一文搞懂旋流式燃燒器
2026-01-23 14:47:14
kenengadmin
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燃燒器是煤粉爐燃燒設(shè)備的主要組成部分，它的作用是把煤粉和燃燒所需的空氣送入爐膛，合理地組織煤粉氣流，并良好地混合，促使燃料迅速而穩(wěn)定地著火和燃燒。
一個(gè)良好的燃燒器應(yīng)具備的確良基本條件是：
（1）一二次風(fēng)出口截面應(yīng)保證適當(dāng)?shù)囊欢物L(fēng)風(fēng)速比；
（2）出口氣流有足夠的擾動(dòng)性，使氣流能很好地混合；
（3）煤粉氣流的擴(kuò)散角，能在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，以適應(yīng)煤種變化的需要；
（4）沿出口截面煤粉的分布應(yīng)均勻；
（5）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，通風(fēng)阻力應(yīng)小。
旋流式燃燒器
１、旋流式燃燒器的工作原理
旋流式燃燒器由圓形噴口組成，燃燒器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器（簡稱旋流器）。煤粉氣流或熱空氣通過旋流器時(shí)，發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從噴口射出后即形成旋轉(zhuǎn)射流。利用旋轉(zhuǎn)射流，能形成有利于著火的高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，并使氣流強(qiáng)烈混合。
射出噴口后在氣流中心形成回流區(qū)，這個(gè)回流區(qū)叫內(nèi)回流區(qū)。內(nèi)回流區(qū)卷吸爐內(nèi)的高溫?zé)煔鈦砑訜崦悍蹥饬鳎?dāng)煤粉氣流擁有了一定熱量并達(dá)到著火溫度后就開始著火，火焰從內(nèi)回流區(qū)的內(nèi)邊緣向外傳播。與此同時(shí)，在旋轉(zhuǎn)氣流的外圍也形成回流區(qū)，這個(gè)回流區(qū)叫外回流區(qū)。外回流區(qū)也卷吸高溫?zé)煔鈦砑訜峥諝夂兔悍蹥饬鳌Ｓ捎诙物L(fēng)也形成旋轉(zhuǎn)氣流，二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合比較強(qiáng)烈，使燃燒過程連續(xù)進(jìn)行，不斷發(fā)展，直至燃盡。
２、旋流式燃燒器的類型
按照旋流器的結(jié)構(gòu)，旋流式燃燒器可分為蝸殼式、軸向葉片式、切向葉片式三大類，常用的有以下幾種：
３、雙調(diào)風(fēng)旋流式燃燒器
雙調(diào)風(fēng)旋流式燃燒器是在單調(diào)風(fēng)燃燒器的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。雙調(diào)風(fēng)式燃燒器是把燃燒器的二次風(fēng)通道分為兩部分，一部分二次風(fēng)進(jìn)入燃燒器的內(nèi)環(huán)形通道，另一部分二次風(fēng)進(jìn)入燃燒器的外環(huán)形通道。
在內(nèi)環(huán)形通道中裝有旋流葉片，旋流葉片是可動(dòng)的，通過傳動(dòng)裝置可使葉片同步轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)葉片的旋轉(zhuǎn)角度，能改變二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度，使燃燒保持穩(wěn)定。
