四角切圓煤粉鍋爐燃燒器設計方法一、前言燃燒器是鍋爐機組的重要組成部分，是合理組織燃燒、提高燃料利用率所必須的裝置。燃燒器性能設計的優劣直接關系到電廠運行的安全性和經濟性。因在鍋爐燃燒過程中產生的氮氧化物（NOx）對人體健康有害，嚴重污染環境，故燃燒設備的設計應同時考慮如何減少NOx的排放，滿足業主及國家環保標準的要求。二、煤的認識在我國,電站鍋爐用燃料主要是煤,但煤的種類繁多,從高水分褐煤、高灰份劣質煙煤、煙煤到低揮發份的貧煤和極低揮發份的無煙煤都有使用。所以在進行燃燒器設計之前，首先要對鍋爐燃用煤種進行分析，同時盡可能了解燃用相同或類似煤種鍋爐的運行情況，從而對燃用煤種的特性有一個比較全面的認識。1、煤的化學成份及其性質煤由可燃質、灰份(A)及水份(M)組成。其可燃質中主要化學元素為碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）；灰的主要成份為各種礦物質，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2等。（1） 碳（C）碳是煤中的主要可燃物質，以各種碳氫化合物和碳氧化合物的狀態存在，含量在煤種所占比例約為5090。埋藏年代越久的煤，其碳化程度越深，含碳量也越高，而氫、氧、氮等的含量則減少。如無煙煤的埋藏年代最久，含碳量可達90以上；而褐煤的埋藏年代最短，含碳量為5070。通常，含碳量愈多，發熱量愈高。 碳在完全燃燒時生成二氧化碳（CO2），每千克純碳可放出32860KJ的熱量；碳在不完全燃燒時生成二氧化碳（CO），每千克純碳僅放出9270KJ的熱量。 由于純碳的著火與燃燼都較困難，因此，含碳量高的煤難以著火、燃燼。（2） 氫（H）氫也是煤中的可燃成份，含量約在210%范圍內，多以碳氫化合物狀態存在，水份中的氫不計入氫的含量。氫的發熱量最高，每千克氫完全燃燒可以放出120370KJ的熱量，約為碳發熱量的3.7倍。氫存在于揮發份氣體中，碳化程度越深，氫的含量越少，煤也愈難著火燃燒。另外，含氫量高的煤在儲存時易于風化，含氫量將逐漸減少。（3） 氧（O）和氮（N） 氧和氮都是煤中的不可燃元素，列入可燃質是不確切的，因此氧氮元素的存在會使煤的發熱量降低。煤中的氧隨碳化程度加深而減少，煤種不同含量變化很大，含量少的只有12%(如無煙煤),多的可達40左右（如泥煤）。氮則是有害元素，煤中氮的含量一般很少，約為0.52.5%。在煤的燃燒過程中，氮的一部分會與氧化合生成NOx，排入大氣后會造成環境污染。（4） 硫（S）硫在煤中以三種形態存在，即有機硫、黃鐵礦硫和硫酸鹽硫。前兩種參與燃燒，放出少量的熱，每千克可燃硫的發熱量僅為9100KJ，第三種不參與燃燒。硫也是有害元素，燃燒后生成的SO2和少量SO3，排入大氣后也會造成環境污染。不僅如此，SO3還會使露點大大升高，同時SO2和SO3能溶解于水中變成H2SO3（亞硫酸）和H2SO4（硫酸）,會造成鍋爐低溫受熱面（如空氣預熱器）堵灰和金屬腐蝕（即低溫腐蝕）。另外硫的燃燒產物H2S（硫化氫）會對鍋爐水冷壁產生高溫腐蝕（生成硫化鐵和氧化鐵），存在于過熱器和再熱器結灰層中的復合硫酸鹽（Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3）會對過熱器和再熱器產生高溫腐蝕。我國大部分動力用煤含硫量一般在0.32，有的高達35。對含硫量超過2%的煤種，在設計鍋爐時應采取必要的措施減輕或防止受熱面的腐蝕。（5） 灰份（A）灰份是煤中的不可燃的礦物在燃燒后的生成物，其主要成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2等，前兩種成份在煤的灰渣中所占比例很大。灰份是不可燃雜質，既影響煤的發熱量，又影響煤的著火與穩燃。此外灰份多的煤將為鍋爐設計和運行帶來困難，增加了鍋爐受熱面積灰、磨損、結渣和腐蝕的可能性。灰份的含量在各種煤中變化很大，少的只有45，多的可達6070。煤在燃燒后余下的灰成份與原煤中的礦物質不完全相同，因為在燃燒過程中有脫水、分解等變化。煤灰的熔融性是煤非常重要的特性指標，該特性指標與灰成份有關。灰熔融性常用四個特征溫度表示，即變形溫度（DT）、軟化溫度（ST）、半球溫度（HT）、流動溫度（FT）。如果灰溫度處于DTFT溫度狀態，粘在受熱面上就會堆積冷卻成渣塊，稱為結渣。結渣后的受熱面吸熱量減少，從而使爐溫升高，爐溫升高又使結渣更為嚴重。結渣影響鍋爐的效率，嚴重時還影響鍋爐出力和運行安全。FTST100，稱為短渣；FTST100，稱為長渣。