锅炉燃烧原理

锅 炉 燃 烧 原 理

副标题：如何提高锅炉燃烧效率

一、基本概念

1.1.自由射流

流体经小孔、缝隙或管子等的引导，射入较大流体空间的流动现象，如烟气经烟囱排入大气就是射流。射流进入静止的与之互溶的流体中，这种射流称为自由射流，是射流最简单的情况。自由射流遵守动量守恒原理。

1.2.配风

燃烧设计。早期手烧炉的固定炉排到工业锅炉链条炉排是一次飞跃，它减少人工体力劳动。悬浮燃烧是燃烧设计的又一次革命，它摆脱了链条炉排较大煤块的原煤燃烧面积不足以及氧分子扩散速度慢的问题，燃烧强度大幅度提高。悬浮燃烧主要种类有煤粉悬浮燃烧、油气悬浮燃烧、沸腾炉或流化床锅炉悬浮燃烧。煤粉悬浮燃烧是工业锅炉和电力锅炉主要燃烧方式。按燃烧器出口气流的特性，出口气流为直接射流的称为直流燃烧器，出口气流含有旋转射流的称为旋流燃烧器。也有按火焰种类分的，如两侧墙交叉射流W型火焰，旋转切圆火焰，对冲式火焰三种等。

逆时针旋转切圆悬浮燃烧是国内多数工业和电力锅炉的燃烧方式。直流燃烧器配风（指二次风热空气，370℃左右），有均等配风、分级配风和特殊配风等方式。

所谓均等配风，是从上到下，每个角的一次风粉相间布臵入二次风，这种布臵方法适合早期燃烧速度较快的煤种如烟煤褐煤，它的优点是早期补充氧气的速度快。分级配风是每个角的一次风粉口集中布臵在一起，下二次风布臵在下面，中上二次热风布臵在上面，这种布臵方法适合早期燃烧速度慢的煤种，如无烟煤和贫煤，它的优点是早期空气量少，燃烧区温度高。

1

1.3.下图为某一角煤粉燃烧配风垂直面示意图：

我厂为贫煤和无烟煤的集中配风方式，二个一次风粉集中布臵在一起。一次风携带煤粉，二次风为热空气提供燃烧所需要的氧气。

2

二、锅炉煤粉燃烧原理

2.1、煤粉燃烧空气动力场示意图，以下是煤粉锅炉典型直流

燃烧假想切圆示意图

逆时针的龙卷风，中心风速为0，四边风速为0。

原煤中含有约有15-30%的不能燃烧的灰分、盐类杂质。这些灰分中，夹带没有燃烧的煤量越小，煤燃烧效率越高。煤粉锅炉飞灰可燃物含量一般在1-8%左右。设计有问题的锅炉，飞灰可燃物含量最差可达Cfh 20%，按原煤Qar 20500kJ/kg ，Aar 25%灰分，αfh 90%飞灰计算qfh=328.66×Aar×αfh×Cfh/(100- Cfh)×Qar.net，仅飞灰可燃物中热损失可达9.02%。炉渣含二部分，一是锅炉结大块红渣含碳量约2%左右，二是没有燃烧完全的直接落入冷灰斗内的原煤含碳量约20-35%左右。炉渣可燃物含量大小取决于锅炉原煤以及测试、设计人员对燃烧过程和燃烧原理的理解程度，也影响锅炉燃烧器的燃烧方式的设计和布臵。

2.2、燃烧基本原理

2.2.1风量配比

3

示例：以下为单套制粉系统运行时的风量比，总风量12.5万Nm3/h。 一次风量：占总风量的20%。每个一次风量约占2.5%，共8个，单个风量3125Nm3/h热态约7417m3/h(测点处温度按375℃计)，一次风管按内径300计，风速29.15m/s。锅炉运行时要求：一次风热态风速控制在18-22 m/s，不小于15 m/s，防止一次风管被煤粉堵塞。