外二次風(fēng)量是由二次風(fēng)道中的可動(dòng)葉片控制的。通過傳動(dòng)裝置可以改變?nèi)~片的開度。當(dāng)葉片全開時(shí)，外二次風(fēng)量達(dá)到最大，這時(shí)外而次風(fēng)大致是直流射流。在外二次風(fēng)的影響下，從燃燒器射出的整個(gè)射流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度減弱，氣流拉長，內(nèi)回流區(qū)變小。當(dāng)葉片逐漸關(guān)閉時(shí)，外二次風(fēng)量逐漸減小，使整個(gè)射流的旋流強(qiáng)度增大，氣流縮短，內(nèi)回流區(qū)逐漸變大。
雙調(diào)風(fēng)燃燒器把二次風(fēng)先后兩批送入爐膛，這種配風(fēng)方式稱為分級(jí)配風(fēng)。由于空氣的分級(jí)送入，使煤粉和空氣的混合變得緩慢，便于進(jìn)行燃燒調(diào)節(jié)。
雙調(diào)風(fēng)燃燒器的主要優(yōu)點(diǎn)是由于空氣的分級(jí)送入，實(shí)踐證明，采用雙調(diào)風(fēng)燃燒器既能有效地控制溫度型Nox；又能限制燃料型NOx。此外燃燒調(diào)節(jié)靈活，有利于穩(wěn)定燃燒，對(duì)煤質(zhì)有較寬的適應(yīng)范圍。
4、旋流式燃燒器的布置與供風(fēng)方式
大容量鍋爐布置有幾十只旋流式燃燒器，雖然單個(gè)的燃燒器形成的火焰可獨(dú)立燃燒，但各個(gè)旋轉(zhuǎn)氣流之間仍有相互作用，對(duì)燃燒有一定的影響作用。當(dāng)兩個(gè)燃燒器旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，兩個(gè)燃燒器之間的切向速度升高，火焰向上。當(dāng)兩個(gè)燃燒器旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)，燃燒器之間時(shí)切向速度減小，火焰向下。這樣就影響火焰中心位置和燃燒效率，進(jìn)而影響到過熱器的汽溫特性及汽溫調(diào)節(jié)。大容量鍋爐上，旋流式燃燒器通常布置在爐膛的前、后墻上，有的采用大風(fēng)箱供風(fēng)，有的采用分隔風(fēng)箱供風(fēng)。采用大風(fēng)箱供風(fēng)時(shí)，風(fēng)道系統(tǒng)簡單，但單個(gè)燃燒器的調(diào)節(jié)性能比較差。
近年來，為了提高鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性，趨向于采用小功率燃燒器。因?yàn)閱沃蝗紵鞴β蔬^大，會(huì)帶來以下問題：
（1）爐膛受熱面局部熱負(fù)荷過高，易于結(jié)渣。
（2）爐膛受熱面局部熱負(fù)荷過高，易引起水冷壁的傳熱惡化和直流鍋爐的水動(dòng)力多值性。
（3）切換或啟停燃燒器對(duì)爐內(nèi)火焰燃燒的穩(wěn)定性影響較大。
（4）切換或啟停燃燒器對(duì)爐膛出口煙溫的影響較大，影響過熱器的安全性和汽溫調(diào)節(jié)。
（5）一、二次風(fēng)的氣流太厚，不利風(fēng)粉混合。
（6）燃燒調(diào)節(jié)不太靈活。
這樣，單只燃燒器的功率不能太大，因而燃燒器的數(shù)量不能太少。當(dāng)采用大風(fēng)箱送風(fēng)時(shí)，不能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)各個(gè)燃燒器的風(fēng)煤比，也不利于控制NOx。因此趨向于采用分隔風(fēng)箱配風(fēng)。即風(fēng)箱被分隔成很多小風(fēng)室，每個(gè)小風(fēng)室又有獨(dú)立的風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板，給燃燒調(diào)節(jié)帶來靈活、便利的條件。
６、旋轉(zhuǎn)氣流的特性