對于燃用ST1200的低灰熔點煤時，鍋爐熱力特征參數的選取和燃燒器的設計要特別注意防止結渣。（6） 水份（M）水份也是煤中的不可燃成份，以三種不同的形態存在，即外在水份（煤在開采、運輸、儲存和洗選過程中帶進的水份）、內在水份（吸附和凝聚在煤塊內部毛細孔中的水份）和結晶水份（存在于煤的礦物質中的結晶水）。外在水份易于蒸發，變化很大；內在水份不易蒸發，在一定溫度下（105110）可以風干；結晶水份需在200以上才能析出，通常工業分析時不予測定。含水份大的煤發熱量低，不易著火，而且在燃燒過程中水份的汽化要吸收熱量，降低爐膛溫度；排煙中水份高使鍋爐效率降低，還易在尾部受熱面產生堵灰和低溫腐蝕；煤中水份含量大還會使制粉設備制粉困難，需要高溫空氣或煙氣進行干燥；煤粉水份高也容易導致輸煤管堵塞，不便輸送。各種煤的含水量變化很大，低的（如無煙煤）約29，高的（如褐煤）達4060%。2、煤的組成基及其換算 我們已經知道煤的組成成份為碳、氫、氧、氮、硫及灰份和水份，其含量是用質量百分數來表示的。但是，由于水份與灰份往往容易隨外界條件的變化而變動，各種成份的質量百分數也隨之改變，就不能明確地表示它們的含量。因此需要定出幾種基準，表示在不同狀態下各組成成份的含量，以便于應用和分類。（1） 常用的四種基準a.收到基（aras received）:表示進入鍋爐房的爐前煤，即實際燃用的煤成份。它是將包括全部水份和灰份在內的煤的各種成份之和當作100，用下標“ar”表示。其表達式為 Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mt = 100% 在進行煤的燃燒計算和熱力計算時均采用收到基（ar）。 b.空氣干燥基(ad-air dry):表示在實驗室經過自然干燥，去掉外在水份的煤的成份。它是將去掉外在水份后其余成份之和當作100，用下標“ad”表示，其表達式為Cad + Had + Oad + Nad+ Sad + Aad + Mad = 100% 空氣干燥基常在實驗室內作煤的分析時采用。 c.干燥基（ddry）:表示去掉全部水份的煤的成份。它是將除去水份外的煤的各種成份之和當作100，用下標“d”表示，其表達式為Cd + Hd + Od + Nd+ Sd + Ad = 100% 干燥基成份不受水份的影響，常用以表示灰份的含量。 d.干燥無灰基（dafdry ash free）:表示去掉全部水份和灰份的煤的成份。它是將全部水份和灰份兩種含量不穩定的成份去掉，其余的組成成份之和當作100，用下標“daf”表示，其表達式為 Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf+ Sdaf = 100% 干燥無灰基組成不受水份、灰份變化的影響，可以比較準確地表示出煤的實質。常用它來表示揮發份的含量。煤的揮發份是煤在加熱過程中分解出來的氣態物質，其主要組成元素為碳、氫、氧，主要組成氣體為氫氣、各類碳氫化合物、一氧化碳，以及少量的二氧化碳、水蒸汽、氮氣等惰性氣體。揮發份受熱很容易達到著火溫度而燃燒，因此揮發份的干燥無灰基含量常常用來判別煤種及其屬性。（2） 四種基準的換算煤的各種基準之間存在著一定的關系，可以互相換算。因為煤的各種基準通常用以表示不同的組成成份，故各種基準之間的換算是經常要進行的。表1 煤的基質換算系數 已知煤的基質待求的煤的基質收到基ar空氣干燥基ad干燥基d干燥無灰基daf收到基ar1100-Mad 100-Mar100 100-Mar100100-Mar-Aar空氣干燥基ad100-Mar100-Mad1100100-Mad100100-Mad-Aad干燥基d100-Mar100100-Mad1001100100-Ad干燥無灰基daf100-Mar-Aar100100-Mad-Aad100100-Ad1001注：表中M、A為煤的水份和灰份，其下角標表示在不同的基準下（3） 煤的工業分析煤的工業分析是一種實用性的技術分析，方法比較簡便，不一定需要專門的實驗室，應用廣泛。它只測定煤中所含水份（M）、灰份（A）、揮發份（V）和計算固定碳（FC）成份，以及煤的發熱量（Q）等。有時還測定煤灰的熔融性、剩余焦炭特征及可磨性等。這種分析適用于發電廠等運行單位對煤質的日常監督。在工業分析中將4項成份，即水份（Mad）、揮發份（Vad）、固定碳（FCad）與灰份（Aad）之和表示為100%，其表達式如下 Mad Vad FCad Aad 100 同理，煤的工業分析也可由收到基、干燥基和干燥無灰基表示如下： 收到基 Mar Var FCar Aar 100 干燥基 Vd FCd Ad 100干燥無灰基 Vdaf FCdaf 1003、煤的分類 我國電廠鍋爐用煤的分類主要是根據煤的揮發份多少來確定，并參考煤的水份和灰份的含量。