达到着火。因此，对于难着火的低挥发分无烟煤，将煤粉磨的细些会加速它的着火过程。

（2）炉内散热条件

实践中为了稳定低挥发分的无烟煤或劣质烟煤的着火。除增加煤粉细度外，还在燃烧器区域用铬矿砂等耐火涂料将水冷壁遮蔽起来，构成所谓卫燃带。实践证明，敷设卫燃带是稳定低挥发分煤粉着火的有效措施。但卫燃带往往又是结渣的发源地，所以目前国内只是在燃用无烟煤时才敷设，通常布置在燃烧器区域的水冷壁上。

（3）煤粉气流的初温

煤粉空气气流的初温对着火有显著影响。一次风温愈高，着火热就愈小，着大速度就愈快．为此，实践中为了控制着火点，对于不同的煤种采用不同的一次风温，在燃用无烟煤、劣质煤和贫煤时，采用比较高的一次风温。

(4)一次风量和风速

由着火热的计算式可知，减少风粉混合物中一次风的数量，会使着火热显著降低。因而在同样的卷吸烟气量下，可将煤粉加热到更高的温度。加速着火过程。但是，一次风量过低时，会由于着火初期得不到足够的氧气而使反应速度减慢，阻碍着火的续续扩展。由此可知，一次风量有一个最佳值，一次风量的选择还要考虑制粉系统的要求，一次风率主要决定于燃煤种类和制粉系统型式。

除了一次风量之外，一次风煤粉气流的速度也对着火过程有一定影响。若一次风速过高，则通过气流单位截面积的流量将过大，这势必降低煤粉气流的加热程度，使着火推迟，着火距离加长，从而影响整个燃挠过程。但一次风速过低时，会引起燃烧器喷口过热烧坏，以及煤粉管道堵粉等故障。最适宜的一次风速与煤种、燃烧器型式及炉子种类有关。表6—3为固态排渣煤粉炉直流燃烧器的一、二次风速推荐值。

器的特性

着火从射流的边界传播到射流整个截面所需的时间与燃烧器的尺寸是密切相关的。燃烧器出口截面愈大，混合物着火结束时离开喷口距离就愈远，即火焰拉长了。从这—点来看，为了缩短整个煤粉气流着火时间。采用热功率较小的燃烧器代替大功率的燃烧器是合理的。因为小尺寸的燃烧器既增加了煤粉气流点燃的面积，同时也缩短了着火扩展到整个射流截面所需的时间。

在其它条件不变时，喷口的高宽比愈大，喷口周界也愈大．射流的外边界面也增加，因而卷吸周围烟气的能力增大，改善了煤粉气流的着火条件。

燃烧器在结构上应该避免一、二次风过早的混合。这种过早的混合将增大煤粉气流的着火热，从而使着火推迟。

（6）锅炉负荷

锅炉负荷降低时，送进锅炉的燃料量减少，水冷壁吸热量虽然也有所减少，但幅度不大，因此相对于每公斤燃料来说，水冷壁吸热量增加了，致使炉膛平均温度降低，当然燃烧器区域的温度也要降低，所以锅炉负荷降低对煤粉着火是不利的。当负荷低到一定程度时，就将危及着火的稳定性，甚至引起灭火，通常在没有其他措施的条件下，固态排渣煤粉炉只能在高于70％额定负荷下运行。本炉的最低稳燃负荷（不投油时），燃烧贫煤时为50％BMCR。

二、煤粉气流的燃烧

着火以后，就是煤粉粒子的强烈燃烧和焦碳粒子的燃烬阶段，对于细的煤粉粒子，燃烧主要在动力区和过渡区内进行。在燃烧中心，温度高达1500～1600℃，燃烧工况有可能接近扩散区，因此，火焰中煤粉燃烧的强化与温度，氧浓度以及煤粉在炉内的停留时间等因素有关，在燃烧中心燃烧放热量和温度都达最大值。而后由于反应物质浓度降低，燃烧反应放热减少，再加上水冷壁的吸热，温度就逐渐降低。因而焦碳粒子的燃烬是在温度、氧浓度和气流紊流扰动都下降的情况下进行的。所以焦碳的燃烬阶段占据了燃烧总时间的大部分和炉膛空间的大部分，特别是那些大颗粒煤粉。这就说明强化燃烬阶段是非常重要的，因为在很大程度上它决定了燃烧效率。

