三、煤粉炉的结渣
• 在炉膛火焰温度为1400～1600℃的情况下，灰分呈熔化或
软化状态，灰粒是以液态或半液态的形式黏到受热管壁上， 然后被受热面管壁冷却形成一层密实的灰渣层，称为结渣。 其危害是： ①使传热减弱、工质吸热量减少，排烟温度升高，排烟热损失 增大，锅炉效率降低； ②炉膛受热面结渣导致炉膛出口烟温升高，过热蒸汽超温，为 维持汽温稳定，有时运行中不得不限制锅炉负荷； ③结渣往往不均匀，因而水冷壁结渣会对水循环系统安全性和 水冷壁的热偏差带来不利影响； ④炉膛出口对流受热面结渣可能堵塞部分烟道，引起过热器热 偏差，同时增加烟道阻力和风机电耗； ⑤受热面一旦结渣，管壁表面粗糙升高，导致结渣进一步加剧； ⑥炉膛上部的渣块掉落下来，会砸坏冷灰斗处的水冷壁管子， 甚至堵塞排渣口而导致锅炉被迫停运。
• 对固态排渣煤粉炉，炉膛容积热强度 qV 大
致在90～200kW/m3之间。
一、固态排渣煤粉炉的炉膛
• ㈡炉膛结构参数——⒉炉膛截面热强度
• 炉膛截面热强度是指在单位时间、燃烧器区域
单位炉膛横截面积上，燃料完全燃烧放出的热 量，即
•
qA
BQar ,net , p Al
式中 Al ——炉膛橫断面面积，m2。
四角布置切圆燃烧方式——切圆燃烧的炉内空气动力特性
◆ 影响一次风煤粉气流偏斜的主要因素有： ⑴上游邻角射流的横向推力与一次风射流的刚性 ⑵炉膛的断面形状——会影响射流两侧的补气条件，如 图6-15所示。 ⑶燃烧器的结构特性：高度和高宽比越大，越不利 ⑷假想切圆直径的影响： 切圆直径大的好处：①可使邻角火炬的高温烟气更易于 到达下角射流根部，有利于煤粉气流着火；②可使炉 膛内旋转气流的旋转强度也大，扰动更强烈，使燃烧 后期混合加强，有利于燃尽过程。 切圆直径大的坏处：①一次风射流的偏斜也增大，更容 易引起水冷壁结渣；②会因炉内旋转气流到达炉膛出 口时，仍有较大的残余旋转而引起烟温和过热器汽温 偏差。 ◆ 四角切圆燃烧方式存在的主要问题 ⑴炉内容易结渣； ⑵炉膛出口及水平烟道两侧烟温的偏差较大，大容量锅 炉这一问题更加严重。 ⑶运行中各角二次风分配不均，影响炉内火焰中心位置， 影响煤粉的燃尽度。 ⑷采用摆动式燃烧器需经常维护，影响其灵活性。
炉膛截面热强度
• 炉膛的大体形状由 qA 和 qV 一起来确定。当
qV
一定时，qA ↑，A ↓，炉膛就瘦长些，此时，燃 l 烧器区域燃料放出大量热量没有足够的水冷壁受 热面来吸收，就会使燃烧器区域的局部温度过高， qA ↑，炉膛就矮 导致燃烧器区域的结渣； ↓， Al 胖些，这样燃烧器区域温度太低，又不利于燃料 稳定着火。对低挥发分煤，为改善着火条件， qA 应取大些；对灰熔点 ST较低的煤，为避免结渣， qA 就取小些。 qA 的推荐值随着锅炉容量的增大而增大。 • qA 值一般在3～6MW/m2之间。 •
Vl
——炉膛容积，m3。
1.炉膛容积热强度
• 炉膛容积热强度在一定程度上反映了煤粉和烟气
在炉内停留时间的长短和出口烟气被冷却的程度。 ↑，qV ↓，煤粉在炉内停留时间缩短，燃烧可 Vl 能不完全；同时由于 ↓炉内所能布置的受热 Vl 面少，烟气冷却不够可能引起炉膛出口受热面结 qV 渣。相反， ↓， ↑，不仅会使锅炉造价和 Vl 金属耗量增加，还会导致炉膛温度过低，燃烧速 度减慢，燃烧不完全。
四角布置切圆燃烧方式——一、二次风不等切圆布置
• 一次风靠向火侧布置，二次