這是一種粗略的分類方法，它把煤分成無煙煤、煙煤（包括貧煤和劣質煙煤）、褐煤和泥煤四類。而在我們煤粉鍋爐設計中，常將燃用的煤種分成如下四類：（1） 無煙煤:Vdaf含量10%。無煙煤著火穩燃困難，不易燃燼。前面已敘述過，無煙煤的煤齡最長，碳化程度深，含碳量高，水份、灰份含量不多，發熱量高，約為2500032500KJ/Kg。（2） 貧煤：Vdaf含量約為1020。貧煤著火穩燃、燃燼比較困難。Vdaf低于15的貧煤通常和無煙煤一起被稱為低揮發份煤。（3） 煙煤：Vdaf含量約為2045。煙煤一般含碳量也比較高，著火穩燃、燃燼比較容易。也有一些含灰量與含水量比較多的煙煤，被成為劣質煙煤。它的發熱量比較低，灰份達4050。故著火穩燃也比較困難。（4） 褐煤：Vdaf含量約為4050，Mt約為2050，Aar高的可達4050%。褐煤的煤齡較短，碳化程度也較淺，含碳量較低。因其水份、灰份含量比較高，所以發熱量較低，但因其揮發份含量高，很易著火燃燒。 4、煤質特性分析方法在進行鍋爐和燃燒器設計之前，我們首先要了解燃用煤質的特性。專門對燃煤進行非常規的試驗，如煤粉空氣混合物射流著火溫度IT；煤的熱重分析即熱天平；結渣特性和燃盡特性測試（一維火焰爐法），可以比較準確地了解燃用煤質的特性。如果沒有上述試驗資料時，一般采用指數法的經驗公式進行判斷。指數法是普華煤燃燒技術開發中心、西安熱工研究院等單位，在調研和總結了國內近70臺電站鍋爐的設計和運行性能的基礎上，并根據燃煤在專門試驗設備上進行一系列的試驗研究結果，總結出了一套根據燃料的性能指數對燃煤的著火穩定性、燃盡性、結渣性、灰的粘污性及磨損性進行判斷的方法，具有很高的可信度。（1） 著火穩定性指數RwRW3.59 + 0.054 VdafRW4.02 為極難著火煤種4.02RW4.67 為難著火煤種4.67RW5.00 為中等著火煤種5.00RW5.59 為易著火煤種RW5.59 為極易著火煤種（2） 燃燼特性指數RJRJ1.22 + 0.11 VdafRJ2.5 為極難燃燼煤種2.5RJ3.0 為難燃燼煤種3.0RJ4.4 為中等燃燼煤種4.4RJ5.29 為易燃燼煤種RJ5.29 為極易燃燼煤種（3） 結渣特性指數RZ表2 各種結渣傾向判別指數的判別界線和準確率 判別指數結渣傾向ST（）B/AGSiO2/Al2O3綜合判別指數RZ輕微13900.20678.81.87RZ1.5輕微中等139012600.2060.478.866.11.872.651.5RZ1.75 中偏輕1.75RZ2.25 中等2.25RZ2.5 中偏重嚴重12600.466.12.65RZ2.5嚴重準確率8369676190權值0.300.240.240.221其中B/A、G、RZ的計算公式如下B/A=(CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2)G=100xSiO2/(SiO2+Fe2O3+CaO+MgO)RZ=1.24(B/A)+0.28(SiO2/Al2O3)-0.0023ST-0.019G+5.42（4） 煤灰的沾污特性指數HWHW（Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O）Na2O/(SiO2+Al2O3+TiO2)HW0.2 為沾污傾向輕微0.2HW0.5 為沾污傾向中等0.5HW1.0 為沾污傾向容易HW1.0 為沾污傾向嚴重（5） 煤灰的磨損特性指數Hm HWAar(SiO2+0.8Fe2O3+1.35Al2O3)/100HW10 為磨損傾向輕微10HW20 為磨損傾向中等HW20 為磨損傾向嚴重三、制粉系統類型的選擇和計算 在進行鍋爐和燃燒器設計之前，我們除了要了解燃用煤質的特性外，還必須確定制粉系統的類型以及進行煤粉制備計算。1、磨煤機及制粉系統的選擇在我國制粉系統的類型一般由業主和設計院確定，制粉系統的選擇主要依據燃用煤種的特性，結合鍋爐爐膛和燃燒器結構，并考慮投資、電廠檢修運行水平、設備的配套、燃煤的來源及煤種雜物等諸因素，以達到磨煤機、制粉系統和燃燒裝置匹配合理，保證機組的安全、經濟運行。