强化燃烬的主要手段是：

(1)保证煤粉细度和提高煤粉的均匀指数n，减少大颗粒煤粉的数量；

(2)改善火焰在炉内的充满程度，增加煤粉粒子在炉内的停留时间；

(3)选择适当的炉膛容积，保证煤粉在炉内停留的总时间；

(4)缩短着火时间，减少着火区的长度，以增加焦碳粒子的燃烬时间和空间；

(5)选择适当时一、二、三次风出口速度，这是建立正常炉内空气动力场和稳定燃烧过程所必须的。

w型火焰燃烧技术

本炉的设计燃煤是无烟煤和贫煤的混合煤。在某些情况下，还需单独燃烧无烟煤或贫煤，燃料的挥发分在6.04一14.95％之间，挥发分较低，尤其是在单独燃用无烟煤时。针对燃煤挥发分低的特点，锅炉在结构上应采取适当措施以保证煤粉着火和燃烧的稳定。

一、低挥发份煤的着火燃烧

1．

低挥发分煤着火和燃烧特性

煤粉燃烧时，煤的活性随其挥发分含量降低而减小，煤粉的可见着火，这就是说，这种着火只有在相当高的温度下，在颗粒表面发生的，煤粉燃烧时着火温度与挥发分的关系，虽然着火温度受煤析出可燃气体的影响，但是从加热至完全燃烬的整个反应时间，取决于生成焦碳颗粒的燃烧，高挥发分煤，由于快速脱气形成多孔焦碳颗粒，使燃烧在这些颗粒整个容积进行。低挥发分煤的组织结构却不一样，这种煤的燃烧几乎只能在某表面发生，因而反应速度很慢，鉴于低挥发分煤的这种特性，必须在制粉和燃烧技术上采用特别措施。

2．燃用低挥发分煤的技术措施

根据上述低挥发分煤的燃烧技术特点。制粉和燃烧设备必须符合下列要求。

（1）煤粉细度

低挥发分煤的燃绕，对煤粉细度有特殊的要求。对无烟煤来说，要求的煤粉细度R₉₀通常在10％左右，并且煤的不可燃成分 (A^y／和W^y )和燃烧室尺寸，也都影响到煤的煤粉细度要求。

(2)一次风粉混合物的煤粉浓度

低挥发分煤和无烟煤，一次风粉混合物煤粉浓度要求高。

（3）分级送风

相应于燃烧过程各个阶段的需要，尽可能在各个适当时期送入必要风量，以改善加热和着火条件。

(4)燃烧路程

由于低挥发分煤的反应惰性很大，为了使燃料完全燃烬，必须有足够的燃烧行程。

(5)着火区的炉膛温度和壁面温度

应当采用敷设卫燃带措施，尽量保护炉膛温度。但要注意灰的熔融特性，防止结渣。

(6)采用较高的一次风粉混合物温度。

(7)一次风粉出口速度要低。

二、W型火焰燃烧方式

1．W火焰燃烧技术

为使无烟煤稳定着火燃烧，应该注意尽量在着火区域保持高温，根据燃烧过程合理配风以及足够长的燃烧行程。因此，燃烧室顶部布置燃挠器的V型或W型燃烧，最符合这些要求。

W火焰固态排渣炉为FW（福斯特·惠勒)公司首创，脱胎自早期的U型燃烧炉，又称为“双U型”燃烧方式 。

W火焰炉室由下部的拱式着火炉室和上部的辐射炉室组成着火炉室的深度比辐射炉室大80～120％，前后突出部份的顶部构成拱体，喷嘴和二次风嘴从拱体向下喷出的煤粉气流着火后向下伸展，在炉膛下部与三次风相遇后沿圆弧转折向下再顺中心轴线上升而形成为W型火焰。燃烧生成物

气流进入辐射炉室。在炉拱区，水冷壁用耐火特料衬砌以形成有利的着火高温区。 W型炉膛结构及火焰燃烧机理如图6—6所示。

按Fw公司解释，W火焰燃烧过程分为三个阶段： (1)起始阶段 燃料在低扰动状态着火和初燃，空气以低速引进，以免影响着火点的形成，〔2)燃烧阶段。燃烧以二次风及三次风形式的空气强烈混合，急剧进行。（3）辐射阶段。燃烧生成物进入上炉室，除继续以低扰动状态使燃烧趋于完全外。对受热面进行辐射。