二次风量：占总风量的65%。每个二次风量约占5.4%，共12个，单个风量6750Nm3/h热态约16022m3/h(测点处温度按375℃计)。

二次风量：占总风量的15%。每个三次风量约占7.5%，共2个单个风量9375Nm3/h热态约11950m3/h(测点处温度按75℃计)。

2.2.2直流燃烧器切圆基本要求

国内电站煤粉锅炉燃烧器布臵约60%以上炉膛为正(长)方形，燃烧器四角布臵，逆时针假想切圆燃烧。燃烧假想切圆，煤粉在炉膛燃烧象逆时针的龙卷风，最大空气速度场在几何正中心到炉墙壁的一半处，其中靠近炉墙水冷壁空气速度为0，炉膛几何正中心的空气速度也为0。

冷态(20℃)空气动力场试验时，在上中二次风处的最大速度场风速一般在3.0～3.5m/s(热态1400℃时，20m/s)，垂直面从上到下即中上二次风平面、一次风平面到下二次风平面以下最大速度场风速从3.5减少到0m/s，即热态最大速度场从上到下风速从约20 m/s下降到0m/s。

我们从煤粉锅炉典型直流燃烧假想切圆示意图可以看到，理想状态下一次风煤粉出燃烧器到炉膛几何正中心，浓侧向火的煤粉和一次风已经卷入最大速度场中，因此没有煤粉和一次风进入炉膛正中心无风区。即一次风煤粉出煤粉燃烧器后速度迅速衰减溶入龙卷风中。但事实常常并不是这样的。

在此，我们粗略假定，在炉膛内，煤粉的一次风和二次风燃烧射流，也是遵守动量守衡基本原理的。

要达到理想的燃烧状态，首先是风粉混合要好，氧气扩散的速度能符合煤粉在0.2秒内燃烧失重95%的要求。另一个基本要求是，燃烧经过的距离适当延长，尾部燃烧要较强飞灰含碳量要小，这和燃烧假想切圆直径有关，假想直径越大飞灰越小。上述二个基本要求，设计较好的煤粉直流假想切圆燃烧，基本上能够符合要求，有时还会存在飞灰含碳量较高的问题。第三个基本要求是，一次风携带的煤粉不能进行炉膛正中心无风区，否则，较粗的煤粉会直接下落，没有完全燃烧落入冷灰斗中被水冲走。直流燃烧器设计恰恰是第三个基本要求，严重不能达标。由于一次风量较大，按动量守恒原理，部分速度分量不能被上一邻角来的二次风速度分量消除，因此有部分一次风粉进入炉膛正中心无风区。参见下图。

一次风进入炉膛后，如下图可以分解成向Y和向X的基本速度分量，如果要一

4

次风和煤粉不进入无风区，必须使向Y的速度分量在最大速度场符近下降到零。从上面我们知道，一次风量单个风量3125Nm3/h热态约7417m3/h(测点处温度按375℃计)，一次风管按内径300计，风速29.15m/s，因此向Y的速度分量

20.4米/秒，我们知道，来自邻角的下二次风平面热态风速不会超过6米/秒(最大处的上二次风平面，风速约20米/秒)，因此从动量守恒原理来看，如果要煤粉不进入无风区，邻角来的下二次风量及射流卷吸的风量应为本角一次风量的3.4倍以上。此处仍有一个假定问题，即下二次风一次风向上出炉膛风速假定问题，此处假定邻角一次风已经离开本角一次风平面，而邻角下二次风上升后的风速正处于本角一次风平面上。按设计参数，下二次风量仅为一次风量的2.16倍应能满足防止邻角一次风进入炉膛正中心无风区要求。但是，实际运行时并不是这样，仍有部分煤粉进入炉膛正中心无风区。

2015年某厂大块“炉渣”和炉渣与煤灰“渣灰混合样”可燃物含量表。随机取样，代表性一般。

日期 2月15日 3月3日 3月14

样本 炉渣 炉渣 渣灰 1#炉 2.41 3.00 11.2#炉 1.10 1.41 5.49 3#炉 1.28 11.79 11.09 5

4#炉 2.28 2.60 8.63

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hmkd.html