下表是火力發電制粉系統設計計算技術規定DL/T5145-2002推薦的不同煤質條件下的磨煤機及制粉系統類型表3 磨煤機及制粉系統的選擇煤種煤特性參數磨煤機及制粉系統機組容量Vdaf%IT燃料著火性KeMadR90熱風溫度無煙煤10900極難燃不限155400鋼球磨儲倉式熱風送粉不限800900難燃不球磨儲倉式熱風送粉或雙進雙出磨直吹不限貧煤1020800900難燃不球磨儲倉式熱風送粉或雙進雙出磨直吹不限700800中等可燃5.01510340380雙進雙出磨直吹不限700800中等可燃5.01510340380中速磨直吹不限煙煤2037700800中等可燃-1510340380中速磨或雙進雙出磨直吹不限600700易燃5.0151015300340中速磨直吹不限600700易燃5.0151015300340雙進雙出磨直吹不限600極易燃5.0151520260300中速磨直吹50MW以下600極易燃1.51520260300風扇磨熱風干燥直吹不限褐煤37600極易燃5.0153035260300中速磨直吹不限600極易燃3.5154555260300三介質或兩介質風扇磨熱風干燥直吹不限2、磨煤機的臺數、出力及型號的確定（1） 一般情況下，每臺鍋爐至少應配置兩臺磨煤機。當一臺檢修時，另一臺還可維持鍋爐繼續運行。（2） 機組容量為200MW以下時，每臺鍋爐配置的中速或風扇磨煤機宜不少于3臺，其中1臺備用。（3） 機組容量為200MW及以上時,每臺鍋爐配置的中速磨煤機宜不少于4臺，風扇磨宜不少于3臺，其中1臺備用。（4） 當配置的風扇磨煤機為6臺及以上時，其中可設2臺備用（檢修備用和運行備用）。（5） 當采用鋼球磨煤機或雙進雙出鋼球磨煤機時，一般不設備用磨煤機。（6） 磨煤機的計算出力應有備用裕量，對中、高速磨煤機，在磨制設計煤種時除備用外的磨煤機總出力應不小于鍋爐最大連續蒸發量時燃煤消耗量的110；在磨制校核煤種時，全部磨煤機在檢修前的總出力應不小于鍋爐最大連續蒸發量時燃煤消耗量。（7） 對雙進雙出鋼球磨煤機，磨煤機計算總出力在磨制設計煤種時應不小于鍋爐最大連續蒸發量時燃煤消耗量的115；在磨制校核煤種時，應不小于鍋爐最大連續蒸發量時燃煤消耗量；并應驗算當其中一臺磨煤機單側運行時，磨煤機的連續總出力宜滿足汽輪機額定工況時的要求。（8） 對鋼球磨煤機，磨煤機計算總出力（大型磨煤機在最佳鋼球裝載量下）按設計煤種不應小于鍋爐最大連續蒸發量時燃煤消耗量的115，按校核煤種亦應不小于鍋爐最大連續蒸發量時燃煤消耗量。當一臺磨煤機停止運行時，其余磨煤機按設計煤種的計算出力應能滿足鍋爐不投油情況下安全穩定運行的要求，必要時可經輸煤機由鄰爐來粉。（9） 當計算磨煤機的出力時，對中速磨和風扇磨按磨損中后期出力考慮；對雙進雙出鋼球磨和鋼球磨宜按制造廠推薦的鋼球裝載量考慮。（10） 根據以上幾點，在滿足出力要求的情況下，選取適當的磨煤機型號。 3、煤粉管道風粉偏差要求 同層燃燒器各一次風管之間的煤粉和空氣應均勻分配，各并列管道之間的風量偏差不大于5，煤粉量偏差不大于下述數值：儲倉式系統8，中速磨煤機直吹式系統10%。但是在實際運行中，上述要求往往難以達到。一方面設計院在進行煤粉管道設計時，磨煤機出口縮孔門后的煤粉管道的直段不滿足測量要求，也沒有設計測量孔，即使有，但測量孔處無測量平臺，現場人員無法進行測量；另一方面，要將粉管的風量、粉量調到滿足上述要求工作量很大，也非常困難，同時在進行上述測量工作時由于煤粉管冒正壓，工作環境很差，所以調試單位往往以無測量直段、測量孔和測量平臺為理由，不太愿意進行上述工作。建議以后與設計院配合時，提出測量直段、測量孔和測量平臺的要求。 4、煤粉制備計算 通過煤粉制備計算，可以計算出燃燒器的一、二、三次風率和風量，一次風、三次風風溫以及各風次的燃燒器阻力等，這些都是燃燒器設計必不可少的參數。不同類型的制粉系統，其煤粉制備計算也不相同。燃燒室已編寫了各類制粉系統的煤粉制備計算EXCEL電子表格，具體計算方法在此不再談及。如有可能，在進行煤粉制備計算時最好與設計院、磨煤機生產廠家配合，使三方計算時選取的煤粉細度R90、磨煤機出口風溫以及煤粉水份Mpc等參數相同，以便比較相互的計算結果。如果計算結果差別較大，應盡可能查明原因；如果是磨煤機本身參數選取原因造成差別的話，建議計算結果以磨煤機廠家的為準。(1) 煤粉細度R90的選取煤粉細度是煤粉最重要的特性之一，它是煤粉顆粒群粗細程度的反映。煤粉細度是指：把一定量的煤粉在篩孔尺寸為x微米的標準篩上進行篩分、稱重，煤粉在篩子上剩余量占總量的質量百分數定義為煤粉的細度Rx。對于一定的篩孔尺寸，篩上剩余的煤粉量越少，則說明煤粉磨得越細，也就是說Rx越小。我國電站鍋爐煤粉細度常用篩孔尺寸為90微米篩子來表示，即R90。