国外实践经验表明。w型火焰固态排渣锅炉能够稳燃6～20％挥发分的煤，甚至能燃用挥发分4％的无烟煤。此外， w型燃烧方式锅炉的炉膛容积大小和形状结构，卫燃带的数量和位置，燃烧器旋口风和下部炉漏风的相比比例，速度和位置等因素的微小差异都会对燃烧产生显著的影响。

2、w型燃烧器锅炉特点

w型燃烧锅炉的主要优点可归纳如下：

(1)煤粉由上而下流动，着火后向下伸展。随后煤粉燃烧而变轻，速度减慢，在离一次喷口数米处火焰开始折角向上流动，既不易产生煤粉分离现象，又获得了长的火焰燃烧行程，煤粒在炉膛停留时间也长，有利于无烟煤的燃烬。

（2）由于引燃区没有大量空气，避免了温度的明显下降，部分高温烟气回流至着火有利于迅速加热入炉燃料，提高着火稳定性。

（3）煤粉由上而下进入燃烧室，一次风率可低至5～15％，风速很低如15m/s，便于采用非扰动式燃烧器，而非扰动式燃烧器是低挥发分煤种燃烧所必须的。

（4）有利于提高一次风的煤粉浓度。无烟煤挥发分析出温度和着火温度都较高，而且初始阶段的燃烧速度缓慢，燃烬所需要的温度也较高，若能降低无烟煤的着火温度，使煤粉尽快着火，对其稳定燃烧和燃烬将大有好处。实践证明，提高煤粉浓度是降低煤粉着火温度的有效措施。煤粉浓度提高0.5～4倍，着火温度最多可降低100～200℃。因此，采用较高的一次风煤粉浓度，可大大改善无烟煤燃烧的稳定性。

（5）炉膛横截面布置较灵活。因为燃烧过程基本上在下炉膛高温区完成，这样上炉膛就主要冷却烟气用，其高度主要由炉膛出口烟气温度决定。

（6）宜于防止结焦。因为火焰射向与水冷壁平行，所以没有冲刷炉墙现象，也就不易结焦。

（7）因火焰不旋转，炉膛出口处烟气温度场和速度场较均匀，可以减少过热器和再热器的热力偏差使热力工况良好，有利于稳燃。

（8）可根据燃煤不同的挥发分含量调节一次风煤粉浓度、热风温度和煤粉细度，并改变一次风、二次风、三次风和乏气等风量的分配，因而有较大的煤粉适应性。

(9)二次风可根据无烟煤着火后开始燃烧和燃烬的各个不同阶段，沿火焰燃烧的行程逐步加入，达到分级送风的目的。但在着火区内不送入二次风，避免干扰着火。

(10)前后拱将引燃区及高温区屏蔽起来，负荷的变化对燃烧室温度影响不大，有利于稳燃及调峰。

（11）W型火焰可使烟气中的灰分在未达到受热面之前就分离掉一部分。

(12)采用旋风分离式燃烧器，可以提高一次风中煤粉浓度，降低气粉混合物进入炉膛的风速（一般控制在26～28m／s）。

W型燃烧方式锅炉的主要缺点是空气与煤粉后期混合较差，影响燃烬，由于炉膛下部断面约为水平燃烧方式锅炉的二倍，故火焰温度较低，为防止火焰温度降低而使可燃物损失增大。必须敷以耐火材料，以引起结焦，炉膛结构比较复杂而且尺寸较大，因而造价较高等。

三．2027t／h w型燃烧锅炉

本炉的W型燃烧方式与前面所谈到的有些不同之处是这个燃烧系统是由MBEL研制的。它已经在比利时、澳大利亚、朝鲜的最新式的燃烧低挥发分煤的锅炉上得到了成功的应用，它的成功在于，以最小量的一次风与煤粉一起进入炉内，加之使用了低速燃料喷嘴，使得煤粉粒的温度在从下炉膛中心出口处冒起的火球的辐射下能够达到无烟煤和低挥发分煤所需要的燃点；此外，燃料在与从周围孔口进入炉膛的助燃空气混合之前还将一部分来自于火球的燃烧产物重新带回到火焰中再度燃烧，在燃料温度达到燃点温度时，高速二次风气流由扩散逐渐与燃料混合，由二次风的高速气流诱导产生的冲力使得火焰能够完全贯彻下炉膛，并在其底部产生高程度的扰动。