與直流射流相比，旋轉(zhuǎn)氣流同時(shí)具有向前運(yùn)動(dòng)的軸向速度和沿圓周運(yùn)動(dòng)的切向速度，這就使氣流在流動(dòng)方向上，沿軸向與切向的擾動(dòng)能力增強(qiáng)，因而氣流衰減速度比較快，射程短。旋轉(zhuǎn)氣流的主要特性表現(xiàn)為旋流強(qiáng)度。
燃燒器出口氣流的旋流強(qiáng)度取決于燃燒器中旋流燃燒器的結(jié)構(gòu)；取決于從噴口射出的旋流風(fēng)與直流風(fēng)的動(dòng)量比；此外還與燃燒器的阻力和煙氣的粘度等因素有關(guān)。
在封閉式旋流火焰中，在火焰根部卷吸高溫?zé)煔猓纬苫亓鲄^(qū)，這種火焰可卷吸火焰自身燃燒放出的熱量，具有一定的自穩(wěn)定著火能力，但因回流量小，不適合燃燒難燃的煤。
旋流式燃燒器出口有時(shí)可能是開放式氣流，這時(shí)旋轉(zhuǎn)氣流將高溫?zé)煔鈴臓t膛中卷吸進(jìn)來，因而其著火穩(wěn)定性主要依賴于爐內(nèi)煙氣溫度。
飛邊氣流形成貼壁火焰，引起結(jié)渣。因次實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)避免旋流強(qiáng)度過大而導(dǎo)致飛邊氣流的出現(xiàn)。
旋流強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)煤質(zhì)著火性能和鍋爐負(fù)荷，調(diào)節(jié)氣流的旋流強(qiáng)度，可獲得良好的燃燒狀態(tài)。由于旋流式燃燒器所形成的火焰是單個(gè)獨(dú)立可調(diào)的，因而調(diào)節(jié)的靈活性比較大，容易維持穩(wěn)定燃燒。
調(diào)節(jié)氣流的旋流強(qiáng)度時(shí)，回流區(qū)大小相應(yīng)變化，高溫?zé)煔獾幕亓髁恳搽S著發(fā)生變化。因?yàn)閮?nèi)回流區(qū)的大小和回流量在穩(wěn)定著火燃燒方面作用很大，所以對(duì)于不同的煤質(zhì)應(yīng)具有不同的旋流強(qiáng)度。例如，煙煤容易著火，只需要較小的回流區(qū)和回流量，就能穩(wěn)定著火和燃燒。而無煙煤著火困難，需要有較大的中心回流區(qū)和回流量，但不希望形成飛邊氣流。除了回流區(qū)大小和回流量外，回流區(qū)長度對(duì)著火也有一定影響，因?yàn)楸容^長的回流區(qū)能使氣流延伸到溫度更高的煙氣深層，因而直接關(guān)系到回流煙氣的溫度水平。
提高旋流強(qiáng)度，既能強(qiáng)化內(nèi)回流區(qū)的作用，又能強(qiáng)化空氣與可燃物的混合，以及高溫?zé)煔馀c煤粉、空氣的混合。隨著旋流增強(qiáng)，內(nèi)回流區(qū)變得更寬更強(qiáng)，但同時(shí)也會(huì)帶來一些問題。即一次風(fēng)與二次風(fēng)以及內(nèi)回流與外回流的過早強(qiáng)烈混合，會(huì)降低一次風(fēng)中煤粉的濃度和火焰溫度，這對(duì)著火的穩(wěn)定性又是不利的。因此，提高旋流強(qiáng)度給穩(wěn)定著火造成兩個(gè)相互對(duì)立和相互矛盾的條件。增強(qiáng)內(nèi)回流對(duì)著火造成的有利條件從某一點(diǎn)開始，又被太強(qiáng)的過早混合破壞了。為了解決這一矛盾，可通過運(yùn)行調(diào)節(jié)或試驗(yàn)確定出適應(yīng)燃燒不同煤質(zhì)的最佳旋流強(qiáng)度和相應(yīng)的混合強(qiáng)度以及混合點(diǎn)位置。
燃燒器的組成
采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，燃燒器布置圖見圖10。若干只（數(shù)量見附表）低NOx燃燒器分前墻三層，后墻二層布置在爐膛前后墻上，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。燃燒器上部布置有燃盡風(fēng)(OFA)風(fēng)口，若干只（數(shù)量見附表）燃盡風(fēng)風(fēng)口分別布置在前后墻上。