不同粒徑下的煤粉細度換算式為：Rx2=x - 篩孔尺寸，mRx - 煤粉細度， n - 煤粉的均勻性系數，取決于制粉設備的型式和磨制的煤種。 從燃燒的觀點看，煤粉磨得越細越好，但是另一方面，磨制煤粉的運行電耗將會增加，因此存在一個經濟煤粉細度。經濟煤粉細度應根據不同煤種的燃燒特性對煤種細度的要求與磨煤運行費用兩方面進行綜合的技術經濟比較后確定。火力發電廠制粉系統設計計算技術規定DL/T5145對于300MW及以上機組推薦的煤粉細度如下：對于固態排渣煤粉爐燃用煙煤時，煤粉細度按下式選取： R9040.5nVdaf 對于固態排渣煤粉爐燃用貧煤時，煤粉細度按下式選取： R9020.5nVdaf 對于固態排渣煤粉爐燃用無煙煤時，煤粉細度按下式選取： R900.5nVdaf 當燃用高灰份低熱值煙煤時，煤粉細度按下式選取： R9050.35Vdaf 當燃用褐煤時，煤粉細度為R903550 （Vdaf高取大值，Vdaf低取小值）對于200MW及以下機組，R90應在上述基礎上適當下降。(2) 磨煤機出口風溫的確定 磨煤機出口溫度取決于防爆條件及設備允許的溫度。實際上對于無煙煤和采用煙氣混合物作干燥劑在惰化氣氛下運行的直吹式制粉系統，磨煤機出口溫度的最高值是不受防爆條件限制的，但它們受到磨煤機軸承允許溫度的限制。根據火電廠煤粉鍋爐燃燒室防爆規程DL43591和磨煤機選型導則等，磨煤機出口風溫可按下表確定。 表4 磨煤機出口最高允許溫度tM2 干燥介質制粉系統型式空氣干燥煙氣空氣混合干燥風扇磨煤機直吹式（分離器后）貧煤 150180 煙煤 130 褐煤 100鋼球磨煤機儲倉式（磨煤機后） 貧煤 130褐煤 90 煙煤、褐煤 70煙煤 120雙進雙出鋼球磨直吹式（分離器后） 煙煤 7075褐煤 70Vdaf15%的煤 100中速磨煤機直吹式（分離器后）當Vdaf40時，tM2（82Vdaf）5/35Vdaf40%，tM270RP、HP中速磨直吹（分離器后）高熱值煙煤82,低熱值煙煤77,次煙煤、褐煤66注：燃用混煤的可按允許tM2較低的相應煤種選取。(3) 煤粉水份的選取 煤粉的水份Mpc和設備的終端溫度以及原煤水份有關。煤粉水份一般的選取范圍為：無煙煤、貧煤 Mpc Mad 煙煤 0.5 Mad Mpc Mad褐煤 0.5 Mad Mpc Mad具體數值可按技術規定中圖3.6.2選取。四、燃燒器的設計 燃燒器設計與爐膛有著很密切的關系，所以爐膛熱力特性參數的選取在燃燒器設計時也應考慮。而爐膛熱力特性參數選取除了與鍋爐容量有關外，還與燃煤特性直接相關。1、爐膛熱力特性參數（BMCR工況）的選取 爐膛熱力特性參數（BMCR工況）主要包括下列內容： 爐膛容積熱負荷qV，KW/m3爐膛截面熱負荷qF，MW/m2燃燒器區域壁面熱負荷qHr，MW/m2爐膛輻射受熱面熱負荷qH，MW/m2上排一次風噴口中心線到屏下緣的煙氣平均停留時間，s 大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設計規范JB/T10440-2004推薦的300MW和600MW鍋爐爐膛熱力特性參數值范圍見下表表5切向燃燒方式爐膛熱力特性參數（BMCR工況）的推薦范圍機組容量等級300MW600MW爐膛容積熱負荷qVKW/m3低Vdaf煤85116（82102）煙煤9011885105褐煤75906080爐膛截面熱負荷qFMW/m2低Vdaf煤4.55.2(4.65.4)煙煤3.85.14.45.2褐煤3.34.03.64.5燃燒器區域壁面熱負荷qHrMW/m2低Vdaf煤1.42.2（1.62.2）煙煤1.12.11.32.2褐煤1.01.51.01.6爐膛輻射受熱面熱負荷qHMW/m2低Vdaf煤0.180.26（0.200.28）煙煤0.160.250.180.26褐煤0.150.240.180.25上排一次風中心線至屏下緣距離L（m）低Vdaf煤1721.5（1923）煙煤16201822褐煤18242025上排一次風中心線至屏下緣煙氣平均停留時間（s）低Vdaf煤1.82.3（1.82.4）煙煤1.62.21.62.3褐煤2.02.62.02.8注：1、距離L、停留時間以及容積熱負荷qv未考慮低氣壓的影響。 2、低Vdaf煤指Rw4.67(Vdaf20%)的無煙煤、貧煤煤種。 3煙煤指Rw4.67(Vdaf20%)的煙煤煤種。 4褐煤指Rw5.59(Vdaf37%)的褐煤煤種。5表中括號內數值均為參考值。6低Vdaf煤的qHr未考慮衛燃帶修正系數。