这个燃烧系统的助燃空气主要由炉拱处煤粉燃烧器的两侧引入(二次风)。另外还有一部分空气从下炉膛前后炉壁的底部进入炉膛（三次风），其目的是为了使助燃空气的分布具有很大的灵活性。但是MBEL的经验表明，如果助燃空气的主体部分由炉拱处引入，而三次风仅用来防止与灰斗斜管接触的边缘火焰熄灭提供足量空气的话，就能获得最佳燃烧条件。

本炉为使煤粉稳定地着火燃烧，除采用W型火焰燃烧方式外，在设计上还采取了如下措施：

(1)采用了较高的一次风温

在燃烧设计煤种时，采用了较高的煤粉气流初温，以降低着火热量。燃料的低挥发分也允许煤粉有相对高的温度而不冒爆炸的风险，再且煤粉气流的初温随着机组负荷的降低而逐渐提高，使得在机组负荷降低，炉内火焰温度也相应降低时，保证煤粉气流也能适时着火。在BMCR条件下，煤粉气流初温为149.7℃，而在100％和50％汽轮机出力时，煤粉气流初温相应为154.2℃和182.0℃。

(2)选用了较低的一次风量和一次风速

为保证低挥发分煤粉气流的适时着火，在煤粉燃烧器之前加装了旋风子煤粉浓缩器，使一次风中的煤粉浓度增加，并采用了很低的一次风速，以降低着火热量，避免过大的扰动。

(3)采用直流缝隙式燃烧器也即喷口为矩形截面的直流燃烧器。只是长宽比较大而已。而在喷口截面积和初速不变的条件下，长宽比越大，喷口周界也越大，射流的外边界也增加，因而卷吸周围介质的能力增大，卷吸量增多，有利于煤粉的着火燃烧。

(4)燃烧区敷设卫燃带

在靠近燃烧器的燃烧区，即炉拱下侧和下部炉膛直到灰斗斜面高度处的垂直炉壁上均覆盖有耐火材料，构成卫燃带，以提高燃烧区域的温度水平，加速煤粉气流的着火。耐火砖长300mm，一管间宽，由中心处的螺栓螺母固定。见图6—9。这种耐火结构形式便于根据特定燃料的要求调整下炉膛内耐火材料的数量。还可以通过改变耐火砖的宽度来改变砖下管子的暴露表面积，以此实现对热传导的分级调节(主要指对流热量和辐射热量)。

（5)煤粉细度要求高

在燃烧设计特性煤时，磨煤机可以给出煤粉细度R₉₀=10%的煤粉。

直流煤粉燃烧器

煤粉和燃烧用空气通过燃烧器进入炉膛。炉膛中的空气动力场和燃烧工况主要是通过燃烧器的结构及其布置来组织的。因此，燃烧器的设计和运行是决定燃烧设备的经济性和可靠性的主要因素。

对燃绕器的基本要求是：

(1)组织良好的空气动力场，使煤粉气流能够及时着火，一、二次风混合适时适量，保证燃烧的稳定性和经济性。

（2）运行可靠，燃烧器不易烧坏、磨损；炉膛不发生灭火、放炮；气流不贴墙以避免结渣；炉内温度场及热负荷均匀。

(3)有较好的燃料适应性和负荷调节性。风速和风量能够根据负荷和煤种变化而准确调节。

（4）能使NO_X、SO_X及粉尘污染控制在允许范围内。

大多数无烟煤和贫煤燃烧器采用了一次风集中送入，二次风分级送入的配风方式。一次风集中布置的目的是推迟一、二次风的混合，提高在着火区域气流的煤粉温度，以利于着火稳定。二次风的分级送入也是根据燃烧过程发展的需要逐步加入二次风，可以有效地保持燃烧区域的温度水平，加快煤粉的燃烧速度。

直流燃烧器由一组矩形喷口组成。煤粉和空气分别由不同的喷口喷入炉膛。由于流过介质不同，可分为一次风口、二次风口和三次风口。本炉的一次风喷燃器布置在锅炉的前后墙炉拱上，每个炉拱上布置六组燃烧器，每组燃烧器包括二只主燃烧器和二只通风燃烧器（乏气燃烧器）