风靠炉墙侧布置，二次风与 一次风之间偏转一定角度。 其优点是： ①保持了邻角气流相互点燃的 优势； ②将火焰与炉墙“隔开”，形 成“气幕”，使火焰不贴墙， 减轻或避免水冷壁结渣； ③降低NOx的生成量。 • 其缺点是： 容易引起煤粉气流与二次风 的混合不良、可燃物的燃烧 不充分。
炉膛
型式
排渣方式
固态
液态
固态
固态
固态
燃烧器 型式
直流式
直流式
旋流式
旋流式
旋流式 直流式
煤粉锅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ炉膛型式
直流燃烧器的布置，如图6-12所示的几种形式：
low NOx concentric firing system 低NOx同轴燃烧系统
typical overfire air boiler 典型的过热空气锅炉
具有良好的炉内空气动力特性，一是避免火焰冲撞炉墙，保证水 冷壁不结渣；二是使火焰在炉膛中有较好的充满程度，减少炉内停 滞旋涡区，减少不完全燃烧热损失；三是尽可能减少污染物的生成 量（炉膛出口的NOX和SOX等排放量应符合环保要求），保护环境。
炉膛空间内能布置足够的受热面，将炉膛出口烟浊降到灰分软化 温度ST以下，保证炉膛出口及其受热面不结渣。 炉膛结构紧凑，金属耗量少，便于制造、安装、检修。
炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的 停留时间
W型火焰燃烧方式的特点
烟气中的飞灰含量少
火焰在下部着火炉膛底部转弯180°向上流动时， 可使烟气中部分飞灰分离出来
有利于组织良好的着火、燃烧过程
可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧 器，也可采用高浓度煤粉燃烧器 有良好的负荷调节性能
负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大
对煤质和负荷的变化有较宽的适应性。
1、煤粉炉炉膛的作用、要求和形状
影响炉膛设计的主要因素：
燃料特性、燃烧方式、排渣方式。 影响炉膛的形状尺寸设计的主要因素： 燃料种类、燃烧方式、燃烧器布置及火焰的 形状和行程等。
2、煤粉锅炉炉膛型式
炉膛燃烧器 布置方式 Π型炉 切向燃烧 半开式Π型 炉切向燃烧 Π型炉对冲 （交错）燃烧 Π型炉 前墙燃烧 W型炉 W燃烧
水冷壁结渣的防治
选择适当的炉膛热强度及切圆直径；避免炉内温度过高 组织良好的空气动力场，避免火焰偏斜、贴壁冲墙；炉内局 部温度过高 保持适当的过剩空气量，过剩空气量大，炉膛出口温升高； 过剩空气量太小，燃烧不完全，造成还原性气氛使灰熔点温度 降低，促进炉内结渣。 避免锅炉超负荷运行
采用适当的煤粉细度，提高煤粉的均匀度
加强运行监视，及时吹灰、清渣。
作业与思考题
• 1、四角布置的直流燃烧器的调节措施有哪些？ • 2、简述影响一次风煤粉气流偏斜的原因及对锅
炉运行的影响？
煤粉锅炉炉膛型式
旋流煤粉燃烧器的布置形式， 如图6-16所示的几种形式：
有折焰角的前墙布置方式
有折焰角的 前后墙对冲布置方式
旋流燃烧器的 布置方式有：
①前墙布置 （L形火焰） ②两面墙对冲布置 （双L形火焰） ③两面墙交错布置 （双L形火焰）
前 后 墙 对 冲 燃 烧 煤 粉 锅 炉
前 墙 燃 烧 器 后 墙 燃 烧 器
一、固态排渣煤粉炉的炉膛
• ㈡炉膛结构参数——⒊燃烧器区域壁面热强度
• 燃烧器区域壁面热强度是指在单位时间内，燃