鍋爐本體布置及計算推薦了200MW及以下容量機組的爐膛容積熱負荷qV、爐膛輻射受熱面熱負荷qH和爐膛截面熱負荷qF的選取范圍，具體見表6、7、8。表6切向燃燒爐膛容積熱負荷推薦選用范圍煤種無煙煤貧煤煙煤褐煤qv（KW/m2）12015012016514020090120表7爐膛輻射受熱面熱負荷的上限（ST1350）鍋爐容量D(t/h)130220410670qH上限（KW/m2）253262477336表8切向燃燒爐膛截面熱負荷的上限值鍋爐容量D(t/h)6575130220410670qF上限KW/m2灰軟化溫度ST()13001.771.842.132.793.653.9113502.092.122.563.374.494.6514502.372.442.953.915.125.44爐膛熱力特性參數的選取原則主要如下：a） 爐膛熱力特性參數的選取可參照本廠或其他廠已經投運的鍋爐設計數據采用類比法進行確定。b） 機組容量、煤的著火、燃燼特性及煤灰結渣傾向對熱力特性參數值的影響趨勢見表9。c） 爐膛容積熱負荷的選取要適中。熱負荷過高會影響燃燼，并導致爐膛出口煙溫過高，以致受熱面局部結渣；熱負荷過低，則會使輻射與對流受熱面分配失衡，甚至省煤器受熱面趨近于零，這不僅增加了鍋爐制造成本，也不利于鍋爐運行性能。d） qf與qHr共同構成主燃燒器區域燃燒強度，因此，在其中某一參數為一定時，為了提高燃燒穩定性，可提高另一參數值。e） 各一次風噴口中心線間的平均距離與單只一次風噴口輸入熱功率有關。熱功率增加，其平均距離應增大。f） 對于采用熱爐煙干燥制粉系統低溫燃燒的褐煤鍋爐，上一次風噴口中心線至屏下緣距離的煤粉平均停留時間選取既要保證充分燃燼，又要考慮由于燃燒溫度低所造成的輻射受熱面積增加的問題。g） 對于采用鋼球磨中儲式熱風送粉制粉系統，要慎重考慮三次風（乏氣）引入爐膛的位置，要采取必要的加強煤粉燃燼的措施。表9 機組容量、煤著火、燃燼特性及煤灰結渣傾向的影響趨勢名稱qVqFqHrL機組容量 -煤的著火性能 -煤的燃燼性能 煤灰結渣傾向 2、與燃燒器設計有關的爐膛結構尺寸的選取爐膛結構尺寸主要包括：爐膛截面深a和寬b、爐膛截面寬深比（b/a）、下排一次風噴口中心線至灰斗拐點的距離h3、冷灰斗的傾角、切角大小等。a. 爐膛截面的寬/深比應盡量趨近于1（即爐膛為正方形），而不宜超過1.2。因為正方形爐膛的火焰充滿度好，同時可形成良好的空氣動力場，對防止爐膛結渣和高溫腐蝕有利。b. 下排一次風噴口中心線至冷灰斗拐點的距離h3的選取，要考慮為下半部分燃燒器進入的燃料提供一個燃燒空間，特別是擺動燃燒器，下擺時不能使火焰沖刷灰斗斜坡，造成水冷壁結渣或過燒、爆管。大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛輪廓選型導則DL/T831-2002推薦h3的取值如下：對于水平固定式噴口，300MW機組宜取h34m；600MW機組宜取h35m；對于擺動式噴口，宜再增加0.51m；對嚴重結渣煤應適當增加該段高度。大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設計規范JB/T10440-2004推薦h3的取值如下：對于水平固定式噴口，300MW機組宜取3.55.0m之間；600MW機組宜取4.55.5m之間；遇有強結渣傾向煤時取高值；對于擺動式噴口，一般不宜小于按0.213(a+b)/2+1.48求得的值。鍋爐燃燒設備推薦h3的取值如下：下層二次風下邊緣到冷灰斗拐點距離為3.05.0b(b為二次風噴口的寬度)。對中小容量鍋爐貧煤、無煙煤鍋爐可取3.03.5b；對擺動式燃燒器可取5.0b。c. 冷灰斗的傾角一般采用5055，對于強結渣傾向的煤種采用55。d. 爐膛四角的切角越大，則燃燒器兩側的補氣條件越好，有利于防止火焰刷墻或偏斜，但切角處的水冷壁彎管和爐墻密封結構較復雜。下面是ALSTOMCE公司推薦的不同爐膛、不同管徑及不同燃燒器箱殼寬度情況下各切角的尺寸，在我們今后選擇爐膛切角尺寸時可以參考。 水冷壁管徑為1-3/4”(44.45mm) 管間距為2-1/4”(57.15mm) 水冷壁管徑為2”(50.8mm) 管間距為2.5”(63.5mm) 水冷壁管徑為2.5”(63.5mm) 管間距為3”(76.2mm)3、燃燒器水冷壁工作點（WP）的選取 燃燒器工作點(WP)的確定，主要根據兩個方面，第一是爐膛斷面尺寸以及相應的水冷壁切角尺寸；第二是切圓的旋轉方向（逆時針或順時針）。最初，燃燒切圓的旋轉方向是根據鍋爐過熱器或再熱器出口集箱的出口位置確定，目前習慣為逆時針旋向。