二次风流经各个一次风／燃料喷嘴两侧炉拱上的口进入炉膛。冷却空气从一次风／燃料喷嘴、二次风嘴、通风喷燃器喷嘴以及炉壁气孔周围导入。炉壁气孔沿喷燃器旋口墙孔外缘横跨整个燃烧器的宽度布置。其作用是防止煤粉气流贴壁而导致喷燃器下方的炉壁上有炉渣形成。

喷燃器为分离式，其内大约有50％的空气由旋风子分离器从煤粉中分离出来(图6—11)，并从通风燃烧器上面的一些孔上流出，煤粉和剩余的一次风气流主要从旋风子的底部流出，然后垂直向下流出燃烧器的主喷嘴。当煤种改变而导致挥发份变化时，可通过调节抽吸调节档板改变从旋风子上部抽出的风量，使得煤粉气流达到最佳着火条件。挥发份越低，从旋风子上部抽出的风量应越大。

本炉在前后炉拱上共设置了48只缝隙式燃烧器（48只主燃烧器和6启动油枪）。一次风喷口与二次风喷口间隔布置。一次风速为18m/s。二次风速为30~35m／s。三次风喷口布置在下炉膛前后炉壁的底部，一边布置六个三次风口。三次风率10~15%，助燃空气主要由炉拱处引入(二次风)。三次风仅用来为与灰斗斜管接触的边缘火焰提供足量空气以防其熄灭。

固态排渣煤粉炉

一、炉膛

煤粉炉内燃绕过程的进行不仅与燃烧器的结构及其布置有关，而且还决定于炉膛本身的结构特性。炉膛既是燃烧空间，又是锅炉的换热部件，因此它的结构应能保证燃料完全燃烧。同时又应使烟气在到达炉膛出口时被冷却到对流受热面不结渣的温度。所以炉膛的结构应能满足如下条件：

（1）有良好的炉内空气动力特性，避免火焰冲撞炉墙。这是保证炉膛水冷壁不结渣的重要条件。同时还应使火焰在炉膛中有较好的充满程度，减少炉内停滞旋涡区。

（2）炉膛空间内应能布置一定数量的受热面，将烟气温度降到允许的数值，保证炉膛出口及其后的受热面不结渣。

(3)有合适的热强度。

1、 炉膛的结构

本炉炉膛四周布满膜式水冷壁，冷灰斗由前后墙水冷壁弯曲而成，倾角为55°，以便灰渣自行下滑。炉拱下侧和下炉膛直到灰斗斜面高度处的垂直炉壁均被耐火材料覆盖，耐火材料为预制异形耐火砖。

2、炉膛热强度

(1)炉膛容积热强度

炉膛容积热强度是指单位时间单位炉膛容积内煤粉燃烧所释放出的热量。即：

q_v=BQ_d^y/V_L kw/m³

B一锅炉实际燃料耗量，kg/h。

Q_d^y—燃料应用基低位发热量，kj/kg。

V_L—炉膛容积，m³

炉膛容积热强度综合反映了煤粉通过炉膛的时间、炉内温度水平和炉膛尺寸的大小。q_v值过大，表示炉膛容积过小，每小时在每立方米的容积里烧过多的燃料，煤粉在炉内停留时间缩短，不易烧完，易产生不完全燃烧热损失。反之，q_v值过小，炉膛容积过大，炉内温度水平低，对燃烧不利，同时还增加了锅炉金属消耗量。