烧器区域的单位炉壁面积上，燃料完全燃烧放 出的热量，即
•
qR
BQar ,net , p AR
式中 AR ——燃烧器区域壁面面积，m2。
一、固态排渣煤粉炉的炉膛
• ㈡炉膛结构参数——⒊燃烧器区域壁面热强度
•
qR 不仅反映了燃烧器区域的温度水平，还能反映燃 烧器在不同布置下火焰的分散与集中情况。 qR 越大，
说明火焰越集中，燃烧区域的温度水平就越高，这对 燃料的着火和维持燃烧的稳定是水利的。但是，
•
qR 过高，就意味着火焰过分集中，致使燃烧器区域局
部温度过高，容易造成燃烧器区域水冷壁结渣。
• 一般固态排渣煤粉炉 qR 值多在0.9～2.1MW/m2之间。
三、煤粉炉的结渣
㈠结渣的危害 ㈡影响结渣的因素 ㈢防止结渣的措施
1、煤粉炉炉膛的作用、要求和形状
炉膛的作用：炉膛是煤粉燃烧的空间，也是锅炉的换热部件。 对炉膛的要求： 具有合适的热强度，以保证炉内足够的高温，使煤粉进入炉膛后 能迅速稳定地着火；同时能满足煤粉气流在炉内充分发展、均匀混 合和完全燃烧（即燃料在炉膛内有足够的停留时间）。
第六章 燃烧原理和燃烧设备
§1 燃料燃烧的基本原理 §2 直流煤粉燃烧器
§3 旋流煤粉燃烧器
§4 煤粉炉炉膛
§5 煤粉炉点火系统
§6 煤粉燃烧新技术
§4 煤粉炉炉膛
一、固态排渣煤粉炉的炉膛
㈠炉膛的作用、要求和形状 ㈡炉膛结构参数
二、燃烧器布置及其炉内空气动力特性
㈠直流煤粉燃烧器的布置及其炉内空气动力特性 ㈡旋流煤粉燃烧器的布置及其炉内空气动力特性
煤质特性
煤灰熔点温度ST低，灰粒向水冷壁运动过程中没有凝固，易形成结渣。 高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣，会自动加剧。
炉内温度与空气动力场
切圆直径偏大，火焰偏斜、贴壁或冲墙形成炉内局部结渣
燃烧器区域壁面热负荷qrr
qrr较大，燃烧器区域释放的热量大，炉温高，易引起炉内结渣
卫燃带 敷设卫燃带的炉膛炉温较高，易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣
W型火焰炉膛
锅 炉 设 备 整 体 布 置 图 片
4、W型火焰燃烧方式的特点
炉膛温度高
煤粉喷嘴出口处于燃烧中心
炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时 可减少对燃尽室的放热
着火区水冷壁敷设卫燃带
较低的NOx生成量
空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风， 分段燃烧 。可控制较低的过剩空气系数
烟气
3、W型火焰炉膛结构
W形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛（燃烧 室）和上部的辐射炉膛（燃尽室）组成。前 者的深度比后者约大80～120%
燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，并布置 燃烧器，煤粉气流和二次风从炉顶拱向下喷射， 在燃烧室下部与三次风相遇后，再1800 转弯向 上流经燃尽室炉膛，形成W形火焰。
三、煤粉炉的结渣
• 影响结渣的因素：
①燃煤的灰分特性； ②炉膛的设计特性； ③燃烧器的安装、检修质量。 • 防止结渣的措施 ①防止受热面附近温度过高； ②避免炉内生成过多还原性气体； ③做好燃料管理，保持合适的煤粉细度； ④加强运行监视，及时吹灰打渣。