一般燃燒器工作點選在向側墻水冷壁偏離切角中點大約12個管節距的位置。下面是ALSTOMCE公司根據不同的爐膛切角尺寸推薦的燃燒器工作點的位置示意圖： 水冷壁管徑為1-3/4”(44.45mm) 管間距為2-1/4”(57.15mm) 水冷壁管徑為2”(50.8mm) 管間距為2.5”(63.5mm) 水冷壁管徑為2.5”(63.5mm) 管間距為3”(76.2mm) 4、燃燒角的選擇 直流燃燒器射流的射程較長，在爐內按一假想切圓組織燃燒，在爐內燃燒器區形成一個穩定的旋轉大火球。爐內假想切圓大小是四角切向燃燒的一個重要布置參數。切圓直徑越大，爐膛火焰充滿度越好，最大切向速度或最大溫度區域就越靠近四壁和噴口，就越對著火有利，但高溫旋轉火焰愈容易沖刷爐墻而引起結渣和噴口燒壞。反之，假想切圓直徑過小，爐膛火焰充滿度差，高溫火焰集中在爐膛中心，則四壁和噴口處溫度水平較低，不利于著火。鍋爐燃燒設備推薦的假想切圓直徑djx=U/4,其中U為爐膛周長。熱態運行時，由于氣流膨脹，實際切圓直徑一般是假想切圓直徑的510倍。由于假想切圓大小與燃燒角有著直接的關系，所以下面介紹燃燒角的選取原則。ALSTOMCE公司推薦的選取燃燒角原則如下： 燃燒角為風粉射流與燃燒器工作點到爐膛切圓中心連線的夾角，見下圖所示； 對于采用32”箱殼的鍋爐，采用4燃燒角； 對于燃氣爐均采用4燃燒角； 對于采用29”及以下箱殼的煤粉爐和油爐，采用6燃燒角； 如果燃燒角推薦為6，那么可調整的范圍最小為5，最大為7； 箱殼角不小于31；我公司對燃燒器燃燒角的定義與ALSTOMCE公司定義的燃燒角略有不同，角度大小一般為2.54，選取的主要原則如下： 燃燒角為箱殼角與(風粉射流與前墻或后墻的夾角，見下圖所示)差值的一半； 對于燃用難著火的煤種選取較大的燃燒角，燃用易著火的煤種選取較小的燃燒角； 對于燃用強結渣傾向的煤種選取較小的燃燒角，燃用輕微結渣傾向的煤種選取較大的燃燒角； 有時在燃用極強結渣傾向的煤種時，前墻左側角與后墻右側角的燃燒器采用對沖（即切圓為0mm）,另兩個角采用較小切圓,這樣可以減小平均切圓的大小。5、燃燒器一次風參數的選取 一次風率的選取 一次風率主要與燃用煤種以及制粉系統有關。對于鋼球磨儲倉式熱風或溫風送粉，一般低揮發份煤種選用較低的一次風率，相對較高揮發份煤種選用較高的一次風率；對于鋼球磨乏氣送粉、中速磨直吹和風扇磨直吹系統，一次風率由煤粉制備計算得出，其值與煤的發熱量、水份、磨煤機風粉混合物出口溫度、磨煤機型號等因素有關。大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛輪廓選型導則DL/T831-2002推薦，對配儲倉式制粉系統一次風率為1227；配直吹式制粉系統一次風率為1430（配風率總和為100，未計入爐膛漏風率，爐膛漏風率一般5%）。 一次風噴口層數的選取 一次風噴口層數主要與鍋爐容量、所配制粉系統形式、每只一次風噴口的熱功率以及煤種的結渣特性等有關。有關資料推薦的不同容量鍋爐一次風噴口數量以及每只噴口的熱功率如下：表10 不同鍋爐容量對應的一次風噴口層數和每只一次風噴口熱功率鍋爐容量（t/h）一次風噴口層數(層)每只一次風噴口熱功率(MW)65(75)279.513029.514.02202314.023.5410（400）3418.529.06704523.541.01025463855200858100我公司200MW鍋爐曾在燃用強結渣煤時采用過4臺中速磨配6層一次風噴口的布置形式，并將燃燒器分成上下兩組，大大降低了燃燒器區域的熱負荷，成功地解決了鍋爐存在的結渣傾向。但是一次風噴口層數多，煤粉管道的設計、布置就會復雜些。 一次風速的選取 一次風速是燃燒器相當重要的設計參數，要綜合考慮煤粉的著火、穩燃及磨損、堵粉等因素，選擇合理的一次風速。一次風速過低，煤粉氣流剛性差，氣流刷墻或貼壁的可能性增加，也可能產生掉粉；同時煤粉著火相對提前，可能導致噴口結渣、燒壞；另外風速過低也有可能導致燃燒器噴口或粉管堵粉。一次風速過高，影響煤粉的著火和穩燃，也會增加燃燒器噴口和粉管的磨損，增加燃燒器一次風阻力。一次風速的選取主要與燃用煤種的干燥無灰基揮發份（即著火穩燃性）有關，Vdaf高，選取較高的一次風速，Vdaf低，就選取較低的一次風速，當然同時要適當考慮燃用煤種的結渣性和磨損性。圖5.1是ALSTOMCE公司關于一次風速與燃煤干燥基揮發份之間的線算圖。大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛輪廓選型導則DL/T831-2002推薦的一次風速一般為2030m/s。