(2)炉膛断面热负荷

煤粉的燃烧除与炉膛容积热负荷有关之外，还与炉膛的形状有关，目前常采用炉膛断面热负荷来反映炉膛的形状，即：

q_F=BQ_d^y/F kw/m²

式中 F——炉膛截面面积．

q_F值增大时，炉膛形状从矮胖向瘦长变化。

(3)炉膛壁面热强度q^pj_l

炉膛壁面热强度表明炉壁辐射受热面的热流密度，用以计算锅炉水动力工况及判断管壁温度。按下式计算：

q^pj_l=BjQ_f/H kw/m²

式中 q^pj_l ——炉膛壁面平均热强度。kw/m²．

Bj ——计算燃料量。kg/h。

Q_f ——炉膛辐射换热量。kj/kg。

H 一一炉膛有效辐射受热面。m²．

二、结渣

煤粉炉的炉膛中，熔融的灰渣粘结在受热面上的现象称为结渣。

1、结渣的危害

(1)受热面结渣会使传热减弱，吸热量减少。为了保持锅炉的出力。只得送进更多的燃料和空气，因而降低了锅炉运行的经济性。

(2)炉膛结渣，使得炉膛出口烟温升高而引起过热器超温，为了维持汽温，运行中要限制锅炉负荷。

（3)燃烧器出口结焦，堵塞通路，直接影响气流的正常流动状态和炉内燃烧过程。

（4)由于结渣往往是不均匀的，因而水冷壁结渣会对自然循环锅炉的水循环安全性带来不利影响。

(5)炉膛上部积结的渣块掉落时，有可能砸坏冷灰斗的水冷壁管，甚至堵塞排渣口而使锅炉无法继续运行。

2、煤的结渣特性

影响锅炉受热面结渣的因素很多，如燃烧器和炉膛的结构、炉内温度水平、空气动力场工况和气温条件、受热面布置等。但最重要的是煤质条件。

通常认为结渣和煤灰的熔融性、硅比、碱酸比、硅铝比有关，大多利用这些特性来判断煤的结渣特性。

(I) 灰的熔融性

灰熔融性是以煤灰由固相转变为液相的三个特征温度——变形温度t₁、软化温度t₂和熔化温度t₃来表示。通常灰的软化温度作为衡量是否发生结渣的主要指标。如果灰熔点很高(如t₂＞1350℃)，管壁上积灰层和附近烟气的温度很难超过灰的软化温度。一般认为此时不会发生结渣。如果灰熔点较低〔t₂＜1200℃)，灰粒子很容易达到软化状态，就容易产生结渣。当然是否结渣还取决于炉内温度水平，如果运行中炉内温度水平较低，即使灰熔点较低，也不致引起严重结渣。

本锅炉设计燃用贫煤，软化温度为1450℃，一般不会发生结渣现象。

灰熔点是在实验室中测量而得到的，煤灰所经历的温度和时间过程与锅炉内燃烧的实际情况是有差别的。实际上只要灰中个别成分出现熔融，就有可能发展成结渣。因此，不能单单根据这三个温度来判定燃煤的结渣性，常遇到灰熔特性相似的煤种却有差别悬殊的结渣性。

〔2)灰的酸碱比

灰中碱性氧化物和酸性氧化物之比称为酸碱比。

J=（Fe₂O₃+ CaO+ MgO+ K₂O+Na₂O）/（SiO₂+ AI₂O₃+ SO₃）

就一般而言，酸性氧化物能够提高灰的熔点和粘度，而碱性氧化物在一定条件下可有助于降低熔点并使熔体变得稀薄。因此，利用J的大小也可估计一种煤的结渣倾向。对于固态排渣炉，J应尽可能低于0.5。

(3)硅比

硅比S_R的定义式如下；

S_R＝SiO₂/（SiO₂+Fe₂O₃+ CaO+ MgO）×100%

当SiO₂增加时，灰的粘度增加。较大的硅比意味着灰渣有较高的粘度。所以，当S_R＞72%时就不易结渣。

（4）硅铝比SiO₂/ AI₂O₃

AI₂O₃是难熔晶体，它起着阻碍熔体变形的支持性骨架作用，因而硅、铝都有增高灰熔点的作用，影响程度不同，并且当灰中硅的含量较多时（SiO₂/ AI₂O₃＞2.8），含硅的氧化物群和硅酸盐矿物群会与其它组分形成低熔点共熔体，这有助于溶解难熔的复合化合物，使灰熔点降低。一般认为SiO₂/ AI₂O₃＞1.7的煤为结渣性煤。

从上述四种不同的判定灰的结渣性指标来看，本炉燃用的煤种为难熔煤，不易结渣。因此，在运行时只要我们注意燃烧调整，保持火焰中心适当位置，保证风粉分配均匀，采用合适的过量空气系数避免产生还原性气体，就可避免结渣。