鍋爐燃燒設備推薦的一次風速一般為2035m/s。 一次風溫的選取 對于正壓直吹式制粉系統，燃燒器一次風溫等于磨煤機出口溫度即t1=tM2，對于負壓直吹式制粉系統，燃燒器一次風溫比磨煤機出口溫度低5度即t1=tM25。對于中間儲倉式制粉系統，燃燒器一次風溫的選取范圍大致如下：對低Vdaf煤，如采用熱風送粉，一次風溫一般為200260，如采用乏氣送粉，一次風溫約為130；對于煙煤，一般采用乏氣送粉，一次風溫一般為60100；對于劣質煙煤，一次風溫一般為100160 ，采用熱風送粉時可高達200，對于Vdaf大于35的煙煤，一般不采用熱風送粉，一定要用時，一次風溫最好不要超過160。6、燃燒器二次風參數的選取 二次風率的選取煤粉制備計算后，一次風率和三次風率就已確定，而爐膛漏風率一般按5選取，二次風率也隨之確定了。二次風率一般為5086（配風率總和為100，未計入爐膛漏風率，爐膛漏風率一般5%），具體與煤種及制粉系統有關。 二次風速的選取二次風速的大小主要與煤種和爐膛大小有關，我國有關資料及規范推薦值一般為4056m/s。ALSTOMCE公司推薦的二次風速可按圖6.1和圖6.2選取。 二次風溫的選取二次風溫的選取基本與表3中熱風溫度的選取相同，對小容量鍋爐二次風溫比熱風溫度低10，對大容量鍋爐二次風溫比熱風溫度低5。7、燃燒器三次風參數的選取 三次風率的確定并非所有的燃燒器設計參數中都有三次風，僅采用鋼球磨熱風送粉系統才有三次風。三次風率是煤粉制備計算時計算得出，主要與煤種、乏氣溫度、再循環率等有關，一般為1626。 三次風速的選擇三次風速的大小也主要與煤種和爐膛大小有關，爐膛越大，風速相對越高；對低揮發越高，風速相對越高；三次風速一般為4060m/s，對小爐膛、低Vdaf煤種偏下限，大爐膛、高Vdaf煤種偏上限。 三次風溫的選擇三次風溫與鋼球磨熱風送粉系統中乏氣溫度相關，一般對小容量鍋爐三次風溫比乏氣溫度低10，對大容量鍋爐三次風溫比乏氣溫度低5。8、燃燒器各噴口面積的計算一次風噴口、三次風噴口及非直吹式制粉系統的二次風噴口面積的計算很簡單，可直接由BMCR工況下各風次風量和風速計算得出，注意二次風噴口面積還應包括周界風、側邊風，對大風箱結構的燃燒器還包括間隙風。這里需要指出的是，計算直吹式制粉系統的二次風噴口時，應考慮停運一次風噴口的上下二次風噴口僅按通過10的冷卻二次風進行計算，即正常運行時，停運的一次風噴口上下的二次風噴口風門僅開10的風量冷卻噴口。9、高海拔對燃燒器設計的影響由于高海拔地區爐膛氣壓降低，煤粉在爐內的停留時間減少，影響燃燼，設計時可參考已有電廠的運行經驗：在海拔500800m時，煤粉在爐內所減少的停留時間對燃燒的影響輕微，特別是對于一般煙煤可不增加爐膛燃燼區的容積，而采取其它一些強化燃燼的措施。至于燃用低Vdaf煤種及低灰熔融溫度的煤種，除采取強化燃燼及防結渣措施外，必要時可少許增加爐膛燃燼區容積，以彌補壓力降低所減少的停留時間。高海拔地區燃燒器出口截面的流動狀況因空氣密度變小也發生了變化，設計時應維持質量流量相等，即dFdWd=BFBWB式中：d 高原地區地面空氣密度,kg/m3 Fd 高原地區燃燒器噴口截面積，m2 Wd 高原地區燃燒器出口風速，m/s B平原地區地面空氣密度,kg/m3 FB 平原地區燃燒器噴口截面積，m2 WB 平原地區燃燒器出口風速，m/s當高原地區的煤粉質量m、氣體溫度T與平原地區相同時，氣體密度與大氣壓力呈正比例變化，則上式可改寫如下：PdFdWd=PBFBWB式中：Pd高原地區的大氣壓力，KPaPB平原地區的大氣壓力，KPa高原地區燃燒器出口風速一般不宜做較大變化，當取用與平原地區相同的風速時，則高原地區燃燒器出口的截面積應隨壓力成反比增加，如下式FdFBx如果較大改動燃燒器出口截面有困難，則可根據煤種揮發份高低，在不影響爐內動力場的條件下，適當提高一、二次風速（一般提高1.031.08倍，揮發份低取偏下限，揮發份高取偏上限）。風速確定后再按質量流量相等式，重新計算高原地區的燃燒器噴口面積。五、針對鍋爐運行幾個常見問題采取的措施1、防止爐膛發生結渣和高溫腐蝕的措施 燃燒器布置采用大切角、小切園，正方形或近似正方形爐膛，改善爐內空氣動力場，可防止或減輕爐膛結渣。 設計選取較低的斷面熱負荷，即較大的爐膛斷面。 采用較高的燃燒器高度，必要時將燃燒器分成上下兩組，降低燃燒器區域壁面熱負荷。 采用水平濃淡燃燒器，并在一次風噴口設有周界風，并采用內縮式噴口，背火側的周界風是向火側的近兩倍，增加一次風的剛