2027t/h锅炉的燃烧系统

燃烧系统的功能是从附近的储煤系统接收原煤，然后将一定的煤粉及一次风混合物送到锅炉喷燃器。

一、综述

直吹式制粉系统包括六个平行安排、独立运行的磨煤机，每台磨煤机配两台给煤机，每组制粉系统包括下列元件：

(a)原煤给煤机及斜槽；

(b)双入双出筒式磨煤机及两台分离器；

(c)两根一次风管，每根通过一个双向分离器分成两支；

(d)四台旋风分离器及八个喷燃器。

从给煤机入口到喷燃器，燃烧系统根据压力容器规定NFPA8503设计。

原煤经煤仓煤斗出口进入给煤机，每一给煤机入口装有电机驱动的关闭门及一个弹性膨胀联接，以允许煤仓出口与给煤机入口之间的不同膨胀。

煤槽将煤从给煤机出口输送至磨煤机的各个入口。煤槽上装有手动关闭门及一个膨胀联接以允许给煤机与磨煤机之间的不同膨胀。

水平筒式磨煤机两端装有进口箱与出口箱，箱上连有匹配器。磨煤机一端有装球管。

通过匹配器上的入口联管可以将煤及一次风送入磨煤机，通过出口联管可以将煤粉及空气混合物输送到分离器。

从分离器分离出来的尺寸超过标准的煤粉通过分离器回收管进入磨煤机煤/热风入口。在磨煤机的一端，加钢球系统连接到分离器的回收管上，以可将钢球加入磨煤机。

煤粉和空气通过煤粉管离开分离器，在离锅炉较近的地方进入垂直布置的两只分离器，每只分离器煤粉管出来的煤粉进入单独的旋风子与喷燃器。与一组给煤机＼磨煤机相联的8个喷燃器按锅炉的中心线对称安排。

喷燃器的布置可以使每组喷燃器提供最大的相互支持并使燃烧空气的控制得到简化。

一次热风用来在磨煤机内部干燥煤并将煤粉输送到喷燃器。

位于送风机下游的一次风机提供的一次风在空气预热器中得到加热。

二次风送至下列设备：

1、位于炉膛拱部喷燃器喷咀两侧的二次风喷咀；

2、位于喷燃器喷咀下面炉膛下部前后墙的三次风入口；

3、炉底注入热风

大约60％的一次风在旋风子中与煤粉分离开进入乏气孔。出现在旋风子底部的主要的煤粉与剩余空气垂直进入喷燃器喷咀。缝隙式喷燃器的主要运行方式是煤粉及小部分一次风在两侧平行高速喷射的二次风之间低速输入，二次风垂直喷入，没有人为干扰，这样就使得煤粉通过最高温度的一次燃烧区的时间最大，可以帮助煤粉在进入二次风之前脱去挥发分，二次风的冲力将火焰带入炉膛深处。

二次燃烧区提供了高温滞留时间，燃烧空气充足，使得煤粉的燃烧达到最大可能的程度。炉膛低部的形状可以使高温烟气重新进入火焰的根部。

煤的低挥发性可以使煤粉温度较高而没有爆炸的危险。煤粉管耦合器的设计可以承受最高温度为200℃。

30％的燃烧空气作为三次风通过前后墙炉拱下开孔进入炉膛。

燃烧系统的设计是使得燃烧空气的分配具有最大的弹性，以使燃烧达到最佳。

二次风和三次风设有单独的控制和计量，这样就可以将燃烧空气与制粉系统的出力同比例进行调节。

炉膛下部到渣斗斜坡由耐火砖覆盖，耐火砖由隐蔽卡件附着在水冷壁隔板上，这种结构可以使耐火砖的维修最方便，并消除了大量使用螺栓联接压力部件的必要。

磨煤机的设计出力为：在所有磨煤机都投入运行的情况下，可以满足锅炉最大连续出力用煤需求的120％。燃烧设计煤种在锅炉处于最大连续运行状态时，磨煤机的设计是使得90％的煤粉可以通过200筛子。磨煤机也能够满足校核煤种在锅炉最大连续出力的要求，最少85％的煤粉可以通过200筛子。

燃烧系统可以燃烧含有规定范围水分的设计煤种及校核煤种。

二、喷燃器

喷燃器系统的设计为下喷式，包括48个喷燃器，均匀分布在炉膛拱部的前后墙上。

每台磨对应4个旋风子8个喷燃器， 风粉混合物通过煤粉管系统从垂直罐的平行部分的顶部切向进入每个旋风子。大约60％的一次风通过罐顶部的风管分离出旋风子，风管将这部分一次风通过安装在炉膛拱部的两个相邻的喷咀进入炉膛。剩余的风粉混合物从旋风子底部通过出口管送入2个喷燃器喷咀，其两侧伴有二次风喷咀。每个喷燃器组包括两个油喷咀及其点火单元。

三、运行方式

根据燃烧控制系统的要求，一次风挡板的调整可用来控制一次风进入磨煤机的流量。每台磨煤机的空气流量从安装在同一出口的一次风元件的压力差来测量。压力差是温度补偿的，作为磨煤机入口一次风挡板控制环的反馈信号。一次风流量信号也传输给磨煤机旁路挡板，挡板与一次风流量一起调节从磨煤机吸取的煤粉量。

磨煤机内的煤位由磨煤机自动控制系统电子耳监测，它可以调节给煤机的速度以控制向磨煤机供煤的速度。每台给煤机上安装的重量计可提提供向磨煤机输送的煤的重量。

为了控制煤粉/一次风出口的温度，测量的磨煤机出口温度与相当于磨煤机工作上限的设定值相比。如果出口温度接近设定值，调温风空气挡板就打开以维持适当的出口温度。

四、技术说明

燃烧系统的元件根据国家消防协会(美国)NFPA8503-煤粉系统-1992压力容器的规定设计。

1、煤仓下煤挡板 类型板式结构由碳钢板组装，电机驱动电机功率TBA KW2给煤机 类型重力带结构由碳钢制造，电机及螺旋离合器驱动安装有重量计及微处理器电机功率TBA 3磨煤机 类型筒式结构碳钢板外壳，端盖由铸钢制造，外壳与端盖装有内衬。轴承为自动对中巴氏合金插件轴承。轴承润滑润滑系统包括油缸、高低压泵、温度压力显示器、加热器、筛网、冷油器/控制及其它相关辅助设备。所有元件安装在一个共同的基础托架上。启动高压泵抬起磨煤机使之浮在油膜上，减小启动力矩。低压泵在正常运行时润滑轴承。加钢球系统包括安装在给煤机底板上的漏斗、将漏斗连接到磨煤机入口的槽。在漏斗与磨煤机之间有阀门将磨煤机与漏斗隔离。驱动单元由电机通过齿轮、传动装置及末级齿轴/齿轮驱动电机功率1400 KW(电机轴)给煤/输粉安排原煤及一次风混合物通过位于磨煤机两端的给煤/输粉出口箱将煤输入磨煤机。风粉混合物通过同样的给煤/输粉出口箱将煤粉送出。给煤/输粉出口箱由碳钢板制造，磨煤机轴颈安装在给煤/输粉出口箱上。密封空气比磨煤机入口压力高的密封空气由密封空气系统提供，将磨煤机轴颈处的旋转外壳与静态的给煤/输粉出口箱之间密封。密封空气系统由单独的报告描述。隔音罩磨煤机的旋转部分围在隔音罩内，碳钢结构，隔音板可以移动。4、煤粉分离器 类型双锥体静态分离器，具有可调入口导流叶片结构每一分离器包括内外锥体，它们之间是可调叶片，也包括筛选材料返还系统以将分离出来的煤粉返回磨煤机。由碳钢板制造。5煤粉管 类型巴布科克标准直管由碳钢管制造，在磨煤机六角入口附近安装有气动隔离阀及防摩支座，在喷燃器附近安装有逆止阀。弯管由碳钢制造，玄武材料或同类防摩材料内衬，沿弯管下游继续延伸一段等于管直径1.5倍长度的距离。文丘里/分离器由碳钢制造，具有防摩内衬支架可变弹簧及恒重弹簧、连杆作为限制管道的支架，耦合将用来吸收磨煤机与锅炉外壳之间的运动差异。6喷燃器 类型Vikama喷燃器，具有旋风子结构旋风子包括碳钢制造的壳体、加厚的垂直表面直到入口涡杆、碳钢乏气出口管。旋风子用螺栓接在槽式喷燃器(耐热碳钢制造)的主排粉管上。旋风子主排粉管与喷燃器喷咀之间的多孔部分由防摩材料制造。7 、风管进入磨煤机的一次热风管由碳钢制造，安装有膨胀联接。磨煤机入口的原煤与一次热风的管道由不锈碳钢制造。从磨煤机出口到分离器入口的煤粉管由碳钢制造。必要的地方安装膨胀联接。